機械畢業(yè)設(shè)計632閥體強度計算比較與分析.pdf

文 章 編 號 :CN23 - 1249 (2006) 01 - 0060 - 03閥 體 強 度 計 算 比 較 與 分 析王 敏(哈 爾 濱 哈 鍋 閥 門 股 份 有 限 公 司 黑 龍 江 哈 爾 濱 150046)摘 要 :以 我 廠 設(shè) 計 的 DN300 ; PN25 閘 閥 的 鑄 造 閥 體 為 例 ,應(yīng) 用 我 廠 、 美 國 、 原 西 德 等 國 有 關(guān) 強 度 計 算 標(biāo) 準(zhǔn) 進(jìn)行 對 比 性 計 算 ,加 以 分 析 ,證 明 了 盡 管 計 算 方 法 有 一 定 的 差 別 ,但 結(jié) 果 基 本 一 致 。關(guān) 鍵 詞 :閥 門 ;壁 厚 ;強 度 ;計 算中 圖 分 類 號 :TK223 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 :BThe Compare and Analysis is of Valve Intensity CalculationWang Min(HBC Valve Co. Ltd Harbin 150046 ,China)Abstract :Taking gate valve of DN300 and PN25 designed by HBC as an example ,this article analyses thecalculation standard of HBC ,USA and Germany to prove that same results would be got despite differentcalculation methods are applied to.Keywords :valve wall ;thick of valve ; intensity ;calculation收 稿 日 期 :2005 - 10 - 15作 者 簡 介 :王 敏 (1976 - ) ,女 ,黑 龍 江 富 錦 人 ,1998 年 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) ,工 程 師 ,現(xiàn) 從 事 閥 門 設(shè) 計 及 閥 門 試 驗 和 研 究 工 作 。0 引 言對 于 閥 體 的 設(shè) 計 基 本 內(nèi) 容 包 括 : 根 據(jù) 壓 力 、溫 度 確 定 閥 體 的 材 料 ; 按 照 不 同 用 途 確 定 結(jié) 構(gòu)形 式 ; 確 定 結(jié) 構(gòu) 長 度 和 連 接 方 式 ; 進(jìn) 行 結(jié) 構(gòu) 設(shè)計 和 計 算 。隨 著 同 國 際 上 的 技 術(shù) 交 流 和 引 進(jìn) 技 術(shù) 的 廣 泛增 加 ,使 得 許 多 電 廠 逐 漸 采 用 國 際 標(biāo) 準(zhǔn) ISO 或 者美 國 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) ASME B16. 34 法 蘭 、 螺 紋 和 焊 接 端連 接 的 閥 門 ,向 國 際 接 軌 。 因 此 本 文 僅 以 我 廠 設(shè)計 的 DN300 ; PN25 閘 閥 的 鑄 造 閥 體 為 例 ,應(yīng) 用 我廠 、 美 國 、 原 西 德 等 國 有 關(guān) 強 度 計 算 標(biāo) 準(zhǔn) 進(jìn) 行 對 比性 計 算 ,加 以 比 較 。DN300 ;PN25 閘 閥 是 我 廠 配 200 MW 主 給 水管 道 上 作 為 啟 閉 裝 置 用 閥 ,按 照 壓 力 溫 度 等 級 ,閥 體 材 料 選 用 ZG25 ( WCB ) 。 計 算 壓 力 P =25MPa ,計 算 溫 度 t = 200 。材 料 的 許 用 應(yīng) 力 20 = 98. 07 MPa 按 68 -0711 閥 門 零 件 強 度 計 算 細(xì) 則 表 16 選 取 ) 計 算 用的 相 關(guān) 結(jié) 構(gòu) 數(shù) 據(jù) 均 按 DN300 ;PN25 ;有 關(guān) 標(biāo) 準(zhǔn) 中 的 承 載 面 積 用 CAD 中 的 “ 求 封 閉圖 形 面 積 ” 方 法 求 得 。