法蘭螺栓緊固力矩

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1、H 次 1 總則 2 法蘭螺栓緊固力矩的計(jì)算方法 3 法蘭螺栓緊固力矩的計(jì)算實(shí)例 4 常用的法蘭螺栓緊固力矩 1 總則 1.0.1 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了法蘭螺栓緊固力矩的計(jì)算方法。法蘭螺栓緊固力矩是指為避免操作 狀態(tài)下法蘭泄漏，在法蘭安裝時扭緊螺栓所需的扭力矩。該扭力矩在避免法蘭泄漏的同時, 不致造成墊片損壞、法蘭永久變形和螺栓屈服。 1.0.2 木標(biāo)準(zhǔn)適用于設(shè)計(jì)壓力不大于35MPa.鋼材的使用溫度在允許范I韋IZ內(nèi)的情況。 1.0.3 本標(biāo)準(zhǔn)考慮了流體靜壓力及墊片壓緊力的作用，未考慮外力、外力矩的作用。 1.0.4 引用標(biāo)準(zhǔn) a) 國家標(biāo)準(zhǔn)GB150-90《鋼制壓力容器》。

2、 b) 國家標(biāo)準(zhǔn)GB196-81《普通螺紋基本尺寸》。 2 法蘭螺栓緊固力矩的計(jì)算方法 2.0.1 法蘭螺栓緊固力矩的計(jì)算步驟如下： a) 確定繪片棊本密封寬度bo,mm。 根據(jù)墊片型式及尺寸，按3<2.0.1-1確定墊片兀本密封寬度b。。 編制 審核 會簽 批準(zhǔn) 表2.0.仁1 墊片基本密封寬度 壓緊面形狀（簡圖） 墊片基本密封寬度b° I類（見表2O1?2） II 類（見表 2.0.1-2） 1a N ~2 N ~2 1b 1c 血+ 5] 2 （co+NJ — 最大 14 丿 （0 + 2 嚴(yán)“最大] \ 4 >

3、 1d 2 （D+ N 4 co + 3N 8 3 N ~4 3N 8 4 3N 8 7N 16 5 N ~4 3N 8 6 CD 8- 注：本表引riGB150-89第7章表7?1。 b）確定墊片有效密封寬度b,mmo 塑片冇效密封寬度b按以下規(guī)定計(jì)篦： 當(dāng)b（）W6.4mm時，b= b0,mm 當(dāng)b0>6.4mm時，b=2.53 ,mm。 c） 確定墊片壓緊力作用中心圓直徑DG,mm 對于活套法蘭，墊片壓緊力作用中心圓肖徑Dg即是法蘭與翻邊接觸血的平均肖 徑。 對于其他型式的法蘭，按下述規(guī)定計(jì)算：

4、 當(dāng)b° W 6.4m m時,Dg二墊片接觸面的平均直徑； 當(dāng)b0>6.4mm時，Dg=墊片接觸而外直徑減2b。 對于活套法蘭，墊片壓緊力作用中心関直徑DG即是法蘭與翻邊接觸血的平均直 徑。 d） 確定操作狀態(tài)下內(nèi)壓力引起的螺栓總軸向力，其數(shù)值按正式計(jì)算： F = —DG^P （2.0.1-1） 4 式中 F■操作狀態(tài)下內(nèi)壓力引起的螺栓總軸向力，N; P?設(shè)計(jì)壓力,MPa0 e） 確定操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力，其數(shù)值按下式irVf-: Fp=2 n DcbmP （2.0.1 ?2） 式中Fp ?操作狀態(tài)下需要的披小塑片壓緊力，N; m?墊片系數(shù)，由表2.0.1-2査

