阀门承压件最小壁厚计算式的分析与应用

陈国顺

（永嘉县科技开发服务中心，浙江永嘉325105） 

摘要    介绍了阀门承压件最小壁厚设计准则和强度理论，推导出阀门承压件最小壁厚计算公式。

关键词  阀门；壁厚；亚比例极限；设计准则；强度理论；计算式

1、概述

在阀门产品设计及阀门承压件的设计中，目前尚无阀门承压件的最小壁厚计算公式，在计算时一般都暂用压力容器壁厚计算公式来代用。但是，经计算出来的数值比实际选用的要小得多，也就是说，用压力容器壁厚计算公式来计算阀门承压件的最小壁厚是不适宜的。科学的确定阀门承压件最小壁厚方法和合理的选用计算公式，使阀门承压件最小壁厚符合我国阀门现有的设计、制造和使用水平是十分必要的。

2、设计准则

阀门是压力管道重要附件。由于其功能特殊性，受力的复杂性，所以其设计准则也有着特殊性。经研究证明，其设计过程是基于亚比例失效准则。亚比例失效是认为承压件只有完全处于亚比例状态时才是安全的，一旦承压件某一点设计的最大应力使承压件产生变形超出亚比例范围，就认为这个承压件已失效。亚比例状态是承压件因受力产生比例变形，其变形量达到最大比例变形量的一半时的变形状态 阀门在工作中受到介质压力作用同时还受到密封副之间挤压力的作用，在这些作用力作用下，阀门阀座和阀瓣等承压件因受力而变形，当其变形量超出亚比例变形范围时阀门密封副因过大变形而产生泄漏，于是阀门失效。此时，亚比例极限是当试棒受拉产生最大比例变形的一半变形量时的抗拉强度，即σy=0.5σP（图1）。材料比例极限、弹性极限和屈服极限相差不大，可近似地取σP≈σe≈σs，安全系数n取2，于是阀门承压件不能发生失效的许用应力[σ]为

式中

σs———屈服极限，MPa

σe———弹性极限，MPa

σP———比例极限，MPa

σy———亚比例极限，MPa

σb———强度极限

  n———安全系数

图1 亚比例变形范围

3、强度理论

阀门承压件壁厚强度理论采用的是最大主应力理论。最大主应力规定，杆件无论在什么应力状态下，当三个主应力中有一个达到了在简单拉伸中发生失效的数值时，此杆件便认为是已经失效。因此，在阀门承压件壁厚强度校核时，只需考虑三个主应力中最大的拉应力。用σ表示三个主应力中最大的主应力，用[σ]表示许用应力，于是，阀门承压件不发生失效的条件为