《閥門》雜志2012年01期第一部分

1、 42 閥門2012 年第 1 期文章 號:1002-5855( 2012) 01-0042-04安全 失效模式和影響分析迮 1 ，劉 龍2 ，王海莊1 ，周張榮1 ，陳 強1 ，李景松1( 1. 吳江市 吳機械有限 任公司，江 州 215213; 2. 上海海事大學物流工程學院，上海 201306)摘要 討 了安全 在使用 程中出現(xiàn)的各種失效模式及 生原因，分析了對系統(tǒng)設備的影響程度，提出了相 的 防和 修保養(yǎng)措施。關 安全 ; 失效模式; 影響分析中 分 號: TH134文獻 : AFailure modes and effects analysis of safety valveZE X

2、iao-feng1 ，LIU Long2 ，WANG Hai-zhuang1 ，ZHOU Zhang-rong1 ，CHEN Qiang1 ，LI Jing-song1( 1. WuJiang DongWu Machinery Co ，LTD ，Suzhou 215213，China;2. Logistics Engineering College，Shanghai Maritime University，Shanghai，201306，China)Abstract: Different failure modes of safety valves and their causes were

3、discussed firstly Then their effects on the whole equipments were analyzed Finally，the corresponding precautions and maintenance measures were proposedKey words: safety valve; failure mode; effect analysis1 概述安全閥是介 送系 中重要的超壓保 裝置，可防止設備 力超 允 的極限，它的正常運行關系到整個系 能否安全 定運行。 了保 設備安全，需 行安全 的失效模式與影響分析( Failure

4、 modes and effects analysis FMEA) ，又稱 故障模式與后果分析。失效模式是指能被 察到的錯誤和缺陷 象，影響分析是指通 分析 失效模式 系 的安全和功能的影響程度，提出可以或可能采取的 防改 措施，以減少 程缺陷，提高過程 量的技 。FMEA 已 廣泛 用于制造行 品生命周期的各個階段。本文 了安全 的各種失效模式及 生原因，分析了失效形式的影響程度，提出了相 的 防建議和 修保養(yǎng)措施。2 失效模式及原因安全 的失效模式主要有 內泄漏( 即閥座泄漏) 、 外泄漏、整定 力超差、排放 力超 允 、啟 壓差超 允 、開啟高度不夠、 跳、 振和運 部件卡阻等。2. 1

5、 閥座泄漏閥座泄漏失效模式是指在正常運行工況下，介質從 瓣和閥座密封面之 泄漏。 是安全閥最常見的失效模式之一。造成閥座泄漏的原因主要有 座和閥瓣密封面 、安裝不正確、高溫、選型錯誤和密封面附著異物等。閥座泄漏將 致系 工作 力降低，嚴重 會使系 無法正常工作。( 1) 閥座和閥瓣密封面 造成密封面 的原因可能是腐 性介 對金屬密封面的侵蝕，也可能是管道或設 安裝 留在其中的 渣、 或其他 物 在介 中伴隨安全 的排放而高速流 ，沖刷密封面造成密封面 壞。( 2) 閥門安裝不正確安全閥 出口管道因安裝不正確形成了不均勻 荷，使 同軸度遭受破壞或 形等，引起閥座泄漏。作者 介: 迮 ( 1981

6、 ) ，工程 ，從事安全 的 工作。2012 年第 1 期閥門 43 ( 3) 高溫用于高溫介 或安裝于高溫 境中的安全閥，在 座或閥瓣密封面堆 周 可能會 生不均勻的 膨脹而 致泄漏。同 簧受高溫影響后會 致 簧 度下降，造成閥門預緊力變小，從而 生泄漏。( 4) 選型錯誤選用的安全閥整定 力與設備實際工作 力過于接近。當設備工作 力的波 范 接近或超 安全 的密封 力時，也可能引起 的泄漏。( 5) 密封面附著異物安全 在裝配 程中， 附在密封面上 致密封不嚴，或者在運行 程中，排放 有 附在密封面上 致密封不嚴。2. 2 外泄漏外泄漏是除了閥座泄漏以外的所有泄漏。主要涉及 體與閥蓋 接處

