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如何確定螺栓的載荷及其扭矩


法蘭緊固時(shí)如何確定螺栓的載荷及其扭矩,對(duì)于大家來(lái)說(shuō),可能都是一個(gè)比較感興趣的話題。首先提出兩個(gè)問(wèn)題:

* 對(duì)于M36以下的螺栓,知道螺栓荷載,如何求對(duì)應(yīng)的扭矩值?

* 對(duì)于可以進(jìn)行液壓拉伸的螺栓,不進(jìn)行法蘭計(jì)算,如何查取對(duì)應(yīng)的螺栓荷載?

螺栓扭矩系數(shù)檢測(cè) 螺栓使用壽命


大家在進(jìn)行法蘭設(shè)計(jì)時(shí)或查閱法蘭的計(jì)算報(bào)告,都能找到法蘭預(yù)緊和操作時(shí)的螺栓拉力。對(duì)于 M36以下的螺栓,一般可以采用扭矩扳手?,F(xiàn)在知道螺栓荷載,如何求對(duì)應(yīng)的扭矩值呢?大家可以查閱 GB/T16823.2-1997《螺紋緊固件緊固通則》 或者相關(guān)的資料就能夠找到相應(yīng)的扭矩值。 對(duì)于可以進(jìn)行液壓拉伸的螺栓,大家可以查閱相應(yīng)的墊片生產(chǎn)廠家的數(shù)據(jù),即可以知道螺栓的荷載。 更簡(jiǎn)單的可以直接取螺栓材料 45%的屈服強(qiáng)度來(lái)計(jì)算每個(gè)螺栓的載荷。這是計(jì)算出來(lái)的螺栓加載扭矩:采用力矩扳手、墊片為纏繞墊片(用鋼圈墊可以類推),僅供參考。

根據(jù) GB150-1998《鋼制壓力容器》 P94中'9 法蘭'的規(guī)定,求得墊片壓緊力,再根據(jù)力與力矩的關(guān)系,算出每條螺栓的力矩。高壓法蘭尺寸為:DN6' PN1500class(纏繞墊片密封),其法蘭預(yù)緊力具體驗(yàn)算如下:

1、查 HG20592~20635-97《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》中 HG20631-97法蘭密封面外徑 d=216mm。

2、查 HG20631-97中 DN6' PN1500class D 型纏繞墊片纏繞墊內(nèi)徑 D2=171.5mm,纏繞墊外徑 D3=209.6mm,墊片密封寬度 N=19.05mm ,D3<d。

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

4、按照 GB150—98 P94 中 9.5.1.1 墊片有效密封寬度 b=2.53 =2.53 =7.81mm。

5、按照 GB150-98 P94中 9.5.1.2 墊片壓緊力作用中心圓直徑 DG=D3-2b=209.6-2*7.81 =193.98mm。

6、查GB150-98 P93表 9-2 中纏繞墊片的墊片系數(shù) m=3.00,比壓力 y=69MPa。管線的設(shè)計(jì)壓力為 15.85MPa,操作壓力為 14.4MPa。

7、按照GB150-98 P94中 9.5.1.3 中預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=Fa=3.14DGby=3.14*193.98*7.81*69=328236.4N 。

8、按照GB150-98 P94中 9.5.1.3 操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力 FG=Fb=6.28DGbmpc=6.28*193.98*7.81*3.00*14.4 =411009N。

9、按照力與力矩的關(guān)系式 N=0.2Fd,該法蘭用緊固件螺栓為 M36*3,用緊固件螺栓 12對(duì),螺紋實(shí)際作用力直徑為 d=33。

10、預(yù)緊狀態(tài)下每條螺栓加載扭矩 Na=0.2(FG/12)d=0.2*(328236.4/12 )*(33/1000)=180N.m。

11、操作狀態(tài)下每條螺栓加載扭矩 Np=0.2(FG/12)d=0.2*(411009/12)*(33/1000)=226N.m。

以上是按照 GB150的法蘭要求算出來(lái)的每條螺栓需要加載的力矩,應(yīng)用到實(shí)際工作中,采用力矩扳手完全可以滿足要求,不過(guò)在實(shí)際工作中,力矩扳手按照 30%、50%、100%的預(yù)緊力矩進(jìn)行操作。在100%的預(yù)緊力矩作用下,多緊幾次,就可以完全解決問(wèn)題。

