法蘭連接中的螺栓預(yù)緊力

1、Vol.21.3第21卷第3期有色礦冶NON-FERROUSMININGANDMETALLURGY2005年6月June2005文章編號(hào):1007-967X(2005)03-0046-03法蘭連接中的螺栓預(yù)緊力葉紅,顏廷武,劉元?jiǎng)?沈陽(yáng)石蠟化工有限公司,遼寧沈陽(yáng)11014)摘要:法蘭連接中螺栓的預(yù)緊力,要滿足法蘭接頭在操作時(shí)不發(fā)生泄露。敘述了螺栓從預(yù)緊狀態(tài)到操作狀態(tài)過(guò)程中法蘭接頭的變化。預(yù)緊力應(yīng)是考慮了內(nèi)壓作用和墊片在升壓過(guò)程中松弛的綜合結(jié)果。關(guān)鍵詞:法蘭;螺栓;預(yù)緊力;計(jì)算中圖分類號(hào):TH131.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1概述由于生產(chǎn)操作上的需要及制造、安裝、檢修、運(yùn)輸?shù)姆奖?各工業(yè)部門的容器或管道

2、經(jīng)常做成可拆卸的。采用了可拆卸連接后,保證聯(lián)接口密封的可靠性,構(gòu),它屬于強(qiáng)制密封,2受力分析操作時(shí)法蘭接頭的連接螺栓受力如下:AP;B徑向外力Pr;CMo兩項(xiàng)折算為壓力與P相,Pe(以下簡(jiǎn)稱內(nèi)壓)(1)Pe=+PD3D2假如B、C兩項(xiàng)不易確定,為考慮其影響,實(shí)際上采用將P適當(dāng)增大的方法求得,一般Pe1.5P。由文獻(xiàn)1可知:在預(yù)緊狀態(tài)下,螺栓承受的力為墊片所需的最小壓緊力FG:(2)FG=-Wa=3.14DGby而操作時(shí),螺栓受力為:Wp=F+FpF為內(nèi)壓Pe所引起的流體靜壓總軸向力F=0.785DG2PeFp為操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力Fp=6.28DGbmPe(5)(3)(4)圖1螺栓連

3、接的法蘭接頭1法蘭被聯(lián)接件;2墊圈密封元件;3螺栓聯(lián)接件這種連接方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,上緊螺母后,螺栓力通過(guò)法蘭壓緊面作用到墊圈上,當(dāng)墊圈單位面積上所受的壓緊力達(dá)到某一值時(shí),墊圈本身被壓實(shí),壓緊面上由機(jī)械加工形成的微隙被填滿,為阻止介質(zhì)泄露形成了初始密封條件。那么,螺母需上多緊,它施加給螺栓的力才能壓緊墊片,保證在操作中接頭不泄露呢?這個(gè)力稱為預(yù)緊力,它是影響密封的一個(gè)重要因素,預(yù)緊力必須使墊圈壓緊并形成初始密封條件,同時(shí),預(yù)緊力也不能大到將墊圈壓壞或擠出。收稿日期:2004-03-15式中DG墊片壓緊力中心圓直徑(mm);b墊片有效密封寬度(mm);y墊片比壓力(Mpa);由文獻(xiàn)1表9-2可查);m

4、墊片系數(shù)。(由文獻(xiàn)1表9-2可查)?？梢钥闯?文獻(xiàn)1中指出的預(yù)緊狀態(tài)下螺栓承受的力FG=Wa,并不是我們所說(shuō)的預(yù)緊力。FG本身對(duì)法蘭連接并無(wú)實(shí)際意義,因?yàn)樗c操作狀態(tài)無(wú)關(guān)。我們需要的預(yù)緊力要滿足在操作狀態(tài)時(shí)不泄),女,工程師。作者簡(jiǎn)介:葉紅(1970第3期葉紅等:法蘭連接中的螺栓預(yù)緊力47露,是與操作條件緊密相連的,即保證操作時(shí)螺栓載荷能保持Wp的預(yù)緊力。假設(shè)預(yù)緊力為f,也就是預(yù)緊時(shí)的螺栓載荷f,此f是僅由壓緊墊片引起的。操作時(shí),隨著操作壓力的上升,螺栓載荷f開(kāi)始變化,直到壓力引起的螺栓載荷增加到F為止。在此過(guò)程中,螺栓一方面隨著載荷的增加而變形伸長(zhǎng),f值也增大;另一方面,螺栓伸長(zhǎng)又減少了對(duì)墊

