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1、第21卷第3期有色矿冶Vol.21.№32005年6月NON-FERROUSMININGANDMETALLURGYJune2005文章编号:1007-967X(2005)03-0046-03法兰连接中的螺栓预紧力叶红,颜廷武,刘元胜(沈阳石蜡化工有限公司,辽宁沈阳11014)摘要:法兰连接中螺栓的预紧力,要满足法兰接头在操作时不发生泄露。叙述了螺栓从预紧状态到操作状态过程中法兰接头的变化。预紧力应是考虑了内压作用和垫片在升压过程中松弛的综合结果。关键词:法兰;螺栓;预紧力;计算中图分类号:TH131.3文献标识码:A1概述
2、2受力分析由于生产操作上的需要及制造、安装、检修、运操作时法兰接头的连接螺栓受力如下:输的方便,各工业部门的容器或管道经常做成可拆A容器或管道中流体压力P;B径向外力Pr;C卸的。采用了可拆卸连接后,保证联接口密封的可弯矩Mo靠性,成为决定工业生产能否正常运行的必要条件。为简化起见,可将B、C两项折算为压力与P相螺栓连接的法兰接头是一种应用极为广泛的结加,称为相当压力Pe(以下简称内压)构,它属于强制密封,依靠联接件通过被联接件强制16M4PrPe=3+2+P(1)挤压密封元件使之密封。如图1所示。πDπD假如B、C两项不
3、易确定,为考虑其影响,实际上采用将P适当增大的方法求得,一般Pe1.5P。[1]由文献可知:在预紧状态下,螺栓承受的力为垫片所需的最小压紧力FG:FG=-Wa=3.14DGby(2)而操作时,螺栓受力为:Wp=F+Fp(3)F为内压Pe所引起的流体静压总轴向力2图1螺栓连接的法兰接头F=0.785DGPe(4)1———法兰—被联接件;2———垫圈—密封元件;3———螺栓—联接件Fp为操作状态下需要的最小垫片压紧力这种连接方式结构简单,上紧螺母后,螺栓力通Fp=6.28DGbmPe(5)过法兰压紧面作用到垫圈上,当垫圈单位面
4、积上所式中DG———垫片压紧力中心圆直径(mm);受的压紧力达到某一值时,垫圈本身被压实,压紧面b———垫片有效密封宽度(mm);[1]上由机械加工形成的微隙被填满,为阻止介质泄露y———垫片比压力(Mpa);由文献表9-2可查);[1]形成了初始密封条件。那么,螺母需上多紧,它施加m———垫片系数。(由文献表9-2可查)。[1]给螺栓的力才能压紧垫片,保证在操作中接头不泄可以看出,文献中指出的预紧状态下螺栓承露呢?这个力称为预紧力,它是影响密封的一个重受的力FG=Wa,并不是我们所说的预紧力。FG本要因素,预紧力必须使垫
5、圈压紧并形成初始密封条身对法兰连接并无实际意义,因为它与操作状态无件,同时,预紧力也不能大到将垫圈压坏或挤出。关。我们需要的预紧力要满足在操作状态时不泄收稿日期:2004-03-15作者简介:叶红(1970—),女,工程师。第3期叶红等:法兰连接中的螺栓预紧力47露,是与操作条件紧密相连的,即保证操作时螺栓载片所需的螺栓载荷只为Fp,再加上内压引起的轴向荷能保持Wp的预紧力。力F,就组成操作状态的螺栓载荷Wp。f与Fp的假设预紧力为f,也就是预紧时的螺栓载荷f,差值ΔF即为垫片松弛时所减少的受力值。此f是仅由压紧垫片引起的
6、。操作时,随着操作压因此可以看出:预紧力f即不是Wp+F,也不是力的上升,螺栓载荷f开始变化,直到压力引起的螺螺栓材料的屈服极限或许用应力,而是一种考虑了栓载荷增加到F为止。在此过程中,螺栓一方面随内压作用和垫片在升压过程中松弛的综合结果。着载荷的增加而变形伸长,f值也增大;另一方面,4预紧力的计算螺栓伸长又减少了对垫片的压缩,使螺栓载荷值f减小。我们的目的是:这两种变化(f的增大和减由前面的分析看出,只要算出由内压Pe作用引少)的综合作用的结果,使螺栓载荷在操作状态下能起的垫片松弛所减少的压紧力ΔF,就可以用它和保持Wp
7、。Fp求得预紧力f。3预紧状态到操作状态过程中法兰连操作时,流体静压总轴向力F作用于法兰连接接点的变化点,使螺栓相应伸长ΔLb,此时,垫片由于螺栓伸长而松弛(回弹),变形值为ΔLG,由于垫片回弹变形值要找出正确的预紧力计算方法,需综合考虑法应与螺栓伸长值相协调,故ΔLG=ΔLb兰连接点的螺栓、垫片材料,连接状态、操作状态等根据虎克定律:各种因素的影响进行分析计算来确定,这是一种比垫片回弹值:ΔLG=ΔFtg/EgAg较科学的方法。下面我们先来了解一下法兰连接点螺栓伸长值:ΔLb=(F-ΔF)lb/EbAb从预紧状态到操作状
8、态的变化情况。图2是这种变可导出:化过程的示意图,现加以简要说明和讨论。FΔF=(6)tgEbAb1+LbEgAg式中Eb———螺栓材料在操作温度下的弹性模量(MPa);Eg———垫片材料在操作温度下的弹性模量(MPa);2Ab———螺栓总截面积(mm);2Ag———垫片实际接触面积(mm);lb———
