螺栓紧固力矩规范标准

1、目次总则范围引用标准计算方法一般要求计算步骤附录A法兰螺栓紧固力矩的计算实例 附录B常用的法兰螺栓紧固力矩 1 总则 1.1范围本标准规定了法兰螺栓紧固力矩的计算方法。本标准适用于设计压力不大于35 MPa、钢材的使用温度在允许范围之内的法兰螺栓紧固力矩的计算。1.2引用标准使用本标准时。应使用下列标准最新版本。GB 150钢制压力容器。GB/T 196普通螺纹基本尺寸(直径 1600 mm )。2 计算方法一般要求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。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

2、致造成垫片损坏、法兰永久变形和螺栓屈服。由于理论计算模型不可能与实际情况完全吻合，因此本标准的法兰螺栓紧 固力矩数值只作为施工中的参考，在操作状态仍需考虑进行热紧。计算步骤垫片基本密封宽度 bo根据垫片型式及尺寸，按表2.2.1确定垫片基本密封宽度bo (mm)。垫片有效密封宽度 b垫片有效密封宽度b (mm )按以下规定计算：a) 当 bo 0 6.4 mm 时，b=bo;b)当 bo6.4 mm 时，b = 2.53 /b0。垫片压紧力作用中心圆直径Dg对于活套法兰，垫片压紧力作用中心圆直径Dg （mm ）即为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Dg （mm ）:

3、a）当b006.4 mm 时，Dg等于垫片接触面的平均直径；b） 当bo6.4 mm 时，Dg等于垫片接触面外直径减2b。操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力按式（2.2.4 ）计算:FDG P4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。操作状态下需要的最小垫片压紧力按式（2.2.5 ）计算:Fp=2 兀 Dg b m P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2.2.5查得。(2.2.4 )(2.2.5 )压紧面形状（简图）垫片基本自封竟度boIn（他）(最+2g22+ N+ N44+ N+ 3N48N3N48rQ KI-7 KI3N7N8

4、16N3NAQ8表2.2.1垫片基本密度宽度注：当锯齿深度不超过0.4 mm ,齿距不超过0.8 mm 时，应采用 1b或1d的压紧面形状。表2.2.5 垫片参数垫片材料垫片 系数m比压力y MPa简图压紧向 形状类 别 肖氏硬度彳氐于75无织物或少含量石棉纤维的合成橡胶0.5001（a、b、c、d）、肖氏硬度不低于751.001.4具有适当加固物的石棉（石棉橡胶板）厚度3 mm2.0011厚度1.5 mm2.7525.5厚度0.75 mm3.5044.8内有棉纤维的橡胶1.252.84、5r-1-tJ 白 /丁占 At内有石棉纤维的橡 胶，具有金属加强 丝或不具有金属加 强丝3层2.2515

5、.22层2.50201层2.7525.51（a、b、c、植物纤维1.757.6d）、4、5n内填石棉缠绕式金属碳钢2.5691（a、b）不锈钢或蒙乃尔3.0069波纹金属板类壳内软铝2.5020软铜或黄铜2.7526包石棉或波纹金属板内包石棉铁或软钢3.0031蒙乃尔或4 %6 %铭钢3.2538不锈钢3.5044.8软铝2.7525.51（a、b、c、 d）软铜或黄铜3.00313.2538铁或软钢蒙乃尔或4 %6 %铭钢3.5044.8不锈钢3.7552.4续表垫片材料垫片 系数m比压力y MPa简图压紧向 形状类 别 平金属板内包石棉软铝3.25381a、 1b、1c、1d、2n软铜或黄

6、铜3.5044.8仁铁或软钢3.7552.4蒙乃尔或3.5055.24 %6 %铭钢3.7562.1不锈钢3.7562.1槽型金属软铝3.25381（a、b、c、d）、2、3软铜或黄铜3.5044.8铁或软钢3.7552.4蒙乃尔或4 %6 %铭钢3.7562.1不锈钢4.2569.6金属平板软铝4.0060.71（a、b、c、d）、2、3、4、5i软铜或黄铜4.7589.6铁或软钢5.50124.1蒙乃尔或4 %6 %铭钢6.00150.3不锈钢6.50179.3金属环铁或软钢5.50124.16蒙乃尔或4 %6 %铭钢6.00150.3d不锈钢6.50179.3见表2.2.1 。本表所列各

7、种垫片的m、y值及适用的压紧面形状，均属推荐性资料。采用本表推荐的垫片参数（m、y）并按本章规定设计的法兰，在一般使用条件下，通常能得到比较满 意的使用效果。但在使用条件特别苛刻的场合，如在诸如氧化物介质中使用的垫片，其 参数m、y,应根据成熟的使用经验谨慎确定。操作状态下需要的最小螺栓总荷载按式（2.2.6 ）计算：Wp=F+Fp (2.2.6)式中：W p操作状态下需要的最小螺栓总荷载，N。预紧状态下需要的最小螺栓总荷载按式(2.2.7 )计算：Wa=兀 Dg b y (2.2.7 )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2.2.5查得。确定预紧状态下的

