螺栓紧固力矩标准.docx

螺栓紧固力矩标准.docx

《螺栓紧固力矩标准.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《螺栓紧固力矩标准.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

螺栓紧固力矩标准

目次

1

总则

1.1

范围

1.2

引用标准

2

计算方法

2.1

一般要求

2.2

计算步骤

附录A法兰螺栓紧固力矩的计算实例

附录B常用的法兰螺栓紧固力矩

1总则

1.1范围

1.1.1本标准规定了法兰螺栓紧固力矩的计算方法。

1.1.2本标准适用于设计压力不大于35MPa、钢材的使用温度在允许范围之内的法兰螺栓紧固力矩的计算。

1.2引用标准

使用本标准时。

应使用下列标准最新版本。

GB150《钢制压力容器》。

GB/T196《普通螺纹基本尺寸（直径1～600mm）》。

2计算方法

2.1一般要求

2.1.1本标准考虑了流体静压力及垫片压紧力的作用，未考虑外力、外力矩的作用。

2.1.2法兰螺栓紧固力矩是指为避免操作状态下法兰泄漏，在法兰安装时扭紧螺栓所需的扭力矩。

该扭力矩在避免法兰泄漏的同时,不致造成垫片损坏、法兰永久变形和螺栓屈服。

由于理论计算模型不可能与实际情况完全吻合，因此本标准的法兰螺栓紧固力矩数值只作为施工中的参考，在操作状态仍需考虑进行热紧。

2.2计算步骤

2.2.1垫片基本密封宽度b0根据垫片型式及尺寸，按表2.2.1确定垫片基本密封宽度b0（mm）。

2.2.2垫片有效密封宽度b

垫片有效密封宽度b（mm）按以下规定计算：

a）当b0≤6.4mm时，b＝b0；

b）当b0>6.4mm时，b＝2.53b0。

2.2.3垫片压紧力作用中心圆直径DG

2.2.3.1

DG（mm）即为法兰与翻边接触

对于活套法兰，垫片压紧力作用中心圆直径面的平均直径。

2.2.3.2对于其他型式的法兰，按下述规定计算DG（mm）：

a）当b0≤6.4mm时，DG等于垫片接触面的平均直径；

b）当b0>6.4mm时，DG等于垫片接触面外直径减2b。

2.2.4操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力按式（2.2.4）计算：

FDG2P（2.2.4）

4

式中：

F——操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力，N；

P——设计压力，MPa。

2.2.5操作状态下需要的最小垫片压紧力按式（2.2.5）计算：

2.2.5）

FP＝2πDGbmP

式中：

FP——操作状态下需要的最小垫片压紧力，N；

m——垫片系数，由表2.2.5查得。

表2.2.1垫片基本密度宽度

垫片基本密封宽度b0ⅠⅡ

注：

①当锯齿深度不超过0.4mm，齿距不超过0.8mm时，应采用1b或1d的压紧面形状。

表2.2.5垫片参数

垫片材料

垫片系数m

比压力y

MPa

简图

压紧面形状①

类别①

无织物或少含量石

棉纤维的合成橡胶

肖氏硬度低于75

0.50

0

1（a、b、c、d）、4、5

Ⅱ

肖氏硬度不低于75

1.00

1.4

具有适当加固物的石棉（石棉橡胶板）

厚度3mm

2.00

11

厚度1.5mm

2.75

25.5

厚度0.75mm

3.50

44.8

内有棉纤维的橡胶

1.25

2.8

内有石棉纤维的橡胶，具有金属加强丝或不具有金属加强丝

3层

2.25

15.2

2层

2.50

20

1层

2.75

25.5

植物纤维

1.75

7.6

1（a、b、c、d）、4、5

内填石棉缠绕式金属

碳钢

2.5

69

1（a、b）

不锈钢或蒙乃尔

3.00

69

波纹金属板类壳内包石棉或波纹金属板内包石棉

