密封壓緊力的計算需依據(jù)墊片的性能參數(shù),公式為:F = π × D × b × y,其中F為墊片所需的壓緊力(N),D為墊片的有效密封直徑(m),即板片密封面的平均直徑;b為墊片的有效密封寬度(m),對于非金屬墊片,取墊片寬度的1/2;y為墊片的比壓力(Pa),由墊片材料決定,如EPDM墊片的y值約為15-20MPa,NBR墊片約為18-25MPa。流體壓力產(chǎn)生的軸向推力計算公式為:F = 0.25 × π × D² × P,其中F為軸向推力(N),D為板片的流道內(nèi)徑(m),P為換熱器的設計壓力(Pa)。若換熱器為多流程結(jié)構,需根據(jù)流程數(shù)量對軸向推力進行修正,多流程時流體作用在板片上的壓力差會減小,軸向推力相應降低,修正系數(shù)一般取0.6-0.9,具體由流程組合方式確定。
其次,確定螺栓的總拉力與所需截面積。操作狀態(tài)下螺栓的總拉力F = F + F,其中F為操作狀態(tài)下的密封保持力,通常取預緊狀態(tài)密封力的1.2-1.5倍,以補償操作時的墊片回彈損失;預緊狀態(tài)下螺栓的總拉力F = F,F(xiàn)為預緊狀態(tài)下的密封壓緊力,需大于F。螺栓的所需截面積A = F / [σ],其中F為預緊狀態(tài)與操作狀態(tài)下螺栓總拉力的最大值,[σ]為螺栓材料的許用應力(Pa),許用應力由材料的屈服強度σ除以安全系數(shù)n得到,對于碳素鋼螺栓,安全系數(shù)n取1.6-2.0;對于合金鋼螺栓,n取1.4-1.8,具體需符合GB 150《壓力容器》的規(guī)定。
螺栓的數(shù)量與規(guī)格確定需結(jié)合所需截面積與安裝空間。螺栓數(shù)量z的確定需滿足:z × A ≥ A,其中A為單根螺栓的螺紋應力截面積(m²),可根據(jù)螺栓的公稱直徑從機械設計手冊中查取。螺栓數(shù)量通常取偶數(shù),如4、6、8根,沿端板圓周均勻分布,分布圓直徑需小于端板的外徑,且相鄰螺栓的間距應保證扳手操作空間,一般間距不小于螺栓公稱直徑的3倍。螺栓規(guī)格的選擇需綜合考慮所需截面積與設備的整體結(jié)構,常用的螺栓規(guī)格為M24-M64,對于高壓板式換熱器(設計壓力>2.5MPa),需選用高強度合金鋼螺栓,如35CrMoA、42CrMo等,其屈服強度較高,能在較小的截面積下承受較大的拉力。