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1、2006年第4期阀门—11—文章编号:100225855(2006)0420011202阀体受力与强度计算公式的理论依据付青林(哈尔滨锅炉厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨150046)摘要介绍了阀体受力的种类以及强度计算的公式,对在阀体壁厚计算中采用的强度理论和校核方法提出了建议。关键词阀体;强度;计算公式;依据中图分类号:TH123文献标识码:AThetheorybasisofvalvestressandstrengthcalculatingformulaFUQing2lin(HarbinBoilerCompanyLimited,Harbin150
2、046,China)Abstract:Thetextintroducethevarietyofatressandformulaofstressanalysis.Offeringthetheoryandmethodofstrengthcheckingtoanalyzevalvewallthickness.Keywords:valvebody;stressanalysis;formula;basis1概述都是借鉴受压容器或锅炉圆管的强度计算公式。阀门作为管路系统中的一个组成部件,主要承PDBS=(1)担着系统在不同介质的各种压力和温度等参数下的213
3、[σ]-P截止、开启、减压和调节等功能。因此阀门承压边PDBS=(2)2[σ]-P界的完整性、安全性是其最重要的条件之一。选取式(2)符合第三强度理论,即塑性材料的屈的阀体最小壁厚能够完全承受启闭载荷和安装使用服破坏理论,由厚壁管计算公式简化推导出来的。过程中因压力、温度的交变冲击产生的振动、水击按照Cen.Behan公式,极限压力Pnp为和地震等影响的各种附加载荷,以及介质对阀体材2料的冲蚀和腐蚀。Pnp=σslnk(第四强度理论)(3)3阀体的强度,由于其形状的各异,受力情况不Pnp=σslnk(第三强度理论)(4)同,除了用试验应力的方法进
4、行准确的分析外,很根据极限压力Pnp除以安全系数n,即可得到难得到既符合强度要求又较经济的阀体壁厚。本文式(1)和式(2)的计算公式。对常用的阀体强度计算公式进行了一般性推导,对2σs阀体壁厚计算中采用的强度理论和校核方法提出了Pnp=lnk(第四强度理论)(5)3n建议。σs2讨论Pnp=lnk(第三强度理论)(6)n阀体壁厚在考虑介质对内部的内压外,还应该因为考虑阀门在关闭瞬间、阀门在装配、管道连接时所1S=l(DH-DB)(7)2施加的外力以及热效应所引起的一次加二次应力。S但是过厚的阀体断面在高温下会产生相当大的热应1++SDHDB+2S
5、DB力,会给铸造、管道安装、支撑等带来相当的困K=D=D=S(8)BB1-+S难,因此,根据实际运行的经验,一般的计算公式DB作者简介:付青林(1973-),内蒙古人,助理工程师,从事阀门设计与试验研究工作。—12—阀门2006年第4期展开lnk得料都进入了永久塑性变形后失效。S1331S5③破坏压力失效破坏压力失效是指筒体壁遭lnk=2+()+()+⋯⋯DB+S3DB+S5DB+S到爆破才是真正失效,因韧性材料都具有应变硬化2S则lnk≈(9)现象。但爆破压力不等于塑性失效。DB+S根据对三种“失效”以及四种强度理论的分将式(9)代入式(3)和
6、(4)后得出计算阀析,鉴于按照破坏压力计算,目前还没有一个成熟体壁厚S的计算公式的、精确的的公式,而Faupel公式的准确性仅为PDBS=σ(10)±15%。在拟定计算公式时,弹性失效虽然比较成4s-P3n熟,在国际上也比较流行,但是,较之比用塑性失PDB效计算的壁厚,将第三强度理论作为对筒体强度计S=(11)σs算的依据比较合理。但是,在筒体进入塑性的极限210-Pn压力时,符合式(1)和(2)或式(3)和(4),式中S———理论计算壁厚,mm计算时应该以屈服极限代入。当筒体的蠕变符合式P、PS———计算压力,MPa(1)的计算值时,在计算时应
7、该将蠕变极限代入。DB———阀体中腔或支管内径,mm4结语[σ]———材料的许用应力,MPa根据失效理论采用的塑性失效的准则是比较先Pnp———材料的极限压力,MPa进的阀体壁厚计算方法。经过对美国、德国、日本σs———材料的屈服极限,MPa和英国等国家管子或容器强度计算公式的比较,用k———系数(见式(9))式(2)计算的阀体壁厚处于其中间值。经过长期n———安全系数运行考验,满足其安全可靠运行的要求。因此,在DH———阀体中腔外径,mm目前条件下,使用第三强度理论(即塑性失效准Pm———一次薄膜应力,MPa则)是既经济又合理的。在采用式(2)
8、计算出壁2Af———流体面积,mm厚,对于铸造阀体的中腔和支管的接合处,再采用2Am———金属面积,mmASME第Ⅲ卷NB-3545给出
