- 液化天然氣裝備設計技術·LNG低溫閥門卷
- 張周衛 汪雅紅 田源 張梓洲
- 1581字
- 2020-03-27 11:40:06
4.7 內壓自密封閥蓋的計算校核
閥蓋和楔形密封墊之間按先接觸密封設計，楔形密封墊的外錐面上開有1～2條環形溝槽。楔形密封墊的錐角分別為：
；
；
。
4.7.1 載荷計算
內壓引起的總軸向力為：
（4-27）
式中 F —內壓引起的總軸向力，N；
—密封接觸圓直徑，mm；
p —設計壓力，MPa。
預緊狀態時，楔形密封墊的軸向分力，即預緊螺栓的載荷為：
（4-28）
式中
—楔形密封墊密封力的軸向力，N；
—線密封比壓，對碳素鋼、低合金鋼取
；
—摩擦角，鋼與鋼接觸
；鋼與鋁接觸
。
代入數據得
4.7.2 支承環的設計計算
支承環結構如圖4-6所示。
圖4-6 支承環
支承環結構尺寸確定后，需對作用于縱向截面的彎曲應力和a—a環向截面的當量應力進行強度校核。
（1）縱向截面的彎曲應力校核
（4-29）
式中
—彎曲應力，MPa；
—a—a截面的直徑，mm；
—螺栓孔中心圓直徑，mm；
—支承環外徑，mm；
—支承環內徑，mm；
—螺栓孔直徑，mm；
—支承環厚度，mm；
—設計溫度下，元件材料的許用壓力，MPa。
（2）a—a環向截面的當量應力校核
（4-30）
式中
—當量應力，MPa；
—a—a環向截面的彎曲應力，MPa；
—a—a環向截面的切應力，MPa；
h —厚度，mm。
4.7.3 四合環的設計計算
四合環由四塊元件組成，每塊元件均有一個徑向螺孔，計算式視為一個圓。
四合環結構如圖4-7所示。
圖4-7 四合環
對作用于a—a環向截面的切應力校核：
（4-31）
式中
—a—a截面直徑，mm；
—拉緊螺栓孔直徑，mm；
—拉緊螺栓數量，個；
—厚度，mm。
代入數據得
4.7.4 預緊螺栓的設計計算
預緊螺栓光桿部分直徑計算：
（4-32）
式中
—預緊螺栓光桿部分直徑，mm；
—常溫下螺栓材料的許用應力，MPa；
—螺栓數量，個。
代入數據得
4.7.5 閥蓋的設計計算
閥蓋的結構尺寸確定后，對作用于縱向截面的彎曲應力和a—a環向截面的當量應力進行強度校核。
（1）縱向截面的彎曲應力校核
（4-33）
式中 
—縱向截面的彎矩，
；
—縱向截面抗彎矩系數，
。
按式（4-34）計算：
（4-34）
按下述方法確定：
當
時，
；
當
時，
。
式中
—縱向截面形心離截面最外端距離，mm；
—閥蓋高度，mm；
—密封接觸圓直徑，mm。
（2）a—a環向截面的當量應力校核
（4-35）
式中
—彎曲應力，MPa；
—切應力，MPa。
按式（4-36）計算：
（4-36）
式中 
—a—a環向截面的平均直徑，mm。
按式（4-37）計算：
（4-37）
（4-38）
4.7.6 閥體頂部的設計計算
閥體頂部結構示意如圖4-8所示。
圖4-8 閥體頂部結構
閥體頂部的結構尺寸確定后，需對作用于a—a和b—b環向截面的當量應力進行強度校核。
（1）a—a環向截面的當量應力校核
（4-39）
式中
—a—a環向截面的當量應力，MPa；
—拉應力，MPa；
—彎曲應力，MPa。
按式（4-40）計算：
（4-40）
式中
—外直徑，mm；
—直徑，mm。
代入數據得
按式（4-41）計算：
（4-41）
式中 
—a—a環向截面處厚度，mm；
（4-42）
—作用于a—a環向截面單位長度上的最大彎矩，
。
按下列步驟計算：
① 
引起的彎矩
按式（4-43）計算
（4-43）
式中 M —
引起的彎矩，
；
H —力臂，mm，
；
—閥體頂部中性面Y—Y離直徑
的距離，mm。
當
時，
；
當
時，
。
② 中性面單位長度的彎矩
（4-44）
式中
—中性面單位長度的彎矩，
；
—閥體頂部中性面Y—Y的直徑，
，
。
③ 計算系數β
（4-45）
式中 
—計算系數，
；
—平均壁溫下，材料的泊松比。當缺乏數據時，可取
。
根據
值查圖4-9，得
值和
值。
圖4-9 
及
與
的關系
④ 計算系數C
（4-46）
根據
及C值查圖4-10得
的值。
圖4-10 
與
的關系
⑤ 沿中性面Y—Y單位長度上的徑向載荷
（4-47）
式中
—沿中性面Y—Y單位長度上的徑向載荷，
；
—密封反力引起的徑向載荷，
。
（4-48）
⑥ 計算彎矩
（4-49）
式中 
—計算彎矩，
。
最大彎矩
取如下等式中絕對值較大者：
，
（2）b—b環向截面的當量應力
（4-50）
式中
—b—b環向截面的當量應力，
；
—彎曲應力，
；
—切應力，
。
按式（4-51）計算：
（4-51）
代入數據得
按式（4-52）計算：
（4-52）
代入數據得
4.7.7 低溫密封比壓計算
密封面上的密封力
（4-53）
式中
—密封面的外徑，mm，
；
—密封面的內徑，mm，
；
—密封面的摩擦系數，
。
代入數據得
密封面的必需比壓
密封面上的介質靜壓力
密封面上的總作用力
密封面上比壓
結論：
，滿足條件。