全焊接球阀阀体应力分析与评定

随着科学技术的不断进步和制造水平的不断提高,全焊接球阀阀门的生产也在向着高温、高压、大口径、高密封等高参数方向发展,同时也希望阀门的制造在充分保证安全性的前提下,尽可能做到经济性。

对于高压大口径的全焊接球阀,若按原有的以经验公式为基础的“常规设计”方法(Design by Rules)进行设计,其口径超出了常规设计的经验公式的适用范围,只能依靠实验研究,进行对比分析设计,这样会导致成本提高和设计周期延长,而设计出的产品虽然可以保证安全性,但却不能保证经济性。

由于失效准则的选取不同,“分析设计”方法与有限单元法考虑到局部应力对整体应力的影响,并且根据引起应力的原因将应力进一步分类判定,在保证强度的前提下,放宽了应力的限制条件,对大口径阀门而言,将大幅度节省材料,降低成本。

本文将NPS56Class900的全焊接球阀为例：

首先,采用分析设计方法,通过弹性力学、板壳理论的基本公式,对阀体危险截面的应力进行分析,并确定了应力与壁厚之间的计算关系,将应力分析所得结果进一步划分为一次薄膜应力Pm,一次弯曲应力Pa和二次应力Q,根据JB4732-95《钢制压力容器-分析设计标准》中的判定要求对各类应力强度进行限制。全焊接球阀在满足各类应力强度的条件下,确定了阀体壁厚。

其次,根据计算所得壁厚,应用有限元的方法,采用ANSYS Workbench软件,对阀体进行工作状态下的数值模拟计算。对运算结果中应力集中处的应力进行应力线性化处理,从而得到各类应力,加以判定,验证“分析设计”方法所得壁厚是否符合强度要求。