垫片的拆卸与安装——螺栓的预紧力

螺栓的预紧力
螺栓预紧力的确定，是一个复杂的问题，它与密封形式、介质压力、垫片材料、垫片尺寸、螺纹表面粗糙度及螺栓螺母旋转面有无润滑等诸因素有关。在有润滑和无润滑时差别很大，摩擦系数前者0.1~0.15，而后者2.2~3.0。
1、螺栓预紧扭矩
（1）原石油部在SYJ16-65《安装垫片的技术要求》标准中规定扭矩（测力）扳手，根据螺母直径暂时M10~16的螺母的旋紧力矩为150~200N•m；M20~22的旋紧力矩为250~300N•m。规定的旋紧力矩未考虑螺栓材质、螺纹精度和表面粗糙度。垫片的形式、材质及厚度等因素同时规定扭矩扳手适用的及法兰范围见表4-1。

（2）组装时螺栓螺母的螺纹表面以及相应的接触处，应涂复润滑剂，经长期使用后再拧紧时，更有必要依据表面状的变化，重新确定预紧力。计算螺栓预紧扭矩M的简略公式如下：

式中 Q——预紧力，N；
D——螺栓的公称直径，cm；
石油化工常用法兰垫片选用导则中规定，螺栓的上紧扭矩简单计算如下：

式中T——一个螺栓的当量扭矩，N•M；
W——垫片上紧载荷，N；
n——螺栓个数；
d——螺栓有效直径（根径），m。
（3）缠绕式垫片推荐压缩后的厚度，如表4-2系列数值。

2、预紧比压y和垫片系数m
（1）预紧比压y 为了确保垫片密封严密不漏，需对垫片施加足够的压紧力，这时，垫片被压缩变薄。当阀门带压工作时，就会产生一种与压紧力相反的力，使螺栓伸长，法兰间隙增大，垫片也随之回弹，厚度有所恢复，当法兰间隙增大到一定程度时，垫片密封处开始渗透泄漏，这时垫片所承受的压紧力，称为垫片最小预紧压力，也称作垫片的“漏点”。如果垫片的预紧压力小于漏点值，即使介质工作压力很小，垫片也不能起到密封作用。最小预紧压力是某种密封垫片的固有静态特性，考虑到阀门工作的安全性，设计时，垫片最小预紧压力乘上一个安全系数，得到的数值为设计垫片的应紧压力，也称垫片预紧比压，用y表示，单位MPa。
确定垫片的预紧力，一般用y值乘以垫片有效压紧面积。
（2）垫片系数m 垫片系数m，为有效压紧应力Gg与工作压力P的比值，即： 。m是个无名数，它反映了密封垫片的动态特性。从公式可以看出，内压P增加时，压紧力增加；m值越大，压紧力越大。
（3）常用垫片的y、m 要使垫片密封可靠，需同时满足y和m值，常用垫片的y和m值见表4-3。
聚四氟乙烯垫片的垫片系数，当垫片厚度S=1，m=4；S=2，m=21；S=3，m=22。
粘贴膨胀石墨带的金属色垫片和金属平垫片的垫片系数，m=2。
在长期高温运行的条件下，法兰及其紧固件将产生蠕变，有使垫片密封失效的现象，随着温度的升高，运行时间的增长，这种现象尤为显著。因此，对螺栓的预紧力需要增加一附加力，但是预紧力也不可无限增加，它受到连接法兰的强度和垫片性质的制约。在高温或深冷工况条件下，对螺栓采取热紧或冷松的办法，以满足压紧垫片的足够预紧力.
综上所述，压紧垫片的螺栓预紧力受多种因素的影响。一般说来，压力高、温度高的比压力低、温度低的预紧力要大一些；金属垫比非金属垫的预紧力要大些；介质粘度低、渗透力较强的比渗透力较弱的预紧力要大些；垫片接触面积大的比垫片接触小的预紧力要大些。简言之，在保证试压密封的条件下，根据具体情况尽量采用较小的螺栓预紧力。

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