阀体的壁厚关于阀体壁厚计算公式的出处和适用性.pdf

4 2 阀 门 1 9 9 7 年第 2 期 当定单中有规定时， 阀门釉遗厂应向买方 提供一份证瞻髑门产品符合定单的合格证书。 5 ． 2 重复试验 除定单 中规定 由买方检查外， 完工 的阀门 不需要进行重复试验。当制造厂提供 了阀门已 接本标准的要求通过了检查、 试验和 斗 【】『 检查员可以放弃重复试验的要求。 重复试验时， 对巳 涂臻的阀门 不需要去除油潦．库存的阀门 在重复试验和装运前应进行商业性清洗。 大连高压阀门厂郎成东王骥苏殿颇译 阀体 的 壁 厚 盘 关于阀体壁厚计算公式的出处和适用性 埔育 彳 可 求 得 0 ．I i 门 阔体与一般圆形简体容器比较， 形状复杂。 阀门安装在管道上， 由于管道 的热传递会产生 内压以外的附加力。 为使阀座不发生变形， 阀体 需有必要的刖性 ．如从理论上计算受附加力和 内压的阀体壁厚是不容易的， 应靠试验取得。 因 阀 门的形状和大小种类繁多 ， 对阀门逐一进行 试验是不合适的。 在此， 对合理确定阗体壁厚的 方法进行探讨。 在 AN S I B 1 6 ． 3 4 锕制阀 门 标准 以前 的 A S A B 1 6 e l 9 4 9 上发表过计算公式。 现在． 火 力发电用阀使用的电力标准 E l O l ， 原子能用阀 使用的告示 5 0 1号中的阀体壁厚计算公式都是 以 A Ns 1 B 1 6 ． 3 4为基础的 不会有人怀疑用这 个计算公式求得的壁厚结果， 但对该计算公式 的出处没有任何文献记载．因此对壁厚计算公 式的历史进行谓查， 并根据其他的计算研究谈 计算公 式的适用性。本 文的论述是 以 A NS I B 1 6 - 3 4为基础进行的。 2 ． 阀体壁厚计算公式 ． f P d 1 1 ． 0 t _ 丽』 式中 t 阀体必要的最小壁厚， Pc 公称压力， p s i d内径 ， i n ． S 应力， S O 0 0 p s i 阀体的最小壁厚按公称压力和内径， 用上 厂家可按表格得到阀体的最小壁厚。 3 ． 阙体壁厚与管子璧厚的关系 管子壁厚按以下计算公式求得 PD 式 中 f 管子的必要壁厚 ’ ．P 内压 D营子外径 S管子应力 y塑性应力分布系数 9 0 0 F 以下 为 0 ． 4 将 D 营子外径变换成 管子 内径 2 t 壁厚 ， Y取 0 ． 4代人 ， 经过整理得 P d _ 由此式 可知 ， 阀 门壁厚是管子壁厚的 1 ． 5 倍。对此． 在 A S A B1 6 e --1 9 4 9里有如下说明 作为对阀门形状的保证． 在求得的直管壁厚上 必须加 5 0 壁厚。 这是对装配应力、 封闭应 力及应力集中的必要附加壁厚。 也就是说， 阀 体有和直管不同的部分， 由于阀门动作增加的 力， 为保 证 密封 性能 的 必要 刚性 ， 必需 增加 5 O 厚的壁厚。但在这些说明的最后部分指出 “ 阀门的壁厚 ， 由于阀门的大小和种类变化范围 大 ， 每 个阀体 的必 要壁 厚 要 由阀 门制造者 决 定。 由此可知， 这些规定的壁厚不见得能满足 阀门的要求。 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 l 曲7 年筹2 期 闫 门 4 3 常讲的 阔体 的壁厚有 5 0 的余量 ， 实际 上仅对直管有 5 0 柏余量， 不能误解成阀体的 壁厚都有 5 0 的余量。 其次， 关于 1 ． 