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法兰螺栓紧固力矩
编号 : ck012-2004
日 期 2004 年 11月 1日
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9
目 次
1 总则
2 法兰螺栓紧固力矩的计算方法
3 法兰螺栓紧固力矩的计算实例
4 常用的法兰螺栓紧固力矩
1 总则
1.0.1 本
标准
excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载
规定
关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定
了法兰螺栓紧固力矩的计算方法。法兰螺栓紧固力矩是指为避免操作
状态下法兰泄漏,在法兰安装时扭紧螺栓所需的扭力矩。该扭力矩在避免法兰泄漏的同时 ,
不致造成垫片损坏、法兰永久变形和螺栓屈服。
1.0.2 本标准适用于设计压力不大于35MPa、钢材的使用温度在允许范围之内的情况。
1.0.3 本标准考虑了流体静压力及垫片压紧力的作用,未考虑外力、外力矩的作用。
1.0.4 引用标准
a) 国家标准GB150-90《钢制压力容器》。
b) 国家标准GB196-81《普通螺纹基本尺寸》。
2 法兰螺栓紧固力矩的计算方法
2.0.1 法兰螺栓紧固力矩的计算步骤如下 :
a) 确定垫片基本密封宽度b0,mm。
根据垫片型式及尺寸,按表2.0.1-1确定垫片基本密封宽度b0。
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表2.0.1-1 垫片基本密封宽度
压紧面形状 (简图 ) 垫片基本密封宽度b0
I类 (见表2.0.1-2) Ⅱ类(见表2.0.1-2)
1a
2
N
2
N
1b
1c
2
1δω +
2
1δω +
1d
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ + 最大
4
Nω
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ + 最大
4
Nω
2
4
N+ω
8
3N+ω
3
4
N
8
3N
4
8
3N
16
7N
5
4
N
8
3N
6
8
ω
注:本表引自GB150-89第7章表7-1。
b) 确定垫片有效密封宽度b,mm。
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垫片有效密封宽度b按以下规定计算 :
当b0≤6.4mm时,b= b0,mm
当b0>6.4mm时,b=2.53 0b ,mm。
c) 确定垫片压紧力作用中心圆直径DG,mm
对于活套法兰,垫片压紧力作用中心圆直径DG即是法兰与翻边接触面的平均直
径。
对于其他型式的法兰,按下述规定计算 :
当b0≤6.4mm时 ,DG=垫片接触面的平均直径 ;
当b0>6.4mm时,DG=垫片接触面外直径减2b。
对于活套法兰,垫片压紧力作用中心圆直径DG即是法兰与翻边接触面的平均直
径。
d) 确定操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力,其数值按正式计算:
PDGF G
2
4
π= (2.0.1-1)
式中 F-操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力 ,N;
P-设计压力 ,MPa。
e) 确定操作状态下需要的最小垫片压紧力,其数值按下式计算:
FP=2πDGbmP (2.0.1-2)
式中FP-操作状态下需要的最小垫片压紧力 ,N;
m-垫片系数,由表2.0.1-2查得。
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表2.0.1-2 垫片参数
垫片材料
垫片系数
m
比压力
y
MPa
简图
压紧面形状
(见表2.0.1-
1)
类
别
自紧式垫片
O形环、金属、橡胶及其它自紧密封的垫片
0 0 -
无织物或少含量石棉纤维的合成橡胶:肖氏硬度
低于75
肖氏硬度大于等于75
0.50
1.00
1.4
0
具有适当加固 厚度3mm 2.00 11 1(a、b、c、 Ⅱ
物的石棉 厚度1.5mm 2.75 25.5 d)4、5
(石棉橡胶板) 厚度0.75mm 3.50 44.8
内有棉纤维的橡胶 1.25 2.8
内有石棉纤维的橡胶, 3层 2.25 15.2
具有金属加强丝 2层 2.50 20
或不具有金属加强丝 1层 2.75 25.5
植物纤维 1.75 7.6 1(a、b、c、
d)4、5
内填石棉缠绕式金属 碳钢
不锈钢或蒙乃尔
2.50
3.00
69
69
波纹金属板夹壳内包
石棉或波纹金属板内包
石棉
软铝
软铜或黄铜
铁或软钢
蒙乃尔或4~6%铬钢
不锈钢
2.50
2.75
3.00
3.25
3.50
20
26
31
38
44.8
1(a、b)
波纹金属板
软铝
软铜或黄铜
铁或软钢
蒙乃尔或4~6%铬钢
不锈钢
2.75
3.00
