高压管线阀门压力试验装置的设计

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2008年第5期　　　　　　　　　　　　　　　　　阀　　　门

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文章编号:100225855(2008)0520021203

高压管线阀门压力试验装置的设计

谭炳超

(中国石化集团上海工程有限公司,上海200120)

　　摘要　介绍了高压管线阀门压力试验装置的结构特点和设计经验。

关键词　长输管线用阀;球阀;试验;装置　　

中图分类号:TH134　　　　文献标识码:A　　

DesignoftheequipmentfortheHigh-pressure’spressuretest

TANBing-(SINOPECShanghai200120)

Abstract:Thestructuralandexperienceweredescribedontheequipmentofthehigh-pressuretest.

Keywords:;ballvalve;test;equipment1　概述

随着中哈输油管线、西气东输一线、二线等长

输管线的建设,国内对长输管线阀门的需求越来越大。长输管线的输送压力和管路通径逐步增大,以西气东输为例,西一线设计压力为1010MPa,公称通径为1000mm,西二线设计压力为1210MPa,公称通径为1200mm。长输管线用阀门多采用球阀,普通的压力试验机不能适应大口径高压管线阀门压力试验的需要(如Class900,PN48in.阀门),阀门强度试验时介质对试验装置的推力达26MN,而且,对于设有焊接袖管的全焊接球阀,在压力试验机上进行整机试验难度很大。为满足高压管线阀门的压力试验需要,研制了适用于焊接端及法兰端,具有卡环结构和自紧式密封结构及在袖管焊接坡口位置设置密封面的压力试验装置。2　结构

长输管线阀门与管道的连接通常有法兰连接和焊接连接形式(图1)。对于焊接端,有两种情况,一种是不要求焊接袖管的,一种是要求焊接袖管的。近年来,全焊接球阀在长输管线上运用越来越多,为防止阀门在与管道焊接时遭到损坏,免做焊接工艺评定,通常在阀门端部焊接一段袖管(图2)。对于法兰连接阀门,试验时只需设计一片盲

板,与阀门法兰端连接,即可进行压力试验,相对比较简单

。

图1　阀门端部结构

　　对于焊接端不带袖管的阀门,采用图3所示装置进行压力试验,该装置主要由卡环、活节螺栓、

支撑环、盲板、密封环和O形圈等组成。由于焊接端阀门没有盲板固定位置,需要在阀体上加工一道环槽,便于固定卡环。卡环采用对开式,通过活节螺栓连接,在卡环和盲板之间添加支撑环,减少卡环和盲板的弯曲变形。由于各管线的配管尺寸不

作者简介:谭炳超(1960-),男,上海人,工程师,从事阀门设计加工工作。

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　阀　　　门　　　　　　　　　　　　　　　2008年第5期—22—

同,阀门端部尺寸略有变化,为提高互换性,降低制造成本,将密封环和盲板制作成分体结构。密封环与盲板和阀门之间通过O形圈构成密封。对于APIClass600以上级别阀门,密封环可采用图4所示结构,用PTFE材料制造。在密封环与阀门内腔接触处的内侧加工一道斜槽,形成类似唇形密封的结构。在进行压力试验时,阀内腔介质压力会将密封环的外侧推向阀体,形成自紧式密封,使密封更为可靠。密封环与阀体的密封可以不靠卡环与盲板之间的螺杆预紧力来实现

。

形,要在其内孔实现密封难度非常大。此时可以选择图6所示的密封结构,在盲板上加工一凸台,高度为60mm左右。凸台上端倒20°斜角,便于装配时导向。凸台底部尺寸与袖管内孔尺寸相同,装配时可以通过拧紧拉杆螺栓对袖管端部进行校圆。

