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法兰螺栓拉力扭矩计算

法兰螺栓拉力扭矩计算
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立即下降
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,我们的试验结果平均在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。

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。

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