螺栓紧固力矩标准

1、目次1总则1.1范围1.2引用标准2计算方法2.1一般要求2.2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1.1.1 本标准规定了法兰螺栓紧固力矩的计算方法。1.1.2 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2.1 一般要求2.1.1 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。2.1.2 法兰螺栓

2、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。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。2.2 计算步骤2.2.1 垫片基本密封宽度 b0 根据垫片型式及尺寸，按表 2.2.1 确定垫片基本密封宽度 b0（mm ）。2.2.2 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 b06.4 mm 时， bb0；b） 当 b06.4 mm 时， b 2.53 b0 。2.2.3 垫片压紧

3、力作用中心圆直径DGDG（ mm ）即为法兰与翻边接触2.2.3.1 对于活套法兰，垫片压紧力作用中心圆直径 面的平均直径。2.2.3.2 对于其他型式的法兰，按下述规定计算DG（ mm）：a）当 b06.4 mm 时， DG等于垫片接触面的平均直径；b）当 b06.4 mm 时， DG等于垫片接触面外直径减2b。2.2.4 操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力按式（ 2.2.4 ）计算：FDG2 P（ 2.2.4 ）4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 。2.2.5 操作状态下需要的最小垫片压紧力按式（ 2.2.5 ）计算：2.2.5 )FP 2 DG

4、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。表 2.2.1 垫片基本密度宽度压紧面形状（简图）垫片基本密封宽度 b0 1a1b1c1d最N大）2N4456N4（最大N）2 g2 N 43N8N43N8N43N87N163N8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 yMPa简图压紧面 形状类 别无织物或少含量石棉纤维的合成橡胶肖氏硬度低于 750.5001（a、b、c、 d）、 4、5肖氏硬度不低于 751.001.4具有适

5、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1.252.8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2.2515.22层2.50201层2.7525.5植物纤维1.757.61（a、b、c、 d）、 4、5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 包石棉或波纹金属 板内包石棉软铝2.5020软铜或黄铜2.7526铁或软钢3.0031蒙乃尔或4 %6 % 铬钢3.2538不锈钢3.5044.8软铝2.7525.51（a、b、c、d）

6、软铜或黄铜3.0031铁或软钢3.2538蒙乃尔或4 %6 % 铬钢3.5044.8不锈钢3.7552.4续表垫片材料垫片 系数 m比压力 yMPa简图压紧面 形状类 别平金属板内包石棉软铝3.25381a、1b、1c 、1d 、 2软铜或黄铜3.5044.8铁或软钢3.7552.4蒙乃尔或3.5055.24 % 6 % 铬钢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 % 铬钢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、5软

7、铜或黄铜4.7589.6铁或软钢5.50124.1蒙乃尔或4 % 6 % 铬钢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 % 铬钢6.00150.3不锈钢6.50179.3注： 见表 2.2.1 。 本表所列各种垫片的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，如在诸如氰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。2.2.6 操作状态下需要的最小螺栓总荷载按式（ 2.2.6

8、 ）计算：WP FFP （2.2.6 ）式中：W P操作状态下需要的最小螺栓总荷载，2.2.7 )计算：2.2.7 预紧状态下需要的最小螺栓总荷载按式(W a 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。2.2.8 确定预紧状态下的螺栓设计总荷载，具体步骤如下：a) 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：式中：WaAab2.2.8-1Aa预紧状态下需要的最小螺栓总面积，mm 2； 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式中：GB 150 -1998

9、表 4-7 。b) 确定操作状态下需要的最小螺栓总面积，其数值按式(ApWpbt2.2.8-2 )计算：2.2.8-2AP操作状态下需要的最小螺栓总面积，mm2； bt设计温度下螺栓材料的许用应力，照 GB 150 - 1998 表 4-7 。MPa ；螺栓材料的许用应力数值可参d)确定预紧状态下的螺栓设计总荷载，其数值按式(Wy2.2.8-3 )计算： Am Ab2 b2.2.8-3c)需要的螺栓总面积 Am取 Aa与 AP之间的大值。式中：预紧状态下的螺栓设计总荷载，Ab实际螺栓总面积，WyN；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

10、.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 （d1 P1 ）2 （2.2.8-5 ） 4 1 6式中：d1外螺纹小径， mm 。 d1可根据所选螺栓公称直径及螺矩由GB/T 196 -1981查得；P1螺矩， mm 。2.2.9 螺栓设计总荷载 W（ N）取预紧状态下的螺栓设计总荷载，即W Wy。2.2.10 法兰每个螺栓所需的紧固力矩按式（ 2.2.10 ）计算：10 3 k W dB 10 k W dB （ 2.2.10 ） n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

11、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 。2.2.11 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 MPa ，公称直径DN200 ，设计温度 450 ，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 面平均直径为 279.4 m

12、m ；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 tb 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查表 2.2.1 可知，对园环垫A1.2.2 确定垫片有效密封宽度b0：b0/ 8 2.778 （mm）。b：因为 b06.4 mm ，所以 bb02.778 （mm）。A1.2.3 确定垫片压紧力作用中心圆直径DG：因为 b06.4 mm ，所以 DG 垫片接触面的平均直径 279.4 （

13、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 DG2 P4 32.1749.4 2 204 1.2262 10 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 DG b m P 2 3.14 279.4 2.778 6.5 20 6.3397 10 5（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 ：WPFFP 1.2262 10 6 6.3397 10 5

14、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 DG b y 3.14 279.4 2.778 179.35 4.372 10 5（ N ）A1.2.8 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：Aa Wa147.32b712.26 10（5 mm2）b）按式（ 2.2.8-225）4 计算操作状态下需要的最小螺栓总面积AP：Ap WpAp 11W0.