7、、閥體與 出口管道 接處和承壓部件本身的缺陷。外泄漏主要是由于安裝不當， 致 出配對法 的 片無法壓緊，或是存在 大安裝 力 致閥體 形，無法正確安裝配對法 。 波 管 放 的泄漏可能是波 管破 ， 致介質從排氣口溢出。閥門零部件存在缺陷，如 造砂眼等， 致外泄漏。安裝不合理，密封 未按照要求安裝 片或密封膠也會 致外泄漏。外泄漏將 致有毒或有害介 染 境，高溫高 介 的外泄漏 將對操作人 生危 。2. 3 整定 力超差整定 力超差是安全閥實際的開啟 力超 準或 范 定的整定 力容差范 。原因主要有幾個方面。安全 工廠出廠整定 采用的介 和現(xiàn)場工況的介 不同。安全閥出廠整定 溫度與 工況溫度不

8、同。安全閥出廠整定 采用的 力表精度和 使用 力表的精度不同。使用人 操作水平和 力表 數(shù)存在誤差。 境溫度的 化 致 簧 度的 化使整定 力超差。整定 力 機構松 生整定 力超差。安全閥選型錯誤，在有背壓 化的情況下 常 安全 使開啟 力 生 化。2. 4 排放 力超 允 安全閥開啟后，閥門 口的排放 力超 準或 范 定的允 超壓值，其主要原因是 圈位置 放不合理。排放 力超 允 會使 超 定的 力， 期 于這種情況將存在安全 患。2. 5 啟 壓差超 允 啟 壓差超差即整定 力和回座 力之差超 準或 范 定的允 ，其主要原因是 位置 放不合理。如回座 力過高，將使安全 在開啟后迅速關 ，此

9、 生高 的根源尚未消除，將 致閥門再次開啟，從而 生 跳。如回座 力過低，將使系 中的介 度排放， 于 重的介 來 是浪 。在某些系 中，過度排放 會 系 生不利影響。2. 6 開啟高度不夠安全閥開啟后達不到 定的開啟高度，其主要原因是 存在泄漏、運 部件卡阻或 圈位置 放不合理等原因造成的。安全閥達不到 定的開啟高度就無法排放 定的 放量，會 致系 力持 升高。2. 7 跳與 振 跳是安全閥開啟后，閥瓣快速異常的來回運動，運 程中 瓣接觸閥座。 振是安全閥開啟后，閥瓣快速異常的來回運 ，運 程中 瓣不接觸閥座。 跳與 振 生的原因相似。 通徑選用不當，即 用 的排量 大。 口管道的阻力太大。

10、出口管道的阻力太大。 簧 度太大。 圈位置 放不合理。 跳 生的沖 力 管道和設 將 生不利影響。 振 生的機械振 會使管道和設備的焊縫產(chǎn)生疲 裂 ，同 振也會影響安全 的排量。2. 8 運 部件卡阻運 部件之 存在阻塞，將 致閥門開啟和回座 作不靈活或開啟后不回座等。運 部件卡阻有多種原因。運 部件有碰 、拉毛等 象。管道或設備中存在 渣、 等 ， 入運 部件的 隙，阻塞運 。安全 期不動作，且又未做定期檢 和 修，從而造成閥門運 部件之 的銹蝕， 致運 卡阻。 不合理， 向 隙 小，在高溫運行工況下，材料的膨脹不同 致運 部件卡阻。運 部件卡阻會使安全閥無法正常開啟，或者開啟后不能回座等

11、象， 系 的安全運行 生威 。3 失效模式的 防和排除失效模式的 防和排除方法 表 1。 44 閥門2012 年第 1 期表 1失效模式的 防和排除失效模式主要失效原因出 概率 防和排除方法1.裝配前所有零件 行清洗。裝配檢 合格后， 所有開口部位用干 的塞子堵住密封面有 物51%2.在現(xiàn)場使用時，盡量避免外來物 入密封面3.發(fā)現(xiàn)密封面有影響閥座密封的 物 ，可以通 提升工具使 達到全開狀 ，用高速排放的介 沖刷 物，或解體閥門清 密封面1.裝配前所有零件 行清洗。裝配檢 合格后， 所有開口部位用干 的塞子堵住閥座泄漏密封面 壞43%2.在現(xiàn)場使用前， 清理管道或設備中的 渣、 及其他外來物，

