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阀门强度设计的分析

阀门的承压部件都应进行强度分析和强度设计,这些部件主要包括阀体、阀盖、闸板和阀盖螺栓等。对截止阀来说,有时(根据结构不同)尚须对阀座局部进行强度枝核。而作为非承压部件的阀杆也是必须进行强度设计的一个重要部件。所谓的强度设计应包括强度和刚度 2 部分。
国外一些主要的阀门规范如 ANSIB16.34 和 API600 都给出了阀门主要零部件的最小壁厚(直径),国内的一些制造厂都直接采用(或略大于)这些规范值作为设计尺寸,并且不再进行强度设计。这样做是不严格的,因为①阀门的内件结构不同,阀上腔的结构尺寸不同,因此其计算壁厚也不同。阀门的外观结构尤其是外形突变处的处理不同,其计算应力值尤其是应力集中的水平也不同,最终也可能导致计算壁厚不同。②大多数阀体为铸件,而冶炼条件较差,原材料来源复杂的阀门厂,其铸件材料的性能差别较大。铸件材料的性能又与其本身的铸造缺陷(如偏析、枝晶组织、夹杂、气孔、疏松和裂纹等)有关,而且起伏变化较大,从而造成强度计算的基础数据(如许用应用)的差异较大。③不同的应用环境,其腐蚀情况不同,应考虑的腐蚀裕量不同。由于这些因素的影响,对于高压临氢阀门来说,对其有关的零部件进行强度和/或刚度计算就显得十分必要,因为稍有差错,可能会带来严重的后果。
目前国内大多数阀门厂均采用数学分析法进行阀门的强度和/或刚度计算。这种方法既费力又费时,计算精度也比较差,尤其是对于零部件的形状突变处,它不能精确地求出其应力水平。而国外的大多数阀门厂都采用了有限元分析法,它既快又精确。对于高压且要求苛刻的阀门来说,采用有限元法进行零部件的强度和/或刚度分析是必要的。

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