5、得。 墊片材料 墊片系數(shù) m 比壓力 y MPa 簡圖 壓緊面形狀 （見表 2.0.1- D 類 別 自緊式墊片 O形環(huán)、金屬、橡膠及其它自緊密封的墊片 0 0 ■ b、 c、 d）4、5 II 無織物或少含就石棉纖維的合成橡膠:肖氏硬度 低于75 肖氏似度大于等于75 0.50 1.00 1.4 0 具有適當(dāng)加固 厚度3mm 物的石棉 厚度1.5mm （石棉橡膠板） 厚度0.75mm 2.00 2.75 3.50 11 25.5 44.8 內(nèi)有棉纖維的橡膠 1.25 2.8 內(nèi)有石棉纖維的橡膠，3層

6、 具有金屬加強(qiáng)絲 2層 或不具有金屬加強(qiáng)絲 1層 2.25 2.50 2.75 15.2 20 25.5 植物纖維 1.75 7.6 1（a. b、 c、 d）4、5 內(nèi)塡石棉編繞式金屬 碳鋼 不銹鋼或蒙乃爾 2.50 3.00 69 69 1（a> b） II 波紋金屬板處光內(nèi)包 石棉或波紋金屬板內(nèi)包 石棉 軟鋁 軟銅或黃銅 鐵或軟鋼 蒙乃爾或4~6%鉆鋼 不銹鋼 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 20 26 31 38 44.8 波紋金屬板 軟鋁 軟制或黃銅 鐵或軟鋼 蒙乃爾

7、或4~6%珞鋼 不銹鋼 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 25.5 31 38 44.8 52.4 1（a. b、 c、 d） 平金屬板內(nèi)包石棉 軟鋁 軟銅或黃銅 鐵或軟鋼 蒙乃爾 4~6%鉆鋼 不銹鋼 3.25 3.50 3.75 3.50 3.75 3.75 38 44.8 52.4 55.2 62.1 62.1 1a> 1b、 1c1\ 1d1\ 211 憎形金屬 軟鋁 軟銅或黃銅 鐵或軟鋼 蒙乃爾或4-6%俗鋼 不銹鋼 3.25 3.50 3.75 3.75 4.25 38

8、 44.8 52.4 62.1 69.6 1（a. b、 c、 d）2、3 表2.0.1-2 塑片參數(shù) 續(xù)表 2.0.1-2 塑片參數(shù) 墊片材料 墊片系數(shù) m 比壓力 y MPa 簡圖 壓緊面形狀 (見表 2.0.1- D 類 別 金屬平板 軟鋁 軟銅或黃銅 鐵或軟鋼 蒙乃爾或4~6%銘鋼 不銹鋼 4.00 4.75 5.50 6.00 6.50 60.7 89.6 124.1 150.3 179.3 1(a. b、 c、 d)2、 3、 4、 5 金屬環(huán) 鐵或軟鋼 蒙乃爾或4~6%鉆鋼 不

9、銹鋼 5.50 6.00 6.50 124.1 150.3 179.3 6 注:本表引SGB150-89第7章表7?2。 f) 確定操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷我,其數(shù)值按下式計(jì)舁: Wp=F+FP (2.0.1-3) 式+ WP-操作狀態(tài)下需要的放小螺栓總荷載,N。 g) 確定預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載,其數(shù)值按下式計(jì)算： Wa=n Dgby (2.0.1-4) 式中Wa?預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載,N; y?墊片比壓力Mpa,由表2.0.1-2査得。 h) 確定預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)總荷載，具體步驟如下： 1) 確定預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺

10、栓總面積,其數(shù)值按下式計(jì)算： W Aa=[—(2.0.1-5) 6b 式中Aa?預(yù)緊狀態(tài)下需要的址小螺栓總而積,mm2; [o ]b-常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力，MPa：螺栓材料的許用應(yīng)力數(shù)值可參照 GB150-89第2章的表2?7。 2) 確定操作狀態(tài)下需要的故小螺栓總面積,其數(shù)值按下式計(jì)算: (2.0.1-6) 式中A”操作狀態(tài)下需要的故小螺栓總漸枳,mm2; [6：?設(shè)計(jì)溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力，MPa；螺栓材料的許用應(yīng)力數(shù)值可參照 GB150-89第2章的表2?7。 3) 需要的螺栓總而積Am取Aa與ApZ間的最人值。 4) 確定預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)總荷載