12、防止在 門開啟后，外來物隨介 沖刷密封面造成 壞3.若密封面 壞后， 解體 放 ，并根據(jù)密封面的 壞程度，采取相 的修理方案，依嚴重程度分 采取更 、機加工密封面和研磨密封面整定 力與設 或系 的1%重新考 合適的整定 力正常工作 力太接近 簧松弛使整定 力減低1%設計時應考 使用工況下的溫度和閥門安裝 境的溫度， 與之匹配的彈簧材料部件缺陷14%所有承壓部件應 行水壓強度試驗，以排除部件泄漏造成的 外泄漏 安裝不當和存在安裝1.應嚴格按照 品使用 明書 行安裝66%2.選用與閥門 出口配對法 相一致的 片 力3.排放管的 按照相 的 范，排放管應設置相關支架 外泄漏裝配不合理17%安全 的裝

13、配應嚴格按照裝配 、明 表和作 指 書 行1.波 管應 行疲 壽命 ，安全閥波 管的疲 壽命 足使用工況的波 管破裂3%要求2.波 管 件應 行水壓強度試驗 整螺桿松 18% 整螺桿 有防松機構，在工廠 整 力后 行 封，防止隨意 整1.裝配前所有零件 行清洗。裝配檢 合格后， 所有開口部位用干 的密封面油污9%塞子堵住2.若發(fā)現(xiàn)密封面有油污時，可以通 提升工具使 達到全開狀 ，用高速排放的介 沖刷油污，或解體閥門清 密封面整定 力超差1. 于出口背壓恒定，且背 不超 整定 力 10% 的工況，可以 用常 式安出口背壓影響19%全 ，但必 在出廠 對整定 力 行修正2. 于出口背壓 化的工況，

14、 背壓平衡式安全閥安裝不當9% 簧式安全閥應垂直安裝1.設計選型時，根據(jù)使用工況的溫度，針 性的 合適材料的 簧，或者根溫度影響9%據(jù)溫度的不同 簧 行修正2.采取合適的 構以減少溫度 簧 度的影響排放 力超 圈位置 放不合理100%1.出廠 ，將 圈 放至 定的位置 允 2.根據(jù) 情況， 圈位置 行適當 整 圈位置 放不合理89%1.出廠 ，將 圈 放至 定的位置回座 力超2.根據(jù) 情況， 圈位置 行適當 整 允 構不合理11%根據(jù)使用工況 合適的 構1.裝配前所有零件 行清洗。裝配檢 合格后， 所有開口部位用干 的塞子堵住外來物影響34%2.在現(xiàn)場使用時， 盡量避免外來物 入運 部件之 的

15、 隙3.若有外來物 入運 隙，則應解體閥門清除外來物4.根據(jù)外來物對部件的 壞程度可以采取相 的措施， 足尺寸要求的前提運 部件卡阻下對 壞面 行修復或更 運 部件運 部件之 隙 小33%設計時，考 運 部件之 的 隙，運 部件材料的 膨脹和使用工況的溫度1.設計時，充分考 所有零部件可能存在的干涉性，并在 裝配 行 零件干涉33%2. 安裝 ， 嚴格按照 品使用 明書。需增加外 附件 ， 征求 備制造的意 2012 年第 1 期閥門 45 表 1失效模式的 防和排除失效模式主要失效原因出 概率 防和排除方法閥門泄漏按照上述方法解決閥門泄漏問題運 部件卡阻按照上述方法解決運 部件卡阻 開啟高度

16、不夠 圈位置 放不合理將 圈 整至合適的位置排放管阻力 大， 生較大1. 減小排放阻力背壓2. 波 管平衡 構的 通徑選用不當，排放量設計時， 和 工況流量相匹配的安全 通徑 大 口管道或出口管道的阻按照 范或 準合理的 、出口管道，以減小管道阻力力太大 跳和 振 簧 度太大 合適 度的 簧 圈位置 放不當，回座將 圈 整至合適的位置 力過高4 結語安全 在實際使用中，應采用科學 型，嚴格按照操作規(guī)程 行 保養(yǎng)，及時總結經(jīng)驗教訓，降低安全 的失效概率，從而確保系 備的 定可靠運行。參 考 文 獻1周震 爐 力容器 力管道泄放裝置 用手冊M 北京: 中國 準出版社，20032蔣 成 事故 與分析