01


力矩的確認(rèn):

1、先說(shuō)載荷和力矩的換算,力矩扳手制造商有著對(duì)應(yīng)表可以查,從理論力學(xué)教科書上也有公式,公式中一個(gè)系數(shù)是一個(gè)范圍,需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。

2、做過(guò)實(shí)驗(yàn),對(duì)螺栓帖上應(yīng)力片來(lái)驗(yàn)證載荷的變化,結(jié)論是:系數(shù)在推薦的范圍內(nèi),但變化比較大。這與螺栓螺紋加工精度、潤(rùn)滑程度、螺母表面與法蘭表面的光潔度、螺母與螺栓嚙合的匹配狀態(tài)等有著緊密的聯(lián)系。

3、因此從理論計(jì)算和實(shí)際結(jié)果是有著大的差別的。

4、當(dāng)然,采用力矩扳手比傳統(tǒng)方法還是進(jìn)了一大步。


02


關(guān)于螺栓上緊過(guò)程相鄰螺栓受力變化效應(yīng)規(guī)律:

1、螺栓上緊過(guò)程各螺栓受力影響分析無(wú)論采用何種墊片,為了保證密封效果均需有相應(yīng)的密封比壓,在螺栓上進(jìn)過(guò)程中,由于螺栓受力是漸緊上升,因此密封比壓產(chǎn)生的軸向力不均勻分配在各螺栓中,在緊固某個(gè)螺栓時(shí)其相鄰螺栓的受力將減小。

2、實(shí)踐例子:在螺栓按照規(guī)定的力矩旋緊過(guò)程中,對(duì)某一個(gè)螺栓加載,則其相鄰螺栓的載荷立即下降。

3、當(dāng)載荷達(dá)到規(guī)定值仍因?yàn)槟撤N原因再要加載,則加載的動(dòng)力必須要遠(yuǎn)超過(guò)阻力,我們的試驗(yàn)結(jié)果平均在 120%以上。

4、比較有效的方法:在旋了數(shù)圈后,對(duì)相隔螺栓加大載荷(超過(guò)理論載荷)進(jìn)行旋緊,而后對(duì)相鄰螺栓按照理論載荷旋緊,這樣對(duì)于一個(gè)法蘭來(lái)說(shuō),各螺栓的載荷形成一條相對(duì)均勻的載荷曲線。


03


法蘭連接是管道施工的重要連接方式法蘭連接就是把兩個(gè)管道、管件或器材,先各自固定在一個(gè)法蘭盤上,兩個(gè)法蘭盤之間,加上法蘭墊,用螺栓緊固在一起,完成了連接。有的管件和器材已經(jīng)自帶法蘭盤,也是屬于法蘭連接。法蘭分螺紋連接(絲接)法蘭和焊接法蘭。低壓小直徑有絲接法蘭,高壓和低壓大直徑都是使用焊接法蘭, 不同壓力的法蘭盤的厚度和連接螺栓直徑和數(shù)量是不同的。根據(jù)壓力的不同等級(jí),法蘭墊也有不同材料,從低壓石棉墊、高壓石棉墊到金屬墊都有。法蘭連接使用方便,能夠承受較大的壓力。在工業(yè)管道中,法蘭連接的使用十分廣泛。在家庭內(nèi),管道直徑小,而且是低壓,看不見(jiàn)法蘭連接。 如果在一個(gè)鍋爐房或者生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),到處都是法蘭連接的管道和器材。

已知扭矩 T和螺栓的公稱直徑 d,樓主要求的應(yīng)該是軸向拉力 P,P=T/(K d)式中K—擰緊力系數(shù),可查下表:

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