11、，其數(shù)值按正式計(jì)算: (2.0.1-7) 3) 需要的螺栓總而積Am取Aa與ApZ間的最人值。 3) 需要的螺栓總而積Am取Aa與ApZ間的最人值。 式中Wy?預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)總荷載,N； 其數(shù)值按下式計(jì)算: Ab?實(shí)際螺栓總面積,它應(yīng)不小于需要的螺栓總而積Am, Ab=nA (2.0.1-8) 式中n?螺栓個數(shù)； A?單個螺栓實(shí)際血積A, mm2；其數(shù)值可按下式訃算” (2.0.1-9 ) 式中d 1?外螺栓小徑，mm P廣螺矩，mm 小可根據(jù)所選螺栓公稱直徑及螺矩宙GB196-81查得。 i) 確定螺栓設(shè)計(jì)總荷載w. No W取預(yù)緊狀態(tài)

12、下的螺栓設(shè)計(jì)總荷載,Wy° j) 確定法蘭每個螺栓所需的緊固力矩，其數(shù)值按下式計(jì)算: (2.0.1-10) 式中T?法蘭每個螺栓所需的緊固力矩,N-m; k ?扭矩系數(shù)。它與螺栓、螺母的松緊配合，螺紋、螺母和法蘭的表Illi的光潔度 和磨擦系數(shù)有關(guān)。在允許情況下k值可通過抽樣進(jìn)行測定，其數(shù)值一般在0.11-0.15Z 間。在無法測定的情況下，建議將k值取為0.13。 dp?螺栓公稱直徑，mrrio 3.法蘭螺栓緊固力矩的計(jì)算實(shí)例 3.0.1 計(jì)算實(shí)例? 法蘭等級PN42.0MPa,公稱ft徑DN200,設(shè)計(jì)溫度4 50°C ,螺栓材料25Cr2MoVA0 a) lL知數(shù)據(jù)

13、 墊片為圓環(huán)墊，墊片材料為TP316,墊片寬度f =22.224mm,墊片接觸面平均直徑 為279.4mm；設(shè)計(jì)壓力P=20MPa :常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力為［o］b=254MPa；設(shè)計(jì)溫度 下螺栓材料的許用應(yīng)川為［o-］；=185MPa：螺栓公稱直徑dB=52mm；螺矩已為3mm。螺栓 個數(shù)n=12o b）計(jì)算法蘭螺栓緊固力矩 1） 確定墊片基本密封寬度bo 査表2.0.1-1可知,對園環(huán)墊bo= 3/8=2.778mm 2） 確定墊片有效密封寬度b： 因?yàn)?b0<6.4mm,所以b二bo=2.778mm。 3） 確定畢片壓緊力作用屮心関肖徑Dg： 因?yàn)閎0<6.4mm,所

14、以Dg二墊片接觸面的平均直徑=279.4mm。 4） 由（2.0.1-1）式計(jì)算操作狀態(tài)下內(nèi)壓力引起的螺栓總軸向力F： F = -D^P = -x 2.794? x 20 = 1.2262 x 10° N 4 4 5）計(jì)算操作狀態(tài)下需要的址小墊片壓緊力Fp： 由表2.0.1-2可知，不銹鋼圓環(huán)墊的墊片系數(shù)m為6.5；由（2.0.仁2）式屮計(jì)算得到操 作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力Fp為 FP=2 ji DGbmP=2 n X2.794X2.778X6.5X20=6.3397X 105N 6) 由(2.0.1-3)式計(jì)算操作狀態(tài)下需要的城小螺栓總荷載Wp： WP=F + Fp=1.

