法兰垫片螺栓定力矩紧固计算公式详细解析

螺栓定力矩紧固计算公式详细解析

预紧比压力y的定义（单位MPa）：垫片在弹性内变形，且足以将法兰表面上微观的不平度填补严密不致产生泄漏的单位密封面积压紧力的最小值。简单说就是垫片能够起到密封作用时单位面积压紧力最小值，也就是最小单位压强。

y值的特点：不同垫片y值不同，同一垫片的y值固定不变，与管压力无关。防止垫片被压成塑形形变，预紧压力不应大于4y，垫片最小宽度校核出于此目的。

预紧比压力y=P/A

P:垫片有效压紧力

A：垫片有效面积

垫片系数m的定义：也叫剩余比压系数。当管系升压到操作压力时，因内压产生轴向作用力，趋于将法兰分开。于是作用在垫片上的紧固力减小。当垫片的有效截面上的紧固压力小至某一临界值时，仍能保持密封，这时在垫片上剩余的紧固力即为有效紧固压力P。当小至临界值以下时就会发生泄漏，甚至将垫片吹掉。因此，垫片的有效紧固力必须超过管系操作压力P1的m倍，这个倍数值m就是垫片系数。

m值的特点：垫片系数m与预紧比压力y都是垫片本身特有的数值，不同垫片由不同的m值，其值因垫片的形状、材质等不同而不同，且m随垫片硬度增大而增大。

垫片系数m=P/P1

P:垫片有效压紧力

P1:管系工作压力

垫片接触宽度N(单位mm)： 法兰在预紧前垫片能与法兰密封面接触上的宽度，称为垫片接触宽度，以N表示。垫片在预紧状态下受到最大载荷的作用，可能因压紧过度而失去密封性能，为此垫片须有足够的宽度Nmin，其值按下式校核：

                 Nmin=Ab×[d]b/2π/DG/y

式中  Ab——实际螺栓面积，mm2，按GB150计算

      [d]b——螺栓材料许用拉应力，MPa

            DG——垫片压紧力作用中心圆直径，mm

            y——垫片比压力，MPa

垫片接触宽度N的特点：N≥Nmin。可根据垫片形式查JB/T4718-92 取得。

垫片基本密封宽度b0(单位mm)：当法兰螺栓预紧后，由于法兰环产生偏转，法兰密封面在靠近内径处会产生分离，使其与该部位的垫片脱离接触，故垫片只有在靠近外径处才能被压紧。此能被压紧的部分宽度称为压紧宽度，以表示b0。根据下图公式进行计算。

垫片有效密封宽度b(单位mm)：然而垫片被压紧并不等于起密封作用。只有被压得相应紧的垫片宽度才能起有效密封作用。为此垫片实际能起有效密封作用的宽度只有压紧宽度的一部分。即更靠近垫片外径的部分。此真正起密封作用的垫片宽度，称为垫片有效密封宽度，以b表示，其值按以下确定： 

　　当b0≤6.4mm时密封宽度b= b0

当b0>6.4mm时b=2.53√b0

垫片压紧力作用中心圆直径DG(单位mm):是指垫片荷载作用点处的直径，这些说法都是从垫片受力的角度讲解的，从垫片的几何参数讲就是垫片密封面的中心 的直径，用DG表示。

补充：就是垫片密封面的中心的直径。

当b0≤6.4mm时，DG等于垫片接触的平均直径；

当b0＞6.4mm时，DG等于垫片接触的外径减去2b

对筒体端部结构, DG等于密封面平均直径。

工作前法兰垫片压紧力F1(单位N)：即预紧状态下需要的最小垫片压紧力，计算方法如下：

　　　F1=DG=πDGb×y --单位N（牛顿）

πDGb为垫片有效密封面积，

πDG为垫片有效密封面中心周长（2πr），

b为垫片有效密封宽度，单位mm（毫米）。

y为预紧比压力，单位MPa（兆帕）。

工作时法兰垫片压紧力F2(单位N)：即操作状下需要的最小垫片压紧力，计算方法如下:

　　　　F2=Fp=mP= 2×πDGb×mPc --单位N（牛顿）

垫片系数m在原始测定时，对“垫片面积”取为2bπDG,即2倍垫片有效密封面积。

πDGb为垫片有效密封面积。

Pc 为介质工作压力（计算压力）。

P为垫片有效压紧力，其值根据公式m=P/Pc,可知P=mPc

介质压力P(单位N):

P=πr2×Pc=πDG2/4×Pc

垫片紧固力F：计算公式如下

F=P+F2

F应取计算数值与F1中较大的数值。

单个螺栓紧固力为F/n，n为法兰螺栓个数。

螺栓拧紧力矩计算：

T=KFd   （最终计算公式）

T:拧紧螺母的力矩

K:扭矩系数(近似取0.2)  

F:预紧力 

d:螺栓大径(内螺纹大径用D表示，外螺纹大径用d表示，应将该单位换算为米m后再计算) 

备注：一般联接用钢制螺栓联接推荐按下列关系确定 

碳素钢：F≤(0.6~0.7) ×Os×A1  

合金钢：F≤(0.5~0.6) ×Os×A1  

Os：螺栓材料的屈服极限 

A1：螺栓危险剖面面积.

由于螺栓腐蚀、法兰接触面摩擦等影响，根据操作经验可以给计算结果乘以1.2~1.4的修正系数。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/2738f2ce370cba1aa8114431b90d6c85ec3a8834.html