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1、1 0 闫 门 1 9 9 z -年瓣 3 期 衰 3 支罩垫、 填辩垫材料 材 科 标 准 热处理 HTl 5 o GB1 2 26 HT2 o 0 QS n S -1 2 -5 2 C l 3 l C r l 8 N i 9 G B 1 2 2 0 固罄处理 O 1 8 Ni l 2 Mo 2 Tt 填料的材料决定。 4 由式( 4 ) 可知， 热推力随温度 l 的升高 而增大， 随填料尺寸( 、 ) 的增大而减小。 建 议当阀杆直径 d 2 0 ra m， 温度 3 0 0 “C时， 热弹性件选 用 3 5组。 当 d 2 0 mm , T 一1 3 5 o c时 热弹性件选用5 组以上
2、。 但最好通过 式( 4 ) 进行验算， 以确定填料的压缩程度。 5 阀门在维修或更换填料时， 如果热弹性 件的主动层和被动层没发生剥离现象， 热弹性 件可以继续使用。 参膏立 r 1 ( 苏) 0 披诺马廖走 机槭及仪表弹性元件的计算 北 煮一 化学工业出版社- l 0 8 7 鹿彪寄 阀门境辑密封的特性与改进措旌 阀门， 1 9 9 4 ( 4 ) 扬彝 阀门设计手册 北京 机槭工业出版社- 1 9 9 2 1 B 1 7 1 - - 9 1 填斟垫( 一) J B 1 7 1 2 -9 1 石棉填料 1 2 0 9 9 1 塑料填斟 核 级 蝶 阀 的 设 计 计 算 石寮庄市阀门一厂
3、刘静橱固建 _一_，_一 T L 3 3 H 摘要分析了核级蝶闲的特殊工况要求。通过实例计算， 介绍了美国A S ME标准规定的应力 分析击在棱毁蠓阀主要零件设计计算中的应用。 核电站设备的可靠性和经济性在很大程度 上取决于阀门的质量。对该类阀门的要求高于 火电站阀门和一般工业阀门， 这是因为核电站 事故的危害远远大于火电站和其他行业。 和火电站用_蝶阀相比， 核级蝶阀有以下特 点： 核级蝶阀在腐蚀性很强且具有放射性介 质中工作， 要求其具有耐腐蚀及抗辐照性能 为保证核电站安全可靠的长期运行， 核电站阀 门使用寿命较长一般为 4 O年 为了防止放 射性介质对环境的污染， 要求螓阀有可靠的密 封
4、性能； 为满足系统的安全功能， 要求蝶阀 在地震载荷作用下的结构完整性。 由于决定阀 门产 品质量 的因素首先 是设 计， 因此各先进工业国家十分重视对设计质量 的控制， 设计质量控制中最关键的是设计标准 和规范的选择 本文根据美国国家标准( A S 1 A S ME ) 第 1卷( 1 9 9 2 年版) 所规定的计算方法 应力分析法， 对 核级螓阀的主要 零件进行 设计计算。 、 - 一 、主要设计参数 核安全级别： 2 级 抗震级别 ： 水平加速度为 3 g 垂直加速度为 2 g 工作温度： 5 0 “C( 短时 1 5 p ) 工作介质： 空气( 短时蒸汽) 设计压力 ： 0 5 MP
5、 a 抗辐照剂量 ： 2 5 1 0 r a d 公称通径： O 0 0 mm 电动执标机构： 堰 级设备 使用寿命； 4 o 年 执行标准， 差国国家标准A N s I A S h 第1 维普资讯 http:/ 1 9 9 7 年第 3 期 阀 门 卷第 l册 NE 言 及第 1卷附录 ( 1 9 9 2 年版) 二、 结构及主要零部件材料 核级蝶闶结构见图 1 ， 核级蝶阅主要零部 件材料见表。 圈 1 菝级蝶阁结构 1 阿扦2 密封B I 3 鼻扳4 阿体 5 电动执行机构6 接崖7 轴承8 压扳 囊 1 板掘螺阀主要零部件材料 序号 零部件名弥 材料 序号 零舒阵名祢 材料 1 闷体