3.25
3.50
3.75
25.5
31
38
44.8
52.4
1(a、b、c、
d)
Ⅱ
平金属板内包石棉
软铝
软铜或黄铜
铁或软钢
蒙乃尔
4~6%铬钢
不锈钢
3.25
3.50
3.75
3.50
3.75
3.75
38
44.8
52.4
55.2
62.1
62.1
1a、1b、
1c11、1d11、
211
槽形金属 软铝
软铜或黄铜
铁或软钢
蒙乃尔或4~6%铬钢
不锈钢
3.25
3.50
3.75
3.75
4.25
38
44.8
52.4
62.1
69.6
1(a、b、c、
d)2、3
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续表2.0.1-2 垫片参数
垫片材料
垫片系数
m
比压力
y
MPa
简图
压紧面形状
(见表2.0.1-
1)
类
别
金属平板
软铝
软铜或黄铜
铁或软钢
蒙乃尔或4~6%铬钢
不锈钢
4.00
4.75
5.50
6.00
6.50
60.7
89.6
124.1
150.3
179.3
1(a、b、c、
d)2、3、4、
5
金属环
铁或软钢
蒙乃尔或4~6%铬钢
不锈钢
5.50
6.00
6.50
124.1
150.3
179.3
6
注 :本表引自GB150-89第7章表7-2。
f) 确定操作状态下需要的最小螺栓总荷载 ,其数值按下式计算 :
WP=F+FP (2.0.1-3)
式中WP-操作状态下需要的最小螺栓总荷载 ,N。
g) 确定预紧状态下需要的最小螺栓总荷载 ,其数值按下式计算 :
Wa=πDgby (2.0.1-4)
式中Wa-预紧状态下需要的最小螺栓总荷载 ,N;
y-垫片比压力Mpa,由表2.0.1-2查得。
h) 确定预紧状态下的螺栓设计总荷载 ,具体步骤如下 :
1) 确定预紧状态下需要的最小螺栓总面积 ,其数值按下式计算 :
Aa= ]]
[
b
aW
σ (2.0.1-5)
式中Aa-预紧状态下需要的最小螺栓总面积 ,mm2;
[σ ]b-常温下螺栓材料的许用应力,MPa;螺栓材料的许用应力数值可参照
GB150-89第2章的表2-7。
2) 确定操作状态下需要的最小螺栓总面积 ,其数值按下式计算 :
AP= ]
]
[ t
b
PW
σ (2.0.1-6)
式中 AP-操作状态下需要的最小螺栓总面积 ,mm2;
-设计温度下螺栓材料的许用应力,MPa;螺栓材料的许用应力数值可参照
GB150-89第2章的表2-7。
t
b][σ
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3) 需要的螺栓总面积Am取Aa与AP之间的最大值。
4) 确定预紧状态下的螺栓设计总荷载,其数值按正式计算:
WY = bbm
AA
][
2
σ+ (2.0.1-7)
式中 Wy-预紧状态下的螺栓设计总荷载 ,N;
Ab-实际螺栓总面积,它应不小于需要的螺栓总面积Am,其数值按下式计算 :
Ab=nA (2.0.1-8)
式中n-螺栓个数 ;
A-单个螺栓实际面积A,mm2;其数值可按下式计算"
A= 211 )6
(
4
Pd −π (2.0.1-9 )
式中d1-外螺栓小径,mm
P1-螺矩,mm
d1可根据所选螺栓公称直径及螺矩由GB196-81查得。
i) 确定螺栓设计总荷载W,N。
W取预紧状态下的螺栓设计总荷载 ,Wy。
j) 确定法兰每个螺栓所需的紧固力矩,其数值按下式计算:
T=
n
kWdB
310−
(2.0.1-10)
式中 T-法兰每个螺栓所需的紧固力矩 ,N-m;
k-扭矩系数。它与螺栓、螺母的松紧配合,螺纹、螺母和法兰的表面的光洁度
和磨擦系数有关。在允许情况下k值可通过抽样进行测定,其数值一般在0.11~0.15之
间。在无法测定的情况下,建议将k值取为0.13。
dB-螺栓公称直径,mm。
3. 法兰螺栓紧固力矩的计算实例
3.0.1 计算实例 -
法兰等级PN42.0MPa,公称直径DN200,设计温度450℃,螺栓材料25Cr2MoVA。
a) 已知数据
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垫片为圆环垫,垫片材料 为TP316,垫片宽度ω=22.224mm,垫片接触面平均直径
为279.4mm;设计压力P=20MPa;常温下螺栓材料的许用应力为 [σ]b=254MPa;设计温度
下螺栓材料的许用应用为 =185MPa;螺栓公称直径dtb][σ B=52mm;螺矩P1为3mm。螺栓
个数n=12。
b) 计算法兰螺栓紧固力矩
1) 确定垫片基本密封宽度b0
查表2.0.1-1可知,对园环垫b0=ω /8=2.778mm
2) 确定垫片有效密封宽度b:
因为b0<6.4mm,所以b=b0=2.778mm。
3) 确定垫片压紧力作用中心圆直径DG:
因为b0<6.4mm,所以DG=垫片接触面的平均直径=279.4mm。
4) 由 (2.0.1-1)式计算操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力F:
NPDF G
622 102262.120794.2
44
