阀门承压件最小壁厚计算式的分析与应用

1、概述

　　在阀门产品设计及阀门承压件的设计中,目前尚无阀门承压件的最小壁厚计算公式,在计算时一般都暂用压力容器壁厚计算公式来代用。但是,经计算得出的数值比实际选用的要小得多,也就是说,用压力容器壁厚计算公式来计算阀门承压件的最小壁厚是不适宜的。科学的确定阀门承压件最小壁厚方法和合理的选用计算公式,使阀门承压件最小壁厚符合我国阀门现有的设计、制造和使用水平是十分必要的。

2、设计准则

　　阀门是压力管道重要附件。由于其功能的特殊性,受力的复杂性,所以其设计准则也有着特殊性。经研究证明,其设计过程是基于亚比例失效准则。亚比例失效是认为承压件只有完全处于亚比例状态时才是安全的,一旦承压件某一点设计的最大应力使承压件产生变形超出亚比例范围,就认为这个承压件已失效。亚比例状态是承压件因受力产生比例变形,其变形量达到最大比例变形量的一半时的变形状态。

　　阀门在工作中受到介质压力作用同时还受到密封副之间挤压力的作用,在这些作用力作用下,阀门阀座和阀瓣等承压件因受力而变形,当其变形量超出亚比例变形范围时阀门密封副因过大变形而产生泄漏,于是阀门失效。此时,亚比例极限是当试棒受拉产生最大比例变形的一半变形量时的抗拉强度,即σy = 0.5σP (图1) 。材料比例极限、弹性极限和屈服极限相差不大, 可近似地取σP≈σe≈σs , 安全系数n取2, 于是阀门承压件不能发生失效的许用应力[σ]为

　　式中σs ———屈服极限,MPa
　　　　σe ———弹性极限,MPa
　　　　σP ———比例极限,MPa
　　　　σy ———亚比例极限,MPa
　　　　σb ———强度极限
　　　　n———安全系数

7、结语

　　经阀门承压件最小壁厚计算公式设计计算的阀门, 到目前为止尚未出现因壁厚而失效的质量问题。同时计算数值与GB /T 12224标准中最小壁厚相似, 和压力容器最小壁厚计算公式相比较, 此公式更接近产品实际情况。因此, 相关的设计准则、强度理论和亚比例极限等理论具有实际意义,符合阀门承压件受力失效实际工况。

参考文献

　　〔1〕　杨源泉. 阀门设计手册〔M 〕. 北京: 机械工业出版社,1992.
　　〔2〕　沈鸿. 机械工程手册〔M 〕. 北京: 机械工业出版社,1982.
　　〔3〕　〔苏〕д·Ф·古列维奇. 阀门设计与计算〔M 〕. 合肥通用机械研究所译. 合肥: 合肥通用机械研究所, 1974.
　　〔4〕　魏锋. 压力容器设计知识〔M 〕. 北京: 化工工业出版社,2005.
　　〔5〕　苏翼林. 材料力学〔M 〕. 北京: 高等教育出版社, 1979.