閥門基礎知識:旋塞閥的結構改進和強度校核--上海閥門廠
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[時間:2011-01-12 全球石油網 關注度:0]
摘要: 旋塞閥是用帶通孔的塞體做為啟閉件，通過塞體與閥桿的轉動實現啟閉動作的閥門。旋塞閥結構簡單，啟閉迅速，流體阻力小。本文對鉆井中使用的旋塞閥出現的問題進行了一些改進和強度計算。 旋塞閥的啟閉件是一個有孔的圓柱體，繞垂直于通道的軸線旋轉，從而...
旋塞閥是用帶通孔的塞體做為啟閉件，通過塞體與閥桿的轉動實現啟閉動作的閥門。旋塞閥結構簡單，啟閉迅速，流體阻力小。本文對鉆井中使用的旋塞閥出現的問題進行了一些改進和強度計算。 旋塞閥的啟閉件是一個有孔的圓柱體，繞垂直于通道的軸線旋轉，從而達到啟閉通道的目的。
旋塞閥主要供開啟和關閉管道和設備介質之用。旋塞閥主要優點有：適用于經常操作，啟閉迅速、輕便。流體阻力小。結構簡單，相對體積小，重量輕，便于維修。密封性能好不受安裝方向的限制，介質的流向可任意。無振動，噪聲小。但鉆井中使用的旋塞閥往往出現關閉后不容易打開的問題，本文就此問題進行了一系列的探討和改進。 旋塞閥的結構改進： 采用在閥體下部開通道的方法使兩側壓力基本平衡，使閥門開啟和關閉都很方便，解決了原有旋塞閥的問題。
改進后旋塞閥強度計算如下： 1 殼體基準應力計算 A、球閥孔中心截面3-3 a、拉伸 應力集中分析 A、球閥截面3-3 a、拉伸 2..由《化工設備設計手冊》第5章壓力容器設計，查得圓柱殼開孔的最大應力發生在徑向孔邊沿切向方向與周向平行的點上，應力集中系數=2.5，即單獨受拉伸時的應力集中系數取2.5。 在應力集中點附近要發生屈服。但小于2, 故安定。 b、扭轉 由《化工設備設計手冊》第5章壓力容器設計中開孔附近的應力分析可知，具有小孔的受扭轉作用的薄壁圓柱殼，最大拉應力出現在孔邊與軸成的截面上，小孔的受扭轉作用的圓柱殼其應力集中系數取4。 不會發生屈服。 c、內壓p=105MPa作用 由《應力集中系數手冊》查得筒壁開有小孔的厚壁圓筒承受內壓時，可得應力集中系數A=3.03 在應力集中點要發生屈服, 但安定。
B、卡環截面2-2處 a、拉伸 由《應力集中》書中諾謨圖查得A= 2. 8 在應力集中點(在圓角與內壁交接點) 附近要發生屈服。但是安定的。 b、扭轉 由《應力集中》書中諾謨圖查得A= 1. 8 不會發生屈服。 c、內壓p= 105M Pa 作用 根據《化工容器》，不同壁厚圓筒對接處局部應力計算方法，在薄壁側最大應力（為經向應力）
C、錐閥孔截面4-4處 a、拉伸 由《化工設備設計手冊》第5章壓力容器設計，查得圓柱殼開孔的最大應力發生在徑向截面上，應力集中系數A=2。5即單獨受拉伸時的應力集中系數取2.5。 在應力集中點附近要發生屈服。但安定 b、扭轉 由《化工設備設計手冊》第5章壓力容器設計中開孔附近的應力分析可知，具有小孔的受扭轉作用的薄壁圓柱殼的應力集中情況，最大拉應力出現在與軸成45°的截面上，有小孔的受扭轉作用的圓柱殼其應力集中系數取4。 不會發生屈服。 截面1- 1 a、拉伸 由《化工設備設計手冊》第5章壓力容器設計，查得圓柱殼開孔的最大應力發生在徑向孔邊沿切向方向與周向平行的點上，應力集中系數A=2.5，即單獨受拉伸時的應力集中系數取2.5。 在應力集中點附近要發生屈服。安定。
b、扭轉 由《化工設備設計手冊》第5章壓力容器設計中開孔附近的應力分析可知，具有小孔的受扭轉作用的薄壁圓柱殼，最大拉應力出現在孔邊與軸成的截面上，小孔的受扭轉作用的圓柱殼其應力集中系數取4。 不會發生屈服。 3、1 內壓105MPa作用 由《應力集中系數手冊》查得筒壁開有小孔的厚壁圓筒承受內壓時，可得應力集中系數A= 3. 03 4 結論 不會發生屈服。 從以上應力分析，可以得出以下幾點結論： 4.1 在三種給定載荷作用下，拉伸載荷作用下的應力最高，安全系數最小。因此，拉伸載荷下的強度條件是主要矛盾。 4.2 拉伸以常用旋塞閥材料40CrMnMo計算，安全系數為1.71>1.5，能夠滿足強度要求。 4.3 拉伸載荷下旋鈕孔口處的應力集中較大，在應力集中點都達到了材料的屈服極限，按照新的強度準則，應力集中點的最大值935.75MPa<2MPa，滿足安定條件。 4.4 在拉伸時內溝槽出的基準應力和應力也較大，但能夠滿足強度要求。在設計時應注意減小此處的應力集中。 4.5 在給定扭轉和內壓載荷作用下，各危險截面的安全系數都很大，可以不考慮其強度問題。
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