17、技 M 北京: 化學工 出版社，20093GB /T 7826 2006 系 可靠性分析技 失效模式與影響分析 ( FMEA) 程序S( 收稿日期: 2011. 04. 23)( 上接第 37 頁)5. 2 支架、閥瓣和閥桿校核在內 、自重、螺栓預緊力和 SSE 地震 荷 合作用下，支架、閥瓣和閥桿的最大 力強度值分 113. 5MPa、99MPa 和 146MPa，分 小于其材料 可 力值 138MPa、134MPa 和 285MPa。根據(jù)要求，可 部件與靜止部件的相對 形不超 隙的 90% ，即閥桿與閥蓋的 隙要求控制在 0. 4mm 內。根據(jù)計算，閥桿在事故工況下的最大 形量 0. 31

18、mm，在 要求的范 內，能保 能 部件在地震 和地震后的可運行性。5. 3 中法 與螺栓 力校核在內 、自重、螺栓預緊力和 SSE 地震 荷 合作用下，中法 與螺栓 力校核 表 3，支架與壓板 接螺栓的 力校核 表 4。表 3中法 與螺栓 力校核 定內容計算 果 ( MPa)限 ( MPa)結論法 頸部 向 力 SH65.71. 5S = 201合格法 徑向 力 SR99.6S = 134合格法 切向 力 ST57.4S = 134合格法 力( SH + SR ) /282.7S = 134合格法 力( SH + ST ) /261.6S = 134合格中法 螺栓拉 力142.9S = 193

19、合格表 4支架與 板 接螺栓 力校核 定內容計算 果( MPa) 力限 ( MPa)結論拉 力 175. 61Su /2 = 482. 5合格剪 力 32. 430. 6Su /3 = 199.4合格2+20. 1961合格( Su /2) 2( 0. 62Su /3) 26 結語 用 ANSYS 行抗震分析 程中采用最 劣的工況、最不利的 荷 合，計算閥門設備的各重要部件的 力，然后利用最嚴格的 力限 ( 評定準 ) 行 定。在 的制造和材料等均符合 ASME 范相 要求的前提下，核二級 截止閥，在內 、自重、螺栓預緊力和地震 荷 合作用下，閥門各部件的 力均小于 范限 ， 形控制在可接受范

20、 內。因此， 在 SSE 地震事故工況條件下能保持 構完整性及可運行性。參 考 文 獻1GB 50267 97，核 廠抗震設計 范S2ASME QME 1 2002，核 廠能 機械設備的鑒定S3EJ /T 1022 96， 水堆核 廠 力分析和抗震分析S4 征明，吳莘馨，何 延 核安全 的 構力學分析J ，2004( 4) : 1 45 征明，吳莘馨核安全一 的力學分析J ，2007 ( 2) ，18 226 晶晶 柴油 機 抗震分析J 振 與沖 ，2009( 12) : 193 197( 收稿日期: 2011. 06. 15) 40 閥門2012 年第 1 期文章 號:1002-5855(

21、2012) 01-0040-02閥門 品出廠 與型式 標準 定的分析葉永和( 溫州市 量技 督 院，浙江溫州 325007)摘要 述了 與 品合格的關系。從閥門 品標準 定的 入手，指出了 行標準出廠 與型式試驗規(guī)定中存在的問題。給出了 品 根據(jù)抽 控制理 和科學制定驗收檢驗規(guī)則的檢驗方案。關 閥門; 檢驗規(guī)則; 量水平; 品標準中 分 號: TH134文獻 : AValve product factory inspection and type test standard analysisYE Yong-he( Wenzhou Institute of Calibration and Tes

22、ting for Quality and Technical Supervision，Zhejiang Wenzhou 325007，China)Abstract: This essay discusses the rules of valve inspection and the relation with qualified product It pointed out the problems existed in the current standard factory inspection and type test regulation ac-cording to the valv

23、e product standard required inspection rules This essay offers the inspection plan for valve product based on sampling inspection control theory and scientific acceptance inspection rules Key words: valve; inspection rules; quality level; product standard1 概述 含的或必 履行的需求或期望，可 地理解為 品 準既是指 企 生 的技 范， 足

