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脉冲阀螺纹连接的强度分析

发布于:2016-03-09 18:01
强度分析

      螺纹连接的第一个螺纹接头属于压力容器的范围,有关重大事故也常见报道。某厂第三套聚乙烯装置由于高压气体的法兰螺栓材料质量不好,造成大量乙烯气体泄漏引起爆炸停产事故,某所一台内径为130mm、工作压力150MPa的等静压超高压容器,工作不到40个循环,就在其顶部首牙处应力集中严重部位横断破坏。
      高压聚乙烯装置脉冲阀主体结构如图所示,进口螺栓跨中均布,出口螺栓对中均布。文献报道,阀体进出口法兰盘的紧固螺栓各8支,按图纸要求,每支螺栓螺母紧固扭矩应控制在604.77(m·kg)。约1年多后对该阀进行解体检查和装配,进行了318MPa压力试验,合格后重新投入使用,当压力升至250MPa时,发现脉冲阀声音异常,降压后解体检查发现脉冲阀进口法兰螺栓断裂。螺栓的断裂和一支螺栓的裂纹均发生在相同部位,即与法兰盘端面相对应部位,断裂表面基本与螺栓轴向垂直,断口附近金属未发生明显塑性变形。本研究进一步对该阀的螺纹连接进行强度分析及前人分析中存在的问题作全面分析。
      超高压脉冲阀承受周期性载荷,随着脉冲的开关,阀的入口压力实现降压和升压。压降大约在40MPa。一般脉冲周期设定为28,脉冲深度设定为1.5-2.0s。在循环运行过程中,阀的出口伴随着一个“反焦耳-汤姆逊”现象,阀的出口温度会上升到2900℃左右。基本技术参数如下:设计压力290MPa,设计温度3430℃,密封实验压力290MPa,阀体实验压力345MPa,正常工作压力228MPa,工作温度2460℃。
      文献认为,断裂螺栓材料的化学成分符合美国AISI4340H标准规定,螺栓显微组织均属正常4340H高强度钢调质处理的典型组织,即回火索氏体。螺栓材料化学成分、金相组织、力学性能均正常,断裂属于交变应力作用下发生的疲劳断裂,原因是高压应力脉动、螺栓周围的气体中含有氯离子、螺栓不均匀受力,建议螺栓采用高强度不锈钢制作。两组断裂螺栓的实际屈服强度见表2Cz70表中的换算强度是编辑根据硬度平均值对照GB/T1172-1999《黑色金属硬度及强度换算值》插值计算而得,高出直接检测平均值,说明检测结果可靠。分析表可知,室温下两组螺栓的实际屈服强度及冲击韧性与AISI4340H的典型数据非常接近,可以初步推断工作温度或设计温度下两组螺栓的实际屈服强度也与AISI4340H的典型数据接近。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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