Lực siết bu lông mặt bích: thứ tự siết chéo và ứng suất gioăng

Lực siết bu lông mặt bích là lực bu lông ép lên gioăng, tính bằng ứng suất trên mặt gioăng (psi hoặc N/mm²), và quyết định mối nối kín hay rò. Siết thiếu thì gioăng không ôm mặt bích. Siết quá thì gioăng bị nghiền: Garlock đặt trần 10.000 psi cho tấm graphite GRAPH-LOCK và 15.000 psi cho PTFE GYLON.

Lực siết bu lông mặt bích sai gây hỏng gioăng theo ba cách

Gioăng mặt bích hỏng do siết theo ba kiểu: thiếu lực nên không kín, quá lực nên bị ép chảy hoặc nứt, và siết lệch nên mặt bích nghiêng. Mỗi kiểu có ngưỡng riêng theo vật liệu và độ dày gioăng, nên không dùng chung một mức siết cho mọi mối nối.

• Thiếu lực: ứng suất dưới mức lắp tối thiểu. Với tấm sợi ép, PTFE và graphite dày 1.6mm, Garlock khuyên 3.600 psi (25 N/mm²) khi áp tới 20 bar, 5.400 psi (37 N/mm²) tới 55 bar và 8.400 psi (58 N/mm²) tới 140 bar. Chất lỏng áp thấp thường kín ở 1.500 đến 2.000 psi.
• Quá lực: vượt ứng suất lắp tối đa nên gioăng bị ép chảy, nứt. Gioăng cao su chỉ chịu 900 đến 1.200 psi (6 đến 8 N/mm²).
• Siết lệch: siết vòng tròn ngay từ đầu làm mặt bích nghiêng. Flexitallic yêu cầu hai mặt bích song song trong 0.2mm; Webb đo khe hở bích ở mỗi bu lông cách một giữa các vòng siết.

Số tối thiểu của Garlock khác với hệ số m và y trong tính toán ASME. Hệ số m, y không tính tình trạng mặt bích, dao động nhiệt và rung, còn số tối thiểu của hãng được đặt ra cho vật liệu cụ thể.

Thứ tự siết chéo hình sao và lực siết bu lông mặt bích qua từng vòng

Siết bu lông mặt bích theo hình sao nghĩa là bu lông kế tiếp nằm đối diện bu lông vừa siết, và lực tăng qua ba mức khoảng 30%, 60% rồi 100% mô-men đích. Sau đó là hai vòng tròn ở 100% cho tới khi đai ốc hết quay (Klinger, Teadit).

1. Làm sạch mặt bích và bu lông.
2. Bôi trơn ren bu lông, đai ốc và mặt tựa đai ốc, không để dầu dính vào gioăng (Klinger).
3. Đặt gioăng không amiang hoặc loại gioăng khác còn mới, định tâm, không bôi chất phủ lên gioăng (Flexitallic).
4. Siết tay, rồi siết ôm với lực không quá 20% mô-men đích (Webb).
5. Vòng 1 khoảng 30%, vòng 2 khoảng 60%, vòng 3 đạt 100%, tất cả theo hình chéo.
6. Hai vòng tròn theo chiều kim đồng hồ ở 100% tới khi đai ốc hết quay.

Bích có từ 12 bu lông trở lên thì Webb chia bốn vòng ở 20%, 40%, 80% và 100%. Theo tóm tắt công khai của ASME PCC-1 (bản 2010, Phụ lục F, kiểu “Legacy pattern”), các mức là 20 đến 30%, 50 đến 70% và 100%, rồi vòng tròn.

Lực siết bu lông mặt bích sau 24 giờ: khi nào siết lại, khi nào không

Webb lặp lại vòng 100% và vòng xoay sau 24 giờ, vì phần lớn lực mất ngắn hạn xảy ra trong 24 giờ đầu. Việc này đặc biệt quan trọng với gioăng PTFE.

Klinger giới hạn việc siết lại: chỉ làm ở nhiệt độ thường, trước hoặc trong lần chạy đầu. Gioăng sợi ép đang nóng, hoặc đã chạy lâu, không được siết lại. Gioăng và bu lông đã tháo thì không dùng lại, và không chồng hai gioăng lên nhau (Webb).

Hệ số m, y và ứng suất lắp tối đa theo vật liệu gioăng

Bảng dưới liệt kê hệ số m, ứng suất nén tối thiểu y và ứng suất lắp tối đa theo vật liệu, gồm cả các loại gioăng phi kim loại. Ô trống là số hãng không công bố.