24、定的要求。 個 定的要求可以對 件 品提出，也可以對 品 體提出。對 件 品來 ，就又是交易雙方 行交易 鑒 量的依據(jù)，在商品市 濟中起到非常重要的作用。 行的 品 準是符合 品 準的技 要求或 先 定的 量特征要求。如果對 品 體來 ，首先應確定用什么來主要包括適用范 、引用 準、 品型號、技 要求、衡量 批 品 體的 量，即 量水平指 。一般 方法、檢 和 志包裝等，其中技 要求是體 件 品 量的 志，檢 是 品 來 ，可以用不合格品率作 量水平指 ，也可以量的方法。技 要求是指 品性能指 的高低，而用平均每百 位 品不合格數(shù)作 量水平指 ，檢 是控制整體 量水平的高低，如果檢驗規(guī)還可以用

25、某 量特征的 體均 作 量水平指則不完善或 誤，即使技 要求再高，也無法控制 標。如果沒有具體指 ，檢 無法判定被檢 品品的 量。 我國 行的 品 準都有 量 體是否合格。當然，有些 品 準沒有具體 量把關的 定檢驗規(guī)則，有些檢 只是 對水平指 定，但有一套比較完善的驗收 驗程序，了個 特性指 ，而對整個閥門 量無法 行控制，通過該檢驗程序也能將 品 量控制在某個 定的 量水平 ，以此減少依據(jù) 量水平指 再來制定甚至是不能杜 量不合格的 入市 。1造成閥門 品 量水平低的原因有很多，除生 企檢 方案的麻 。 自身原因外，閥門 品 準不完善是造成閥門質而閥門類的 品 準只有 件閥門合格的指 量水

26、平低的外部主要原因。( 即閥門 品 準中的技 要求) ，沒有批閥門合格2 合格與 的關系的指 ， 準 定的檢 未起到控制閥門 量水平的作用，即使 企 按照 準 行 量根據(jù)文獻2的定 ，合格即 足明示的、通常作者 介: 葉永和( 1960 ) ，教授 高 工程 ，從事 量技 督控制的研究。2012 年第 1 期閥門 41 檢驗，也會有不合格的 出 判 合格 品的現(xiàn)象。3 檢驗規(guī)則分析以文獻3 定的 品 準 例( 其他閥門產(chǎn)品 準也相 似) ， 準將控制閥門 量分 出廠檢 與型式 ，而型式 采用抽 方式。( 1) 出廠檢 看似是對閥門全部檢驗，但是 檢 只是 對某幾個特性指 ，其合格性不能完全替代

27、 閥門合格，只有 的全部檢 目都達到 準 定的技 要求才能判該閥門合格，也就更 不上出廠檢驗可以判批閥門合格。所以，出廠檢驗合格只是保 所檢 目合格，無法保 閥門 品 量的正確判定。( 2) 型式 是考核企 生 的能力和是否達到 準 定技 指 的 明。而 準 定型式 采用抽 檢 方式，并作為“正式生 ，定期或 累一定 量后，應周期性 行一次檢驗”。型式 不僅要擔 生 企 能否生 閥門的能力與技 ，而且 要 督整個閥門 品的 量情況。然而，從 品檢 和使用 果分析， 準 定的型式 采用抽 檢 方式不能控制 的 量水平，在 累到一定 量的 中即使有大量的不合格 存在也不易 。( 3) 按文獻3的

28、定，可以具體分析型式 在 檢驗中的一些 。 有一批公稱通徑255 600mm 的 ，隨機抽取 2 臺 行型式 ，即檢 方案 ( 2; 0) 。根據(jù)抽 理 知道，在 品 量水平 p 中 用檢 方案( n; L) ，批 品抽 檢 被判 合格( 即通過) 的概率 Pa ( p) 為LPa ( p) = Cnd pd ( 1 p) n d( 1)d = 0由于 型式 的檢 方案 ( 2; 0) ，即L = 0，將式 ( 1) 推 式 ( 2) ，得Pa ( p) = ( 1 p) n( 2)用式 ( 2) 計算在不同 量水平 p 下批閥門被判 合格 ( 即通過) 的概率如表 1 所示。表 1( 2;0

