公稱壓力PN主要根據介質的工作壓力和工作溫度以及承壓件和控壓件的材料來確定,一般地說,在任何情況下,都可以按閥門的實際工作壓力來計算,當然,也要把影響材料強度的介質溫度考慮在內。但是不可忽略的是,介質參數對于各種管路變動範圍是很大的。
很显然,如果按照上述方法设计閥門,即对于作用在任何管路内介质的每一种工作压力和工作温度的閥門,都要进行计算,然后设计和制造,这就要大量地增加閥門的类型和规格,使閥門的生产过程复杂化,增加成本。所以这样做虽然从力学上看是合理的,但从经济上看是不必要的。
經過生産實踐的不斷總結,我們把實際工作中常用的所有工作壓力在標准溫度下劃分成幾個組或幾個壓力級,實際上在工業中的各個裝置上的工作壓力也是有級別的,再進一步將材料和介質溫度考慮在內,制定出每個級別的最大和最小的工作壓力範圍。
随着介质温度的升高,工作压力相应降低,这是因为材料的强度(尤其屈服强度)也随温度的升高而降低。这样,设计閥門时,就可以不按作用在管路内介质的工作压力,而是按通常实际采用的标准温度下的压力来进行设计,即按着公称压力PN来设计。
GB/T 1048-2005规定公称压力有两个系列,即DIN系列和ANSI系列,各系列的公称压分别是:
DIN系列 | ANSI系列 |
PN2.5、PN6、PN10、PN16、PN25、PN40、PN63、PN100 | PN20、PN50、PN110、PN150、PN260、PN420 |
可按以上规定的公称压力系列设计閥門。
另外还可按美国的公称压力级系列设计閥門,其中钢制閥門压力级系列为CLl50、CL300、CL400、CL600、CL900、CLl500、CL2500、CL3500、CL4500。
公稱壓力PN和CL大體的對應關系是:
CL | 150 | 300 | 400 | 600 | 900 | 1500 | 2500 | 3500 | 4500 |
PN | 20 | 50 | 63 | 110 | 150 | 260 | 420 | 560 | 760 |
在GB/T 12224-2005《钢制閥門 一般要求》中給出了標准壓力級和特殊壓力級各22種常用材料的壓力-溫度額定值,可作爲設計時材料的選用。
在JB/T 3595-2002《电站閥門 一般要求》中给出了不同公称压力PN的14种材料的壓力-溫度額定值,同时给出了CLl50~CL4500WCl、WC4、WC6、WC9的壓力-溫度額定值,可供电站閥門设计时材料的选用。
在美国机械工程师学会标准ASME B16·34-2004《法兰、螺纹和焊接连接的閥門》中给出了CLl50~CL2500标准压力级和特殊压力级321种材料的壓力-溫度額定值,可供设计时选用。
這樣知道了介質的工作壓力。介質的工作溫度和承壓殼體的材料,便可以根據上述標准確定公稱壓力PN。下面舉例說明:
【例1】 已知工作压力p=15.0MPa,介质工作温度t=340℃,閥門的壳体材料为WCB碳素钢。
解:按GB/T 12224-2005查到给定的温度位于315℃和343℃之间。因为给定的温度超过315℃。所以应该采用t=343℃,相应的工作压力,由表内查得工作压力p=15.0MPa位于12.0MPa和18.9MPa之间。因为12.0MPa低于给定的值,所以不能满足给定的条件,再查标准343℃下的工作压力为18.9MPa,满足工作压力要求,其相应的公称压力是26.0MPa,这个公称压力值,就是设计的依据。
【例2】 已知工作压力p=5.0MPa,介质的工作温度为t=500℃,閥門的壳体材料为WCB,试确定压力级CL。
解:按美国标准ASME B16·34-2004查到给定的温度位于表2·1·9,第1.9组材料的壓力-溫度額定值表中为500℃,相应的工作压力,由表内查得5.15MPa满足工作压力要求,其相应的公称压力级CL600,这个公称压力级CL600,就可作为设计的依据。
除公称压力、公称压力级CL和工作压力外,GB/T 12224-2005、JB/T 3595-2002、ASME B16·34-2004标准中还给出閥門的壳体试验压力和高压密封试验压力。所有在介质作用下的承压零件都要按38℃时额定压力的1.5倍作壳体静压试验,以检验零件的铸件或锻件的质量及使用的可靠性。
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