5、片的壓縮,使螺栓載荷值f減小。我們的目的是:這兩種變化(f的增大和減少)的綜合作用的結(jié)果,使螺栓載荷在操作狀態(tài)下能保持Wp。片所需的螺栓載荷只為Fp,再加上內(nèi)壓引起的軸向力F,就組成操作狀態(tài)的螺栓載荷Wp。f與Fp的差值F即為墊片松弛時(shí)所減少的受力值。因此可以看出:預(yù)緊力f即不是Wp+F,也不是螺栓材料的屈服極限或許用應(yīng)力,而是一種考慮了內(nèi)壓作用和墊片在升壓過(guò)程中松弛的綜合結(jié)果。4預(yù)緊力的計(jì)算由前面的分析看出,只要算出由內(nèi)壓Pe作用引起的墊片松弛所減少的壓緊力F,就可以用它和Fp求得預(yù)緊力f。3預(yù)緊狀態(tài)到操作狀態(tài)過(guò)程中法蘭連接點(diǎn)的變化要找出正確的預(yù)緊力計(jì)算方法,需綜合考慮法蘭連接點(diǎn)的螺栓、墊片

6、材料,連接狀態(tài)、操作狀態(tài)等各種因素的影響進(jìn)行分析計(jì)算來(lái)確定,這是一種比較科學(xué)的方法?；^(guò)程的示意圖,操作時(shí),流體靜壓總軸向力F作用于法蘭連接點(diǎn),使螺栓相應(yīng)伸長(zhǎng)Lb,此時(shí),墊片由于螺栓伸長(zhǎng)而松弛(回彈),變形值為L(zhǎng)G,由于墊片回彈變形值應(yīng)與螺栓伸長(zhǎng)值相協(xié)調(diào),故LG=Lb:Lb=(F-F)lb/EbAb可導(dǎo)出:F=1+LbEgAg(6)式中Eb螺栓材料在操作溫度下的彈性模量(MPa);Eg墊片材料在操作溫度下的彈性模量(MPa);Ab螺栓總截面積(mm2);Ag墊片實(shí)際接觸面積(mm2);lb螺栓計(jì)算長(zhǎng)度(mm);圖2法蘭連接點(diǎn)從預(yù)緊狀態(tài)到操作狀態(tài)的變化tg墊片計(jì)算厚度(mm);設(shè)螺栓在受力時(shí),其

7、力與伸長(zhǎng)關(guān)系如斜線DB。B點(diǎn)是由操作狀態(tài)下的螺栓載荷Wp決定的,此時(shí)螺栓伸長(zhǎng)值為DG。設(shè)墊片在受力時(shí),其力與壓縮關(guān)系如斜線FC,C點(diǎn)是由操作狀態(tài)下的墊片載荷Fp決定的,此時(shí)墊片的壓縮值為FG。將FC延長(zhǎng)與DB交于A點(diǎn),在A點(diǎn)時(shí),螺栓與墊片載荷相等為f,此時(shí)螺栓伸長(zhǎng)值為DE,墊片壓縮值FE,A點(diǎn)即預(yù)緊時(shí)的狀態(tài),f即所需的預(yù)緊力。這示意圖說(shuō)明,由預(yù)緊狀態(tài)變?yōu)椴僮鳡顟B(tài),隨著內(nèi)壓引起的軸向力F的增加,螺栓載荷由f增加至Wp,墊片載荷由f減小到Fp。如果不考慮在升壓過(guò)根據(jù)圖2,f=Fp+F綜合式(4),(5),(6)得:2f=6.28DGmbPe+1+LBEgAg(7)5預(yù)緊力矩的計(jì)算T=KWdm/10

