法兰螺栓扭矩计算

法兰螺栓扭矩计算

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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。本人就此抛砖引玉，希望大家分享更多的经验和知识。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。

一关于力矩的确认

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。