6、WC B S 压板 碳钢 2 蝶板 W C B 6 轴承 部件 3 密封母 氯卞橡胶 7 接座 WC B 阀杆 不锈钢 8、 电动执行 机构 部件 三、 主要零件设计计算 。 I 阂体 ( I ) 最 小壁犀的确定 A S ME标准规定接美国国家标准 A NS I B I 6 3 4 来确定阀体最小壁厚 阀体结构参见图 z 按阕体内径 l ( =2 ) 为 l O 0 0 m m， 阀体颈 部内径 ( 一 )为 1 5 0 ram， 阀体壁厚 t “为 3 0 ram， 阎体颈部最小壁厚 为 1 3 ram进行核 算 由于此调体的设计压力仅为 o 5 MP a ， 低 于 A N S I B
7、I 6 3 4中最低压力级 2 MP a ， 因此可 采甩查袭法按2 MP a压力级来确定该阔体的最 小壁厚。 。 、 查表可知， 阎体最小壁厚t 为 2 1 3 ram， 阀 体颈部最小壁厚 t 2为 7 ： I mm。可见， t I 。 ( = 3 0 ram) 大于t I ， ( ；I 3 ram) 大予 ， 此阀体最 小壁厚满足要求。 ( 2 )阈体一次和二趺应力限制 设计应力极限强度 总体一次薄膜应力强度 在内压作用下， 阀体的一次薄膜应力是在端法兰颈部和阀体通 道的连接处， 如图 2所示。 I 圈2 钾体结构 维普资讯 http:/ l 2一 阀 九 1 9 9 7 年筹3胡 总体
8、一次薄膜应力 P 按下式计算 P = P 。 ( + 0 5 J M P a ( 1 ) 式 中 设计压力， P。= 0 5 MP a ， 有效流体压力面积， 1 - A，= 6 9 1 25 mm 。 A 。金属区面积 ， A 。一 2 0 2 5 mm 将数值代人式( 1 ) 得 一 P 一 1 7 3 M P a 设计温度为 5 0 “C时， 阗体材料 WC B的许 用总体一次薄膜应力 一 = 1 2 2 MP a 。 可 见， P 小于 阀体的总体_次薄膜应力在许 用范围之 内。 局部薄膜应力强度 由于内压所产生的 局部薄膜应力 用下式计算 ， r 、 P L P D l +0 5 M
9、P a ( 2 ) 、 0 t ， 式中 阀体通道半径， =5 0 0 m m t 阀体最小壁厚， t ， = 3 0 m m 将数值代人式 ( 2 )得 PL= 8 6 M P a 设计温度为 5 0 “ C， 阀体材料WC B舶许用 局部薄膜应力为 I ， 5 一 1 5 S= 1 8 “ 3 MP a 。 可 见， 阀体局部薄膜应力在许用应力范围之内 经 分析认为阀体内不可能产生弯曲应力， 故对 P + 不进行核算。 A级使用应力强度( 考虑短时工况条 件) 总体一次薄膜应力觑体端法兰颈部与通 道连接处的最大总体一次薄膜应力用下式计算 P = P I + 0 5 ) M P a ( 3
10、) 式中， P 为工作压力( P 一 0 4 MP a ) ， 其 余按上面定义， 将数值代人式( 3 ) 得 P。一 1 3 9 M P a 可见， P 小于许用总体一次薄膜应力( 一 一 1 2 2 MP a ) ， 阀体总体一次薄膜应力在许 用应力范 围之内。 局部薄膜应力强度 由内压所产生的局 部薄膜应力P 甩下式计算 P L P f 拿+0 5 M P a ) 式中， P 和t 按上面定义， 将数值代人 式( 4 )得 、 PL一 6 9 M Pa 可见， P 工 小于 1 5 S ， 阀体局部薄膜应力 在许用应力范围之内 由于管道作用的二次应力 由相连管道 施加到阀体端法兰颈部与通