8、00(8)式中K為螺母與螺栓材料、螺母與法蘭面之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù);W取Wa及f中的較大值;dm螺紋中徑(mm)。程中墊片受壓變化的影響,螺栓載荷本應(yīng)為f+F,但由于墊片受到的壓縮力減少而松(回彈),壓縮墊每個(gè)螺栓上的預(yù)緊力矩T=T/n48有色礦冶第21卷6預(yù)緊力矩的應(yīng)用求得了預(yù)緊力矩,則可在法蘭連接裝配時(shí)有目的地上緊螺栓,防止連接發(fā)生泄露時(shí)不去分析其它原因,單純認(rèn)為是上得不緊而多次上緊,結(jié)果造成螺栓受力過(guò)大而失效。同時(shí)應(yīng)該看到,并不是確定了預(yù)緊力矩就一定可以保證法蘭連接點(diǎn)在試壓或操作中不泄露。因?yàn)樯鲜鲇?jì)算是從理想的條件出發(fā)的。在實(shí)際連接中,影響上緊力矩的因素很多,如螺栓、螺母的制造質(zhì)量、法蘭剛

9、度、螺母與螺栓及法蘭接觸面的潤(rùn)滑情況、操作條件、螺栓上緊順序等,尤其是墊片的材質(zhì)、加工質(zhì)量影響最大,因此,要結(jié)合實(shí)際條件,正確應(yīng)用預(yù)緊力矩。參考文獻(xiàn):1鋼制壓力容器S.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB150-1998.2余國(guó)宗.化工容器及設(shè)備M.化學(xué)工業(yè)出版社.3賀匡國(guó).化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)M.化學(xué)工業(yè)出版社.ThePre2tightnessForceofBoltsInFlangeConnectionYEHong,YANTing2wu,LIUYuan2sheng(ShenyangParaffin2waxChemicalCo.,Ltd.,Shenyang110141,China)Abstract:Thepre

10、2tightnessforceofboltsinflangeconnectionmustmeetthe,thatis,flangetie2incannotleakwhenoperating.Thethesisstatesthechangeof2intooperating.Thepre2tightnessforceistheresultoftheinternalthepressure2risingcourse.Keywords:flange(上接第45頁(yè))5何小虎,韋莉,等.平果鋁赤泥綜合利用探討和建議J.輕金10劉正平.平果鋁:科技興廠樹(shù)優(yōu)勢(shì),沿海企業(yè)與科技J.2002,(2):26.11霍慶

11、發(fā).鋁廠污染物治理及環(huán)境保護(hù)J.輕金屬,2001,(1):31.12孟杰.我國(guó)鋁冶煉技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)J.有色金屬(冶煉屬,2004,(3):14.6宋懷俊.赤泥綜合利用技術(shù)J.河南科技,1994,(7):15.7盧家喜,等.復(fù)合礦化技術(shù)在赤泥水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用J.水泥工程,2000,(2):20.8付毅.固化赤泥制備高等級(jí)道路材料技術(shù)試驗(yàn)研究J.有色部分),2002,(2):26.13邱竹賢,等.鋁工業(yè)廢舊碳陰極材料的綜合利用J.輕金屬,1999,(11):42.金屬,2001,53(2):10.9景英仁,張旭東.赤泥筑壩技術(shù)研究J.西部探礦工程,2001,(5):111.TheCurrent

12、StatusandDevelopmentofEnvironmentalProtectionandResourcesComprehensiveUtilizationinAluminiumMetallurgicalIndustryinChinaLIUPing,MAShao2jian(CollegeofResourcesandEnvironment,GuangxiUniversity,Nanning530004,China)Abstract:Thearticlesummarizedthemainprocessesandrelevantenvironmentalproblemsandtreatmenttech2nologiesinaluminiummetallurgicalindustry,whichincludesthreemaindomains:miningofaluminaores,pro2ductionofaluminaandproductionofaluminiumbyelectrolysisinourcountry,andthenprospec