Vật liệu gioăng	Nhóm	Hệ số m	Ứng suất nén tối thiểu y	Ứng suất lắp tối đa	Nguồn
Bìa amiang CAF dày 3mm	Phi kim loại	2,0	1.600 psi		ASME VIII, báo cáo sửa trang amiang.net
Bìa amiang CAF dày 1,6mm	Phi kim loại	2,75	3.700 psi		ASME VIII, báo cáo sửa trang amiang.net
Bìa amiang CAF dày 0,8mm	Phi kim loại	3,5	6.500 psi		ASME VIII, báo cáo sửa trang amiang.net
Tấm graphite SGL Sigraflex Standard	Phi kim loại	2	1.500 psi		Datasheet SGL
Tấm graphite Eagle Burgmann Statotherm 1P	Phi kim loại	2,0	900 psi		Datasheet Eagle Burgmann
PTFE độn GYLON 3510	Phi kim loại	2,0	16,2 N/mm²	15.000 psi (103 N/mm²)	Garlock
PTFE độn GYLON 3504	Phi kim loại	3,0	11,4 N/mm²	15.000 psi (103 N/mm²)	Garlock
Tấm graphite GRAPH-LOCK 3123, 3125	Phi kim loại			10.000 psi (69 N/mm²)	Garlock
Tấm sợi ép không amiang BLUE-GARD	Phi kim loại			15.000 psi (103 N/mm²)	Garlock
Cao su không bố dưới 75 Shore A	Phi kim loại	0,50	0	900 đến 1.200 psi (6 đến 8 N/mm²)	ASME VIII qua Flexitallic; Garlock
Cao su không bố từ 75 Shore A	Phi kim loại	1,00	200 psi	900 đến 1.200 psi (6 đến 8 N/mm²)	ASME VIII qua Flexitallic; Garlock
Cao su có lớp bố cotton	Phi kim loại	1,25	400 psi		ASME VIII qua Flexitallic
Sợi thực vật	Phi kim loại	1,75	1.100 psi		ASME VIII qua Flexitallic
Gioăng xoắn có độn	Bán kim loại	3,00	10.000 psi		ASME VIII qua Flexitallic
Ring joint sắt mềm	Kim loại	5,50	18.000 psi		ASME VIII qua Flexitallic
Ring joint inox, hợp kim niken	Kim loại	6,50	26.000 psi		ASME VIII qua Flexitallic

Ứng suất y = 10.000 psi là của gioăng xoắn, trong khi bìa amiang dày 3mm chỉ cần 1.600 psi. Hai con số này không thay cho nhau được.

Ứng suất lắp tối thiểu Garlock khuyên cho tấm PTFE GYLON, graphite GRAPH-LOCK và tấm sợi ép, theo áp và độ dày.

Áp làm việc	Dày 0,8mm	Dày 1,6mm	Dày 2,4mm	Dày 3,2mm
Tới 20 bar	2.500 psi (17 N/mm²)	3.600 psi (25 N/mm²)	3.600 psi (25 N/mm²)	4.800 psi (33 N/mm²)
Tới 55 bar	4.800 psi (33 N/mm²)	5.400 psi (37 N/mm²)	5.400 psi (37 N/mm²)	6.400 psi (44 N/mm²)
Tới 140 bar	7.400 psi (51 N/mm²)	8.400 psi (58 N/mm²)	8.400 psi (58 N/mm²)	9.400 psi (65 N/mm²)

Lực siết bu lông mặt bích tính từ đâu: mô-men không có một con số chung

Mô-men siết (N.m) bằng ứng suất gioăng mong muốn nhân diện tích gioăng, chia cho số bu lông, rồi hiệu chỉnh theo hệ số ma sát của ren. Mỗi hãng tính bằng phần mềm riêng, như KLINGERexpert của Klinger, nên không có một bảng N.m dùng cho mọi gioăng.

• Gioăng tấm dày hơn cần ứng suất lớn hơn ở cùng áp: Garlock ghi 2.500 psi ở 0.8mm và 4.800 psi ở 3.2mm khi áp tới 20 bar. Vì vậy nên chọn gioăng mỏng tới mức mặt bích cho phép.
• Đai ốc cần tải thử cao hơn 20% so với độ bền kéo của bu lông, và dùng ren thường, không dùng ren mịn (Klinger).
• Mô-men đích lấy từ hãng gioăng theo đúng loại gioăng, độ dày và loại bu lông đang dùng.

Sai lầm về lực siết bu lông mặt bích thường gặp

Phần lớn sự cố rò mặt bích đến từ thao tác lắp, không phải từ bản thân gioăng. Sáu sai lầm dưới đây đều có trong hướng dẫn lắp của các hãng gioăng.

• Siết một lần tới 100%: gioăng bị ép lệch.
• Siết vòng tròn từ đầu: mặt bích nghiêng.
• Không bôi trơn ren: cùng mô-men nhưng lực kẹp thấp hơn.
• Dùng lại gioăng cũ: gioăng đã mất độ hồi.
• Siết lại khi gioăng sợi ép đang nóng: Klinger không cho phép.
• Chồng hai gioăng: Webb không cho phép.

Mỗi lần tháo bích phải thay gioăng mới. Gioăng cao su chịu lực siết thấp, nên bích thép siết lực lớn dùng gioăng graphite như gioăng chì graphite. Phân loại đầy đủ nằm ở bài về các loại gioăng mặt bích.

Câu hỏi thường gặp về lực siết bu lông mặt bích