大型全焊接球阀设计方法与试验研究

摘要 .............................................................. IV Abstract ............................................................. V 第1章绪论 .. (1)

1.1 研究的背景和意义 (1)

1.1.1 研究的背景 (1)

1.1.2 研究的意义 (2)

1.2 国内外研究现状 (2)

1.3 主要研究内容和目标 (3)

1.3.1 主要研究内容 (3)

1.3.2 研究的目标 (3)

1.4 研究方法和技术路线 (3)

1.4.1 可靠性数据的收集和记录 (3)

1.4.2 可靠性设计和试验的方法 (4)

1.4.3 研究的技术路线 (5)

第2章大型全焊接球阀可靠性分析方法 (6)

2.1 前言 (6)

2.2 大型全焊接球阀结构原理 (6)

2.3 大型全焊接球阀工作载荷及工作条件讨论 (7)

2.3.1 阀门工作载荷讨论 (7)

2.3.2 阀门工作条件讨论 (7)

2.4 大型全焊接球阀失效模式分析 (8)

2.4.1 静载荷失效 (8)

2.4.2 疲劳失效 (8)

2.4.3 腐蚀失效 (9)

2.4.4 磨损失效 (9)

2.4.5 其它失效 (9)

2.5 大型全焊接球阀FTA及FMECA分析 (10)

2.5.1 FTA分析 (10)

2.5.2 FMECA分析 (11)

2.6 大型全焊接球阀可靠性技术指标 (12)

2.6.1 目标可靠度 (12)

2.6.2 任务可靠性和失效界定 (12)

2.7 大型全焊接球阀可靠性设计方法 (12)

2.8 本章小结 (13)

第3章大型承压壳体基于可靠性的设计 (14)

3.1 前言 (14)

3.2 静强度可靠性设计基本原理 (14)

3.2.1 概率密度计算模型 (14)

3.2.2 应力-强度干涉模型 (15)

3.3 设计目标及基本参数 (16)

3.3.1 设计目标 (16)

3.3.2 设计基本参数 (16)

3.4 应力数据及分布 (17)

3.4.1 实体模型及有限元模型 (17)

3.4.2 约束和载荷条件 (18)

3.4.3 分析结果 (18)

3.5 强度数据及分布 (20)

3.5.1 测试原理 (20)

3.5.2 试样要求 (20)

3.5.3 试验结果 (20)

3.6 可靠度计算 (21)

3.6.1 计算原理 (21)

3.6.2 计算流程 (21)

3.6.3 计算结果 (22)

3.7 可靠性优化 (24)

3.8 本章小结 (24)

第4章承压焊缝安全性试验评价 (25)

4.1 前言 (25)

4.2 断裂力学基本原理 (25)

4.3 消除焊接残余应力试验 (27)

4.3.1 残余应力的产生 (27)

4.3.2 消除残余应力方法 (27)

4.3.3 盲孔法测定基本原理 (28)

4.3.4 壳体焊接残余应力的测定 (28)

4.3.5 残余应力测定结果 (29)

4.4 焊缝断裂韧性试验 (29)

4.4.1 试样要求 (29)

4.4.2 试验参数及结果 (30)

4.4.3

R a

δ-?阻尼曲线 (30)

4.5 焊缝断裂韧性的评判依据 (31)

4.6 焊缝韧性评判结果 (31)

4.7 本章小结 (32)

第5章大型全焊接球阀试验研究 (33)

5.1 前言 (33)

5.2 大型全焊接球阀常规试验 (33)

5.2.1 壳体强度试验 (33)

5.2.2 阀座密封试验 (34)

5.2.3 常规试验存在的问题 (35)

5.3 动态密封和流量试验 (35)

5.4 弯曲试验 (35)

5.5 温度试验 (36)

5.6 本章小结 (37)

结论 (38)

参考文献 (40)

致谢 (43)

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 (44)

摘要

随着西气东输、中俄原油管道等多项重点长输油气管道工程的建设,我国对大型全焊接球阀的市场需求激增，为提高管道系统的输送能力和效率，管道朝着大口径、高压力方向发展，这些高技术参数对大型全焊接球阀等关键设备提出了更高的可靠性要求。然而，目前传统的设计方法无法考量设计的安全程度，传统的试验方法无法真实的反应阀门在使用时的状况，鉴于目前的发展趋势，产品进行可靠性设计和工况模拟试验可以在一定程度上弥补这些不足。

本文简要介绍了进行大型全焊接球阀可靠性设计研究的背景和意义、国内外研究现状，对大型全焊接球阀的工作载荷和工作条件进行了讨论，对失效模式、FTA、FMECA进行了分析，介绍了全焊接球阀可靠性技术指标的确定方法。以某大型全焊接球阀的壳体为例，采用应力-强度干涉模型对壳体进行静强度可靠性设计，计算了阀门关键零部件的可靠度，为产品的系统可靠性分析提供数据支持。因全焊接球阀壳体焊缝的安全至关重要，本文指出了相关试验和评价方法，包括消除焊接残余应力方法、焊接残余应力的测试及焊缝断裂韧性的评价等。最后介绍了大型全焊接球阀整体性能试验方法，提出了现有试验方法存在的不足和缺陷，指出了对大型全焊接球阀进行动态密封试验、流量试验、弯曲试验等的必要性。

本文采用理论分析与试验相结合，提出了大型全焊接球阀关键零部件可靠性设计方法及试验方法，为今后研究整个管道输送系统可靠性评估提供真实有效的数据，进而指出对通用机械进行可靠性研究的重要意义。

关键词：全焊接球阀；可靠性；设计；试验