井口闸阀连接螺纹的优化设计.docx

井口闸阀连接螺纹的优化设计一、优化设计1目标函数工况分析可知欲保证阀门在中法兰螺纹连接处的密封可靠性必须同时确保阀体耐压强度σp和螺纹连接强度σsr即：σp=σsr<[σs]（10）上式中符号[σs]表示材料的许用屈服强度。2参数优化根据第四强度理论推导螺纹连接处的抗拉应力为：σsr=0.554(d2-d''''2)pDzh2（11）式中d''''为阀杆直径（mm）；d为阀体内径（mm）；p为阀门的设计压力（MPa）。壳体受内压时的拉应力为：σp=(d2-d''''2)p(D-2h)2-d2（阀体）（12a）σp=(D2-d''''2)pD''''2-(D+2h)2（阀盖）（12b）式中D''''为阀盖外径（mm）。阀体、阀盖连接螺纹的螺距选择和壁厚设计必须同时满足式（11）和（12）。计算时先以式（12）确定最大允许壁厚（D-d）/2然后根据计算结果依据式（10）、（11）、（12）选择最优螺距P最后将计算结果代入上述各式校核确保各参数均满足强度要求。此外考虑到螺纹连接受力的不均匀性螺纹的旋合长度一般为（5~10）P。二、计算实例热采井口闸阀ZFK81-250/65的额定压力为25MPa阀体和阀盖材料均为ZG310-570其屈服极限为σs=310MPa。若取安全系数S=1.5则材料的许用屈服强度[σs]=206.7MPa。设计压力取p=50MPa。已知阀体螺纹大径D=125mm阀杆直径d''''=28mm。初取螺距P=3mm将上述数据带入式（12a）得阀体内径D=109.4mm。将此计算结果带入式（10）计算所得螺距P=4.26这与初选螺距相差太多不合要求。重选螺距P=4.2333（即每英寸6牙）得阀体内径d=108.1mm（取108mm）阀盖外径D''''=1453mm（取144mm）螺纹旋合长度为8P=34mm此时的计算螺距为P=4.27与初选螺距比较接近即此数据符合等强度要求且满足了螺纹、壳体同强度要求。这比经验法（按经验法设计的相关参数：阀体内径d=96阀盖外径D=146螺距P=4）更具理论依据计算结果也更可靠、更符合设计要求。应用表明优化了的阀门使用性能可靠未发现在中法兰处发生泄漏等异常现象。三、结语1）对螺纹的牙型和受力分析发现相同螺距情况下55°螺纹比60°三角螺纹具有更高的工作高度更大的牙底不仅螺纹面的利用率高其螺纹抗剪、抗挤和抗弯强度也较高。2）从连接强度方面考虑牙型角为55°的螺纹比60°的三角螺纹更适宜用于紧固连接。3）利用等强度理论对井口闸阀中法兰处的连接螺纹和阀门壳体壁厚进行了优化设计结果表明该设计方法更能满足设计要求且有利于节省成本可靠性更高。4）该优化设计方法需反复试算计算繁琐宜采用计算机编程方法计算。作者：韩兵奇单位：中国石油大学机电装备教学实厂