软铝

2.50

20

软铜或黄铜

2.75

26

铁或软钢

3.00

31

蒙乃尔或

4%～6%铬钢

3.25

38

不锈钢

3.50

44.8

软铝

2.75

25.5

1（a、b、c、

d）

软铜或黄铜

3.00

31

铁或软钢

3.25

38

蒙乃尔或

4%～6%铬钢

3.50

44.8

不锈钢

3.75

52.4

续表

垫片材料

垫片系数m

比压力y

MPa

简图

压紧面形状①

类别①

平金属板内包

石棉

软铝

3.25

38

1a、1b、

②

1c、

1d②、2②

Ⅱ

软铜或黄铜

3.50

44.8

铁或软钢

3.75

52.4

蒙乃尔或

3.50

55.2

4%～6%铬钢

3.75

62.1

不锈钢

3.75

62.1

槽型金属

软铝

3.25

38

1（a、b、c、

d）、

2、3

软铜或黄铜

3.50

44.8

铁或软钢

3.75

52.4

蒙乃尔或

4%～6%铬钢

3.75

62.1

不锈钢

4.25

69.6

金属平板

软铝

4.00

60.7

1（a、b、c、

d）、2、3、

4、5

Ⅰ

软铜或黄铜

4.75

89.6

铁或软钢

5.50

124.1

蒙乃尔或

4%～6%铬钢

6.00

150.3

不锈钢

6.50

179.3

金属环

铁或软钢

5.50

124.1

6

蒙乃尔或

4%～6%铬钢

6.00

150.3

不锈钢

6.50

179.3

注：

①见表2.2.1。

②本表所列各种垫片的m、y值及适用的压紧面形状，均属推荐性资料。

采用本表推荐的

垫片参数（m、y）并按本章规定设计的法兰，在一般使用条件下，通常能得到比较满意的使用效果。

但在使用条件特别苛刻的场合，如在诸如氰化物介质中使用的垫片，其参数m、y，应根据成熟的使用经验谨慎确定。

2.2.6操作状态下需要的最小螺栓总荷载按式（2.2.6）计算：

WP＝F＋FP（2.2.6）

式中：

WP——操作状态下需要的最小螺栓总荷载，

2.2.7

2.2.7）计算：

预紧状态下需要的最小螺栓总荷载按式（

Wa＝πDGby（2.2.7）

式中：

式中：

式中：

需要的螺栓总面积Am取Aa与AP之间的大值。

式中：

计算：

Ab＝nA（2.2.8-4）

式中：

n——螺栓个数；

A——单个螺栓实际面积

A，mm2；其数值按式（2.2.8-5）计算：

A＝（d1P1）2（2.2.8-5）416

式中：

d1——外螺纹小径，mm。

d1可根据所选螺栓公称直径及螺矩由GB/T196-1981

查得；

P1——螺矩，mm。

2.2.9螺栓设计总荷载W（N）取预紧状态下的螺栓设计总荷载，即W＝Wy。

2.2.10法兰每个螺栓所需的紧固力矩按式（2.2.10）计算：

103kWdB

Ｔ＝10kWdB（2.2.10）n

式中：

T——法兰每个螺栓所需的紧固力矩，Nm；

k——扭矩系数。

它与螺栓、螺母的松紧配合，螺纹、螺母和法兰的表面的光洁度和磨擦系数有关。

在允许情况下k值可通过抽样进行测定，其数值一般在0.11～0.15之间。

在无法测定的情况下，建议将k值取为0.13；dB——螺栓公称直径，mm。

2.2.11法兰螺栓紧固力矩的计算实例和常用的法兰螺栓紧固力矩见附录A和附录B。

附录A法兰螺栓紧固力矩的计算实例

A1计算实例一

A1.1已知数据

25Cr2MoVA。

A1.1.2垫片为圆环垫，垫片材料为TP316，垫片宽度ω为22.224mm；垫片接触面平均直径为279.4mm；设计压力P为20MPa；常温下螺栓材料的许用应力[]b为254MPa；设计温度下螺栓材料的许用应力[]tb为185MPa；螺栓公称直径dB为52mm；螺矩P1为3mm。

