法兰螺栓紧固力矩

H次1 总则2 法兰螺栓紧固力矩的计算方法3 法兰螺栓紧固力矩的计算实例4 常用的法兰螺栓紧固力矩1 总则1.0.1 本标准规定了法兰螺栓紧固力矩的计算方法。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。1.0.2 木标准适用于设计压力不大于35MPa.钢材的使用温度在允许范I韦IZ内的情况。1.0.3 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。1.0.4 引用标准a) 国家标准GB150-90钢制压力容器。b) 国家标准GB196-81普通螺纹基本尺寸。2 法兰螺栓紧固力矩的计算方法2.0.1 法兰螺栓紧固力矩的计算步骤如下：a) 确定绘片棊本密封宽度bo,mm。根据垫片型式及尺寸，按31d2（D+ N4co + 3N83N43N843N87N165N43N86CD8-注：本表引riGB150-89第7章表71。b）确定垫片有效密封宽度b,mmo 塑片冇效密封宽度b按以下规定计篦：当b（）W6.4mm时，b= b0,mm当b06.4mm时，b=2.53 ,mm。c）确定垫片压紧力作用中心圆直径DG,mm对于活套法兰，垫片压紧力作用中心圆肖径Dg即是法兰与翻边接触血的平均肖 径。对于其他型式的法兰，按下述规定计算：当b W 6.4m m时,Dg二垫片接触面的平均直径；当b06.4mm时，Dg=垫片接触而外直径减2b。对于活套法兰，垫片压紧力作用中心関直径DG即是法兰与翻边接触血的平均直 径。d）确定操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力，其数值按正式计算：F = DGP（2.0.1-1）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,MPa0e）确定操作状态下需要的最小垫片压紧力，其数值按下式irVf-:Fp=2 n DcbmP（2.0.1 2）式中Fp 操作状态下需要的披小塑片压紧力，N;m垫片系数，由表2.0.1-2査得。垫片材料垫片系数m比压力yMPa简图压紧面形状（见表 2.0.1-D类别自紧式垫片O形环、金属、橡胶及其它自紧密封的垫片00b、 c、d）4、5II无织物或少含就石棉纤维的合成橡胶:肖氏硬度低于75肖氏似度大于等于750.501.001.40具有适当加固厚度3mm物的石棉厚度1.5mm（石棉橡胶板）厚度0.75mm2.002.753.501125.544.8内有棉纤维的橡胶1.252.8内有石棉纤维的橡胶，3层 具有金属加强丝 2层 或不具有金属加强丝 1层2.252.502.7515.22025.5植物纤维1.757.61（a. b、 c、d）4、5内塡石棉编绕式金属碳钢不锈钢或蒙乃尔2.503.0069691（a b）II波纹金属板处光内包 石棉或波纹金属板内包 石棉软铝软铜或黄铜铁或软钢蒙乃尔或46%钻钢 不锈钢2.502.753.003.253.502026313844.8波纹金属板软铝软制或黄铜铁或软钢蒙乃尔或46%珞钢不锈钢2.753.003.253.503.7525.5313844.852.41（a. b、 c、d）平金属板内包石棉软铝软铜或黄铜 铁或软钢 蒙乃尔46%钻钢不锈钢3.253.503.753.503.753.753844.852.455.262.162.11a 1b、1c1 1d1211憎形金属软铝软铜或黄铜铁或软钢蒙乃尔或4-6%俗钢不锈钢3.253.503.753.754.253844.852.462.169.61（a. b、 c、d）2、3表2.0.1-2塑片参数续表 2.0.1-2塑片参数垫片材料垫片系数 m比压力yMPa简图压紧面形状(见表 2.0.1-D类别金属平板软铝软铜或黄铜铁或软钢蒙乃尔或46%铭钢 不锈钢4.004.755.506.006.5060.789.6124.1150.3179.31(a. b、 c、d)2、 3、 4、5金属环铁或软钢蒙乃尔或46%钻钢不锈钢5.506.006.50124.1150.3179.36注:本表引SGB150-89第7章表72。f) 确定操作状态下需要的最小螺栓总荷我,其数值按下式计舁:Wp=F+FP(2.0.1-3)式+ WP-操作状态下需要的放小螺栓总荷载,N。g) 确定预紧状态下需要的最小螺栓总荷载,其数值按下式计算：Wa=n Dgby(2.0.1-4)式中Wa预紧状态下需要的最小螺栓总荷载,N;y垫片比压力Mpa,由表2.0.1-2査得。