×=××== ππ
5) 计算操作状态下需要的最小垫片压紧力FP:
由表2.0.1-2可知,不锈钢圆环垫的垫片系数m为6.5;由(2.0.1-2)式中计算得到操
作状态下需要的最小垫片压紧力FP为
FP=2πDGbmP=2π×2.794×2.778×6.5×20=6.3397×105N
6) 由 (2.0.1-3)式计算操作状态下需要的最小螺栓总荷载WP:
WP=F+FP=1.2262×106+6.3397×105=1.8602×106N
7) 计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载Wa:
由表2.0.1-2可知,不锈钢圆环垫的垫片比压力y为179.3;由 (2.0.1-4)式计算预紧状态
下需要的最小螺栓总荷载Wa为 :
Wa=πDGby=π×279.4×2.778×179.3=4.372×105N
8) 计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy:
按 (2.0.1-5)式计算预紧状态下需要的最小螺栓总面积Aa:
Aa= 2
5
26.1721
254
10372.4
][
mm
W
b
a =×=σ
按 (2.0.1-6)式计算操作状态下需要的最小螺栓总面积AP:
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Ap= 2
6
14.10055
185
108602.1
][
mmW t
b
P =×=σ
因AP大于Aa,所以需要的螺栓总面积Am为:
Am=AP=0055.14mm2
根据GB196-81,对于公称直径为52mm、螺矩为3mm的螺栓,d1=48.752MM。按
(2.0.1-9)式计算单个螺栓实际面积A:
22211 55.1828)6
3752.48(
4
)
6
(
4
mmPdA =−=−= ππ
实际螺栓总面积Ab为 :
Ab=nA=12×1828.55=21942.6mm2
因为A b大于Am,所以该Ab即为所求。
利用上述计算结果,按 (2.0.1-7)式计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy:
N
AA
W b
bm
y
6100637.4254
2
6.2194214.10055][
2
×=×+=+= σ
9) 螺栓设计总荷载W为:
W=Wy=4.0637×106N
10) 按 (2.0.1-10)式计算法兰每个螺栓所需的紧固力矩T:
T= mN
n
kWdB −=××××=
−−
22.2289
12
52100637.413.01010 633
3.0.2 计算实例二
法兰等级PN25.0MPa,公称直径DN250,设计温度150℃,螺栓材料35CrMoA。
a) 已知数据
垫片为圆环垫 ,垫片材料为软钢,垫片宽度ω=15.872mm,垫片接触面平均直径为
323.85mm;设计压力P=18.6MPa;常温下螺栓材料的许用应力 [σ]b=254MPa;设计温度
下螺栓材料的许用应力 =221MPa;螺栓公称直径dtb][σ B=50mm;螺距P1为3mm。螺栓个
数n=12。
b) 计算法兰螺栓紧固力矩
1) 确定垫片基本密封宽度b0:
查表2.0.1-1可知,对圆环垫b0=ω/8=1.984mm。
2) 确定垫片有效密封宽度b:
因为b0<6.4mm,所以b=b0=1.984mm
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3) 确定垫片压紧力作用中心圆直径DG;
因为b0<6.4mm,所以DG=垫片接触面的平均直径=323.85mm
4) 由 (2.0.1-1)式计算操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力F:
NPDF G
622 105321.16.1885.323
44
×=××== ππ
5) 计算操作状态下需要的最小垫片压紧力FP:
由表2.0.1-2可知,软钢圆环垫的垫片系数m为5.5;由 (2.0.1-2)式可计算得到操作状态
下需要的最小垫片压紧力FP为:
FP=2πDGbMP=2π×323.85×1.984×5.5×18.6=4.1298×105N
6) 由 (2.0.1-3)式计算操作状态下需要的最小螺栓总荷载WP:
WP=F+FP=1.5321×106+4.1298×105=1.9451×106N
7) 计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载Wa:
由表2.0.1-2可知,不锈钢圆环垫的垫片比压力y为124.1;由 (2.0.1-4)式计算预紧状态
下需要的最小螺栓总荷载Wa为 :
Wa=πDGby=π×323.85×1.984×124.1=2.5049×105N
8) 计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy:
按 (2.0.1-5)式计算预紧状态下需要的最小螺栓总面积Aa:
2
5
18.986
254
105049.2
][
mm
