一种具有泄漏监测功能的多道密封法兰技术领域
本发明涉及一种多道密封法兰，具体涉及一种具有泄漏监测功能的多道密封法
兰。
背景技术
工业中，法兰广泛应用于石油、化工、制药、能源、暖通和电力等行业，法兰连接系
统以其易于安装、拆卸的特点，常被用于管道与管道、设备与管道、设备与设备之间的连接。
管类部件连接有效的最直接的外在体现就是不发生泄漏，可见法兰的不发生泄漏对设备或
系统的运行起着决定性的作用。工业上，油气管道泄漏引发爆炸、化工管道有毒介质泄漏对
环境造成严重污染、核电厂管道泄漏导致辐射污染的现象都是已经存在的问题。然而纵观
整个工业领域，并没有通用的关于法兰泄漏评判的标准，也没有简便有效的法兰泄漏监测
装置，来对法兰的密封状态进行监测。
发明内容
本发明提供一种具有泄漏监测功能的多道密封法兰，能应用于各种工况，长期保
持良好的紧密性，并能实时监测法兰的紧密性状态，甚至能够建立法兰状态监测的大数据
库。
本发明的技术方案为：
一种具有泄漏监测功能的多道密封法兰，包括上法兰、下法兰、螺母、双头螺柱、传
感器；
上法兰与下法兰通过多组螺母和双头螺柱压紧连接，上法兰与下法兰之间设置有
靠近中心的一次密封区和靠近边缘的二次密封区，在上法兰与下法兰之间、一次密封区与
二次密封区之间形成密封的测漏空腔，在外部安装测量测漏空腔内部的传感器。
还包括数据处理及传输模块，数据处理及传输模块与传感器相连，将数据传输至
总控制室。
还包括垫片、O形密封圈；
在所述一次密封区中，上法兰的凸起部分与下法兰的下陷部分相匹配，凸起部分
的高度大于下陷部分的深度；当上法兰与下法兰压紧时，上法兰凸起部分伸入下法兰下陷
部分，垫片夹紧在上法兰与下法兰之间形成密封，下法兰下陷部分的侧壁上设置有两个凹
槽，并在凹槽中安装有相匹配的O形密封圈，与上法兰凸起部分的侧壁形成密封。
还包括二次密封区凹形密封槽、二次密封区环形凸圈；
在所述二次密封区中，二次密封区凹形密封槽与二次密封区环形凸圈相匹配，二
次密封区环形凸圈的高度小于二次密封区凹形密封槽的深度；当上法兰与下法兰压紧时，
二次密封区环形凸圈伸入二次密封区凹形密封槽内，二次密封区凹形密封槽内壁两侧对称
设置有三对凹槽，并在凹槽中安装有相匹配的O形密封圈，与二次密封区环形凸圈形成密
封。
所述传感器为温度传感器、压力传感器、湿度传感器中的一个或多个。
所述数据处理及传输模块安装在上法兰上。
在所述一次密封区中，所述上法兰凸起部分的根部设置为圆弧过渡区。
在所述一次密封区中，所述两个O形密封圈能够用三个缺口错开的活塞环代替。
在所述二次密封区中，所述二次密封区环形凸圈的上端为圆滑结构。
本发明的有益效果为：
第一，本发明设置有一次密封区和二次密封区，所述一次密封区由垫片和两个O形
密封圈组成，组成3道密封；所述二次密封区由6个O形密封圈组成，形成了6道密封，在整个
法兰连接系统中形成了9道密封，形成了一种多道密封效果。
第二，所述垫片密封为一种强制密封，垫片密封所需的压紧力完全由预紧螺栓来
提供，而O形密封圈密封由上下法兰过渡配合或过盈配合时对密封圈产生沿径向的挤压来
实现。这种O形密封圈受到的沿径向的挤压力并不会随螺栓的自松弛或螺栓的应力松弛而
减小，这样在螺栓力出现松弛的时候，O形密封圈的密封性能并不会下降。
第三，本发明设置了测漏空腔，可通过对测漏空腔内部的介质的压力、温度等参数
进行测量来判断法兰是否发生泄漏，还可以通过体积变化率或质量变化率来量化评价法兰
的紧密性状态。
第四，本发明还设置了数据处理及传输模块，对数据进行分析，将测量到的数据传
递到总控制室，便于对单一法兰的实时状态进行监测。当该种法兰批量用于某个或多个工
厂的管路中时，有利于形成相应法兰的运行状态的大数据库，有利于对同种法兰的寿命进
行评估。
附图说明
图1为本发明的整体剖视结构示意图。
图2为图1中A区(二次密封区)放大示意图。
图3为图1中B区(一次密封区)放大示意图。
图中，1-螺母，2-双头螺柱，3-数据处理及传输模块，4-上法兰，4-1圆弧过渡区，5-
温度传感器，6-压力传感器，7-测漏空腔，8-下法兰，9-垫片，10-二次密封区凹形密封槽，
11-二次密封区O形密封圈，12-二次密封区O形圈用凹槽，13-二次密封区环形凸圈，14-上法
兰密封面，15-一次密封区O形密封圈，16-下法兰密封面，17-一次密封区密封圈用凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
如图1、图2、图3所示，本发明是一种具有泄漏监测功能的多道密封法兰，包括上法
