阀门壁厚(1)ppt课件

欢迎光临 阀门壁厚 2014年4月26日温州 魏玉斌 联系方式 魏玉斌工作单位 南方阀门制造有限公司MOBILEMAIL WYBHN 163 COMQQ 429684775TEL 0577 67319660FAX 0577 67319600 目录 1 强度理论2 无力矩旋转薄壳理论3 阀门壁厚3 1壁厚标准3 2壁厚公式及其推导说明3 3三种壁厚公式计算结果比较3 4特殊级阀门壁厚和超临界阀门壁厚3 5阀门选型与壁厚的关系附 壁厚标注及其测量 1 强度理论 强度计算常用符号 1 2 3 三向正应力 r 当量 相当 应力 b 强度极限 s 屈服极限 许用应力n 安全系数nb 相对于强度极限 b的安全系数ns 相对于屈服极限 s的安全系数 剪应力 许用剪应力 线应变 泊松比 1 1第一强度理论 最大拉应力理论 假设条件 材料受拉伸或压缩载荷作用 在最大应力 拉 压 截面的值超过极限而脆性断裂 如图1 破坏条件 r b强度条件 rI 相当应力 rI 1许用应力 b nb 图1 1 2第二强度理论 最大伸长线应变理论 假设条件 材料受拉伸或压缩载荷作用 在最大线应变方向的变形超过极限值发生脆性断裂 如图2 破坏条件 jx b E强度条件 rII 相当应力 rII 1 2 3 许用应力 b nb 图2 1 3第三强度理论 最大剪应力理论 假设条件 材料受扭转载荷作用 在最大剪应力截面滑移发生屈服破坏 如图3 破坏条件 max jx s 2强度条件 r 相当应力 r 1 3 许用应力 s ns 图3 1 4第四强度理论 形状改变比能理论 假设条件 材料受任何形式载荷的作用 在最大应力点形状改变达到极限值引起屈服破坏 如图4 破坏条件 ud udjx强度条件 r 相当应力 许用应力 s ns 图4 四个强度理论的比较 举例说明 同一种材料 b s一般 s 2所以 2 2 无力矩旋转薄壳理论 旋转薄壳理论假定承受内压的壳壁如薄膜一样 只承受拉 压应力 不承受弯曲应力 即假设应力沿壁厚均匀分布 且不产生弯矩 一般来说 旋转薄壳可以是椭圆经线绕中心轴旋转形成 图5 图5 名词术语 经面和经线 图中OAO1为母线 绕Y轴旋转形成旋转薄壳 用过轴线的纵平面切割旋转薄壳可以得到一条经线 如OBO1 旋转母线为一条经线 两经面之间的角度用 表示 法线和法截面 经线上任意一点B绕轴线旋转一周 其轨迹为平行圆 亦称纬线 过B点做垂直于壳体面的直线必与轴线相交 如图中BK2 该直线为即法线 同一平行圆上的法线与轴线相交形成一个圆锥面 即为该旋转薄壳的法截面 法线与轴线的夹角用表示 第一曲率半径 1 在经面上作垂直于经线的直线 与法线相交 两交点之间的线段为旋转薄壳的第一曲率半径 如 图5中BK1 第二曲率半径 2 法线长度为旋转薄壳的第二曲率半径 如图5中BK2 为了得到旋转薄壳的应力 必须先求得其曲率半径 1 2 椭圆是一个点到两定点距离为常数的运动轨迹 图6 图6 其方程式为 a b 0 对上式椭圆方程式 求导即可得到椭圆曲率半径 推导后得出两曲率半径为 则得 1 ma 3 2 ma 用垂直于轴线的平面切割旋转薄壳 得到平行圆 或纬线 其半径与该圆上各点第二曲率半径 2的关系为 参见图7 若旋转薄壳承受内压力P 其轴截面如图7 在壳体上取微小单元abcd 该单元受内压P的作用 在ab cd bc和ad四个面上的内力与压力P作用在微小单元的力应保持平衡 以下分别求解微小单元总的法向内应力和轴向内应力 介质压力P始终垂直于容器表面 即方向沿旋转薄壳法线 指向壳体表面 微小单元总的法向内应力与压力P平衡 微小单元总的轴向内应力与压力P的轴向分力相平衡 注 请勿混淆经向Vs径向 周向Vs轴向 图7 图8 图8 图9 周向力法向分量如下 图10 图11 图12 由公式 6 7 圆筒形压力容器圆周应力为经向应力的2倍 从而解释了为什么压力容器超载时一般首先沿纵向开裂 而非垂直断裂 3 阀门壁厚 3 1壁厚标准我国 特种设备安全监察条例 规定0 1MPa 1bar 25mm以上为压力管道 欧盟压力设备指令 PressureEquipmentDirective PED 97 23 EC 规定压力0 5bar以上即为承压设备 因此 绝大多数阀门属于压力管道元件 对于管道 设备乃至全系统的正常运行 维护操作及安全可靠有重要作用 阀门有各种介质 有高压 高温 低温 腐蚀 有毒 有害 可燃 易爆等等 压力容器多为圆柱形 端部采用球形 或平板 封头 设计时要考虑强度 支撑 介质出入口 