15、08tb56052.14 10（6mm2）c）因 AP大于 Aa，18所5 以需要的螺栓总面积Am 为：Am AP10055.14 （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 ：P1e）A （ d14 318.1248.553 3.14 （48 .752 3） 实际螺栓总4面积 Ab 为：6mm 32）2mm2）Wy：A1.2.9Wy Am Ab b140.00625357.141062（194N2）.6螺栓设计总荷载 W2 为：W Wy4.063

16、7 106（ N）254A1.2.10按式（ 2.2.10 ）计算法兰每个螺栓所需的紧固力矩 10 3 k W dBT n22839.22 （ N m）610 3 0.13 4.0637 10 6 52T：A2 计算实例二12Ab n A12 1828.55 21942.6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A2.1 已知数据A2.1.1 法兰等级 PN25.0 MPa ，公称直径 DN250 ，设计温度 150 ，螺栓材料 35CrMoA 。A2.1.2 垫片为圆环垫，垫片材料为软钢，垫片宽度 为 15

17、.872 mm ，垫片接触面平 均直径为 323.85 mm ；设计压力 P 为 18.6 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 tb为 221 MPa ；螺栓公称直径 dB为 50 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查表 2.2.1 可知，对圆环垫A2.2.2 确定垫片有效密封宽度b0：b0 /8 1.984 （mm ）。 b：因为 b06.4 mm ，所以 bb01.984 （mm）A2.2.3 确定垫片压紧力作用中心圆直径DG；因为 b06.

18、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： D 2 PF 4 DG P3.14 2 3423.85 18.61.5321 106 （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：FP2 DG b m P 2 3.14 323.85 1.984 5.5 18.65 4.1298 10 5 （N）A2.2.6 由式( 2.2.6 )计算操作状态下需要的最小

19、螺栓总荷载WP：WPFFP65 1.5321 10 6 4.1298 10 5 1.9451 106 （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 3.14 323.851.984 124.1A2.2.8a）b） 2.5049 105N)计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy：按式( 2.2.8-1 )计算预紧状态下需要的最小螺栓总面积WaAa b 2928.560.1489 1(0m5 m2)按式( 2.2.8-225)4计算操作状

20、态下需要的最小螺栓总面积Aa：AP：c）d）P1 2e）P1A （d1 1 ）4 1 6mm 23）2136.1840.1(146.752 3)实际螺栓总面4积 Ab 为： 6ApWpAp 1b2 18.890415.316 10（6 mm ）因 AP大于 Aa2，21所以需要的螺栓总面积Am 为：2Am AP 8801.36 （ mm2 ）根据 GB/ T 196 1981 ，对于公称直径为 50 mm 、螺距为 3 mm 的螺栓，d 1 46.752 mm 。按式( 2.2.8-5 )计算单个螺栓实际面积A：2Abn A12 1680.11 20161.34 （mm 2）Wy：因为 Ab

21、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 Am Abb 3.67283 106（ N） 8801 .3620161 .34A2.2.9 螺栓设计总荷载 W 为2 ：254W W y 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 ：T 10 3 k W dB 1992.41 n （ N m）12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

22、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。a） 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 DN mm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1520467.6766.462020470.1468.7925244132.431

23、30.5840274203.24200.4650248145.18142.7580248164.30161.16100308322.86318.101503012342.50338.012003612625.00618.112503616633.90627.703003620650.91645.083503920861.22851.3040042201110.641098.6545048201680.661662.0050052202189.332167.19b） 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

24、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 DN mm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1520467.6766.462020470.1468.7925244123.89122.0440274190.57187.7950248136.64134.2180248155.76152.62100308304.92300.161503012324.56320.072003612592.50585.612503616601.40595.203003620618.4161

25、2.583503920819.16809.2440042201057.311045.3245048201599.091580.4250052202189.332167.19c）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 DN mm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1520476.9174.902020481.0578.79252

26、44148.36145.2740274231.42226.7650248169.61165.5580308353.64346.39100338498.01488.541503612650.33640.0620042121127.311108.1825048121742.351716.1230052162196.182161.7735056162818.472770.9540064164193.824125.3045072165986.725899.2250076167225.387163.23d）法兰压力等级： PN25.0 MPa （相当于 ANSI CLASS 1500 ）； 螺栓材料：

27、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 DN mm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1520476.9174.902020481.0578.7925244139.81136.7340274218.75214.0950248161.06157.0180308336.55329.29100338474.53465.061503612617.83607.5620042121073.971054.8525048121660.781634.5530052162196.182161.7735056162818.472770.95400