15、2262 X 106+6.3397 X 105=1.8602 X 106N 7）汁算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷?Wa： 由表2.0.1-2可知，不銹鋼圓環(huán)熱的熱片比壓力y為179.3；由（2.0.1-4）式計(jì)算預(yù)緊狀態(tài) F需要的垃小螺栓總荷載Wa為： Wa= n DGby= n X 279.4 X 2.778 X 179.3=4.372 X 105N 8）計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)總荷載Wy： 按（2.0.1-5）式計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積Aa： Aa= 4.372 xlO5 -~254 =1721.26〃7〃廠 按（2.0.1-6）式計(jì)

16、算操作狀態(tài)下需要的投小螺栓總面積Ap： 1.8602 xlO6 185 =10055.14/77/77 ~ 因Ap人于Aa，所以需要的螺栓總面積Am為： Am=AP=0055.14mm2 根據(jù)GB196-81,對于公稱直徑為52mm.螺矩為3mm的螺栓，d1=48.752MMo按 （2. 0. 1—9 ）式計(jì)算單個螺栓實(shí)際面積A ： 人=彳（￡_￥）2 =彳（48.752-=182&55 加屛 實(shí)際螺栓總面積Ab為: Ab 二 n A=12X 1828.55=21942.6mm2 因?yàn)锳b人于Am,所以該Ab即為所求。 利用上述計(jì)算結(jié)果，按（2.0.仁7）式計(jì)

17、算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)總荷載Wy： 叭= —— [a]h = x 2）4 = 4.0637 x 1（/N ） 2 2 9） 螺栓設(shè)計(jì)總荷載W為： W=Wy=4.0637X 106N 10） 按（2.0.1-10）式計(jì)算法蘭每個螺栓所需的緊固力矩T： T IO'3kWdB IO-3 x0.13x4.0637x 106 x52 ““ “ T= 匚= =2289.227V — rn n 12 3.0.2 計(jì)算實(shí)例二 法蘭等級PN25.0MP" 公稱肖?徑DN250,設(shè)計(jì)溫度150°C,螺栓材料35CrMoAo a） C知數(shù)據(jù) 墊片為圓環(huán)熱，熱片材料為軟鋼，墊片寬度s =15.

18、872mm,墊片接觸面平均直徑為 323.85mm：設(shè)計(jì)壓力P=18.6MPa；常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力[c]b=254MPa；設(shè)計(jì)溫度 下螺栓材料的許用應(yīng)力[

19、 ±(2.0.1-1)式計(jì)算操作狀態(tài)下內(nèi)壓力引起的螺栓總軸向力F: 一評P 鄉(xiāng) 323.852“8.6“.532WN 5) 計(jì)算操作狀態(tài)下需要的域小墊片壓緊力Fp： 由表2.0.1-2可知，軟鋼関環(huán)墊的墊片系數(shù)m為5.5；由(2.0.1-2)式可計(jì)算得到操作狀態(tài) 下需要的最小墊片壓緊力Fp為： FP=2KDGbMP=2nX 323.85 X 1.984 X 5.5 X 18.6=4.1298 X 105N 6) 山(2.0.1-3)式計(jì)算操作狀態(tài)下需要的般小螺栓總荷載Wp： Wp=F+Fp=1.5321 X 106+4.1298X 105=1.9451 X 106N 7) 計(jì)算預(yù)

20、緊狀態(tài)下需要的繪小螺栓總荷載Wa： 由3<2.0.1-2可知，不銹鋼圓環(huán)墊的墊片比壓力y為124.1；宙(2.0.1-4)式計(jì)算預(yù)緊狀態(tài) F需要的放小螺栓總荷載Wa為： Wa=7tDGby=7tX 323.85 X 1.984 X 124.1=2.5049 X 105N 8) 計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)總荷載Wy： 按(2.0.1-5)式計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下需要的址小螺栓總浙積Aa： Wp _ 1.9451 xlO6 MT" 221 =8801.36/77/772 7 一 [4 - ：2 5049X105 =986.】8”腫 254 按(2.0.仁6)計(jì)算操作狀態(tài)下需要的最

21、小螺栓總面積An 因Ap大于Aa,所以需要的螺栓總面積Am為 Am=AP=8801.36mm2 根據(jù)GB196-81,對于公稱直徑為50mm.螺距為3mm的螺栓，小=46.752mm。按 (2.0.1-9)式計(jì)算單個螺栓實(shí)際而積A: A = -?-^-)2 =-(46.752--)2 =1680.11/n/n2 4 6 4 6 實(shí)際螺栓總面積Ab為: Ab=n A=12X 1680.11=20161.34mm2 因?yàn)锳b大于Am,所以該Ab即為所求。 利用上述計(jì)算結(jié)果，按(2.0.1-7)式計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)總荷awy： =去 + 人冋= 8801.36 +20161.