安全泄放等等 阀门的阀体则有一个通道 或三通 四通甚至多通道 形状比压力容器更为复杂 与压力容器一样 在阀门设计计算 材料选用时必须要确定其壁厚 以满足承受介质压力的强度 刚度和腐蚀性等要求 壁厚是阀门设计制造最重要的数据 世界各国大多在阀门产品标准中规定阀体壁厚或专门制定了阀门壳体壁厚标准 如 GB T12224 GB T12234 GB T12235 GB T12236 GB T12237 GB T12238 GB26640 ASMEB16 34 E101 API600 API602 API603 API6D EN12516 DIN3840 BS1873等等 作为阀门材料消耗水平的重要指标 壁厚标准 也为企业之间的公平竞争提供了基本条件 企业如果主导或参与某项标准制定 就掌握了确定该产品技术性能指标的话语权 也标志本企业在行业中的位次和实力 现代企业营销方式通常有三种 即一流企业卖标准 二流企业卖品牌 三流企业卖质量 目前 阀门行业很多企业采用关系营销 更多阀门企业采用代理营销 也有少数是采用网络营销 我国阀门行业数千家制造厂不入流企业为数不少 GB T12224针对钢制阀门提出一般要求 规定了阀门材料 壁厚及基本内径 GB T12234 GB T12235 GB T12236 GB T12237 GB T12238 即GB T系列产品标准 分别描述不同类型的阀门 GB T12234 GB T12235 GB T12236规定了不同压力级别不同公称口径的阀门壁厚 并给出了相应的流道直径数据 GB T12237规定了各压力级别不同公称口径相应的流道直径 并指出壁厚按照GB T12224 GB T12238规定了流道直径和材料为HT200的阀体壁厚数值 这使得阀门设计制造可基于安全可靠的标准进行 GB26640 2011 简称 壁厚标准 规定了钢制阀门最小壁厚和铁制阀门最小壁厚 GB26640 2011 壁厚标准 范围a b c 款指出 该标准适用的钢制阀门范围是PN10 PN760 DN 1250 其中PN760仅适用于焊接端 承插焊及螺纹连接阀门仅限于DN 100 范围d e 款指出 该标准适用的铁制阀门范围是PN1 0 PN25 DN 3000 可以看出 壁厚标准 适用范围非常宽泛 几乎包容了所有钢铁阀门 浏览GB26640 3 2壁厚公式及其推导说明 GB T12224附录B给出了壁厚计算公式 GB T12224B 1 GB26640 壁厚标准 列出了2个壁厚计算的基本公式 即公式GB26640 1 和 6 另外还列出了2个与壁厚有关的应力计算公式 7 和 8 GB26640公式 6 和公式 8 是建立在旋转薄壳理论基础上 利用第一 第四强度计算公式推导而得 如上述公式 6 7 中用圆柱壳体中面直径D代替旋转薄壳半径r 则圆柱壳体的两向应力 分别为 第一强度理论假设零件只承受正应力载荷 只要满足正应力强度条件即可 因此 壁厚计算公式 GB26640公式6 是按第一强度理论进行计算的 同样推导公式 8 按照旋转薄壳理论和第四强度理论 可以得到阀门壁厚计算公式 8 第四强度理论假设零件承受三向应力载荷 强度计算应满足合成应力条件 而薄壳理论假设壳体只承受拉压应力载荷 沿壁厚均布 3 3三种壁厚公式计算结果比较 按照第四强度理论 公式8 第一强度理论 GB26640公式6 和ASME GB26640公式1 三种计算公式对若干规格闸阀阀体壁厚进行计算 结果列表如下 1 2 ASME 3 ASME 比较说明 在压力 直径 材料许用应力相同情况下 表中 以第四强度理论计算的壁厚最小 第一强度理论计算壁厚较大 计算壁厚最大的是ASME计算方法 表2中 1是第一强度理论壁厚大于第四理论壁厚的百分比 2是ASME壁厚大于第四理论壁厚的百分比 3是ASME壁厚大于第一强度理论壁厚的百分比 壁厚计算公式中直径d的确定 第一 第四强度理论计算公式均要求d值取阀体体腔内的最大直径 ASMEB16 34计算或查表确定壁厚 d值选择方法如下 壁厚计算中符号意义 d 壁厚计算直径d0 阀体流道最小直径d1 阀体流道端部 入口 内径d 阀体颈部直径d 当量直径 为便于理解 列出计算直径d确定程序如图 图13 为便于理解 列出计算直径d确定程序如图 GB26640标准阀门内径 壁厚标准 附录A 1表格给出了DN750以下钢制阀门的内径 没有规定铁制阀门内径 如前所述 阀门内径不同的取值方式 有不同的壁厚计算结果 对内径不作规定 会造成设计壁厚的不一致 关于阀门材料 ASMEB16 