11、道连接处 A A危 险截面( 图 2 )的轴向载荷、 弯曲载荷和扭曲载 荷所产生的应力分别用式( 5 ) 计算 轴向载荷所产牟的二次应力P 为 P 譬 M P a ( 5 ) 式中 枢连管道材料的屈服强度， 管道 材料为 S TP T3 8 ， 1 5 0 “C 时 一 1 8 7 M P a A - 相连管道截面积之半， 按相连 管道内径 DP l = 9 9 7 m m， 外径 ； 1 0 1 6 m m 计 算， A 1= L 5 0 2 0 tu r n AA截面( 图 3 ) 金属区面积， 4t = E ( r f + ) 一 = 97 0 75 ,m m 将数值代人式( 曩 ) 得
12、 P 一 2 8 9 M P a 一 可见， 小手 1 5 S w, 轴向载荷所产生的 二次应力在许甩廑 范围l之内 弯曲载荷晴产生柏=次应力P 6 为 一 笔亟 M P ( 6 ) 式中 z 相连管遭截面模量， 磊 7 4 9 i o , mn i z 。 A A截面的截面模量， 7一 ( + ) ： ! j 广 一 = 2 4 3 l O mms 系数 =2 2 5 将数值代人式( 6 ) 得 维普资讯 http:/ 1 9 9 7 年第3 期 闷 门 一 1 3 P 一 1 2 9 7 M P a 可见， 小于 1 5 S = ， 弯曲载荷所产生的 二次应力在许用应力之 内。 扭曲载荷所
13、产生的二次应力 为 P 。 一垒 MP a ( 7 ) 山 P 式中 卅 一 橱面的挠扭曲截面模量 e ( + ) 一 ) ， ， _ 一 4 8 6 1 mm 将数值代人式( 7 ) 得 P| 一 5 7 6 MPa 可见， P| 小 于 1 5 S =， 扭曲载荷所产生的二 次应力在许用应力 内。 二次热应方 由于阀门在使用寿命期内 热循环载荷次数很少， 故不考虑二次热应力的 影响。 一 次加二次应力强度 该强度 s 用下式 计算 s = 3 K P ( r l + 0 5 ) + P - M P a ( 8 ) 式中 叶阀体颈部系数， K= 1 P 、 P 和 P ， 中的最大者 P ；
14、 PI 1 2 9 ,7 M Pa 将数值代入式( 8 ) 得 一 1 5 0 3 M P a 1 5 0 2时阀体材料 WC B的许用应力值为 3 8 l ( - -3 8 )为 3 6 6 MP a 。 可见 小于 3 1 ， 一次 加二次应力在许用应力范围之内。 2 蝶板 、 。 蝶板材料为WC B ， 结构见图3 蝶板的最大 弯曲应力S 用下式计算 p 2 s = 1 2 4 1 0 MPa ( 9 ) 一 式中 P密封压力， P 一 0 3 MP a 口蝶板外缘半径 ， 口= 4 7 8 5 m m 蝶板厚度， 一 6 0 ram 将数值代入式( 9 ) 得 ，一 39 4 M 可见
15、， 小于 1 5 ， 蝶板的弯曲应力在 许用应力范围之内。 圈 3 瓣扳结构 3 ， 莲接螺栓殛接窿应力的校核 ( 1 )问体和接簋阐连接螺检总面积的计算 阀体和接座问连接结构见图 4 ， 螺栓材料 为 A S T M A 1 9 3牌 号 B 7 ， 设 计压 力 为 0 5 MP a 。 地震所产生的当量压力 P 用下式计 算 = + 筹M P a ( 1 o ) 式中 M由水平加速度所产生的弯矩， M w H G L 阀门延伸部分重量， W = 3 3 05 N HG 水平加速度， H 一 3 g 工力臂( 图 4 ) F由垂直加速度所产生的力， F = W 垂直加速度， 一 1 1 5
