螺栓緊固力矩規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

1、目次總則范圍引用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法一般要求計(jì)算步驟附錄A法蘭螺栓緊固力矩的計(jì)算實(shí)例 附錄B常用的法蘭螺栓緊固力矩 1 總則 1.1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了法蘭螺栓緊固力矩的計(jì)算方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于設(shè)計(jì)壓力不大于35 MPa、鋼材的使用溫度在允許范圍之內(nèi)的法蘭螺栓緊固力矩的計(jì)算。1.2引用標(biāo)準(zhǔn)使用本標(biāo)準(zhǔn)時(shí)。應(yīng)使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本。GB 150鋼制壓力容器。GB/T 196普通螺紋基本尺寸(直徑 1600 mm )。2 計(jì)算方法一般要求本標(biāo)準(zhǔn)考慮了流體靜壓力及墊片壓緊力的作用，未考慮外力、外力矩的作用。法蘭螺栓緊固力矩是指為避免操作狀態(tài)下法蘭泄漏，在法蘭安裝時(shí)扭緊螺栓所需的扭力矩。該扭力矩在避免法蘭泄漏的同時(shí)，不

2、致造成墊片損壞、法蘭永久變形和螺栓屈服。由于理論計(jì)算模型不可能與實(shí)際情況完全吻合，因此本標(biāo)準(zhǔn)的法蘭螺栓緊 固力矩?cái)?shù)值只作為施工中的參考，在操作狀態(tài)仍需考慮進(jìn)行熱緊。計(jì)算步驟墊片基本密封寬度 bo根據(jù)墊片型式及尺寸，按表2.2.1確定墊片基本密封寬度bo (mm)。墊片有效密封寬度 b墊片有效密封寬度b (mm )按以下規(guī)定計(jì)算：a) 當(dāng) bo 0 6.4 mm 時(shí)，b=bo;b)當(dāng) bo6.4 mm 時(shí)，b = 2.53 /b0。墊片壓緊力作用中心圓直徑Dg對(duì)于活套法蘭，墊片壓緊力作用中心圓直徑Dg （mm ）即為法蘭與翻邊接觸面的平均直徑。對(duì)于其他型式的法蘭，按下述規(guī)定計(jì)算Dg （mm ）:

3、a）當(dāng)b006.4 mm 時(shí)，Dg等于墊片接觸面的平均直徑；b） 當(dāng)bo6.4 mm 時(shí)，Dg等于墊片接觸面外直徑減2b。操作狀態(tài)下內(nèi)壓力引起的螺栓總軸向力按式（2.2.4 ）計(jì)算:FDG P4式中：F操作狀態(tài)下內(nèi)壓力引起的螺栓總軸向力，N;P 設(shè)計(jì)壓力，MPa。操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力按式（2.2.5 ）計(jì)算:Fp=2 兀 Dg b m P式中：Fp操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力，N ;m 墊片系數(shù)，由表2.2.5查得。(2.2.4 )(2.2.5 )壓緊面形狀（簡(jiǎn)圖）墊片基本自封竟度boIn（他）(最+2g22+ N+ N44+ N+ 3N48N3N48rQ KI-7 KI3N7N8

4、16N3NAQ8表2.2.1墊片基本密度寬度注：當(dāng)鋸齒深度不超過(guò)0.4 mm ,齒距不超過(guò)0.8 mm 時(shí)，應(yīng)采用 1b或1d的壓緊面形狀。表2.2.5 墊片參數(shù)墊片材料墊片 系數(shù)m比壓力y MPa簡(jiǎn)圖壓緊向 形狀類 別 肖氏硬度彳氐于75無(wú)織物或少含量石棉纖維的合成橡膠0.5001（a、b、c、d）、肖氏硬度不低于751.001.4具有適當(dāng)加固物的石棉（石棉橡膠板）厚度3 mm2.0011厚度1.5 mm2.7525.5厚度0.75 mm3.5044.8內(nèi)有棉纖維的橡膠1.252.84、5r-1-tJ 白 /丁占 At內(nèi)有石棉纖維的橡 膠，具有金屬加強(qiáng) 絲或不具有金屬加 強(qiáng)絲3層2.2515