34壁厚计算公式中的材料应力7000是一个定值 与公式GB26640 6 及公式 8 中的 L 同样是材料性能指标 ASMEB16 34壁厚计算公式只限于表1所列出的碳素钢 合金钢及不锈钢等三类牌号材料 不属于该标准的钢材不适合应用其公式计算阀门壁厚 GB26640 2011表1 4列出了钢制阀门壁厚 设计者应慎重选择钢材的具体牌号 GB26640 2011表5 11列出了铁制阀门壁厚 并指明所用铸铁牌号是HT200 HT250 球墨铸铁牌号是QT450 10 其它牌号材料 如HT300 QT400 18 可锻铸铁等等 设计者应自行计算确定壁厚 3 4特殊级阀门和超临界阀门 3 4 1特殊级阀门特殊级阀门的概念来之于ASMEB16 34 特殊级阀门是指满足ASMEB16 34第8章规定的无损检验并按照要求修复缺陷 达到质量等级后 该阀门可以按照表2中带有标记B的温度压力表安装使用阀门 因此 特殊级阀门与标准级阀门设计方面没有区别 不能认为特殊级阀门壁厚比标准级阀门薄或厚 但是 同样工作温度和压力时 特殊级与标准级则可能为不同级别的阀门 如 温度压力P54100 用WC6材料 则应选用2500LB标准级阀门或2000LB插入级阀门 用WC9 C12A F91 F92材料 用1500LB特殊级阀门即可 温度压力P57190 用WC9材料 则应选用4500LB标准级阀门 用C12A F91 F92材料 用2500LB标准级阀门即可 二者壁厚相差甚大 温度260 压力25 8MPa 用WCB材料 1500LB特殊级阀门即可 同样用WCB材料 标准等级则需要2500LB标准级阀门 如NPS12 二者壁厚差 1500LB壁厚52mm 2500LB壁厚82mm 直接材料费用高出58 且 流通能力1500LB更优于2500LB 3 4 2超临界阀门准确应称作超临界阀门机组关键阀门 是超临界火力发电工程引入的阀门概念 简单来说 超临界阀门是指工作参数超过了介质临界参数的阀门 临界参数是指物质达到临界点的参数 使物质发生相变的点 叫临界点 该点的温度 压力数值叫临界参数 水蒸汽的临界参数是374 15 压力是22 129Mpa亚临界机组参数一般在546 570 18 3Mpa以下 机组容量一般为200MW 300MW最大不超过600MW 目前 我国超临界机组参数达到566 575 24 5 26Mpa 机组容量600 660MW 超超临界机组参数达到605 613 27 6 29Mpa1000MW 超临界机组效率比亚临界机组高2 3 超超临界机组比超临界机组高4 燃煤消耗从亚临界机组的450g kwh降低到273g kwh 目前最好有达到183g kwh 节约用煤35 以上 排放到大气中的二氧化碳 二氧化硫 氧化氮及烟尘均可以减少 约减少15 如果以同样1000MW机组计算 超超临界机组比亚临界机组 每年大约节煤130万吨 减少酸雨排放约3万吨以上 可以设想其是多么大的企业经济效益和社会环境效益 由此可知 同样规格阀门 超超临界阀门壁厚大于超临界阀门 更大于一般的高温高压阀门 阀门型式设计顺序如下 3 5阀门选型与壁厚的关系 阀门类型选择往往要根据用户要求选择 如闸阀 球阀 截止阀等等 阀门类型确定后 按照介质工作温度选择主体材料 3 5 1材料选择 如客户提出要566 24 5MPa的阀门 请确定压力级 3 5 2确定压力等级 ASTMA217等级C12A ASTMA182等级F91 客户提出要546 24 5MPa的阀门 接管尺寸为 508 40ASTMA335P91材料 请确定阀门的公称直径 根据有关标准 如ASMEB16 34公称管径与内径的对应表 按客户给出的管道尺寸确定阀门规格 如上述尺寸即可选择2500Lb 20 22 或24 阀门 与管道内径最接近的是24 内径为412 8mm 影响阀门规格的实际因素很多 应综合考虑各种因素 但最主要的是客户要求 3 5 3确定公称直径 阀门设计往往按照有关标准选择壁厚 如上述2500Lb 20 可以按ASMEB16 34确定壁厚如2500Lb 20 内径选II III方案 则阀门外径达 641 9或 697 4远远大于管子外径的 508 造成对焊连接的困难 所以 选择方案I较好 选择操作形式等略去 单从以上选型壁厚确定比较 三种方案壁厚比为1 1 12 1 21 3 5 4壁厚确定 附 壁厚标注及其测量 多处标注 便于测量壁厚 标注正偏差 保证满足最小壁厚标准 图14 标注正负偏差 减去负偏差绝对值后赢满足最小壁厚