29、) 方案在不同 量水平 p 下的通 概率 量水平 p( % )1. 01. 52. 54. 06. 51020P a ( p) 0. 980 0. 970 0. 951 0. 922 0. 874 0. 810 0. 640從表 1 中分析，不同 量水平的批閥門都有可能通過檢驗后被判定 合格品，即使 品按 準 行檢驗，其 量 是不能 最 控制。而 于不合格品率達到 10% 批閥門，用 準 定的檢 方案 ( 2; 0) 還有 81% 概率通過檢驗。 于不合格品率達到 10% 批閥門，抽檢 5 批才 一批不合格，而其余 4 批所含的不合格閥門都隨著型式 的合格而被漏檢。然而， 準 定 “檢 目中若

30、有一臺閥 一 指 不符合表 7 中技 要求的 定，允 從供抽 的閘閥 品中再抽取 定的抽 臺數(shù)，再次檢 全部檢 目的 果必 符合表 7 中技 要求的 定，否 判為不合格品”， 定 一步放寬了對閥門 量的要求。根據(jù)式 ( 2) ，判批 不合格的概率是1 Pa ( p ) 。若型式 的檢驗方案 ( 2; 0) 不能通過，只要再次抽 檢驗不出現(xiàn)不合格品就可以判定 批閥門合格，此批閥門即判定 合格。反之只有 2 次抽 檢 都不能通過，才能判定批閥門為不合格。根據(jù) 一 定，最后通過的概率 Pa再次 ( p) 為Pa再次 ( p) = 1 1 Pa ( p) 1 Pa ( p) (3)按照式 ( 3) 計

31、算批 在不同 量水平 p 下用檢 方案 ( 2; 0) 再次抽 檢驗后合格 ( 即通過) 的概率如表 2 所示。表 2 ( 2;0) 再次抽 方案在不同 量水平 p 下的通 概率 量水平1. 52. 54. 06. 510203045p( % )P a再次( p) 0. 999 0. 998 0. 994 0. 984 0. 964 0. 870 0. 652 0. 514表 2 中的數(shù)據(jù) 明，即使一批 中有接近一半不合格品 ( 或不合格品率為 45% ) 存在，還有51. 4% 通過檢驗的可能性，即抽 檢驗 2 次有一次被判 合格的幾率。4 結語閥門整體 品 量水平低，除生 企 自身原因外，

32、閥門 品 準的不完善也是不可輕視的，應 予高度重 和必要的修正。 品 準主要目的是 一 定 品的技 性能與要求，至于如何控制閥 的 量水平應該由各個生 企 根據(jù)其技 能力與管理水平控制和把握。如果 品 準需要 一的 量水平和制定檢驗規(guī)則，應根據(jù)抽 檢 控制理論，科學地制定 收 驗規(guī)則，避免出 品按 準 行 量把關，不合格的 被 判 合格 品的現(xiàn)象。參 考 文 獻1葉永和 品 量控制與提高 答M 北京: 中國計量出版社，20092GB /T 19000 2008， 量管理體系 基 與 S3GB /T 12232 2005，通用 法 接 閥 S( 修改稿日期: 2011. 11. 03)2012

33、年第 1 期閥門 23 文章 號:1002-5855( 2012) 01-0023-06 體內 筒壁厚計算式的探 倪 平( 寧波埃美柯 閥門有限公司，浙江寧波 315020)摘要 根據(jù)不同的 度理 和 準 ，分析了國內外相關標準 定的各種內 筒壁厚 算式的推 程。通 比和 差分析， 某些 算式的適用性提出 疑，建 制定與國 接 且符合國情的 殼體 度方法系列標準。關 體; 內 筒; 壁厚; 計算式中 分 號: TH134文獻 : AThe discussion of equations for calculating the wall thicknessof internal pressure

34、 cylinder for shellNI Ping( Ningbo AMICO Copper Valves Mfg Inc，Ningbo 315020，China)Abstract: The article analyzes derivations of the equations for calculating the wall thickness of the inter-nal pressure cylinder in terms of national and international standards according to their different intensity

35、 theory and design principles It raises questions to applicability of some equations by comparison and er-ror analysis Finally，the author proposes to make the national standards of shell design strength with ap-plicable for both international standards and national situationsKey words: shell; intern