5、.22層2.50201層2.7525.51（a、b、c、植物纖維1.757.6d）、4、5n內(nèi)填石棉纏繞式金屬碳鋼2.5691（a、b）不銹鋼或蒙乃爾3.0069波紋金屬板類殼內(nèi)軟鋁2.5020軟銅或黃銅2.7526包石棉或波紋金屬板內(nèi)包石棉鐵或軟鋼3.0031蒙乃爾或4 %6 %銘鋼3.2538不銹鋼3.5044.8軟鋁2.7525.51（a、b、c、 d）軟銅或黃銅3.00313.2538鐵或軟鋼蒙乃爾或4 %6 %銘鋼3.5044.8不銹鋼3.7552.4續(xù)表墊片材料墊片 系數(shù)m比壓力y MPa簡(jiǎn)圖壓緊向 形狀類 別 平金屬板內(nèi)包石棉軟鋁3.25381a、 1b、1c、1d、2n軟銅或黃

6、銅3.5044.8仁鐵或軟鋼3.7552.4蒙乃爾或3.5055.24 %6 %銘鋼3.7562.1不銹鋼3.7562.1槽型金屬軟鋁3.25381（a、b、c、d）、2、3軟銅或黃銅3.5044.8鐵或軟鋼3.7552.4蒙乃爾或4 %6 %銘鋼3.7562.1不銹鋼4.2569.6金屬平板軟鋁4.0060.71（a、b、c、d）、2、3、4、5i軟銅或黃銅4.7589.6鐵或軟鋼5.50124.1蒙乃爾或4 %6 %銘鋼6.00150.3不銹鋼6.50179.3金屬環(huán)鐵或軟鋼5.50124.16蒙乃爾或4 %6 %銘鋼6.00150.3d不銹鋼6.50179.3見表2.2.1 。本表所列各

7、種墊片的m、y值及適用的壓緊面形狀，均屬推薦性資料。采用本表推薦的墊片參數(shù)（m、y）并按本章規(guī)定設(shè)計(jì)的法蘭，在一般使用條件下，通常能得到比較滿 意的使用效果。但在使用條件特別苛刻的場(chǎng)合，如在諸如氧化物介質(zhì)中使用的墊片，其 參數(shù)m、y,應(yīng)根據(jù)成熟的使用經(jīng)驗(yàn)謹(jǐn)慎確定。操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載按式（2.2.6 ）計(jì)算：Wp=F+Fp (2.2.6)式中：W p操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載，N。預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載按式(2.2.7 )計(jì)算：Wa=兀 Dg b y (2.2.7 )式中：Wa預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載，N ；y墊片比壓力，MPa,由表2.2.5查得。確定預(yù)緊狀態(tài)下的

8、螺栓設(shè)計(jì)總荷載，具體步驟如下：確定預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積，其數(shù)值按式(2.2.8-1 )計(jì)算:AaWa(2.2.8-1 )式中:Aa預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積，mm 2;(rb 常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力，MPa ;螺栓材料的許用應(yīng)力數(shù)值可參照GB 150-1998 表 4-7。確定操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積，其數(shù)值按式(2.2.8-2 )計(jì)算:ApWp t(2.2.8-2 )式中:Ap操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積，mm 2;b 設(shè)計(jì)溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力，MPa ;螺栓材料的許用應(yīng)力數(shù)值可參照 GB 150-1998 表 4-7。需要的螺栓總面積Am取Aa與Ap之間的大值。

9、確定預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)總荷載，其數(shù)值按式(2.2.8-3 )計(jì)算：Am Ab/、Wy= m2 b b(2.2.8-3 )式中：Wy 預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)總荷載，N ；Ab實(shí)際螺栓總面積，它應(yīng)不小于需要的螺栓總面積Am。其數(shù)值按式(2.2.8-4)計(jì)算：Ab = n A (2.2.8-4 )式中:n螺栓個(gè)數(shù);A 單個(gè)螺栓實(shí)際面積 A, mm 2;其數(shù)值按式(2.2.8-5 )計(jì)算：A = (di P1)2(2.2.8-5 )46式中：di 外螺紋小徑，mm 0 di可根據(jù)所選螺栓公稱直徑及螺矩由GB/T 196-1981查得；Pi螺矩， mm 。螺栓設(shè)計(jì)總荷載W (N)取預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)總