螺栓个数n为12个。

因为b0<6.4mm，所以b＝b0＝2.778（mm）。

因为b0<6.4mm，所以DG＝垫片接触面的平均直径＝279.4（mm）。

A1.2.4由式（2.2.4）计算操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力F：

F＝DG2P

4

＝32.1749.4220

4＝1.2262106（N）

A1.2.5计算操作状态下需要的最小垫片压紧力FP：

由表2.2.5可知，不锈钢圆环垫的垫片系数m为6.5；由式（2.2.5）中计算得到操作状态下需要的最小垫片压紧力FP：

FP＝2πDGbmP

＝23.14279.42.7786.520＝6.3397105（N）

A1.2.6由式（2.2.6）计算操作状态下需要的最小螺栓总荷载WP：

WP＝F＋FP

＝1.2262106＋6.3397105

＝1.8602106（N）

A1.2.7计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载Wa：

由表2.2.5可知，不锈钢圆环垫的垫片比压力y为179.3；由式（2.2.7）计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载Wa为：

Wa＝πDGby

＝3.14279.42.778179.3

5

＝4.372105（N）

A1.2.8计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy：

Ap＝Wp

Ap＝＝＝11W0.08tb56052.1410（6mm2）

Am＝AP＝10055.14（mm2）

d）根据GB/T196-1981，对于公称直径为52mm、螺矩为3mm的螺栓，

按式（2.2.8-5）计算单个螺栓实际面积A：

e）

mm2）

Wy：

Ab＝nA＝121828.55＝21942.6

因为Ab大于Am，所以该Ab即为所求。

利用上述计算结果，按式（2.2.8-3）计算预紧状态下的螺栓设计总荷载

A2.1已知数据

A2.1.1法兰等级PN25.0MPa，公称直径DN250，设计温度150℃，螺栓材料35CrMoA。

A2.1.2垫片为圆环垫，垫片材料为软钢，垫片宽度为15.872mm，垫片接触面平均直径为323.85mm；设计压力P为18.6MPa；常温下螺栓材料的许用应力[]b为254MPa；设计温度下螺栓材料的许用应力[]tb为221MPa；螺栓公称直径dB为50mm；螺距P1为3mm。

螺栓个数n为12个。

因为b0<6.4mm，所以b＝b0＝1.984（mm）

A2.2.3确定垫片压紧力作用中心圆直径DG；

因为b0<6.4mm，所以DG＝垫片接触面的平均直径＝323.85（mm）

A2.2.4由式（2.2.4）计算操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力F：

＝D2P

F＝4DGP

3.142

＝3423.8518.6

＝1.5321106（N）

Wa＝DGby

c）

d）

e）

Ap＝Wp

Ap＝1b

2

＝＝18.890415.31610（6mm）

因AP大于Aa2，21所以需要的螺栓总面积Am为：

2

Am＝AP＝8801.36（mm2）

根据GB/T1961981，对于公称直径为50mm、螺距为3mm的螺栓，

d1＝46.752mm。

按式（2.2.8-5）计算单个螺栓实际面积A：

2

Ab＝nA＝121680.11＝20161.34（mm2）

Wy：

因为Ab大于Am，所以该Ab即为所求。

利用上述计算结果，按式（2.2.8-3）计算预紧状态下的螺栓设计总荷载

Wy＝Am＋Abb

＝3.67283106（N）8801.36＋20161.34

A2.2.9螺栓设计总＝荷载W为2：

254

W＝Wy＝3.6783106（N）

A2.2.10按式（2.2.10）计算法兰每个螺栓所需的紧固力矩T：

从附录A中例题可以看出，螺栓的断面和紧固力矩主要与操作状态下的压力有关，操作压力均小于法兰公称压力，按公称压力计算的螺栓断面和紧固力矩是最大的，在此紧固力矩下又不致引起法兰、螺栓和垫片的破坏和失效。