36、al pressure cylinder; wall thickness; calculating equation1 概述通過對國內外相關 準的 體內 筒壁厚計算式推 程的研究和分析，以及壁厚計算 的 比和誤差分析， 行 準 定的 體壁厚計算式在引用、 和參數(shù)定 上存在一些不恰當處置，在強度理論、設計準 和安全系數(shù)的 上與國 準存在不同和滯后的現(xiàn)象。希望此文能有助于 壁厚計算式和殼體設計強度方法的選用和探 。2 薄壁 筒壁厚計算閥門殼體的 筒外徑與內徑之比小于等于 1. 2 時，其強度通常按薄壁容器分析，根據(jù)不同強度理論、設計準 和計量 位，由受內 薄壁 筒 力公式推 出各 用 體壁厚計算式

37、。取 J = 0。用截面法解得 = Pd /2t，Z = Pd /4t，因Z 僅為 之半，所以內 薄壁 筒的最大 力 由周向 力 確定。 =Pd( 1)2t式中 力，MPaP內 ，MPad內徑，mmt壁厚，mm2. 2 按第四 度理論計算的薄壁中徑 算式因 J = 0，Z = 0. 5，按第四 度理論的強度條件確定的相當 力 r4 為1222r4 =( Z )+ ( Z J )+ ( J ) 槡22. 1 內 薄壁 筒的 力公式薄壁 筒在內 力 P 的作用下， 生周向 力=槡3、 向 力 Z 及徑向 力 J 。工程 用上一般r42作者 介: 倪平( 1947 ) ，男，工程 ，從事 的 品開

38、和工藝設計。 24 閥門2012 年第 1 期2( 2)槡3代入式( 1) ，( dM+ t)替 內徑d，以中徑整理得t =PdM( 3)2. 3 P式中dM 閥體中腔最大內徑，mm許用 力，MPa1962 年水管 爐 度 算公式 行 定參考前 準，采用式( 3) ，取= ReL /1. 65，至 1977 年被替 。其 塑性材料的 體壁厚計算參照式( 3) ，但將改 用拉 力，仿 ASME 1 鍋爐爆破 力 算式在 1952 年之前對= b /4. 0 的 定，取= Rm /4. 25。又因 閥體型腔有別于 爐 筒，是由內徑大于等于通道內徑 d 的中腔與 接管路的通道交叉構成，因此通常按閥體

39、中腔最大內徑 dM 取 。但在列表方法的表 計算式中 按 1. 5d 取 ，比通徑大 50% 。這雖有利于預先按公稱通徑估算中腔最大內徑 制壁厚表 ，但偏差較大。2. 3 按第三 度理論計算的薄壁閥體中徑 算式由第三 度理論強度條件確定相當 力 r3 為r3 = J=Pd2t以中徑(dM+ t)替 內徑d，整理得t =PdM( 4)2 P1977 年由石化部和一機部 合 的 制石油化工 力容器 定，改用大多數(shù)國家 用的第三 度理 薄壁中徑 算式，取為 ReL /1. 6和 Rm /3. 0 中 小值，將屈服和斷裂同時作為 力容器強度失效的兩種主要形式，安全系數(shù) 一直沿 至 GB 150 199

40、8。但同一時期的文獻1選擇式( 3) ，并延用至今。由于第一強度理 和第三 度理 所得筒壁上一點的相當 力相同，若將改 用拉 力， 式 4 也適用于灰 等脆性材料閥體壁厚計算。以 力分析設計 基 的 ASME 2( Pa 0. 4時) 和 BS EN12516 2 基于由內 引起的，沿 筒形殼體厚度上的 體一次薄膜 力強度的 算， 出相同的壁厚計算公式，但與 爐 筒不同的是，P 被定 “ 內 ，加上所考 的任一點由流體靜壓 所 生的 力”。因此式( 4) 應 薄壁閥體壁厚計算的基本公式，可分 適合于脆性和塑性材料。2. 4按第三 度理論計算的薄壁閥體外徑 算式薄壁公式只有在壁厚極小時( 理論值

41、為 0) 才是正確的。 以外徑 D( D = dM + 2t) 替 內徑 d 代入式( 1) ，整理得PdMt = 2 2P( 5) 將計算式由 適用于薄壁內 筒，擴大到也適用于 厚壁， 及管件改用第三 度理 薄壁閥體外徑 算式( 5) ，使得 筒外徑與內徑之比由 1. 2 擴大到 1. 5。例如磅級壁厚計算式( 9) 覆蓋ASME B16. 34 壁厚表 的范 因此可由 600 磅級以下擴大至 1 500 磅級以下的各檔 格( 不含 DN25 以下) ，既適用于中低 薄壁閥體，也適用于 力不很高的 厚壁閥體。當需要直接 筒外徑 D 為設計參數(shù) ，也可采用式( 6) ，如 ASME B31.