在盲板上加工O形圈槽,使O形圈与袖管端部焊接坡口位置形成密封

。

图4　

密封环

图2　

带袖管的焊接端部

11卡环　21O形圈　31盲板　41螺杆　51螺母

图5　阀门焊接端带袖管的试验装置

11阀体　21活节螺栓及吊耳　31卡环　41支撑环

51盲板　61O形圈　71密封环

3　计算311　盲板壁厚

[σ]

图3　阀门焊接端不带袖管的试验装置

　　对于焊接端带袖管的阀门,采用图5所示装置

进行压力试验。该装置主要由卡环、盲板、螺杆和O形圈等组成,与不带袖管的焊接端阀门试验装置类似。对于袖管壁厚大于18mm的阀门,加工及焊接袖管产生的变形较小,可以在袖管端部加工高度为60mm的密封带,采用与焊接端不带袖管的阀门试验装置相同的结构进行压力试验。对于袖管壁厚较薄的阀门,在加工及焊接过程中袖管易产生变

δD=DC

δ式中　——盲板厚度,mmD—DC———盲板计算直径(盲板密封面中心直

径),mmK———结构特征系数(取K=0125)PC———计算压力,MPaσ]—[——设计温度下材料的许用应力,MPa

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2008年第5期　　　　　　　　　　　　　　　　　阀　　　门　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　—23—

S=F=

4

πD4

σ——拉应力,MPaa—

π(D1-D22)

b-b环向截面的当量应力σob为

图6　

薄壁袖管用试验装置

22στ019[σ]ob=mb+3b≤

σa=

2

σ式中　——弯曲应力,MPamb—

σmb=

3114D112

——b—

b图7　D1L1

312　螺栓数量

卡环厚度计算与盲板相同,卡环内端面所受剪

应力应满足

τK=τ

π(D1+2h)L2≤[]

4　结语

πD4A[σb]

式中　N———螺栓数量

[σ——螺栓材料的许用应力,MPab]—

N=

A———螺栓截面积,mm2

2

313　阀体端部

阀体端部的结构尺寸如图7,确定端部尺寸并

对a-a和b-b环向截面的当量应力进行强度校核。　　a-a环向截面的当量应力σoa为

σ019[σoa=σma+σa≤b]tσ式中　——弯曲应力,MPama—

σma=2

S

在普通的压力试验机不能适应大口径高压管线

阀门压力试验的情况下,采用卡环结构和自紧式密封结构及在袖管焊接坡口位置设置密封面的压力试验装置对焊接端及法兰端连接的长输管线阀门进行压力试验。该装置结构简单,制造成本低,试验操作方便,取得了较好的使用效果。

参

考

文

献

〔1〕　GB150-1998.钢制压力容器〔S〕.〔2〕　成大先.机械设计手册〔M〕.北京:化学工业出版社,

2002.

(收稿日期:2008106110)

(上接第17页)

由于手轮机构属于传递运动和动力的传动装

置,所以丝杆选用梯形螺纹,螺纹的旋向根据阀门中手轮顺时针旋转为阀门关闭,逆时针旋转为阀门开启的规律。确定梯形螺纹旋向为左旋。在动力传递中,键的作用是为了防止丝杆在蜗轮中旋转。由于需要密封所以推杆的表面精度要求较高,为了防止与丝杆传动时碰伤,所以传递力从丝杆传递到推杆时采用锥面结构。4　结语

气动活塞式执行装置手轮机构设计合理,效率

高。操作者运用较小的力,就可以输出较大的执行力。此手轮机构还可以很方便的应用于输出力较大的薄膜式执行装置,可广泛应用于工业自控系统中要求切断的场合。

参

考

文

献

〔1〕　杨黎明,黄凯,等.机械零件设计手册〔M〕.北京:国防

工业出版社,1987.

〔2〕　机械工业部仪器仪表工业局.调节阀机械装校工艺学〔M〕.

北京:机械工业出版社,1987.

〔3〕　陆培文.

调节阀实用技术〔M〕.北京:机械工业出版社,

2006.

(收稿日期:2008103121)