4.5 閥體和閥蓋連接螺栓、中法蘭計(jì)算

當(dāng)閥門的公稱壓力或壓力等級等于或大于2.5MPa時(shí)，推薦采用圓形法蘭。

圓形中法蘭的設(shè)計(jì)計(jì)算包括下列內(nèi)容：

① 確定墊片材料、類型及尺寸；

② 確定螺栓材料、規(guī)格及數(shù)量；

③ 確定法蘭材料、密封面類型及結(jié)構(gòu)尺寸；

④ 進(jìn)行應(yīng)力校核、計(jì)算中所有尺寸均不包括腐蝕裕量。

4.5.1 墊片材料、型式及尺寸的確定

各種常用墊片的特性參數(shù)按表查取。由《閥門設(shè)計(jì)手冊》中表4-17，選取墊片材料為纏繞式金屬墊片內(nèi)填石棉，墊片系數(shù)為3.0，尺寸為10mm。

選定墊片尺寸后，按《閥門設(shè)計(jì)手冊》中表4-18確定墊片接觸寬度N和基本密封寬度b0，然后按以下規(guī)定計(jì)算墊片有效密封寬度b：

當(dāng)時(shí)，；

當(dāng)時(shí)，。

則墊片有效密封寬度為：

　　（4-5）

式中 —墊片有效密封寬度，mm；

—墊片基本密封寬度，mm。

墊片壓緊作用中心圓直徑按下述規(guī)定計(jì)算：

當(dāng)時(shí)，等于墊片接觸面的平均直徑；

當(dāng)時(shí)，等于墊片接觸外直徑減。

則墊片壓緊作用中心圓直徑為：

墊片壓緊力的計(jì)算：

（1）預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力

預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力按式（4-6）計(jì)算。

　　（4-6）

式中—法蘭墊片壓緊力，N；對預(yù)緊狀態(tài)，；對操作狀態(tài)，；

—墊片壓緊力作用中心圓直徑，mm；

—墊片有效密封寬度，mm。

則最小墊片的壓緊力為：

（2）操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力

操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力按式（4-7）計(jì)算。

　　（4-7）

式中—操作狀態(tài)下，需要的最小墊片壓緊力，N；

—墊片壓緊力作用中心圓直徑，mm；

—墊片有效密封寬度，mm。

則最小墊片的壓緊力為

墊片在預(yù)緊狀態(tài)下受到最大螺栓載荷的作用，可能因壓緊過度而失去密封性能，為此需有足夠的寬度：

　　（4-8）

式中—實(shí)際使用的螺栓總截面積，以螺紋小徑計(jì)算或以無螺紋部分的最小直徑計(jì)算，取最小者，；

—墊片有效密封寬度，mm。

則

4.5.2 螺栓材料、規(guī)格及數(shù)量的確定

4.5.2.1 螺栓的間距

螺栓的最小間距應(yīng)滿足操作空間要求，推薦的螺栓最小間距和法蘭的徑向尺寸S、按《閥門設(shè)計(jì)手冊》中表4-19確定。螺栓公稱直徑為為12mm，法蘭的徑向尺寸S為20mm，為12mm，螺栓最小間距為32mm。

推薦的螺栓最大間距按式（4-9）確定。

　　（4-9）

4.5.2.2 螺栓載荷計(jì)算

（1）預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷

　　（4-10）

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得

（2）操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷

　　（4-11）

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得

4.5.2.3 螺栓面積計(jì)算

（1）預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積

　　（4-12）

代入數(shù)據(jù)得

（2）操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷

　　（4-13）

代入數(shù)據(jù)得

需要的螺栓面積取與中最大值。實(shí)際螺栓面積應(yīng)不小于需要的螺栓面積。

4.5.2.4 螺栓設(shè)計(jì)載荷計(jì)算

（1）預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)及載荷

　　（4-14）

代入數(shù)據(jù)得

（2）操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷

　　（4-15）

即

4.5.3 法蘭材料、密封面型式及結(jié)構(gòu)尺寸的確定

4.5.3.1 法蘭力矩計(jì)算

（1）法蘭預(yù)緊力矩

　　（4-16）

代入數(shù)據(jù)得

（2）法蘭操作力矩

　　（4-17）

式中 W —在設(shè)計(jì)溫度下，法蘭材料的彈性模量，MPa；

S —參數(shù)，查表計(jì)算；

—流體靜壓總軸向力，N。

　　（4-18）

　　（4-19）

　　（4-20）

4.5.3.2 法蘭應(yīng)力計(jì)算

（1）軸向應(yīng)力

　　（4-21）

（2）環(huán)向應(yīng)力

　　（4-22）

（3）徑向應(yīng)力

　　（4-23）

4.5.3.3 法蘭厚度

　　（4-24）

式中—計(jì)算的法蘭厚度，mm；

—螺栓的合力，N；

—螺栓中心到法蘭根部的距離，mm；

—材料徑向許用彎曲應(yīng)力，MPa，可按取；

—墊片壓緊力作用中心長軸半徑，mm；

—墊片壓緊力作用中心短軸半徑，mm。

代入數(shù)據(jù)得：