阀体与阀盖连接螺柱(螺纹)强度计算方法的探讨

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)宁波埃美柯铜阀门有限公司 作者:倪平

  分析了连接螺柱(螺纹)强度计算用公英制转换和压力级转换的条件不等式产生偏差的原因,论述了API600标准中不等式的K值在公称压力( PN )的DIN系列钢制阀门的计算中存在的问题,探讨了多项阀门国家标准引用的不等式中参数“PN ”的定义、系数值和表达式,提出了简化和统一计算方式的建议。

1、概述

  阀体和阀盖如选用螺柱(螺纹)连接组件承受额定工作压力,需要对螺柱(螺纹)的强度进行设计校审。ANSIB16134 - 1996对磅级钢制阀门列出了关于阀体与阀盖的连接螺柱最小抗拉应力截面积和连接螺纹最小抗剪切应力截面积的条件不等式。该不等式引入ANSI系列磅级阀门标准AP I 600 / ISO10434: 1998后,近两年有多个公称压力( PN)采用DIN系列的钢制阀门国家标准以不同表达式引入文本,但由于采取了不同的表达方式,以及在压力级转换和公英制转换过程,出现参数歧义和系数差异,导致计算结果出现较大偏差,因此有必要对不等式的设计理念、转换原则、计算方式和适用范围进行探讨。

2、公式分析

  ANSIB16134中关于栓接阀盖的螺栓最小截面

  式(1)表示阀体与阀盖的连接螺柱最小截面积所承受的拉应力,在阀门的最大工作压力作用于垫片有效周边面积时,不应超过材料许用应力的45%(极限条件是对> 20000psi的许用应力, 取20000psi) 。但这个拉应力没有将体盖连接的法兰密封垫片的密封力以及关闭阀门时阀杆总轴向力产生的拉应力列入其中。而这二个被简略的拉应力在通常使用的应力分析算式中占总拉应力的50% ~75%。现将Sb 系数简化为1,则式(1)转换为

  显然,式(2)的拉应力计算值与式(1)相比提高了122% ,意在抵消二个被简略的拉应力,但仍与应力分析算式的计算值存在20%左右的差距。

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13、非钢制阀门的条件不等式

  当式(4) 用于非钢制阀门时, 应根据相应的材料规范和相应磅级的标准磅级表中查到38℃时的工作压力值, 圆整后按PN (公称压力) 定义转为公称压力标志的数值, 以此计算出变因素K值,列入适用于该材料的条件不等式(表13~表15) 。由于这类材料的阀门一般使用低于35C rM o钢性能的螺柱, 因此9 000ps i便失去了极限许用应力值的作用。

14、结语

  在多项阀门国家标准中, 对于ANSIB16134标准中阀体与阀盖的连接螺柱(螺纹) 强度计算的条件不等式的转换和引用过程出现的参数“PN ”的定义、系数值和表达式的不一致及由此引起的计算偏差应予以关注, 希望有一个统一、准确、简化且也能适用于PN (公称压力) 的DIN 系列阀门的计算方式。

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