全焊接球閥閥體應力分析設計

隨著科學技術的不斷進步和制造水平的不斷提高，全焊接球閥的生產也在向著高溫、高壓、大口徑、高密封等高參數方向發展，同時也希望閥門的制造在充分保證安全性的前提下,盡可能做到經濟性。 對于高壓大口徑的全焊接球閥若按原有的以經驗公式為基礎的“常規設計”方法(Design by Rules)進行設計，其口徑超出了常規設計的經驗公式的適用范圍，只能依靠實驗研究進行對比分析設計，這樣會導致成本提高和設計周期延長,而設計出的產品雖然可以保證安全性，但卻不能保證經濟性。

全焊接球閥主要運用于油田開采、天然氣田開采及管道輸送等密封要求嚴格的場合。其主要由殼體、球體、密封圈、閥桿、軸承座、壓蓋及袖管等組成，為了減小外泄漏，將閥體、壓蓋和袖管裝配后焊接而成。由于去掉了閥體上的法蘭和螺栓，因此消除了潛在的外漏通道。與三片式球閥相比，閥體結構緊湊、外形尺寸小，在載荷相同的情況下，全焊接球閥的壁厚較薄，重量較輕，便于運輸和安裝。

目前，國內球閥的壁厚設計通常從ASMEB16.34等標準中直接選取，而標準中給出的最大通徑為1300mm，對于通徑大于1300mm的閥門，不能直接根據此類標準選取壁厚，采用“常規設計”準則設計時，安全系數選取較大，設計出的閥門壁厚較大，雖然為球閥整體安全提供了結構上的保障，但設計方法偏于安全，球閥部分材料得不到充分利用。

“分析設計”方法(Design by analysis)是現代結構分析中的重要手段。由于失效準則的選取不同，“分析設計”方法考慮到局部應力對整體應力的影響，并且根據引起應力的原因將應力進一步分類判定，在保證強度的前提下，放寬了應力的限制條件，對大口徑全焊接球閥而言，將大幅度節省材料，降低成本。采用“分析設計”準則，對閥體球殼與圓筒連接處進行應力分析、分類，在各類應力滿足應力判定條件下，確定閥體的最小壁厚。