控制阀阀盖法兰的厚度对阀盖强度的影响

陆寒冰，肖同妹

（艾默生过程管理（天津）阀门有限公司，天津  301700）

 摘 要：采用有限元分析法对一体式和分体式两种控制阀阀盖结构型式进行求解，并选取平均应力值进行分析。结果显示阀盖法兰的厚度对阀盖强度的影响为：相同的法兰厚度下，对于仅受介质压力的区域，一体式阀盖所受到的应力大于分体式阀盖设计；对于仅受螺栓预紧力的区域，一体式阀盖所受到的应力远小于分体式阀盖设计。随着法兰厚度越大，两种结构的阀盖的各个区域所受到的应力都呈现变小的趋势。因此，在实际设计工作中，选取合适的阀盖结构形式和阀盖法兰厚度有助于优化阀盖的强度。 

关键词：一体式阀盖；分体式阀盖；阀盖法兰厚度；有限元分析；应力 

The effect of control valve bonnet flange thickness to strength of bonnet

LU Han-bing, XIAO Tong-mei

（Emerson Process Management (Tianjin) Valve Co. Lt, Tianjin, 301700)

Abstract: The finite element analysis method was used to analyze one-piece integral bonnet and two-piece separated bonnet design structures. The membrance stress analysis results discovered that, given the same flange thickness, for the area receiving fluid pressure only, the stress on integral bonnet design is slightly larger than that of seperated design; for the area receiving bolts tightening load only, the stress on integral bonnet design is significantly lower than that of seperated design. The stress reduces as the thickness of bonnet flange increases for both bonnet design structures. Therefore, in the design work, selecting the appropriate bonnet design structure and right flange thickness can help improve the strength of bonnet.

 Key words: integral bonnet; separated bonnet; bonnet flange thickness; finite element analysis; stress

1. 概述

近年来，石油、石油化工、化工、轻工、电力、核电、煤炭、冶金、医药、食品等行业蓬勃发展，市场对阀门的需求也就越来越大。其中控制阀作为过程控制中的关键终端元件，在这些行业中发挥了不可或缺的作用。根据适用的行业和应用场合不同，控制阀种类繁多；即使是相同的种类，各个阀门生产厂商的产品结构也是各有不同。这种不同也体现在对阀盖的设计上^[1]。本文主要研究两种比较常见的阀盖设计结构：一体式结构和分体式结构。

阀盖是控制阀的重要承压部件，它既承受流经介质的工作压力，又承受管道中介质的冲击力，以及螺栓的压力和来自执行机构的输出力。阀盖的壁厚和强度校核关系到承压边界的完整性和安全性，备受关注。如果阀盖在外部载荷下的应力过大，则会造成阀体和阀盖法兰处的泄露，进而给用户企业带来经济损失，严重的还可能造成设备与管道系统甚至整个工厂的停工。因此阀盖法兰的设计在控制阀设计计算中直接关系到阀门的安全性和可靠性，不容忽视^[2]。

本文采用有限元法^[3]分别对一体式和分体式两种不同阀盖结构，不同法兰厚度的六种设计进行求解，通过对阀盖应力的分析和研究揭示阀盖法兰厚度对阀盖强度的影响。

2. 阀盖结构模型

本文研究的控制阀阀盖结构有两类，一是一体式结构，另外一类是分体式结构。所谓分体式结构，是是阀盖由法兰盘和内阀盖两部分组成，分别如图1,2所示。阀盖与阀体通过10个M42螺柱连接，法兰与阀体之间采用的是Inconel 718材质的缠绕式垫片。

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