8、螺栓设计总荷载，具体步骤如下：确定预紧状态下需要的最小螺栓总面积，其数值按式(2.2.8-1 )计算:AaWa(2.2.8-1 )式中:Aa预紧状态下需要的最小螺栓总面积，mm 2;(rb 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GB 150-1998 表 4-7。确定操作状态下需要的最小螺栓总面积，其数值按式(2.2.8-2 )计算:ApWp t(2.2.8-2 )式中:Ap操作状态下需要的最小螺栓总面积，mm 2;b 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 GB 150-1998 表 4-7。需要的螺栓总面积Am取Aa与Ap之间的大值。

9、确定预紧状态下的螺栓设计总荷载，其数值按式(2.2.8-3 )计算：Am Ab/、Wy= m2 b b(2.2.8-3 )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。其数值按式(2.2.8-4)计算：Ab = n A (2.2.8-4 )式中:n螺栓个数;A 单个螺栓实际面积 A, mm 2;其数值按式(2.2.8-5 )计算：A = (di P1)2(2.2.8-5 )46式中：di 外螺纹小径，mm 0 di可根据所选螺栓公称直径及螺矩由GB/T 196-1981查得；Pi螺矩， mm 。螺栓设计总荷载W (N)取预紧状态下的螺栓设计总

10、荷载，即 W = Wy2.2.10法兰每个螺栓所需的紧固力矩按式()计算：3(2.2.10 )e 10 3 k W dB TOC o 1-5 h z T= Bn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0.110.15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 。法兰螺栓紧固力矩的计算实例和常用的法兰螺栓紧固力矩见附录A和附录B附录A法兰螺栓紧固力矩的计算实例A1计算实例一A1.1已知数据A1.1.1法兰等级PN42.0

11、MPa ,公称直径 DN200 ,设计温度 450 C,螺栓材料25Cr2MoVA 。A1.1.2垫片为圆环垫，垫片材料为TP316 ,垫片宽度 为22.224 mm ;垫片接触 TOC o 1-5 h z 面平均直径为 279.4 mm ;设计压力 P为20 MPa ;常温下螺栓材料的许用应力b为254 MPa ;设计温度下螺栓材料的许用应力；为185 MPa ;螺栓公称直径dB为52 mm ;螺矩P1为3 mm。螺栓个数 n为12个。A1.2计算法兰螺栓紧固力矩A1.2.1确定垫片基本密封宽度b0：查表2.2.1可知，对园环垫b0=co/8 =2.778 (mm)。 TOC o 1-5 h

12、 z A1.2.2确定垫片有效密封宽度b:因为 bo 6.4 mm ,所以 b = bo = 2.778( mm )。A1.2.3确定垫片压紧力作用中心圆直径D g :因为bo6.4 mm，所以Dg =垫片接触面的平均直径=279.4(mm)。A1.2.4 由式(2.2.4 )计算操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力F:F= - DG P4=32M4 2 20 4= 1.226210 6 (N)A1.2.5计算操作状态下需要的最小垫片压紧力Fp:由表2.2.5可知，不锈钢圆环垫的垫片系数m为6.5 ;由式(2.2.5 )中计算得到操作状态下需要的最小垫片压紧力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 )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 106 (N)A1.2.7计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载Wa：由表2.2.5可知，不锈钢圆环垫的垫片比压力 y为179.3 ;由式(2.2.7 )计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载Wa为：Wa=兀 Dg b y= 3.14 279.4 2.778 179.3 =4.372 105 ( N)A1.2.8计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy：按式(2.2

14、.8-1 )计算预紧状态下需要的最小螺栓总面积Aa：Aajb=472736 105( mm 2)=.按式(2.2.8-254计算操作状态下需要的最小螺栓总面积Ap:_ 1.860210 6185= 10055.14(mm2)c)因AP大于Aa,所以需要的螺栓总面积 Am为:Am =Ap= 10055.14(mm 2)d)根据GB/T 196-1981,对于公称直径为52 mm、螺矩为3 mm 的螺栓,d 1 = 48.752 mm 。按式（2.2.8-5 ）计算单个螺栓实际面积A:(d1A = 4二3邮.5548.75mm书e)实际螺栓总痂积Ab为：6Ab = n A= 12 1828.55