h) 确定预紧状态下的螺栓设计总荷载，具体步骤如下：1) 确定预紧状态下需要的最小螺栓总面积,其数值按下式计算：WAa=(2.0.1-5) 6b式中Aa预紧状态下需要的址小螺栓总而积,mm2;o b-常温下螺栓材料的许用应力，MPa：螺栓材料的许用应力数值可参照GB150-89第2章的表27。2) 确定操作状态下需要的故小螺栓总面积,其数值按下式计算:(2.0.1-6)式中A”操作状态下需要的故小螺栓总渐枳,mm2;6：设计温度下螺栓材料的许用应力，MPa；螺栓材料的许用应力数值可参照GB150-89第2章的表27。3) 需要的螺栓总而积Am取Aa与ApZ间的最人值。4) 确定预紧状态下的螺栓设计总荷载，其数值按正式计算:(2.0.1-7)3) 需要的螺栓总而积Am取Aa与ApZ间的最人值。3) 需要的螺栓总而积Am取Aa与ApZ间的最人值。式中Wy预紧状态下的螺栓设计总荷载,N；其数值按下式计算:Ab实际螺栓总面积,它应不小于需要的螺栓总而积Am,Ab=nA(2.0.1-8)式中n螺栓个数；A单个螺栓实际血积A, mm2；其数值可按下式讣算”(2.0.1-9 )式中d 1外螺栓小径，mmP广螺矩，mm小可根据所选螺栓公称直径及螺矩宙GB196-81查得。i) 确定螺栓设计总荷载w. NoW取预紧状态下的螺栓设计总荷载,Wyj) 确定法兰每个螺栓所需的紧固力矩，其数值按下式计算:(2.0.1-10)式中T法兰每个螺栓所需的紧固力矩,N-m;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Illi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0.11-0.15Z 间。在无法测定的情况下，建议将k值取为0.13。dp螺栓公称直径，mrrio3.法兰螺栓紧固力矩的计算实例3.0.1 计算实例法兰等级PN42.0MPa,公称ft径DN200,设计温度4 50C ,螺栓材料25Cr2MoVA0a) lL知数据垫片为圆环垫，垫片材料为TP316,垫片宽度f =22.224mm,垫片接触面平均直径 为279.4mm；设计压力P=20MPa :常温下螺栓材料的许用应力为ob=254MPa；设计温度 下螺栓材料的许用应川为o-；=185MPa：螺栓公称直径dB=52mm；螺矩已为3mm。螺栓 个数n=12ob）计算法兰螺栓紧固力矩1）确定垫片基本密封宽度bo査表2.0.1-1可知,对园环垫bo= 3/8=2.778mm2）确定垫片有效密封宽度b：因为 b06.4mm,所以b二bo=2.778mm。3）确定畢片压紧力作用屮心関肖径Dg：因为b06.4mm,所以Dg二垫片接触面的平均直径=279.4mm。4）由（2.0.1-1）式计算操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力F：F = -DP = -x 2.794? x 20 = 1.2262 x 10 N445）计算操作状态下需要的址小垫片压紧力Fp：由表2.0.1-2可知，不锈钢圆环垫的垫片系数m为6.5；由（2.0.仁2）式屮计算得到操 作状态下需要的最小垫片压紧力Fp为FP=2 ji DGbmP=2 n X2.794X2.778X6.5X20=6.3397X 105N6) 由(2.0.1-3)式计算操作状态下需要的城小螺栓总荷载Wp：WP=F + Fp=1.2262 X 106+6.3397 X 105=1.8602 X 106N7）汁算预紧状态下需要的最小螺栓总荷Wa：由表2.0.1-2可知，不锈钢圆环热的热片比压力y为179.3；由（2.0.1-4）式计算预紧状态 F需要的垃小螺栓总荷载Wa为：Wa= n DGby= n X 279.4 X 2.778 X 179.3=4.372 X 105N8）计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy：按（2.0.1-5）式计算预紧状态下需要的最小螺栓总面积Aa：Aa=4.372 xlO5 -254=1721.267厂按（2.0.1-6）式计算操作状态下需要的投小螺栓总面积Ap：1.8602 xlO6 185=10055.14/77/77 因Ap人于Aa，所以需要的螺栓总面积Am为：Am=AP=0055.14mm2根据GB196-81,对于公称直径为52mm.螺矩为3mm的螺栓，d1=48.752MMo按（2. 