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旋塞阀的结构改进和强度校核

点击次数:180 发布时间:2010-12-29

旋塞阀是用带通孔的塞体做为启闭件,通过塞体与阀杆的转动实现启闭动作的阀门。旋塞阀结构简单,启闭迅速,流体阻力小。本文对钻井中使用的旋塞阀出现的问题进行了一些改进和强度计算。

    旋塞阀的启闭件是一个有孔的圆柱体,绕垂直于通道的轴线旋转,从而达到启闭通道的目的。旋塞阀主要供开启和关闭管道和设备介质之用。旋塞阀主要优点有:适用于经常操作,启闭迅速、轻便。流体阻力小。结构简单,相对体积小,重量轻,便于维修。密封性能好不受安装方向的限制,介质的流向可任意。无振动,噪声小。但钻井中使用的旋塞阀往往出现关闭后不容易打开的问题,本文就此问题进行了一系列的探讨和改进。

旋塞阀的结构改进: 

    采用在阀体下部开通道的方法使两侧压力基本平衡,使阀门开启和关闭都很方便,解决了原有旋塞阀的问题。

 

改进后旋塞阀强度计算如下:

1 壳体基准应力计算

A、球阀孔中心截面3-3

a、拉伸

应力集中分析

A、球阀截面3-3

a、拉伸 

2..由《化工设备设计手册》第5章压力容器设计,查得圆柱壳开孔的zui大应力发生在径向孔边沿切向方向与周向平行的点上,应力集中系数=2.5,即单独受拉伸时的应力集中系数取2.5。

在应力集中点附近要发生屈服。但小于2, 故安定。

b、扭转

    由《化工设备设计手册》第5章压力容器设计中开孔附近的应力分析可知,具有小孔的受扭转作用的薄壁圆柱壳,zui大拉应力出现在孔边与轴成的截面上,小孔的受扭转作用的圆柱壳其应力集中系数取4。

不会发生屈服。

c、内压p=105MPa作用

由《应力集中系数手册》查得筒壁开有小孔的厚壁圆筒承受内压时,可得应力集中系数A=3.03

 

在应力集中点要发生屈服, 但安定。

B、卡环截面2-2处

a、拉伸

由《应力集中》书中诺谟图查得A= 2. 8

在应力集中点(在圆角与内壁交接点) 附近要发生屈服。但是安定的。

b、扭转

由《应力集中》书中诺谟图查得A= 1. 8

不会发生屈服。

c、内压p= 105M Pa 作用

根据《化工容器》,不同壁厚圆筒对接处局部应力计算方法,在薄壁侧zui大应力(为经向应力)

C、锥阀孔截面4-4处

a、拉伸

由《化工设备设计手册》第5章压力容器设计,查得圆柱壳开孔的zui大应力发生在径向截面上,应力集中系数A=2。5即单独受拉伸时的应力集中系数取2.5。

在应力集中点附近要发生屈服。但安定

b、扭转

由《化工设备设计手册》第5章压力容器设计中开孔附近的应力分析可知,具有小孔的受扭转作用的薄壁圆柱壳的应力集中情况,zui大拉应力出现在与轴成45°的截面上,有小孔的受扭转作用的圆柱壳其应力集中系数取4。

不会发生屈服。

截面1- 1

a、拉伸

由《化工设备设计手册》第5章压力容器设计,查得圆柱壳开孔的zui大应力发生在径向孔边沿切向方向与周向平行的点上,应力集中系数A=2.5,即单独受拉伸时的应力集中系数取2.5。

在应力集中点附近要发生屈服。安定。
 


b、扭转

由《化工设备设计手册》第5章压力容器设计中开孔附近的应力分析可知,具有小孔的受扭转作用的薄壁圆柱壳,zui大拉应力出现在孔边与轴成的截面上,小孔的受扭转作用的圆柱壳其应力集中系数取4。

 

不会发生屈服。

3、1 内压105MPa作用

由《应力集中系数手册》查得筒壁开有小孔的厚壁圆筒承受内压时,可得应力集中系数A= 3. 03

4 结论

不会发生屈服。

从以上应力分析,可以得出以下几点结论:

4.1 在三种给定载荷作用下,拉伸载荷作用下的应力zui高,安全系数zui小。因此,拉伸载荷下的强度条件是主要矛盾。

4.2 拉伸以常用旋塞阀材料40CrMnMo计算,安全系数为1.71>1.5,能够满足强度要求。

4.3 拉伸载荷下旋钮孔口处的应力集中较大,在应力集中点都达到了材料的屈服极限,按照新的强度准则,应力集中点的zui大值935.75MPa<2MPa,满足安定条件。

4.4 在拉伸时内沟槽出的基准应力和应力也较大,但能够满足强度要求。在设计时应注意减小此处的应力集中。

4.5 在给定扭转和内压载荷作用下,各危险截面的安全系数都很大,可以不考虑其强度问题。 


 

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