16、 g G止口外径 G= 0 1 5 m 将数值代人式( 1 0 ) 得 一 4 0 8 M P a 法 兰 设 计 医 丸 P F o P t+ P = 4 5 8 MPa 维普资讯 http:/ 阿 门 1 9 9 7 卑第 3 期 圈 4 阀悻和接摩连接结构 螺栓最小直径截面的总横截面积 A 用下 式计算 A 一 mz( 1 1 ) u 抛 式 中 t 设计工况下所需的最小螺栓 载荷， _ 1 一H +HP H 想的流体静压轴向力， H = 0 7 8 5 G0 尸， 口一 8 0 8 9 4 N H 连接接触面上的总压紧载荷 ， H e。 0 m螺栓材料 许用拉应力， 1 5 o c 一
17、 时 m = 2 1 6 MP a 将数值代A式( 1 1 ) A 一 3 7 1 0 m 。 螺栓最小直径截面的实际总横截面积为 A6 。 A 8 X 4 3 5 1 0 一 ms 一 3 4 8 l O 一 0 m2 可见， A 大于 ， 在地震载荷作用下阀门 能保证结构完整性。 ( 2 )电动执行机构和楼座间连接螺栓总面 积的计算 电动执行机构和接座间的连接结构见图 4 ， 螺栓材料为 A S T M A 1 9 3 牌号 B 7 t 设计压力 为0 5 MP a 用和上面相同的方法计算， 求得 螺栓最小直径截面总横截面积 A 一 2 6 X l O m 。 可见A 。 小于螺栓最小直径
18、截面的实 际总横截面积( =3 4 8 XI o m i ) t 结构在地 震作用下段有问厨。 ( 3 ) 接座的弯曲应力计算 接座的弯曲应力用下式计算 一 挚 P a ( 1 2 ) 式中M， 弯矩， 一a Ws L s n 当量加速度 t ， 。 。 。 。 。 。 。 。一 a = VG 0- I -H e 。一 3 4 g Ws 重量t 3 3 0 5 N 力臂 ， L s= 0 2 3 5 m z 截 面 模 量 ， z 一 磊 D o -i D 一 ? D o 一A截面的外径( 图4 ) Do 1 3 0 r a m n A A截面的内径( 图 4 ) ， D 一 90 mm 将数
19、值代A式( 1 2 ) 求得 一1 5 5 MP a 。 接 座 材料 WC B在 5 O 下 的 许 用 应 力 值 为 1 5 ( 一1 8 3 MP a ) 可见 小于 1 。 5 ， 接 座的弯曲应力在许用范臣之中 欢迎订阅 流体机械 杂志 邮局征订代号 2 6 一l 2 9 请到当地邮局订阅 流体机械， 杂志是经国家科委批准的中央 毂技术刊物 全国中文桉心期刊 国内外公开发 行， 月刊， 1 6开6 4页， 正文微机排版肢印， 四封 彩色胶印， 每期定价 4 - 5 O元 全年定价 5 4元 ( 含邮资) 。邮局征订代号 2 6 1 2 9 。 主办单位： 中国机械工程学会流体工程分 会、 中国制冷学会第二专业委曼会、 机械部合肥 通用机械研究所。 栏目设置； 产品开发、 试验研究、 设计计算、 制造工艺、 使用经验、 故障分析、 运行监 、 标准 规范、 技术综述、 信患报道莘。 逾期订阅请向安徽省合肥市长江西路 8 8 8 号机械部合肥通用机械研究所 流体机械 杂志 箱辑部索取订单( 邮箱： 2 3 0 0 3 1 ) 维普资讯 http:/