0.19 ）式计算单个螺栓实际面积A ：人=彳（_）2 =彳（48.752-=182&55 加屛实际螺栓总面积Ab为:Ab 二 n A=12X 1828.55=21942.6mm2因为Ab人于Am,所以该Ab即为所求。利用上述计算结果，按（2.0.仁7）式计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy：叭= ah =x 2）4 = 4.0637 x 1（/N） 2 29）螺栓设计总荷载W为：W=Wy=4.0637X 106N10）按（2.0.1-10）式计算法兰每个螺栓所需的紧固力矩T：T IO3kWdB IO-3 x0.13x4.0637x 106 x52“ “T=匚=2289.227V rnn123.0.2 计算实例二法兰等级PN25.0MP 公称肖径DN250,设计温度150C,螺栓材料35CrMoAoa）C知数据垫片为圆环热，热片材料为软钢，垫片宽度s =15.872mm,垫片接触面平均直径为 323.85mm：设计压力P=18.6MPa；常温下螺栓材料的许用应力cb=254MPa；设计温度 下螺栓材料的许用应力T； = 221MPa；螺栓公称直径dB=50mm；螺距円为3mmo螺栓个 数n=12ob）计以法兰螺栓紧固力矩1）确定垫片基本密封宽度査表2.0.1-1可知，对圆环垫b0=co/8=1.984mm02）确定垫片有效密封宽度b：因为b06.4mm,所以b=b0=1.984mm3) 确定垫片压紧力作用屮心圆直径Dg；I大1为b06.4mm，所以DG=片接触面的平均肖径二323.85mm4) (2.0.1-1)式计算操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力F:一評P 乡 323.852“8.6“.532WN5) 计算操作状态下需要的域小垫片压紧力Fp：由表2.0.1-2可知，软钢関环垫的垫片系数m为5.5；由(2.0.1-2)式可计算得到操作状态 下需要的最小垫片压紧力Fp为：FP=2KDGbMP=2nX 323.85 X 1.984 X 5.5 X 18.6=4.1298 X 105N6) 山(2.0.1-3)式计算操作状态下需要的般小螺栓总荷载Wp：Wp=F+Fp=1.5321 X 106+4.1298X 105=1.9451 X 106N7) 计算预紧状态下需要的绘小螺栓总荷载Wa：由39) 螺栓设计总荷载W为：W=Wy=3.6783X 106N10) 按(2.0.1-10)式计算法兰每个螺栓所需的紧固力矩T:lOkWd. 10_3 x0.13x3.6783x106 x50T = = 1992.41N tnn124 常用的法兰螺栓紧固力矩从上述例题可以看出，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故人的，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， 操作温度等干150C条件下计算得到的紧固力矩列表如下。一般情况下可肖接采用。4.0.1 法兰压力等级：PN15.0MPa(相当于ANSI CLASS 900);螺栓材料:25Cr2MoVA；垫 片形式:圆环垫;垫片材料:不锈钢及软钢。表4.0.1列出了上述条件下乞种公称直径法兰对应 的法兰螺栓紧固力矩。表4.0.1 法兰螺栓紧固力矩法兰公称粗径DN螺栓公称宜径mm螺栓个数单个螺栓紧固力矩Nm不锈钢垫片软钢垫片1520467.6766.462020470.1468.7925244132.43130.5840274203.24200.4650248145.18142.7580248164.30161.161003J8322.8631&101503012342.50338.012003612625.00618.112503616633.90627.703003620650.91645.083503920861.22851.3040042201110.641098.6545048201680.661662.0050052202189.332167.194.0.2 法兰压力等级:PN15.0MPa（相当于ANSI CLASS 900）;螺栓材料:35CrMoA;片熨式:圆环垫;垫片材料:不锈钢及软钢。表4.0.2列出了上述条件下乞种公称直径法兰对应的法兰螺栓紧固力矩。表4.0.