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首頁-技術(shù)文章-螺栓連接中使用螺紋潤滑劑的重要性

螺栓連接中使用螺紋潤滑劑的重要性

更新時間:2023-07-20      點擊次數(shù):616

你會在沒有油的情況下運行你的汽車發(fā)動機嗎?在不使用適當?shù)穆菁y潤滑劑的情況下組裝螺栓連接是一種類似的情況。螺紋潤滑劑經(jīng)常被忽視,但會對螺栓連接的成功有著巨大的影響。

在任何工業(yè)裝置中,都可能有數(shù)千個螺栓連接,例如,泵和閥門的填料函、熱交換器端蓋以及整個管道系統(tǒng)的法蘭連接。所有這些設(shè)備都用于連接組件,同時保持系統(tǒng)的密封壓力邊界。這些系統(tǒng)可以在高壓、高溫和危險化學品中工作,螺栓連接的失效可能會對人員造成極大的危險。

乍一看,螺栓連接看起來非常簡單。圖 1 顯示了用于將管道各部分連接在一起的基本螺栓法蘭組件。法蘭之間通常安裝一個墊圈,必須對其進行壓縮才能在組件中形成緊密的密封。螺栓提供了一種向墊圈施加壓縮力的方法。機械師用扳手擰緊(轉(zhuǎn)動)法蘭上的螺栓,施加的扭矩轉(zhuǎn)化為將法蘭夾在一起的力,從而壓縮墊圈。

但是螺栓連接比看起來要復雜一些。墊圈需要特定的壓縮量才能產(chǎn)生和保持密封,市場上有無數(shù)種墊圈類型,每種墊圈類型都有不同的特性和所需的壓縮應(yīng)力才能正確密封。

螺栓可以采用不同的材料、強度、表面處理、螺紋設(shè)計和配合。無論所有這些變量如何,都有一個關(guān)鍵要求:用正確的應(yīng)力壓縮墊圈,以在法蘭之間形成緊密的密封,并在整個使用壽命期間保持密封。

有許多方法可以精確地擰緊連接螺栓。常用的方法是使用扭矩扳手手動擰緊法蘭上的螺栓。在給定扭矩值下,除了摩擦力以外,還有許多變量會影響螺栓載荷的精度,包括螺紋配合和光潔度、使用的工具和機械師的技能。本文將只關(guān)注一個主要變量:摩擦力。這就是潤滑劑這個主題的由來。

為了獲得正確的墊圈應(yīng)力,需要將螺栓擰緊到正確的扭矩。有一個基本公式用于計算實現(xiàn)特定負載所需的扭矩。請注意,法蘭組件的每個螺栓的載荷是由所需的墊圈應(yīng)力除以墊圈表面積來確定的,見公式1。

公式1:


T = KFD/12


這里,



T = 扭矩【英尺·磅(ft · lbs)】

K = 螺母系數(shù),綜合了摩擦對組件的影響

F = 所需的螺栓載荷(lbs)

D = 螺栓(緊固件)直徑(ins)




將墊圈上產(chǎn)生的載荷除以法蘭上的螺栓數(shù)量,以確定每個螺栓的載荷。然后,使用公式1中的公式來確定達到每個螺栓所需載荷時需要的扭矩值。

螺栓載荷和螺栓直徑是明確定義的參數(shù)。K 值略有不同,這是一個理論數(shù)字,表示螺栓連接組件中的摩擦力。理想情況下,它是通過測試實際的螺栓組件(即每個螺栓或螺母組件)來確定的,但在許多情況下,使用的值是螺栓潤滑劑供應(yīng)商提供的K值。

摩擦對螺栓組件有著巨大的影響。如圖2所示,施加扭矩的一小部分(大約10%)實際上會導致可用的螺栓載荷,最終施加到墊圈上;大部分扭矩則是被螺柱或螺栓和螺母或盲孔的螺紋之間、以及螺栓或螺母頭部下方的法蘭表面之間的摩擦消耗。使用具有較低K系數(shù)的更有效的潤滑劑,可以增加螺栓的可用力值,從而減少對組件的整體摩擦影響。


潤滑螺柱與非潤滑螺柱相比具有更多的一致性。在帶有8個螺栓的法蘭組件中,這種提高的精度有助于確保施加在墊圈上的應(yīng)力在其整個區(qū)域均勻分布。根據(jù)潤滑劑的質(zhì)量,這種精度可能會在更高負載下下降。一些潤滑劑設(shè)計用于在高負載下提供良好的潤滑(即高質(zhì)量的防咬合),而另一些潤滑劑在低負載下具有低摩擦,但在較高應(yīng)力下會遭到破壞,從而導致多個組件的可變性更大。這可能會導致螺栓載荷不一致,或者在最壞的情況下,螺紋磨損導致施加的螺栓載荷降低、甚至消失。

但是,即使設(shè)計師選擇了優(yōu)質(zhì)的螺紋潤滑劑,也需要考慮其它一些因素。

首先,緊固件是一次性組裝,還是在服役期間反復組裝拆卸或調(diào)整?如果是后者,最好選擇具有良好潤滑性能的優(yōu)質(zhì)防咬合劑,防止在組件使用一段時間后(通常在高溫下,這可能會破壞基礎(chǔ)潤滑劑)磨損。即使在基礎(chǔ)潤滑劑出現(xiàn)裂化后,此類別中最高質(zhì)量的產(chǎn)品仍然可以提供一致的 - 通常更高的K系數(shù)。

其次,潤滑劑應(yīng)與被密封的介質(zhì)或螺栓連接所在的環(huán)境相容。

最后,在監(jiān)測排放合規(guī)性的系統(tǒng)中,一些潤滑劑可能會在高溫下排放揮發(fā)性有機化合物 (VOCs),這可能會導致誤報。監(jiān)測設(shè)備可能顯示法蘭發(fā)生VOC泄漏,而實際上這是潤滑劑在排氣。


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