5 倍的值， 在A N S I B 1 6 ． 3 4 的标准中写到 阀体壁厚计算 公式对于与磅级相等的受到 内压的圆筒， 在 1 5 0 2 5 0 0磅级时为 5 0 的壁厚， 在 4 5 0 0磅级 时为 3 5 的壁厚． ” 关于此内客 ， 在此进行一下 探讨 。 如前所述， 阀体的壁厚计算公式是管子壁 厚的 1 ． 5倍， 而管子壁厚计算公式是以薄壁圆 筒公式为基础的。但是， 4 5 0 0 磅级以上的管壁 变厚， 用薄壁圆筒公式计算的应力和实际产生 的应力有出人， 在 4 5 0 0 磅级以上须用厚壁圆筒 公式进行评价。将用阀体壁厚公式求得的壁厚 数值与厚壁圆筒公式求得的壁厚数值比较， 列 于表 1 。 裹1 由表 1 可看出阀体的壁厚至 3 5 0 0 磅级时， 对应管子的壁厚 约厚 5 O ％， 4 5 0 0磅级约厚 3 7 ， 与 ANS I B 1 6 ． 3 4的记载内容一致。 因此 ， 在 A N S I B 1 6 ． 3 4中关于壁厚的规定成为阀门 制遗者选甩的依据。 另外， 阀门制造者还必须掌 握根据试验求得的应力， 或者用其他方法求得 的应力 。 这是一种关于求得阀体颈部的一次薄膜应 力的方法 图 ， 是历 史悠久 的 KE L L OG 公司 的公式。 现在是A S ME卷 I NB --3 5 0 0 的计算 公式， 被广泛使用。 在 A S ME卷 I N B --3 5 0 0里规定的一次 薄膜应力的计算公式为 f d 1 P 一【 0 ． 5 } 1 Ⅲ ／ 式 中 P 一次薄膜应力 l 图 P s 内压 A ， 受压部位面积 A 金属部位 面积 上述公式中， 采用基准压力 与各磅级相同 的压力 ， 参照 ANS I B 1 6 ． 3 4表 A1的值 ． 内径 是人口口径的 1 ． 5 倍的数值， 壁厚取在表中的 最小壁厚， 所得的一次薄膜应力如表 2 。 裹2 计算结果约超过基准应力 3 0 ， 并且仅是 最小壁厚应力。实际上这壁厚加上壁厚的负公 差， 再加上铸件的壁厚斜度， 求得的一次薄膜应 力能充分满足基准应力 7 0 0 0 P S I ．可以认为， 1 ． 5 倍系数对阀门来说是最适当的倍率。 4 ． 关于闳体壁厚计算公式 的基准应力 7 0 0 0 PS I ● 在谈 及阀 门壁 厚 的基 准应力 7 0 0 0 P S I之 前， 简单叙述一下 A N S I B 1 6 ． 3 4 的等级基准应 力 8 7 5 0 P S I 的出处。 在 AS A B 1 6 ． 5代替 AS A B 1 6 e于 1 9 5 3年 发行时， 对压力一温度基准作了重要修订。首 先， 除了最初的 1 5 0 磅级外的各种尺寸的法兰， 其一次基准压力是根据 A S ME卷 I 附录一 1 9 5 2 计算的， 通过深入研究而制定了法兰应 力。 此时， 法兰应力作为控制所有变形的代表应 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 n 1 9 9 7 年繁 2 臻 力， 被确定为 8 7 5 0 P S I 。在闶体壁厚计算公式 中， 使用的 7 0 0 0 P S I 是根据 8 7 5 0 P S I 乘以铸件 系数 0 ． 8而得到的。 阀体壁厚使用了与材料没有关系的鹰力 7 0 0 0 P S I 运算， 在使用阁f ] 时 应注意压力和温 度使用范围的等级和材质的变化。