10、荷載，即 W = Wy2.2.10法蘭每個(gè)螺栓所需的緊固力矩按式()計(jì)算：3(2.2.10 )e 10 3 k W dB TOC o 1-5 h z T= Bn式中:T法蘭每個(gè)螺栓所需的緊固力矩，N m ;k 扭矩系數(shù)。它與螺栓、螺母的松緊配合，螺紋、螺母和法蘭的表面的光潔度和磨擦系數(shù)有關(guān)。在允許情況下 k值可通過(guò)抽樣進(jìn)行測(cè)定，其數(shù)值一般在0.110.15之間。在無(wú)法測(cè)定的情況下，建議將 k值取為0.13 ;dB螺栓公稱直徑，mm 。法蘭螺栓緊固力矩的計(jì)算實(shí)例和常用的法蘭螺栓緊固力矩見附錄A和附錄B附錄A法蘭螺栓緊固力矩的計(jì)算實(shí)例A1計(jì)算實(shí)例一A1.1已知數(shù)據(jù)A1.1.1法蘭等級(jí)PN42.0

11、MPa ,公稱直徑 DN200 ,設(shè)計(jì)溫度 450 C,螺栓材料25Cr2MoVA 。A1.1.2墊片為圓環(huán)墊，墊片材料為TP316 ,墊片寬度 為22.224 mm ;墊片接觸 TOC o 1-5 h z 面平均直徑為 279.4 mm ;設(shè)計(jì)壓力 P為20 MPa ;常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力b為254 MPa ;設(shè)計(jì)溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力；為185 MPa ;螺栓公稱直徑dB為52 mm ;螺矩P1為3 mm。螺栓個(gè)數(shù) n為12個(gè)。A1.2計(jì)算法蘭螺栓緊固力矩A1.2.1確定墊片基本密封寬度b0：查表2.2.1可知，對(duì)園環(huán)墊b0=co/8 =2.778 (mm)。 TOC o 1-5 h

12、 z A1.2.2確定墊片有效密封寬度b:因?yàn)?bo 6.4 mm ,所以 b = bo = 2.778( mm )。A1.2.3確定墊片壓緊力作用中心圓直徑D g :因?yàn)閎o6.4 mm，所以Dg =墊片接觸面的平均直徑=279.4(mm)。A1.2.4 由式(2.2.4 )計(jì)算操作狀態(tài)下內(nèi)壓力引起的螺栓總軸向力F:F= - DG P4=32M4 2 20 4= 1.226210 6 (N)A1.2.5計(jì)算操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力Fp:由表2.2.5可知，不銹鋼圓環(huán)墊的墊片系數(shù)m為6.5 ;由式(2.2.5 )中計(jì)算得到操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力Fp :Fp = 2 冗 Dg b

13、m P=2 3.14 279.4 2.778 6.5 20= 6.3397 105 (N)A1.2.6 由式(2.2.6 )計(jì)算操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wp:Wp= F+ Fp= 1.2262 106+6.3397 105= 1.8602 106 (N)A1.2.7計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wa：由表2.2.5可知，不銹鋼圓環(huán)墊的墊片比壓力 y為179.3 ;由式(2.2.7 )計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wa為：Wa=兀 Dg b y= 3.14 279.4 2.778 179.3 =4.372 105 ( N)A1.2.8計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)總荷載Wy：按式(2.2

14、.8-1 )計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積Aa：Aajb=472736 105( mm 2)=.按式(2.2.8-254計(jì)算操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積Ap:_ 1.860210 6185= 10055.14(mm2)c)因AP大于Aa,所以需要的螺栓總面積 Am為:Am =Ap= 10055.14(mm 2)d)根據(jù)GB/T 196-1981,對(duì)于公稱直徑為52 mm、螺矩為3 mm 的螺栓,d 1 = 48.752 mm 。按式（2.2.8-5 ）計(jì)算單個(gè)螺栓實(shí)際面積A:(d1A = 4二3郵.5548.75mm書e)實(shí)際螺栓總痂積Ab為：6Ab = n A= 12 1828.55

