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如何确定螺栓的载荷及其扭矩

文章出处:未知 人气:发表时间:2019-02-13 12:23

法兰紧固时如何确定螺栓的载荷及其扭矩, 对于大家来说,可能都是一个比较感兴趣的话题。首先提出两个问题:

 

* 对于 M36以下的螺栓,知道螺栓荷载,如何求对应的扭矩值?* 对于可以进行液压拉伸的螺栓, 不进行法兰计算, 如何查取对应的螺栓荷载?

 

大家在进行法兰设计时或查阅法兰的计算报告, 都能找到法兰预紧和操作时的螺栓拉力。 对于 M36以下的螺栓, 一般可以采用扭矩扳手。 现在知道螺栓荷载,如何求对应的扭矩值呢?大家可以查阅 GB/T16823.2-1997《螺纹紧固件紧固通则》 或者相关的资料就能够找到相应的扭矩值。 对于可以进行液压拉伸的螺栓, 大家可以查阅相应的垫片生产厂家的数据, 即可以知道螺栓的荷载。 更简单的可以直接取螺栓材料 45%的屈服强度来计算每个螺栓的载荷。这是我计算出来的螺栓加载扭矩: 采用力矩扳手、 垫片为缠绕垫片 (用钢圈垫可以类推),仅供参考。

 

根据 GB150-1998《钢制压力容器》 P94中'9 法兰'的规定, 求得垫片压紧力,再根据力与力矩的关系,算出每条螺栓的力矩。高压法兰尺寸为:DN6' PN1500class(缠绕垫片密封),其法兰预紧力具体验算如下:

 

1、查 HG20592~20635-97《钢制管法兰、垫片、紧固件》中 HG20631-97法兰密封面外径 d=216mm;

2、查 HG20631-97中 DN6' PN1500class D 型缠绕垫片缠绕垫内径 D2=171.5mm,缠绕垫外径 D3=209.6mm,垫片密封宽度 N=19.05mm ,D3<d。

3、按照 GB150-98 P91 表 9-1 中 1a垫片基本密封宽度 b0=N/2=19.05/2=9.525mm>6.4mm。

4、按照 GB150—98 P94 中 9.5.1.1 垫片有效密封宽度 b=2.53 =2.53 =7.81mm。

5、按照 GB150-98 P94中 9.5.1.2 垫片压紧力作用中心圆直径 DG=D3-2b=209.6-2*7.81 =193.98mm。

6、查 GB150-98 P93表 9-2 中缠绕垫片的垫片系数 m=3.00,比压力 y=69MPa。管线的设计压力为 15.85MPa,操作压力为 14.4MPa。

7、按照 GB150-98 P94中 9.5.1.3 中预紧状态下需要的最小垫片压紧力FG=Fa=3.14DGby=3.14*193.98*7.81*69=328236.4N 。

8、按照 GB150-98 P94中 9.5.1.3 操作状态下需要的最小垫片压紧力 FG=Fb=6.28DGbmpc=6.28*193.98*7.81*3.00*14.4 =411009N。

9、按照力与力矩的关系式 N=0.2Fd,该法兰用紧固件螺栓为 M36*3,用紧固件螺栓 12对,螺纹实际作用力直径为 d=33。

10、预紧状态下每条螺栓加载扭矩 Na=0.2(FG/12)d=0.2*(328236.4/12 )*(33/1000)=180N.m。

11、操作状态下每条螺栓加载扭矩 Np=0.2(FG/12)d=0.2*(411009/12)*(33/1000)=226N.m

 

以上是按照 GB150的法兰要求算出来的每条螺栓需要加载的力矩, 应用到实际工作中,采用力矩扳手完全可以满足要求, 不过在实际工作中, 力矩扳手按照 30%、50%、100%的预紧力矩进行操作。在 100%的预紧力矩作用下,多紧几次,就可以完全解决问题。

 

附加:

 

一 力矩的确认1 先说载荷和力矩的换算, 力矩扳手制造商有着对应表可以查, 从理论力学教科书上也有公式, 公式中一个系数是一个范围, 需要根据实际情况来确定2. 做过实验,对螺栓帖上应力片来验证载荷的变化,结论是:系数在推荐的范围内,但变化比较大。这与螺栓螺纹加工精度、润滑程度、螺母表面与法兰表面的光洁度、螺母与螺栓啮合的匹配状态等有着紧密的联系。3 因此从理论计算和实际结果是有着大的差别的。4 当然,采用力矩扳手比传统方法还是进了一大步。

 

二 关于螺栓上紧过程相邻螺栓受力变化效应1 规律:螺栓上紧过程各螺栓受力影响分析无论采用何种垫片, 为了保证密封效果均需有相应的密封比压, 在螺栓上进过程中, 由于螺栓受力是渐紧上升,因此密封比压产生的轴向力不均匀分配在各螺栓中, 在紧固某个螺栓时其相邻螺栓的受力将减小2. 实践例子:在螺栓按照规定的力矩旋紧过程中,对某一个螺栓加载,则其相邻螺栓的载荷马上下降3 当载荷达到规定值仍因为某种原因再要加载,则加载的动力必须要远超过阻力,大家的试验结果平均在 120%以上4. 比较有效的方法:在旋了数圈后,对相隔螺栓加大载荷(超过理论载荷)进行旋紧,而后对相邻螺栓按照理论载荷旋紧, 这样对于一个法兰来说,各螺栓的载荷形成一条相对均匀的载荷曲线。

 

三 法兰连接是管道施工的重要连接方式法兰连接就是把两个管道、 管件或器材,先各自固定在一个法兰盘上, 两个法兰盘之间,加上法兰垫,用螺栓紧固在一起,完成了连接。有的管件和器材已经自带法兰盘,也是属于法兰连接。法兰分螺纹连接(丝接)法兰和焊接法兰。低压小直径有丝接法兰,高压和低压大直径都是使用焊接法兰, 不同压力的法兰盘的厚度和连接螺栓直径和数量是不同的。根据压力的不同等级, 法兰垫也有不同材料, 从低压石棉垫、 高压石棉垫到金属垫都有。法兰连接使用方便,能够承受较大的压力。在工业管道中,法兰连接的使用十分广泛。在家庭内,管道直径小,而且是低压,看不见法兰连接。 如果在一个锅炉房或者生产现场, 到处都是法兰连接的管道和器材。

 

已知扭矩 T和螺栓的公称直径 d,楼主要求的应该是轴向拉力 P, P=T/(K d)式中K—拧紧力系数,可查下表:

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