22、34%254 = 3.6783xl0> 9) 螺栓設(shè)計(jì)總荷載W為： W=Wy=3.6783X 106N 10) 按(2.0.1-10)式計(jì)算法蘭每個螺栓所需的緊固力矩T: lO^kWd. 10_3 x0.13x3.6783x106 x50 ■ T = = = 1992.41N — tn n 12 4 常用的法蘭螺栓緊固力矩 從上述例題可以看出，螺栓的斷面和緊固力矩主要與操作狀態(tài)下的壓力有關(guān)，操作壓 力均小于法蘭公稱壓力，按公稱壓力計(jì)算的螺栓斷面和緊固力矩是故人的，在此緊固力矩 下又不致引起法蘭、螺栓和墊片的破壞和失效。為方便使用，將操作壓力等于公稱壓力， 操作溫度等干150

23、°C條件下計(jì)算得到的緊固力矩列表如下。一般情況下可肖?接采用。 4.0.1 法蘭壓力等級：PN15.0MPa(相當(dāng)于ANSI CLASS 900);螺栓材料:25Cr2MoVA；墊 片形式:圓環(huán)墊;墊片材料:不銹鋼及軟鋼。表4.0.1列出了上述條件下乞種公稱直徑法蘭對應(yīng) 的法蘭螺栓緊固力矩。 表4.0.1 法蘭螺栓緊固力矩 法蘭公稱粗徑DN 螺栓公稱宜徑mm 螺栓個數(shù) 單個螺栓緊固力矩N?m 不銹鋼墊片 軟鋼墊片 15 20 4 67.67 66.46 20 20 4 70.14 68.79 25 24 4 132.43 130.58 40

24、 27 4 203.24 200.46 50 24 8 145.18 142.75 80 24 8 164.30 161.16 100 3J 8 322.86 31&10 150 30 12 342.50 338.01 200 36 12 625.00 618.11 250 36 16 633.90 627.70 300 36 20 650.91 645.08 350 39 20 861.22 851.30 400 42 20 1110.64 1098.65 450 48 20 1680.6

25、6 1662.00 500 52 20 2189.33 2167.19 4.0.2 法蘭壓力等級:PN15.0MPa（相當(dāng)于ANSI CLASS 900）;螺栓材料:35CrMoA;^片熨 式:圓環(huán)墊;墊片材料:不銹鋼及軟鋼。表4.0.2列出了上述條件下乞種公稱直徑法蘭對應(yīng)的法 蘭螺栓緊固力矩。 表4.0.# 法蘭螺栓緊固力矩 法蘭公稱直徑DN 螺栓公稱直徑mm 螺栓個數(shù) 單個螺栓緊固力矩N?m 不銹鋼墊片 軟鋼墊片 15 20 4 67.67 66.46 20 20 4 70.14 68.79 25 24 4 123.89

26、 122.04 40 27 4 190.57 187.79 50 24 8 136.64 134.21 80 24 8 155.76 152.62 100 30 8 304.92 300.16 150 30 12 324.56 320.07 200 36 12 592.50 585.61 250 36 16 601.40 595.20 300 36 20 618.41 612.58 350 39 20 819.16 809.24 400 42 20 1057.31 1045.32 450 4