15、=21942.6(mm2)因?yàn)锳b大于Am ,所以該 Ab即為所求。利用上述計(jì)算結(jié)果，按式（2.2.8-3 ）計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)總荷載Wy：Wy=Am Ab b二40磁7141專19折.6人A1.2.9螺栓設(shè)亦總荷載 w為:254W = Wy= 4.0637106 (N)A1.2.10A2 計(jì)算實(shí)例T按式（2.2.10 ）計(jì)算法蘭每個(gè)螺栓所需的緊固力矩 310 k W dBT =n ，、=2289.22.13（匹板7 106 52T:12A2.1已知數(shù)據(jù)A2.1.1 法蘭等級(jí) PN25.0 MPa ,公稱直徑 DN250 ,設(shè)計(jì)溫度 150 C,螺栓材料為15.872 mm ,墊片接觸面

16、35CrMoA 。A2.1.2 墊片為圓環(huán)墊，墊片材料為軟鋼，墊片寬度平均直徑為 323.85 mm ;設(shè)計(jì)壓力 P為18.6 MPa為254MPa ;設(shè)計(jì)溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力;常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力；為221 MPa ;螺栓公稱直徑bdB50 mm;螺距P1為3 mm。螺栓個(gè)數(shù) n為12個(gè)A2.2計(jì)算法蘭螺栓緊固力矩A2.2.1確定墊片基本密封寬度b0:查表2.2.1可知，對(duì)圓環(huán)墊b 0 = /8 = 1.984(mm )。A2.2.2確定墊片有效密封寬度因?yàn)?b06.4 mm ,所以 b = b0 = 1.984( mm ) TOC o 1-5 h z A2.2.3確定墊片壓緊力作用

17、中心圓直徑D g ;因?yàn)閎06.4 mm，所以 Dg =墊片接觸面的平均直徑=323.85（mm）A2.2.4 由式（2.2.4 ）計(jì)算操作狀態(tài)下內(nèi)壓力引起的螺栓總軸向力F:F= I DG P43.14=*.85 2 18.6= 1.5321106 （N）A2.2.5計(jì)算操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力Fp:由表2.2.5可知，軟鋼圓環(huán)墊的墊片系數(shù)m為5.5 ;由式（2.2.5 ）可計(jì)算得到操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力Fp為：Fp = 2 Dg b m P=2 3.14 323.85 1.984 5.5 18.6= 4.1298 105 （N）A2.2.6 由式（2.2.6 ）計(jì)算操作狀態(tài)下需

18、要的最小螺栓總荷載Wp：Wp= F+ Fp= 1.5321106+4.1298 105= 1.9451106 （N）A2.2.7計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wa：由表2.2.5可知，不銹鋼圓環(huán)墊的墊片比壓力y為124.1 ;由式（2.2.7 ）計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wa為：Wa= Dg b y= 3.14 323.85 1.984 124.1 = 2.5049 105 （N）A2.2.8 計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)總荷載 Wy：a)按式（2.2.8-1 ）計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積Aa :WaAa =-b)按式（2.2.8-2254計(jì)算操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積Ap

19、:AWpAp 1b8805.16 106 (mm 2)c)因Ap大于Aa22所以需要的螺栓總面積Am為:Am =Ap= 8801.36(mm 2)d） 根據(jù)GB/T 1961981 ,對(duì)于公稱直徑為 50 mm、螺距為3 mm 的螺栓,d1 = 46.752 mm 。按式（2.2.8-5 ）計(jì)算單個(gè)螺栓實(shí)際面積A:A = (d.i4二 3680.16(mm*46.752 e） 實(shí)際螺栓總曲積 Ab為：6Ab = n A= 12 1680.11 =20161.34(mm2)因?yàn)锳b大于Am,所以該Ab即為所求。利用上述計(jì)算結(jié)果，按式（2.2.8-3 ）計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)總荷載Wy：Wy =

