一种法兰螺栓预紧力结构设计方法及螺栓预紧力结构技术

本发明专利技术涉及汽轮机相关技术领域，公开了一种法兰螺栓预紧力结构设计方法及螺栓预紧力结构，其中，一种法兰螺栓预紧力结构设计方法，包括如下步骤：S1：确定螺栓拧紧力；S2：确定碟形弹簧型号，并确定碟形弹簧的特性值；S3：根据碟形弹簧的特性值计算出碟形弹簧受到所述S1步骤中的螺栓拧紧力作用后的变形量；S4：确定限位块高度，限位块高度等于碟形弹簧的压平变形量减去所述步骤S3中计算出的变形量。在进行紧固作业时，从而无需传统的通过拧紧力矩控制、通过螺母转角控制或通过螺栓伸长量控制等方式来实现预紧力的控制，使紧固过程更加易于操作，方便快速。方便快速。方便快速。

【技术实现步骤摘要】
一种法兰螺栓预紧力结构设计方法及螺栓预紧力结构


[0001]本专利技术涉及汽轮机相关
，具体为一种法兰螺栓预紧力结构设计方法及螺栓预紧力结构。

技术介绍

[0002]螺栓是机械上常用的紧固件之一，而螺栓的预紧力与使用性能有着密切的关系，螺栓预紧力关系到被连接件的紧密型和可靠性，过大或者过小的预紧力都会对连接质量产生影响。如螺栓预紧力过大，会出现超拧现象；螺栓预紧力过小，则保证不了连接强度与质量。
[0003]工业汽轮机新蒸汽法兰通常在高温高压的蒸汽环境下工作，加上机组多变工况的影响，新蒸汽法兰的汽密性显得更加重要。汽密性主要靠螺栓的可靠连接来达到。目前工业汽轮机常用的控制预紧力的方法主要有通过拧紧力矩控制，通过螺母转角控制，通过螺栓伸长量控制等。因为设备现场情况复杂，这些方法都存在现场操作不便的特点。所以，一种可靠的，操作方便的预紧力可控的方法显得尤为重要，针对上述问题，提出了本申请。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种法兰螺栓预紧力结构设计方法及螺栓预紧力结构，通过碟簧的变形量，达到对螺栓预紧力大小的控制目的。最后结合工业汽轮机新蒸汽法兰的规格，整合设计出相应的碟形弹簧结构，达到方便选取的目的。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现的。
[0006]本专利技术的一种法兰螺栓预紧力结构设计方法，包括如下步骤：
[0007]S1：确定螺栓拧紧力；
[0008]S2：确定碟形弹簧型号，并确定碟形弹簧的特性值；
[0009]S3：根据碟形弹簧的特性值计算出碟形弹簧受到所述S1步骤中的螺栓拧紧力作用后的变形量；
[0010]S4：确定限位块高度，限位块高度等于碟形弹簧的压平变形量减去所述步骤S3中计算出的变形量。
[0011]进一步地，所述S2步骤中的特性值包括刚度、弹簧弹性模量、弹簧泊松比、弹簧厚度、碟簧外径和弹簧内径。
[0012]进一步地，所述步骤S3中的计算公式为：
[0013][0014][0015][0016]其中，F为螺栓拧紧力，E为弹簧弹性模量，μ为弹簧泊松比，t为弹簧厚度，h0为弹簧压平变形量，D为碟簧外径，d为碟簧内径，K1、K4为计算系数。
[0017]一种螺栓预紧力结构，包括碟形弹簧和限位块，所述碟形弹簧和所述限位块均基于上述的设计方法设计而成，在紧固状态下，所述碟形弹簧内壁与所述限位块表面相抵。
[0018]进一步地，所述碟形弹簧为有支承面弹簧或无支承面弹簧。
[0019]进一步地，所述限位块的高度为0.1
‑
0.2mm。
[0020]进一步地，所述限位块表面设有防滑结构。
[0021]一种紧固件，包括螺栓组件和上述的螺栓预紧力结构。
[0022]一种工业汽轮机，所述工业汽轮机中设有上述的螺栓预紧力结构。
[0023]一种工业汽轮机，所述工业汽轮机中设有上述的紧固件。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]在进行紧固作业时，将螺杆穿过碟形弹簧、限位块和法兰，拧动螺母，直至碟形弹簧内壁与所述限位块表面相抵，此时即达到合适预紧力，从而无需传统的通过拧紧力矩控制、通过螺母转角控制或通过螺栓伸长量控制等方式来实现预紧力的控制，使紧固过程更加易于操作，方便快速。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0028]图1是法兰和紧固件的整体结构示意图；
[0029]图2是碟形弹簧和限位块的结构示意图；