27、8 20 1599.09 1580.42 500 52 20 2189.33 2167.19 4.0.3 法蘭用力等級:PN25.0MPa(4ll 當(dāng)于ANSI CLASS 1500);螺栓材料:25Cr2MoVA;舉 片型式：圓環(huán)墊;墊片材料：不銹鋼及軟鋼。表4.0.3列出了上述條件下各種公稱電徑法蘭対應(yīng) 的法蘭螺栓緊固力矩。 表4?0?3 法蘭螺栓緊固力矩 法蘭公稱直徑DN 螺栓公稱直徑mm 螺栓個數(shù) 單個螺栓緊固力矩 不銹鋼墊片 軟鋼墊片 15 20 4 76.91 74.90 20 20 4 81.05 78.79

28、25 24 4 148.36 145.27 40 27 4 231.42 226.76 50 24 8 169.61 165.55 80 30 8 353.64 346.39 100 33 8 498.01 488.54 150 36 12 650.33 640.06 200 42 12 1127.31 250 48 12 1742.35 1716.12 300 52 16 2196.18 2161.77 350 56 16 2818.47 2770.95 400 64 16 4193.

29、82 4125.30 450 72 16 5986.72 5899.22 500 76 16 7225.38 7163.23 4.0.4 法蘭壓力等級:PN25.0MPa（相當(dāng)于ANSI CLASS 1500）;螺栓材料:35CrMoA;墊片 型式：圓壞墊;墊片材料:不銹鋼及軟鋼。表4.0.4列出了上述條件下各種公稱肖?徑法蘭對應(yīng)的 法蘭螺栓緊同力矩。 表4.0.7 法蘭螺栓緊固力矩 法蘭公稱直徑DN 螺栓公稱宜徑mm 螺栓個數(shù) 單個螺栓緊固力矩N?m 不銹鋼墊片 軟鋼墊片 15 20 4 76.91 74.90 20 20

30、 4 81.05 78.79 25 24 4 139.81 136.73 40 27 4 218.75 214.09 50 24 8 161.06 157.01 80 30 8 336.55 329.29 100 33 8 474.53 465.06 150 36 12 617.83 607.56 200 42 12 1073.97 1054.85 250 48 12 1660.78 1634.55 300 52 16 2196.18 2161.77 350 56 16 2818.47 27

31、70.95 400 64 16 4193.82 4125.30 450 72 16 5986.72 5899.22 500 76 16 7225.38 7163.23 4.0.5 法蘭壓力等級:PN42?0MPa（相當(dāng)于ANSI CLASS 2500）;螺栓材料：25Cr2MoVA;墊 法蘭公稱粗徑DN 螺栓公稱宜徑mm 螺栓個數(shù) 單個螺栓緊固力矩N?m 不銹鋼墊片 軟鋼墊片 15 20 4 97.19 93.51 20 20 4 111.58 105.23 25 24 4 195.38 189.22 40 3

32、0 4 422.68 407.94 50 27 8 288.74 280.57 80 33 8 533.58 519.31 100 3J 8 961.78 935.92 150 52 8 2488.47 2427.81 200 52 12 2467.37 240&36 250 64 12 4693.78 4581.79 300 72 12 6987.23 6821.30 350 60 16 4110.30 4024.75 450 72 16 7484.60 7337.60 4.0.6 法蘭壓力

33、等級:PN42.0MPa（相當(dāng)于ANSI CLASS 2500）;螺栓材料:35CrMoA;墊片 法蘭公稱嵐徑DN 螺栓公稱宜徑mm 螺栓個數(shù) 單個螺栓緊固力矩N?m 不銹鋼墊片 軟鋼墊片 15 20 4 97.19 93.51 20 20 4 111.58 105.23 25 24 4 186.64 180.68 40 30 4 411.61 390.84 50 27 8 276.07 267.91 80 33 8 510.11 495.84 100 3J 8 919.92 893.86 150 52 8 2488.47 2427.81 200 52 12 2467.37 240&36 250 64 12 4693.78 4581.79 300 72 12 6987.23 6821.30 350 60 16 4110.30 4024.75 450 72 16 7484.60 7337.6 型式：圓環(huán)墊;墊片材料:不銹鋼及軟鋼。農(nóng)4.0.6列出了上述條件下各種公稱?直徑法蘭對應(yīng)的 法蘭螺栓緊固力矩。