內(nèi)螺紋在超高壓容器中的設(shè)計與選擇

劉豐， 齊軍， 唐順杰

（武漢第二船舶設(shè)計研究所，武漢430064）

1 引言

在超高壓容器設(shè)計過程中，由于容器本體密封、聯(lián)接等功能的需要，常需要在筒體表面開設(shè)內(nèi)螺紋孔，以便于超高壓容器本體與其配套加壓系統(tǒng)、卸壓系統(tǒng)等可靠聯(lián)接。由于超高壓容器的設(shè)計壓力較大，故設(shè)備壁厚均較大，而當(dāng)需要在設(shè)備表面開設(shè)內(nèi)螺紋孔時，內(nèi)螺紋的深度可能對超高壓容器的安全性能、有效厚度等造成較大的影響，本文僅以公司自主研發(fā)并生產(chǎn)的一例超高壓旋流除砂裝置中的除砂筒的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，介紹在超高壓容器中設(shè)計內(nèi)螺紋的選擇原則并提出改進(jìn)建議。

2 超高壓容器的典型螺紋

圖1 螺紋孔典型位置圖

超高壓容器的典型螺紋聯(lián)接面分別為筒體端蓋、筒體底部及筒體徑向方向等聯(lián)接面。我公司在實際工程中有一超高壓容器需要開設(shè)螺紋孔，其開孔位置見圖1，其中孔A為端蓋開孔，孔B為筒體徑向孔，孔C為筒體軸向孔，這三種孔涵蓋了壓力容器應(yīng)用中的三種典形開孔。

內(nèi)螺紋孔對超高壓容器的設(shè)計校核中，可分別根據(jù)文獻(xiàn)［1］的附錄C7.6、文獻(xiàn)［2］提供的Peterson應(yīng)力集中設(shè)計系數(shù)法分別對孔A、孔B及孔C所在零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于螺紋孔的長度將影響容器的有效壁厚，螺紋孔的徑向開孔尺寸可形成局部應(yīng)力集中，對超高壓容器的安全性造成影響?？芍?，孔的直徑和深度對容器有一定影響，其中孔的直徑一定的情況下，應(yīng)盡可能縮小孔的深度，確保容器的有效厚度。

內(nèi)螺紋的結(jié)構(gòu)選擇及設(shè)計過程中，應(yīng)結(jié)合螺紋的設(shè)置位置、結(jié)構(gòu)尺寸、加工方法及制造成本等方面綜合考慮，否則有可能造成產(chǎn)品成本的不必要增加。

3 內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)分類及區(qū)別

根據(jù)GB/T 3-1997可知，普通螺紋因收尾、肩距、退刀槽、倒角等不同，存在兩種不同結(jié)構(gòu)形式，普通內(nèi)螺紋可分為帶收尾和肩距內(nèi)螺紋及帶退刀槽內(nèi)螺紋，其結(jié)構(gòu)形式如圖2、圖3所示。

圖2 帶收尾和肩距內(nèi)螺紋

圖3 帶退刀槽內(nèi)螺紋

3.1 結(jié)構(gòu)尺寸

一般情況下，相同螺距的帶收尾和肩距內(nèi)螺紋比帶退刀槽內(nèi)螺紋實際尺寸偏長。

其主要原因是：帶收尾和肩距內(nèi)螺紋中肩距尺寸大于帶退刀槽內(nèi)螺紋的退刀槽尺寸，但收尾的尺寸與退刀槽的尺寸相同。

3.2 加工方法

兩種內(nèi)螺紋一般均可通過成形刀具或磨具在工件上加工，主要有車削、銑削、攻絲套絲磨削、研磨和旋風(fēng)切削等。

其中車削、銑削和磨削螺紋時，工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，機(jī)床的傳動鏈保證車刀、銑刀或砂輪沿工件軸向準(zhǔn)確而均勻地移動一個導(dǎo)程。該方法前提條件是螺紋孔徑較大，且便于裝夾，螺紋孔盡量設(shè)置在回轉(zhuǎn)體軸心線上。

在攻絲或套絲時，刀具（絲錐或板牙）與工件作相對旋轉(zhuǎn)運動，并由先形成的螺紋溝槽引導(dǎo)著刀具（或工件）作軸向移動。該方法應(yīng)用前提條件是螺紋孔徑相對較小，對裝夾無特殊要求，螺紋孔的設(shè)置位置無要求。

3.3 加工工藝性

帶收尾和肩距內(nèi)螺紋的加工順序應(yīng)是先加工通孔，然后加工內(nèi)螺紋。整個加工過程需要用到兩種刀具。其加工難度、成本較低。

帶退刀槽內(nèi)螺紋的加工順序是先加工通孔，然后加工退刀槽，最后加工內(nèi)螺紋。整個加工過程需要用到三種刀具。其加工難度、加工成本稍高，其加工由于退刀槽處于內(nèi)孔位置，故其結(jié)構(gòu)尺寸誤差相對帶收尾和肩距內(nèi)螺紋較大。

通過上述分析，可知帶退刀槽內(nèi)螺紋與帶收尾和肩距內(nèi)螺紋的區(qū)別和適用范圍如表1所示。

表1 內(nèi)螺紋應(yīng)用情況區(qū)別表

4 內(nèi)螺紋孔在超高壓容器中的設(shè)置

通過上述分析可知，圖1中3種孔的選擇原則及結(jié)果見表2。

表2 超高壓容器內(nèi)螺紋孔選擇表

5 結(jié)語

實際應(yīng)用中，由于相同螺距的普通螺紋收尾的尺寸與退刀槽尺寸相同，而肩距的尺寸根據(jù)實際情況可以適當(dāng)減小至0，故實際應(yīng)用中可靈活設(shè)計螺紋的肩距尺寸，以減小螺紋對設(shè)備本體的影響，提高超高壓容器本體材料的有效利用率。

［1］ GB150-2011，壓力容器［S］.

［2］ 丁伯民.高壓容器［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.