[0030]图3是碟形弹簧的结构示意图。
具体实施方式
[0031]下面结合图1
‑
3对本专利技术进行详细说明。
[0032]本专利技术的一种法兰螺栓预紧力结构设计方法，包括如下步骤：
[0033]S1：确定螺栓拧紧力；汽轮机组的型号在设计确定后，新蒸汽法兰和螺栓的规格以及特性数值已知，可得螺栓拧紧力F的理论值；
[0034]S2：确定碟形弹簧型号，并确定碟形弹簧的特性值；碟形弹簧按照国家标准选定型号进行设计，其刚度等特性值已知，特性值包括刚度、弹簧弹性模量、弹簧泊松比、弹簧厚度、碟簧外径和弹簧内径，碟形弹簧优选为圆锥形盘状。；
[0035]S3：根据碟形弹簧的特性值计算出碟形弹簧受到所述S1步骤中的螺栓拧紧力作用后的变形量；计算公式为
[0036][0037][0038][0039]其中，F为螺栓拧紧力，E为弹簧弹性模量，μ为弹簧泊松比，t为弹簧厚度，h0为弹簧压平变形量(即：碟形弹簧的高度
‑
弹簧厚度)，D为碟簧外径，d为碟簧内径，K1、K4为计算系数，对于常用的无支承面碟形弹簧，K4＝1，当法兰和螺栓规格确定后，碟簧大径D，碟簧内径d，也可以当做已知量。
[0040]对于有支承面的碟形弹簧，计算公式如下：
[0041][0042][0043][0044]C1、C2计算公式中的t是碟簧厚度的公称数值，t
’
是碟簧的实际厚度。
[0045]通过公式计算后得出单片碟形弹簧受到拧紧力F作用后的变形量f。
[0046]S4：确定限位块高度，限位块高度等于碟形弹簧的压平变形量减去所述步骤S3中计算出的变形量。
[0047]限位块高度h一般选取0.1mm
‑
0.2mm，优选为0.1mm左右，当h0
‑
h的数值等于预紧力作用下碟形弹簧的变形量时，即可认为，理论预紧力已经达到了。
[0048]选用的碟形弹簧的材料特性与法兰的材料特性保持相似或一致，从而在工作过程中，法兰和碟形弹簧受热变形量保持在相似的程度，避免之间法兰和碟形弹簧之间由于热变形量相差较大导致的间隙增加、预紧效果变差等问题。
[0049]根据不同型号工业汽轮机的规格，结合相应的法兰和连接件的形式，系列化的计算出对应的碟形弹簧的规格，然后制成通用数据，方便以后选用。例如下表。
[0050]公称直径公称压力螺栓规格碟簧规格DN APN AM AADN BPN BM BBDN CPN CM CC
[0051]一种螺栓预紧力结构，包括碟形弹簧1和限位块2，所述碟形弹簧1和所述限位块2均基于上述的设计方法设计而成，在紧固状态下，所述碟形弹簧1内壁与所述限位块2表面相抵。
[0052]在进行紧固作业时，将螺杆穿过碟形弹簧1、限位块2和法兰30，法兰30上设有凹槽，碟形弹簧1位于凹槽中，凹槽直径大于碟形弹簧1达到最大变形量后的直径，拧动螺母20，直至碟形弹簧1内壁与所述限位块2表面相抵，此时即达到合适预紧力，从而无需传统的通过拧紧力矩控制、通过螺母转角控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种法兰螺栓预紧力结构设计方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：确定螺栓拧紧力；S2：确定碟形弹簧型号，并确定碟形弹簧的特性值；S3：根据碟形弹簧的特性值计算出碟形弹簧受到所述S1步骤中的螺栓拧紧力作用后的变形量；S4：确定限位块高度，限位块高度等于碟形弹簧的压平变形量减去所述步骤S3中计算出的变形量。2.根据权利要求1所述的一种法兰螺栓预紧力结构设计方法，其特征在于：所述S2步骤中的特性值包括刚度、弹簧弹性模量、弹簧泊松比、弹簧厚度、碟簧外径和弹簧内径。3.根据权利要求1或2所述的一种法兰螺栓预紧力结构设计方法，其特征在于：所述步骤S3中的计算公式为：骤S3中的计算公式为：骤S3中的计算公式为：其中，F为螺栓拧紧力，E为弹簧弹性模量，μ为弹簧泊松比，t为弹簧厚度，h0为弹簧压平变形量，D为碟簧外径，d为碟簧内径，K1、K4为计算系数。4.一种螺栓预紧力结构，其特征在于：包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军辉，孔建强，马晓飞，冯照和，周汉杰，刘彩芳，罗敏，
申请(专利权)人：杭州汽轮机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：