20、 Am +Ab=3.6783b106 (N)_ 8801 .36+20161 .34A2.2.9螺栓設(shè)計(jì)總荷載 W的:254W = Wy = 3.6783 106 (N)A2.2.10 按式(2.2.10 )計(jì)算法蘭每個(gè)螺栓所需的緊固力矩T:310 k W dB 二 10 3 0.13106= 1992.41n (N m)從附錄 A中例題可以看出，螺栓的斷面和緊固力矩主要與操作狀態(tài)下的壓力有關(guān)，操作壓力均小于法蘭公稱壓力，按公稱壓力計(jì)算的螺栓斷面和緊固力矩是最大的,在此緊固力矩下又不致引起法蘭、螺栓和墊片的破壞和失效。為方便使用，將操作壓力等于公稱壓力，操作溫度等于150 C條件下計(jì)算得到的緊

21、固力矩列表如下。一般情況下可直接采用。法蘭壓力等級(jí)：PN15.0 MPa （相當(dāng)于 ANSI CLASS 900 ）;螺栓材料：25Cr2MoVA ;墊片形式：圓環(huán)墊；墊片材料：不銹鋼及軟鋼。表B-1列出了上述條件下各種公稱直徑法蘭對(duì)應(yīng)的法蘭螺栓緊固力矩。表B-1法蘭螺栓緊固力矩法蘭公稱直徑 DNmm螺栓公稱直徑mm螺栓個(gè)數(shù) 個(gè)單個(gè)螺栓緊固力矩， N m不銹鋼墊片軟鋼墊片1520467.6766.462020470.1468.7925244132.43130.5840274203.24200.4650248145.18142.7580248164.30161.16100308322.86318

22、.101503012342.50338.012003612625.00618.112503616633.90627.703003620650.91645.083503920861.22851.3040042201110.641098.6545048201680.661662.0050052202189.332167.19法蘭壓力等級(jí)：PN15.0 MPa （相當(dāng)于 ANSI CLASS 900 ）;螺栓材料：35CrMoA ;墊片型式：圓環(huán)墊；墊片材料：不銹鋼及軟鋼。表B-2列出了上述條件下各種公稱直徑法蘭對(duì)應(yīng)的法蘭螺栓緊固力矩。表B-2 法蘭螺栓緊固力矩法蘭公稱直徑 DNmm螺栓公稱直徑mm

23、螺栓個(gè)數(shù) 個(gè)單個(gè)螺栓緊固力矩， N m不銹鋼墊片軟鋼墊片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.

24、19法蘭壓力等級(jí)：PN25.0 MPa （相當(dāng)于 ANSI CLASS 1500 ）;螺栓材料：25Cr2MoVA ;墊片型式：圓環(huán)墊；墊片材料：不銹鋼及軟鋼。表B-3列出了上述條件下各種公稱直徑法蘭對(duì)應(yīng)的法蘭螺栓緊固力矩。表B-3法蘭螺栓緊固力矩法蘭公稱直徑 DNmm螺栓公稱直徑mm螺栓個(gè)數(shù) 個(gè)單個(gè)螺栓緊固力矩， N m不銹鋼墊片軟鋼墊片1520476.9174.902020481.0578.7925244148.36145.2740274231.42226.7650248169.61165.5580308353.64346.39100338498.01488.541503612650.33

25、640.0620042121127.311108.1825048121742.351716.1230052162196.182161.7735056162818.472770.9540064164193.824125.3045072165986.725899.2250076167225.387163.23d） 法蘭壓力等級(jí)：PN25.0 MPa （相當(dāng)于 ANSI CLASS 1500 ）;螺栓材料：35CrMoA ;墊片型式：圓環(huán)墊；墊片材料：不銹鋼及軟鋼。表B-4列出了上述條件下各種公稱直徑法蘭對(duì)應(yīng)的法蘭螺栓緊固力矩。表B-4 法蘭螺栓緊固力矩法蘭公稱直徑 DNmm螺栓公稱直徑mm螺栓個(gè)數(shù)個(gè)單個(gè)螺栓緊固力矩， N m不銹鋼墊片軟鋼墊片1520476.9174.902020481.0578.7925244139.81136.7340274218.75214.0950248161.06157.0180308336.55329.29100338474.53465.061503612617.83607.5620042121073.971054.8525048121660.781634.5530052162196.182161.7735056162818.472770.9540064164193.824125.30450721