根据这种情 况， 可以制订一张与材质没有关系的图表， 供大 家使用， 这是推动阀门标准化的好方法。 5 ． 美于在耋厚计算公式上附加的0 ． 1 i n ． 在一项 阀体壁厚计算公式 中， 计算出的 壁厚上加 0 ． 1 l n ． 作为阀体的最小壁厚， 这个 0 ． 1 l n ． 是否是腐蚀余量曾有过议论。 为此， 冈野 公司写信给 A S ME委员会， 就 A NS I B 1 6 ． 3 4 的壁厚中． 是否增加了腐蚀余量， 提出疑问。当 时， AS ME的回答是 ① A N S I B 1 6 ． 3 4没规定腐蚀余量的推荐 要求 ； ② A N S I B 1 6 ． 3 4鲥最小壁厚， 不是保证阀 门功能的壁厚， 由于阀门形状和功能的多样， 各 种各样阀门的壁厚， 须由制造者自己决定。 由此， 0 ． 1 i n ． 不是腐蚀余量。 6 ． 关于塑性应力分布焉 数】 ， 的废止 一 般使用的管子壁厚计算公式， 包古如下 的塑性应力分布系数 】 ， 2 S 丝 2 YP 在成为特殊磅级 E 1 0 1的二类 的等级为 基础的MS S --- 6 6中， 其闶体壁厚计算中也包古 】 ， ’ 一 塑性应力分布系数】 ， 的数值如表 3 。 裹3 Y值 使用温度 下9 0 0 以下 9 5 0 铁素体锕 4 5 奥氏体锕 札4 o ． 4 l O O O l O 5 O 1 1 o o 1 1 5 o以上 0 ． 7 0 ．7 0 ． 7 0 ． 7 0 ． 4 0 ． 4 5 0 7 古有塑性应力分布系数 y舶譬厚计算公 式， 在关于法兰型阀门标准 A NS I B 1 6 , 5 和关 于捍接型阀门标准的Ms S S P 6统一蓟一个 阀门标准 A Ns I B 1 6 ． 3 4 时， 废除了塑性应力 分布系数】 ， 。 ‘ 在应力计算中， 使用了塑性应力分布系数 】 ， ， 在高温下 ， 被使用的管道和容嚣产生的非弹 性变形会引起应力的再分布， 实际在断面上产 生的最大应力变小了。 A N S I B 1 6 ． 3 4的分委员会根据以下理由， 判断壁厚计算公式中使用 y是不适当的。 “ 在高温区域内， 由于温度产生变形． 使用 了塑性应力分布系数】 ， 后， 变形更加增大 考虑 】 ， 的壁厚， 比不考虑的要薄 ， 使得拇门的功能 不能令人满意。 也就是说在高温区域里， 薄譬 阀门的刚性不理想 ， 塑性应力 分布 系数不能加 进壁厚计算公式里。 7 ． 结束语 关于阀门强度的规定， 除了 A S ME卷 I N B --3 5 0 0 告示 5 0 1 号 外， 仅有闶体壁厚的规 定。 对于壁厚计算公式是否真正适用存有疑问， 至今 没 有解 答。翻 开 以往 文献 ， 用 A NS I和 A S ME的方法推测， 同时根据壁厚计算公式求 得壁厚的阀体强度分析， 是非常靠得住的。 可以 认为用计算公式求得的阀体壁厚是适当的。 在闶体强度评价中， 使用了一次薄膜应力 的计算公式 在 AS ME卷 I NB --3 5 0 0 告示 5 0 1 号 里有记载， 在 D I N 3 8 0 里也有记载。历 史悠久的KE L L O G公司用这个公式计算的一 次薄膜应力数值， 与实测结果 比较是留有余地 的 ， 这个评价方法是适 当的。 苏州高中压阁门厂橹焉晴缟译 自 鼠管技术 1 9 9 6 年 8 期 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载