15、=21942.6(mm2)因为Ab大于Am ,所以该 Ab即为所求。利用上述计算结果，按式（2.2.8-3 ）计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy：Wy=Am Ab b二40磁7141专19折.6人A1.2.9螺栓设亦总荷载 w为:254W = Wy= 4.0637106 (N)A1.2.10A2 计算实例T按式（2.2.10 ）计算法兰每个螺栓所需的紧固力矩 310 k W dBT =n ，、=2289.22.13（匹板7 106 52T:12A2.1已知数据A2.1.1 法兰等级 PN25.0 MPa ,公称直径 DN250 ,设计温度 150 C,螺栓材料为15.872 mm ,垫片接触面

16、35CrMoA 。A2.1.2 垫片为圆环垫，垫片材料为软钢，垫片宽度平均直径为 323.85 mm ;设计压力 P为18.6 MPa为254MPa ;设计温度下螺栓材料的许用应力;常温下螺栓材料的许用应力；为221 MPa ;螺栓公称直径bdB50 mm;螺距P1为3 mm。螺栓个数 n为12个A2.2计算法兰螺栓紧固力矩A2.2.1确定垫片基本密封宽度b0:查表2.2.1可知，对圆环垫b 0 = /8 = 1.984(mm )。A2.2.2确定垫片有效密封宽度因为 b06.4 mm ,所以 b = b0 = 1.984( mm ) TOC o 1-5 h z A2.2.3确定垫片压紧力作用

17、中心圆直径D g ;因为b06.4 mm，所以 Dg =垫片接触面的平均直径=323.85（mm）A2.2.4 由式（2.2.4 ）计算操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力F:F= I DG P43.14=*.85 2 18.6= 1.5321106 （N）A2.2.5计算操作状态下需要的最小垫片压紧力Fp:由表2.2.5可知，软钢圆环垫的垫片系数m为5.5 ;由式（2.2.5 ）可计算得到操作状态下需要的最小垫片压紧力Fp为：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 ）计算操作状态下需

18、要的最小螺栓总荷载Wp：Wp= F+ Fp= 1.5321106+4.1298 105= 1.9451106 （N）A2.2.7计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载Wa：由表2.2.5可知，不锈钢圆环垫的垫片比压力y为124.1 ;由式（2.2.7 ）计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载Wa为：Wa= Dg b y= 3.14 323.85 1.984 124.1 = 2.5049 105 （N）A2.2.8 计算预紧状态下的螺栓设计总荷载 Wy：a)按式（2.2.8-1 ）计算预紧状态下需要的最小螺栓总面积Aa :WaAa =-b)按式（2.2.8-2254计算操作状态下需要的最小螺栓总面积Ap

19、:AWpAp 1b8805.16 106 (mm 2)c)因Ap大于Aa22所以需要的螺栓总面积Am为:Am =Ap= 8801.36(mm 2)d） 根据GB/T 1961981 ,对于公称直径为 50 mm、螺距为3 mm 的螺栓,d1 = 46.752 mm 。按式（2.2.8-5 ）计算单个螺栓实际面积A:A = (d.i4二 3680.16(mm*46.752 e） 实际螺栓总曲积 Ab为：6Ab = n A= 12 1680.11 =20161.34(mm2)因为Ab大于Am,所以该Ab即为所求。利用上述计算结果，按式（2.2.8-3 ）计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy：Wy =

20、 Am +Ab=3.6783b106 (N)_ 8801 .36+20161 .34A2.2.9螺栓设计总荷载 W的:254W = Wy = 3.6783 106 (N)A2.2.10 按式(2.2.10 )计算法兰每个螺栓所需的紧固力矩T:310 k W dB 二 10 3 0.13106= 1992.41n (N m)从附录 A中例题可以看出，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 C条件下计算得到的紧

21、固力矩列表如下。一般情况下可直接采用。法兰压力等级：PN15.0 MPa （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B-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。表B-1法兰螺栓紧固力矩法兰公称直径 DNmm螺栓公称直径mm螺栓个数 个单个螺栓紧固力矩， N m不锈钢垫片软钢垫片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法兰压力等级：PN15.0 MPa （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B-2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。表B-2 法兰螺栓紧固力矩法兰公称直径 DNmm螺栓公称直径mm

23、螺栓个数 个单个螺栓紧固力矩， N m不锈钢垫片软钢垫片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法兰压力等级：PN25.0 MPa （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B-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。表B-3法兰螺栓紧固力矩法兰公称直径 DNmm螺栓公称直径mm螺栓个数 个单个螺栓紧固力矩， N m不锈钢垫片软钢垫片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） 法兰压力等级：PN25.0 MPa （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B-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。表B-4 法兰螺栓紧固力矩法兰公称直径 DNmm螺栓公称直径mm螺栓个数个单个螺栓紧固力矩， N m不锈钢垫片软钢垫片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