法兰螺栓连接中螺栓预紧力的计算和控制方法分析

法兰螺栓连接中螺栓预紧力的计算和控制方法分析

周　坤，刘美红

（）昆明理工大学机电工程学院，云南昆明６５００９３

摘　要：法兰联接的螺栓预紧是保证法兰联接点不发生泄漏的重要环节之一。本文通过分析计算给出了计算预紧力的通用公式，经过对２种控制预紧力的方法分析比较后，得出螺栓伸长法最适用于法兰螺栓连接系统的预紧力控制。

关键词：预紧力；控制方法；螺栓伸长法中图分类号：ＴＨ１３１．３　　文献标志码：Ａ　

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石油化工设备及管　　螺栓法兰联接是压力容器、

道中应用极为广泛的一种可拆式静密封联接结

１］

。法兰螺栓连接系统的主要失效形式是泄漏，构［

３］

。所示［

螺栓拧紧后，螺栓力通过法兰面压紧垫片，垫片被压实，使压紧面上的间隙被填满，为防止介质泄漏达到了初始的密封条件。螺纹联接的预紧力将对螺栓的总载荷、联接的临界载荷、抵抗横向载荷的能力和接合面密封能力等产生影响。１．２　施加不当预紧力的危害

过大的预紧力会导致螺纹联接零件的静力破坏、被联接件滑移、分离或紧固件的松脱。过小的预紧力会导致螺栓疲劳破坏、增大设备质量与成本。所以，预紧力的大小、准确度都十分重要，从而使预紧力的控制成为螺纹联接的重要问题之一。１．３　预紧力的分析计算

在法兰螺栓联接系统中，主要受轴向力和预紧力的作用，由于螺栓和被联接件的弹性变形，螺栓所受的总拉力并不等于预紧力和工作拉力之和。根据螺栓的总拉力除了和预紧力Ｑｐ、工作拉理论分析，

还受到螺栓刚度Ｃ力Ｆ有关外，ｐ及被联接件刚度应从分析螺栓联接的受力Ｃｍ等因素的影响。因此，

和变形的关系入手，找出螺栓总拉力的大小。图２

４］

。是螺栓联接受力变形图［

而螺栓预紧是保证连接面不发生泄漏的重要环节之一。在螺栓联接中，螺栓在安装的时候都必须拧紧，即在联接承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这预紧的目的在于增强个预加的作用力称为预紧力，

联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间

２］

。所以，出现缝隙或发生相对滑移［知道预紧力的

准确大小值和拧紧螺母时控制预紧力的精度就变得推导，给出了计算预紧力尤为重要。本文经过分析、

的通用公式，对控制预紧力的不同方法进行了分析得出控制法兰螺栓预紧力的最适用的方比较，

——螺栓伸长法。法—

１　螺栓预紧力的分析和计算

１．１　

法兰接头的结构

法兰接头是一种可拆卸的装置，实际工程中它需要经常拆卸，所以联接面密封的可靠性就成为能使工业生产正常运行的首要条件。螺栓法兰联接属于强制密封，依靠联接件通过被联接件强制挤压密封元件使之

密封。基本结构如图１图１　螺栓联接的法兰接头由图２可知，图中的横坐标代表变形，纵坐标代表力。螺栓拉伸变形由坐标原点向右量起；被联接件压缩变形由坐标原点向左量起。由图２可知，当联接承受工作载荷Ｆ时，螺栓的总拉力为Ｗｐ，相应的总伸长量为δ被联接件的压缩力等于残δＬ＋ΔＦ；余预紧力Ｆｐ，相应的总压缩量为Δ′δδδＦ＝Ｆ。ｆ－Δ

年

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