2 本 對 比 計 算 采 用 的 標(biāo) 準(zhǔn)(1) 68 - 0711 哈 鍋 閥 門 零 件 計 算 細(xì) 則(2) 原 西 德 蒸 汽 鍋 爐 技 術(shù) 規(guī) 程 TRD301 承 受內(nèi) 壓 的 圓 筒(3)美 國 ASME 鍋 爐 及 受 壓 容 器 規(guī) 范 NB3500 3545 一 級 閥 門 的 設(shè) 計(4) 美 國 ANSI B16. 34 閥 門 法 蘭 連 接 和 對 焊連 接第 1 期2006 年 3 月 鍋 爐 制 造BOILER MANUFACTURING No. 1Mar. 2006 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 3 計 算 公 式 及 相 應(yīng) 說 明按 68 - 0711 閥 門 零 件 計 算 細(xì) 則 。 本 計 算細(xì) 則 采 用 厚 壁 閥 體 計 算 公 式 ,按 第 四 強 度 理 論 :材料 的 危 險 狀 態(tài) 是 在 形 狀 改 變 時 引 起 的 變 形 位 能 達(dá)到 一 定 限 度 開 始 的 。 該 強 度 計 算 方 法 采 用 先 求 得最 小 壁 厚 ,然 后 用 殼 體 加 強 面 積 和 通 孔 削 弱 面 積比 較 計 算 進(jìn) 行 驗 證 。 (計 算 簡 圖 見 圖 2)圖 2 68 - 0711 細(xì) 則 計 算 簡 圖閥 體 中 腔 采 用 圓 柱 形 殼 體 計 算 公 式S = PDN2 - P - C (1)支 管 按 下 式 計 算S = PDN2cos - P + C (2)式 中 : S = 理 論 計 算 壁 厚 mmC = 附 加 壁 厚 mmP = 計 算 壓 力 MPaDN = 計 算 截 面 直 徑 mm = 材 料 許 用 應(yīng) 力 MPa = 支 管 半 錐 角按 以 上 兩 式 計 算 后 ,被 支 管 通 孔 削 弱 的 圓 柱形 殼 體 必 須 滿 足 以 下 條 件 。 F1 F式 中 : F1 = 加 強 面 積 cm2F = 通 孔 削 弱 面 積 cm2 F = d S2應(yīng) 力 核 算 :圓 柱 形 殼 體 : = ( DN + S) P2 S F (4)錐 形 支 管 : = ( DN + S) P2 S cos F (5)(2)按 原 西 德 蒸 汽 鍋 爐 技 術(shù) 規(guī) 程 TRD301 承受 內(nèi) 壓 的 圓 筒 (計 算 用 有 關(guān) 數(shù) 據(jù) 見 圖 3)圖 3 TRD301 計 算 簡 圖按 本 標(biāo) 準(zhǔn) 第 5 條 :以 靜 壓 力 為 主 要 載 荷 的 計算 。 在 計 算 中 錐 形 和 圓 角 部 分 應(yīng) 與 與 之 相 等 的 直角 面 積 來 代 替 ?；?本 筒 體 壁 厚 計 算 :SV = di P(2zui - P) VA(6)式 中 : SV = 基 本 筒 體 壁 厚 mmdi = 筒 體 計 算 截 面 內(nèi) 徑 mmP = 計 算 壓 力 N/ mm2 zui = 材 料 許 用 應(yīng) 力 N/ mm2VA = 焊 逢 減 弱 系 數(shù) VA = 1支 管 壁 厚 計 算SV = dAi P(22zui - P) VA(7)dAi = 支 管 計 算 截 面 內(nèi) 徑 mm應(yīng) 力 核 算 : = P( A PA+ 12 ) F (8)式 中 AP = 不 考 慮 附 加 量 金 屬 的 承 載 面 積 mm2A = 不 考 慮 附 加 量 流 體 的 承 載 面 積 mm2(7)式 中 的 計 算 AP 和 A 的 承 載 長 度 按 下 述兩 式 計 算 :對 于 基 本 筒 體 最 大 承 載 長 度eG = ( di + SV) SV (9)對 于 錐 形 支 管 最 大 承 載 長 度eA = 1. 