#法兰螺栓紧固力矩法兰公称直径DN螺栓公称直径mm螺栓个数单个螺栓紧固力矩Nm不锈钢垫片软钢垫片1520467.6766.462020470.1468.7925244123.89122.0440274190.57187.7950248136.64134.2180248155.76152.62100308304.92300.161503012324.56320.072003612592.50585.612503616601.40595.203003620618.41612.583503920819.16809.2440042201057.311045.3245048201599.091580.4250052202189.332167.194.0.3 法兰用力等级:PN25.0MPa(4ll 当于ANSI CLASS 1500);螺栓材料:25Cr2MoVA;舉片型式：圆环垫;垫片材料：不锈钢及软钢。表4.0.3列出了上述条件下各种公称电径法兰対应的法兰螺栓紧固力矩。表403法兰螺栓紧固力矩法兰公称直径DN螺栓公称直径mm螺栓个数单个螺栓紧固力矩不锈钢垫片软钢垫片1520476.9174.902020481.0578.7925244148.36145.2740274231.42226.7650248169.61165.5580308353.64346.39100338498.01488.541503612650.33640.0620042121127.3125048121742.351716.1230052162196.182161.7735056162818.472770.9540064164193.824125.3045072165986.725899.2250076167225.387163.234.0.4 法兰压力等级:PN25.0MPa（相当于ANSI CLASS 1500）;螺栓材料:35CrMoA;垫片型式：圆坏垫;垫片材料:不锈钢及软钢。表4.0.4列出了上述条件下各种公称肖径法兰对应的法兰螺栓紧同力矩。表4.0.7法兰螺栓紧固力矩法兰公称直径DN螺栓公称宜径mm螺栓个数单个螺栓紧固力矩Nm不锈钢垫片软钢垫片1520476.9174.902020481.0578.7925244139.81136.7340274218.75214.0950248161.06157.0180308336.55329.29100338474.53465.061503612617.83607.5620042121073.971054.8525048121660.781634.5530052162196.182161.7735056162818.472770.9540064164193.824125.3045072165986.725899.2250076167225.387163.234.0.5 法兰压力等级:PN420MPa（相当于ANSI CLASS 2500）;螺栓材料：25Cr2MoVA;垫法兰公称粗径DN螺栓公称宜径mm螺栓个数单个螺栓紧固力矩Nm不锈钢垫片软钢垫片1520497.1993.5120204111.58105.2325244195.38189.2240304422.68407.9450278288.74280.5780338533.58519.311003J8961.78935.921505282488.472427.8120052122467.37240&3625064124693.784581.7930072126987.236821.3035060164110.304024.7545072167484.607337.604.0.6 法兰压力等级:PN42.0MPa（相当于ANSI CLASS 2500）;螺栓材料:35CrMoA;垫片法兰公称岚径DN螺栓公称宜径mm螺栓个数单个螺栓紧固力矩Nm不锈钢垫片软钢垫片1520497.1993.5120204111.58105.2325244186.64180.6840304411.61390.8450278276.07267.9180338510.11495.841003J8919.92893.861505282488.472427.8120052122467.37240&3625064124693.784581.7930072126987.236821.3035060164110.304024.7545072167484.607337.6型式：圆环垫;垫片材料:不锈钢及软钢。农4.0.6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。