为方便使用，将操作压力等于公称压力，操作温度等于150℃条件下计算得到的紧固力矩列表如下。

一般情况下可直接采用。

a）法兰压力等级：

PN15.0MPa（相当于ANSICLASS900）；螺栓材料：

25Cr2MoVA；垫片形式：

圆环垫；垫片材料：

不锈钢及软钢。

表B-1列出了上述条件下各种公称直径法兰对应的法兰螺栓紧固力矩。

表B-1法兰螺栓紧固力矩

法兰公称直径DNmm

螺栓公称直径mm

螺栓个数个

单个螺栓紧固力矩，Nm

不锈钢垫片

软钢垫片

15

20

4

67.67

66.46

20

20

4

70.14

68.79

25

24

4

132.43

130.58

40

27

4

203.24

200.46

50

24

8

145.18

142.75

80

24

8

164.30

161.16

100

30

8

322.86

318.10

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

1680.66

1662.00

500

52

20

2189.33

2167.19

b）法兰压力等级：

PN15.0MPa（相当于ANSICLASS900）；螺栓材料：

35CrMoA；垫片型式：

圆环垫；垫片材料：

不锈钢及软钢。

表B-2列出了上述条件下各种公称直径法兰对应的法兰螺栓紧固力矩。

表B-2法兰螺栓紧固力矩

法兰公称直径DNmm

螺栓公称直径mm

螺栓个数个

单个螺栓紧固力矩，Nm

不锈钢垫片

软钢垫片

15

20

4

67.67

66.46

20

20

4

70.14

68.79

25

24

4

123.89

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

48

20

1599.09

1580.42

500

52

20

2189.33

2167.19

c）法兰压力等级：

PN25.0MPa（相当于ANSICLASS1500）；螺栓材料：

25Cr2MoVA；

垫片型式：

圆环垫；垫片材料：

不锈钢及软钢。

表B-3列出了上述条件下各种公称直径法兰对应的法兰螺栓紧固力矩。

表B-3法兰螺栓紧固力矩

法兰公称直径DNmm

螺栓公称直径mm

螺栓个数个

单个螺栓紧固力矩，Nm

不锈钢垫片

软钢垫片

15

20

4

76.91

74.90

20

20

4

81.05

78.79

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

1108.18

250

48

12

1742.35

1716.12

300

52

16

2196.18

2161.77

350

56

16

2818.47

2770.95

400

64

16

4193.82

4125.30

450

72

16

5986.72

5899.22

500

76

16

7225.38

7163.23

d）法兰压力等级：

PN25.0MPa（相当于ANSICLASS1500）；螺栓材料：

35CrMoA；

垫片型式：

圆环垫；垫片材料：

不锈钢及软钢。

表B-4列出了上述条件下各种公称直径法兰对应的法兰螺栓紧固力矩。

表B-4法兰螺栓紧固力矩

法兰公称直径DNmm

螺栓公称直径mm

螺栓个数个

单个螺栓紧固力矩，Nm

不锈钢垫片

软钢垫片

15

20

4

76.91

74.90

20

20

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

2770.95

400

64

16

4193.82

4125.30

450

72

16

5986.72

5899.22

500

76

16

7225.38

7163.23

e）法兰压力等级：

PN42.0MPa（相当于ANSICLASS2500）；螺栓材料：

25Cr2MoVA；

垫片型式：

圆环垫；垫片材料：

不锈钢及软钢。

表B-5列出了上述条件下各种公称直径法兰对应的法兰螺栓紧固力矩。

表B-5法兰螺栓紧固力矩

法兰公称直径DNmm

螺栓公称直径mm

螺栓个数个

单个螺栓紧固力矩，Nm

不锈钢垫片

软钢垫片

15

20

4

97.19

93.51

20

20

4

111.58

105.23

25

24

4

195.38

189.22

40

30

4

422.68

407.94

50

27

8

288.74

280.57

80

33

8

533.58

519.31

100

39

8

961.78

935.92

150

52

8

2488.47

2427.81

200

52

12

2467.37

2408.36

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

f）法兰压力等级：

PN42.0MPa（相当于ANSICLASS2500）；螺栓材料：

35CrMoA；

垫片型式：

圆环垫；垫片材料：

不锈钢及软钢。

表B-6列出了上述条件下各种公称直径法兰对应的法兰螺栓紧固力矩。

表B-6法兰螺栓紧固力矩

法兰公称直径DNmm

螺栓公称直径mm

螺栓个数个

单个螺栓紧固力矩，Nm

不锈钢垫片

软钢垫片

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

39

8

919.92

893.86

150

52

8

2488.47

2427.81

200

52

12

2467.37

2408.36

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