Comment calculer le couple de serrage des boulons de bride et analyse de cas
La plupart des défaillances des assemblages boulonnés à brides sont dues à un mauvais assemblage et à une application incorrecte du couple de serrage des boulons. Par conséquent, il est très important de s'assurer que les boulons sont bien serrés pour garantir l'étanchéité des joints. Vous pouvez généralement vous référer au tableau des couples de serrage des boulons de bride pour interroger les données correspondantes.
Maintenant, TorStark vous montrera comment calculer le couple de serrage des boulons de bride.
Formule de calcul du couple de serrage des boulons de bride
Le couple de boulon est la force de torsion ou de rotation appliquée pour serrer l'écrou sur un boulon. À l'aide d'un calibré clé dynamométrique (manuelle ou hydraulique), le couple du boulon de la bride peut être mesuré lors de l'assemblage de la bride. Ce couple crée une force axiale dans le boulon. Plus vous appliquez de couple, plus l'écrou étire le boulon et la charge sur la rondelle augmente.
Utilisez la formule ci-dessous pour calculer le couple de serrage des assemblages à bride.
Couple appliqué, T= (k∙f∙d)/12 (unités FPS)
T = Couple (pi-lb)
K = facteur d'écrou sans dimension ou facteur de serrage
F = force axiale (lb)
D = diamètre nominal du boulon (pouces)
Couple appliqué, T = (kdf)/1000
T = couple (Nm)
f = charge du boulon (N)
d = diamètre du boulon (mm)
K = facteur d'écrou sans dimension ou facteur de serrage
Facteur d'écrou dans les calculs de couple de boulon de bride
Le facteur écrou ou facteur de serrage (k) est le coefficient de frottement « corrigé ». Il s'agit d'un coefficient de corrélation dérivé empiriquement incluant l'effet du frottement. Le facteur noix dépend de divers facteurs, notamment :
Facteurs géométriques - Forme ou type de filetage
La force de frottement entre l'écrou et la surface d'appui de la bride
Frottement entre les filetages des écrous et des boulons
Diamètre du boulon
Matériau du boulon
Température de montage, etc.
En raison de nombreux facteurs, le couple appliqué entre deux fixations varie toujours entre 20-30%. Un petit changement dans le facteur d'écrou/facteur de serrage entraînera un grand changement dans la charge du joint. Un facteur d'écrou de 0,1 produit deux fois plus de force axiale qu'un facteur d'écrou de 0,2 pour la même valeur de couple.
Cas de calcul du couple de serrage des boulons de bride
Prenons maintenant l'exemple de la connexion par boulon à bride largement utilisée dans l'industrie pétrochimique.
Dans la construction mécanique, afin d'augmenter la sécurité des assemblages boulonnés, il est nécessaire d'appliquer une force de pré-serrage appropriée, et l'application de la force de pré-serrage est réalisée par un certain couple de serrage. Si le couple de serrage des boulons de la bride est trop important, le joint sera endommagé ou même les boulons seront tordus et provoqueront des fuites. Si le couple de serrage est trop faible, la force de compression résiduelle du joint après compression n'atteindra pas la pression spécifique à l'étanchéité, provoquant ainsi une fuite de la surface d'étanchéité.
Ce qui suit est un bref calcul et une analyse de la force sur les brides d'entrée et de sortie du refroidisseur d'air. Calculez le couple de serrage requis pour chaque boulon de la bride avant la construction, afin d'éviter les fuites de la surface d'étanchéité de la bride en raison d'un couple de serrage trop faible pendant la construction, et les dommages aux joints et aux boulons causés par un couple de serrage excessif.
1. Calcul du couple de serrage des boulons de bride
1.1 Données connues
La pression de conception du refroidisseur d'air p=15,0 MPa
La pression nominale de la bride est de 15,0 MPa
Le diamètre nominal est de DN250 mm
Température de conception 100°C
Le matériau du boulon est 35CrMoA
La spécification du boulon est M36X3
Nombre de boulons 16
Bride—Schéma de connexion du joint de boulon
1.2 Calcul
(1) Déterminer la largeur d'étanchéité de base du joint b0
Pour joints annulaires métalliques,b0=w/8= 15. 88/8=1.985(mm).
(2) Déterminer la largeur d'étanchéité effective du joint b
Quand b0≤6,4 mm, b=b0
quand b0>6,4 mm, b=2,53b01/2
b0=1. 985 mm≤6,4 mm dans le texte
prendre b=b0=1. 985 millimètres
(3) Déterminer le diamètre Dg du cercle central de la force de pression du joint
Quand b0≤6,4 mm, la valeur de Dg est le diamètre moyen de la surface de contact du joint ; et quand b0>6,4 mm, la valeur de Dg est égal au diamètre extérieur de la surface de contact du joint moins 2b. Depuis b0 est égal à 1,985 mm≤6,4 mm, Dg prend le diamètre moyen de la surface de contact du joint qui est de 323,85 mm.
(4) La force axiale totale F du boulon causée par la pression interne dans l'état de fonctionnement
F=∏Dg2p/ 4 =1234,90 kN
(5) La force de pression minimale du joint Fp nécessaire dans l'état de fonctionnement
Fp=2∏Dgbmp=393,61 kN
(6) La charge minimale totale des boulons Wp requis dans l'état de fonctionnement
Op=F+Fp =1628,51 kN
(7) La charge minimale totale des boulons Wun requis dans l'état de pré-serrage
Oun=∏Dgpar=361,92 kN
(8) La charge de calcul totale du boulon dans l'état de pré-serrage Wy
Oy=(Unm+Ab)×[σ]b/2
A l'état pré-serré, la surface totale minimale de boulons requise est de Aun=Wun/[σ]b=1587,37 millimètres2
En état de fonctionnement, la surface totale minimale de boulons requise est de Ap=Wp/[σ]bt=7905,39 millimètres2
(9) Surface totale du boulon Am
Parce qu'unp>Unun, UNm= UNp=7 905,39 millimètres2
(10) Aire réelle A d'un seul boulon
A=Π/4×(d1-P1/6)2=883,65 millimètres2.
(11) Surface totale réelle du boulon Ab
UNb=nA =14138,4 mm2, parce qu'unb>Unm, UNb est ce qui est recherché.
(12) La charge de calcul totale du boulon est W
W=Wy=(Unm+Ab)[σ]b/2=2513,00 kN.
(13) Couple de serrage T nécessaire pour chaque vis
T=kWjB10-3/n=735,05 N·m.
À la fin
D'après les calculs et les cas ci-dessus, on peut voir qu'il est très important de connaître avec précision le couple de serrage des boulons de bride. Il prévient les dommages aux joints, aux boulons et aux fuites de joints. TorcStark possède une vaste expérience dans le boulonnage de brides. Dans le même temps, nos ingénieurs peuvent vous fournir des solutions raisonnables à tout moment. Vous aider à résoudre les problèmes d'installation et de retrait de boulons en ingénierie.