兰4、下法兰8、垫片9、一次密封区O形密封圈15、二次密封区O形密封圈11、螺母1、双头螺柱
2、温度传感器5、压力传感器6、数据处理及传输模块3，其中，上法兰4设置有上法兰密封面
14、圆弧过渡区4-1、二次密封区凹形密封槽10、二次密封区O形圈用凹槽12，下法兰8设置有
下法兰密封面16、一次密封区密封圈用凹槽17、二次密封区环形凸圈13，上法兰4与下法兰8
之间形成测漏空腔7。
上法兰4与下法兰8通过多组螺母1和双头螺柱2压紧连接，上法兰4与下法兰8之间
设置有靠近中心的一次密封区B和靠近边缘的二次密封区A，在一次密封区B和二次密封区A
之间形成一个密封的测漏空腔7，测漏空腔7能够对法兰一次密封区B中垫片9的紧密性进行
监测。
一次密封区B包括上法兰4的上法兰密封面14、下法兰8的下法兰密封面16和一次
密封区密封圈用凹槽17、垫片9、一次密封区O形密封圈15，二次密封区A包括上法兰4的二次
密封区凹形密封槽10和二次密封区O形圈用凹槽12、下法兰8的二次密封区环形凸圈13、二
次密封区O形密封圈11。
在一次密封区B中，凸起的上法兰密封面14与下陷的下法兰密封面16的相匹配，上
法兰密封面14凸起的高度大于下法兰密封面16下陷的深度，确保上法兰4与下法兰8配对合
拢的时候，在上法兰4与下法兰8之间、一次密封区B与二次密封区A之间能够形成测漏孔腔
7。当上法兰4与下法兰8配对合拢的时候，上法兰4凸起部分伸入下法兰8下陷部分，垫片9夹
紧在上法兰密封面14与下法兰密封面16之间，形成密封；下法兰8下陷部分的侧壁上设置有
两个一次密封区密封圈用凹槽17，在一次密封区密封圈用凹槽17中安装有相匹配的一次密
封区O形密封圈15，与上法兰4凸起部分的侧壁形成密封；实现法兰的一次密封。由于法兰盘
在使用过程中，会在螺栓力与垫片力之间形成较大的弯矩，故将上法兰4凸起部分的根部设
置为圆弧过渡区4-1，能够有效避免高应力区域的产生。此处的两个一次密封区O形密封圈
15可以用三个缺口错开的活塞环代替，所述活塞环具有弹性，能够形成动态密封。
在二次密封区A中，二次密封区凹形密封槽10与二次密封区环形凸圈13相匹配，二
次密封区环形凸圈13的高度小于二次密封区凹形密封槽10的深度，确保上法兰4与下法兰8
配对合拢的时候，二次密封区环形凸圈13的上端并没有与二次密封区凹形密封槽10的底部
接触，留有一定空间，使得在双头螺柱2预紧的过程中，双头螺柱2的预紧不会受到二次密封
区环形凸圈13上端与二次密封区凹形密封槽10底部卡住的限制。当上法兰4与下法兰8配对
合拢的时候，二次密封区环形凸圈13伸入二次密封区凹形密封槽10内，二次密封区凹形密
封槽10内壁两侧对称设置有三对二次密封区O形圈用凹槽12，在二次密封区O形圈用凹槽12
中安装有相匹配的二次密封区O形密封圈11，与二次密封区环形凸圈13形成密封，实现法兰
的二次密封。当螺栓松动时，即使一次密封失效，二次密封还能够保证密封效果。二次密封
区环形凸圈13的上端设置为圆滑的结构，方便顺利的进入上法兰4的二次密封区凹形密封
槽10。
测漏空腔7的外部安装压力传感器5和温度传感器6，温度传感器5用于测量测漏空
腔7内部的介质温度，压力传感器6用于测量测漏空腔7内部的压力。根据测量需要，还可以
安装其他传感器，例如：湿度传感器。
温度传感器5和压力传感器6与数据处理及传输模块3相连，数据处理及传输模块3
安装在上法兰4上。数据处理及传输模块3对温度传感器5和压力传感器6测得的数据进行数
据处理，并将数据利用物联网、无线电波或WiFi等形式传递到总控制室，便于对单一法兰的
实时状态进行监测。当上述法兰批量用于某个或多个工厂的管路中时，有利于形成相应法
兰的运行状态的大数据库，有利于对同种法兰的寿命进行评估。
数据处理及传输模块3对数据的处理思路随介质的不同而不同。当介质为气态或
液态介质时，若压力测量值出现明显增高，则法兰出现了泄漏；当介质为高温或低温介质
时，若温度测量值出现显著的升高，同时伴有压力的增大，则出现了泄漏状态；当介质为气
体时，还可以根据气态方程来给出泄漏气体的体积或质量变化率，做出定量的判断。
上面对本发明的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的最优实施例，
但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在
不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。