25 ( dAi + SAO) SAO (10)式 中 : eG = 基 本 筒 體 最 大 承 載 長 度 mmeA = 錐 形 支 管 最 大 承 載 長 度 mmdAi = 支 管 內(nèi) 徑 mmSAO = 支 管 計 算 壁 厚 mm16第 1 期 王 敏 :閥 體 強 度 計 算 比 較 與 分 析 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 4 美 國 ASME 鍋 爐 及 受 壓 容 器 規(guī) 范NB3500 3545 一 級 閥 門 的 設(shè) 計本 計 算 標(biāo) 準(zhǔn) 計 算 由 于 內(nèi) 壓 引 起 的 一 次 薄 膜 應(yīng)力 。 對 于 滿 足 本 節(jié) 的 所 有 的 要 求 的 閥 門 ,均 在 內(nèi)壓 力 下 的 閥 體 最 高 應(yīng) 力 部 位 是 頸 與 流 道 交 接 處 ,其 特 征 是 垂 直 與 中 心 線 平 面 的 環(huán) 向 拉 力 的 最 大 值在 內(nèi) 表 面 。最 小 壁 厚 在 NB - 3540“ 承 壓 部 件 的 設(shè) 計 ” 中已 經(jīng) 給 出 詳 細(xì) 的 說 明 ,因 本 文 只 做 校 核 計 算 ,所 以不 進(jìn) 行 最 小 壁 厚 的 計 算 。 對 按 照 ANSI B16. 34 表中 所 列 的 額 定 壓 力 值 設(shè) 計 的 閥 門 ,閥 體 的 最 小 壁厚 應(yīng) 按 照 ANSI B16. 34 確 定 。 對 非 表 所 列 的 額 定壓 力 閥 門 的 最 小 壁 厚 按 下 式 計 算 :tm = t1 + ( Pd - P1P2 - P1) ( t2 - t1) (12)圖 4 NB - 3545 計 算 簡 圖對 于 (12)式 ,因 不 進(jìn) 行 計 算 ,式 中 符 號 不 做 說明 。計 算 交 叉 處 總 的 一 次 薄 膜 應(yīng) 力 強 度 Pm 。計 算 用 有 關(guān) 結(jié) 構(gòu) 數(shù) 據(jù) (見 圖 4)Pm = ( AfAm+ 0. 5) PS F (13)式 中 : Pm = 在 交 叉 處 的 一 次 薄 膜 應(yīng) 力 ib/ in2Af = 計 算 交 叉 處 一 次 薄 膜 應(yīng) 力 有 效 液 壓 面積 in2Am = 抵 抗 作 用 在 Af 上 液 體 力 的 有 效 金 屬 面積 in2PS = 計 算 壓 力 ib/ in2構(gòu) 成 流 體 面 積 和 金 屬 面 積 的 界 限 的 距 離 LA 和 LN按 下 式 求 得 :LA = 0. 5 d - Tb (14)或 LA = Tr (15)計 算 時 取 公 式 (14) 、 (15)兩 者 之 間 的 較 大 值 。0. 5 r2 + 0. 354 Tb ( d + Tb) (16)式 中 : d = 交 叉 處 閥 體 頸 部 的 內(nèi) 徑 inTb = 交 叉 處 頸 部 的 厚 度 inTr = 交 叉 處 主 體 的 壁 厚 inr2 = 交 叉 處 圓 角 的 半 徑 in在 NB3545. 2 中 明 確 規(guī) 定 :閥 體 除 滿 足 上 述 準(zhǔn) 則外 ,還 應(yīng) 滿 足 下 面 的 準(zhǔn) 則 。 既 ,由 于 內(nèi) 壓 、 管 道 反 作用 力 及 熱 效 應(yīng) 所 引 起 的 Sn 的 范 圍 不 能 超 過 閥 體 材料 在 500 u時 的 3Sm。 因 為 68 - 0711“ 計 算 細(xì) 則 ” 沒 有這 方 面 的 計 算 ,因 此 本 文 不 做 比 較 計 算 。5 計 算 結(jié) 果 統(tǒng) 計計 算 標(biāo) 準(zhǔn)中 腔 計算 壁 厚(mm)中 腔 實際 壁 厚(mm)支 管 計算 壁 厚(mm)支 管 實際 壁 厚(mm)金 屬 承壓 面 積(mm2)流 體 承壓 面 積(mm2)計 算應(yīng) 力(MPa)68 - 0711 65 56. 27 55 34. 45 6 462. 5 8 866. 7 84. 84TRD301 65 56. 27 55 38. 16 31 937 98 807. 294 88. 08NB3500 3545 65 55 32 955. 625 74 508. 68 67. 76 結(jié) 論根 據(jù) 以 上 計 算 ,本 文 認(rèn) 為 ,采 用 我 公 司 計 算 細(xì)則 和 采 用 TRD301、 NB35003545 的 計 算 結(jié) 果 基