W
A
b
a
a =×== σ
按 (2.0.1-6)计算操作状态下需要的最小螺栓总面积AP:
2
6
1 36.8801221
109451.1
][
mmWA
b
P
P =×== σ
因AP大于Aa,所以需要的螺栓总面积Am为
Am=AP=8801.36mm2
根据GB196-81,对于公称直径为50mm、螺距为3mm的螺栓 ,d1=46.752mm。按
(2.0.1-9)式计算单个螺栓实际面积A:
2221
1 11.1680)6
3752.46(
4
)
6
(
4
mmPdA =−=−= ππ
实际螺栓总面积Ab为 :
Ab=nA=12×1680.11=20161.34mm2
因为Ab大于Am,所以该Ab即为所求。
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利用上述计算结果 ,按 (2.0.1-7)式计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy:
N
AA
W b
bm
Y
6106783.3254
2
34.2016136.8801][
2
×=×+=+= σ
9) 螺栓设计总荷载W为 :
W=Wy=3.6783×106N
10) 按 (2.0.1-10)式计算法兰每个螺栓所需的紧固力矩T:
mN
n
kWdT B −=××××==
−−
41.1992
12
50106783.313.01010 633
4 常用的法兰螺栓紧固力矩
从上述例题可以看出,螺栓的断面和紧固力矩主要与操作状态下的压力有关,操作压
力均小于法兰公称压力,按公称压力计算的螺栓断面和紧固力矩是最大的,在此紧固力矩
下又不致引起法兰、螺栓和垫片的破坏和失效。为方便使用,将操作压力等于公称压力,
操作温度等于150℃条件下计算得到的紧固力矩列表如下。一般情况下可直接采用。
4.0.1 法兰压力等级:PN15.0MPa(相当于ANSI CLASS 900);螺栓材料 :25Cr2MoVA;垫
片形式 :圆环垫 ;垫片材料 :不锈钢及软钢。表4.0.1列出了上述条件下各种公称直径法兰对应
的法兰螺栓紧固力矩。
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表4.0.1 法兰螺栓紧固力矩
法兰公称直径DN 螺栓公称直径mm 螺栓个数 单个螺栓紧固力矩N-m
不锈钢垫片 软钢垫片
15 20 4 67.67 66.46
20 20 4 70.14 68.79
25 24 4 132.43 130.58
40 27 4 203.24 200.46
50 24 8 145.18 142.75
80 24 8 164.30 161.16
100 30 8 322.86 318.10
150 30 12 342.50 338.01
200 36 12 625.00 618.11
250 36 16 633.90 627.70
300 36 20 650.91 645.08
350 39 20 861.22 851.30
400 42 20 1110.64 1098.65
450 48 20 1680.66 1662.00
500 52 20 2189.33 2167.19
4.0.2 法兰压力等级 :PN15.0MPa(相当于ANSI CLASS 900);螺栓材料 :35CrMoA;垫片型
式 :圆环垫 ;垫片材料 :不锈钢及软钢。表4.0.2列出了上述条件下各种公称直径法兰对应的法
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兰螺栓紧固力矩。
表4.0.2 法兰螺栓紧固力矩
法兰公称直径DN 螺栓公称直径mm 螺栓个数 单个螺栓紧固力矩N-m
不锈钢垫片 软钢垫片
15 20 4 67.67 66.46
20 20 4 70.14 68.79
25 24 4 123.89 122.04
40 27 4 190.57 187.79
50 24 8 136.64 134.21
80 24 8 155.76 152.62
100 30 8 304.92 300.16
150 30 12 324.56 320.07
200 36 12 592.50 585.61
250 36 16 601.40 595.20
300 36 20 618.41 612.58
350 39 20 819.16 809.24
400 42 20 1057.31 1045.32
450 48 20 1599.09 1580.42
500 52 20 2189.33 2167.19
4.0.3 法兰压力等级 :PN25.0MPa(相当于ANSI CLASS 1500);螺栓材料 :25Cr2MoVA;垫
片型式 :圆环垫 ;垫片材料 :不锈钢及软钢。表4.0.3列出了上述条件下各种公称直径法兰对应
的法兰螺栓紧固力矩。
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表4.0.3 法兰螺栓紧固力矩
法兰公称直径DN 螺栓公称直径mm 螺栓个数 单个螺栓紧固力矩N-m
不锈钢垫片 软钢垫片