42、4 的 管壁厚計算公式即由式( 5) 而來。但式( 5) 和式( 6) 未 及溫度 力因素，一般只在 200 下使用。t =PD( 6)22. 5 按第三 度理論計算的中溫薄壁 制閥體外徑 算式根據(jù)斷裂力學理論，溫度 生的 力能夠抵制外 荷對裂 的影響，起到止裂效果。引入溫度系數(shù) Y 及溫度 力 YP，式( 6) 適用于中高溫鋼制薄壁 力容器壁厚計算式( 7) 。當 P0. 385時，其被 ASME I 確定 中高溫 力容器壁厚計算式 = PD2t YPPdMt = 2 2( 1 Y) P( 7)如 素體 或奧氏體 制閥體其使用溫度不超過 480 ，則溫度系數(shù) Y = 0. 4 ( ASME

43、PG 27. 4或 BS EN12516 1 溫度系數(shù)表) ，以 1. 5d 替 dM ，式( 7) 第三 度中溫薄壁 制閥體外徑 算式1. 5P d( 8)t = 2 1. 2P在公英制計量 位確定后即成 品 準計算式，如 力單位為 psi 的 MSS SP 67 2002 的蝶閥閥體英制壁厚計算公式。如取= 119MPa或 17 280psi， 式( 8) 在各 中溫 制 中，可同 足 PN 系列或 Class 系列的 體壁厚計算，因此2012 年第 1 期閥門 25 應視其為中溫薄壁 制閥體壁厚計算的基本公式。2. 6 Class 系列中溫薄壁 制閥體磅級壁厚計算式 ( 1) ASME

44、的 磅級壁厚計算式在 ASME 計算式中， 力 用磅級表示。若按 ASME B16. 34 的 力 溫度 定 ，取第 1 材料 RP0. 2 乘以 0. 6 系數(shù)( 安全系數(shù)的倒數(shù)) ，再乘以 造 量系數(shù)，則= 36 000 0. 6 0. 8 = 17 280psi = 119MPa。查 1. 1 準 定工作 力表 ，300 磅級以上最大工作 力 PM ( psi) 與磅級數(shù)之 存在恒定比 2. 468。若將式( 8) 的 P 值( psi) 和 用 力( psi) 各 小 ，則 P 被 算成 的磅級數(shù) Pb ，許用 力 成了在 算 程與材料 度不能互 的固定 力系數(shù) S，式( 8) 成 A

45、SME B16. 34 的列表方法 用磅級壁厚計算公式。t =1. 5Pb d( 9)2S 1. 2Pb式中Pb 力磅級數(shù)( 如 150 磅級，Pb= 150，300 磅級，Pb = 300)S 力系數(shù)( S = 7 000)式( 9) 被 ASME B16. 42 和 ASME B16. 5 分 指定 球墨 和 制法 管件的壁厚計算公式。但球墨 與 的 力 溫度 及 力系數(shù) S 并不相同，若以球墨 用 力代入式( 8) ，其值比式( 9) 的 算 厚，雖 150Lb 的偏差 3. 5% ，但 300Lb 出 較大偏差，約增加了 25% 。( 2) 150 磅級閥體壁厚計算 偏差閥門殼體和法 的 力 溫度 定 的確定 則，300 磅級以上都是相同的，但 于 150 磅級，則是不同的。以 ASME B16. 34 確定的第 1 材料 例，常溫 最大 定工作 力 PM 為S1P M = 8 750Pr式中Pr 力等級 定指數(shù)( 于所有等于大于 300 磅 的，Pr 等于磅級數(shù)。 于150 磅級，其 Pr 等于 115)P M 常溫 最大 定工作 力，psiS1