15 20 4 76.91 74.90
20 20 4 81.05 78.79
25 24 4 148.36 145.27
40 27 4 231.42 226.76
50 24 8 169.61 165.55
80 30 8 353.64 346.39
100 33 8 498.01 488.54
150 36 12 650.33 640.06
200 42 12 1127.31 1108.18
250 48 12 1742.35 1716.12
300 52 16 2196.18 2161.77
350 56 16 2818.47 2770.95
400 64 16 4193.82 4125.30
450 72 16 5986.72 5899.22
500 76 16 7225.38 7163.23
4.0.4 法兰压力等级 :PN25.0MPa(相当于ANSI CLASS 1500);螺栓材料 :35CrMoA;垫片
型式 :圆环垫 ;垫片材料 :不锈钢及软钢。表4.0.4列出了上述条件下各种公称直径法兰对应的
法兰螺栓紧固力矩。
中国石油天然气
华东勘察设计研究院
参考资料
法兰螺栓紧固力矩
编号 : ck012-2004
日 期 2004 年 11月 1日
共16页 第 14 页
9
表4.0.4 法兰螺栓紧固力矩
法兰公称直径DN 螺栓公称直径mm 螺栓个数 单个螺栓紧固力矩N-m
不锈钢垫片 软钢垫片
15 20 4 76.91 74.90
20 20 4 81.05 78.79
25 24 4 139.81 136.73
40 27 4 218.75 214.09
50 24 8 161.06 157.01
80 30 8 336.55 329.29
100 33 8 474.53 465.06
150 36 12 617.83 607.56
200 42 12 1073.97 1054.85
250 48 12 1660.78 1634.55
300 52 16 2196.18 2161.77
350 56 16 2818.47 2770.95
400 64 16 4193.82 4125.30
450 72 16 5986.72 5899.22
500 76 16 7225.38 7163.23
4.0.5 法兰压力等级 :PN42.0MPa(相当于ANSI CLASS 2500);螺栓材料 :25Cr2MoVA;垫
片型式 :圆环垫 ;垫片材料 :不锈钢及软钢。表4.0.5列出了上述条件下各种公称直径法兰对应
的法兰螺栓紧固力矩。
中国石油天然气
华东勘察设计研究院
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法兰螺栓紧固力矩
编号 : ck012-2004
日 期 2004 年 11月 1日
共16页 第 15 页
9
表4.0.5 法兰螺栓紧固力矩
法兰公称直径DN 螺栓公称直径mm 螺栓个数 单个螺栓紧固力矩N-m
不锈钢垫片 软钢垫片
15 20 4 97.19 93.51
20 20 4 111.58 105.23
25 24 4 195.38 189.22
40 30 4 422.68 407.94
50 27 8 288.74 280.57
80 33 8 533.58 519.31
100 39 8 961.78 935.92
150 52 8 2488.47 2427.81
200 52 12 2467.37 2408.36
250 64 12 4693.78 4581.79
300 72 12 6987.23 6821.30
350 60 16 4110.30 4024.75
450 72 16 7484.60 7337.60
4.0.6 法兰压力等级 :PN42.0MPa(相当于ANSI CLASS 2500);螺栓材料 :35CrMoA;垫片
型式 :圆环垫 ;垫片材料 :不锈钢及软钢。表4.0.6列出了上述条件下各种公称直径法兰对应的
法兰螺栓紧固力矩。
中国石油天然气
华东勘察设计研究院
参考资料
法兰螺栓紧固力矩
编号 : ck012-2004
日 期 2004 年 11月 1日
共16页 第 16 页
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表4.0.6 法兰螺栓紧固力矩
法兰公称直径DN 螺栓公称直径mm 螺栓个数 单个螺栓紧固力矩N-m
不锈钢垫片 软钢垫片
15 20 4 97.19 93.51
20 20 4 111.58 105.23
25 24 4 186.64 180.68
40 30 4 411.61 390.84
50 27 8 276.07 267.91
80 33 8 510.11 495.84
100 39 8 919.92 893.86
150 52 8 2488.47 2427.81
200 52 12 2467.37 2408.36
250 64 12 4693.78 4581.79
300 72 12 6987.23 6821.30
350 60 16 4110.30 4024.75
450 72 16 7484.60 7337.6