کتاب طراحی شیرهای توپی – محاسبات و تحلیل سازه‌ای شیر توپی مورد استفاده در خطوط انتقال نفت و گاز

فهرست
عنوان صفحه
فصـل اول طراحی بال 11
مقدمه 11
ورق دایره‌ای تحت بارگذاری یکنواخت، با لبه‌ی تکیه‌گاه ساده 12
تحلیل تنش بال در نرم‌افزار ABAQUS 17
مدل‌سازی هندسه 17
تعریف و اختصاص مواد 17
انتخاب حلگر 17
بارگذاری و تعیین شرایط مرزی 18
مشبندی 21
بررسی نتایج 21
فصـل دوم طراحی بدنه 31
مقدمه 31
بدنه به عنوان سیلندر استوانه‌ای دو سر باز و تحت ‌فشار یکنواخت داخلی 32
ضخامت پوسته‌ی استوانه‌ای بر اساس استاندارد ASME Section 8 Division 2 35
تحلیل تنش بدنه در نرم‌افزار ABAQUS 37
مدل‌سازی هندسه 37
تعریف و اختصاص مواد 37
انتخاب حلگر 37
بارگذاری و تعیین شرایط مرزی 38
مشبندی 41
بررسی نتایج 41
تحلیل تنش بدنه بر اساس استاندارد ASME Section 8 Division 2 43
حل الاستیک برای محافظت از شکست کلی 43
حل الاستیک برای محافظت از شکست موضعی 48
فصـل سوم طراحی پیچ 49
مقدمه 49
اتصالات پیچ و مهره 50
فصـل چهارم طراحی کلوژر 63
مقدمه 63
طراحی فلنج استاندارد بر اساس استانداردهای ASME B16.5 و ASME B16.20 64
طراحی فلنج غیراستاندارد بر اساس استاندارد ASME Section 8 Division 2 69
تعیین نیروی پیچ‌ها 69
دستورالعمل طراحی فلنج 70
تحلیل تنش کلوژر در نرم‌افزار ABAQUS 81
مدل‌سازی هندسه 81
تعریف و اختصاص مواد 81
انتخاب حلگر 81
بارگذاری و تعیین شرایط مرزی 82
مشبندی 85
بررسی نتایج 85
فصـل پنجم طراحی سیت 89
مقدمه 89
سیت به عنوان سیلندر استوانه‌ای دو سر باز و تحت ‌فشار یکنواخت داخلی 90
نیروی فنرهای سیت 92
تحلیل تنش سیت در نرم‌افزار ABAQUS 94
مدل‌سازی هندسه 94
تعریف و اختصاص مواد 94
انتخاب حلگر 94
بارگذاری و تعیین شرایط مرزی 95
مشبندی 97
بررسی نتایج 97
فصـل ششم طراحی فنر 101
مقدمه 101
فنر مارپیچ فشاری 102
فصـل هفتم طراحی گلند 109
مقدمه 109
ضخامت درپوش دایره‌ای تخت بر اساس استاندارد ASME Section 8 Division 2 110
تعیین نیروی پیچ‌ها 110
تحلیل تنش گلند در نرم‌افزار ABAQUS 116
مدل‌سازی هندسه 116
تعریف و اختصاص مواد 116
انتخاب حلگر 116
بارگذاری و تعیین شرایط مرزی 117
مشبندی 117
بررسی نتایج 120
فصـل هشتم طراحی تاپ فلنج 123
مقدمه 123
طراحی فلنج بر اساس استاندارد ISO 5211 123
فصـل نهم طراحی استم 129
مقدمه 129
گشتاور استم 129
شفت تحت گشتاور پیچشی 132
تحلیل تنش استم در نرم‌افزار ABAQUS 136
مدل‌سازی هندسه 136
تعریف و اختصاص مواد 136
انتخاب حلگر 136
بارگذاری و تعیین شرایط مرزی 137
مش بندی 139
بررسی نتایج 141
منـابع و مآخـذ 143
 

مجرابند شیر توپی یک بال است که با چرخش آن شیر باز و بسته می‌شود. قسمت¬های بالایی و پایینی بال به نحوی بریده می¬شوند که بال بتواند بر ترونیون تکیه داده و استم را در خود جای دهد. بیشترین تنش‌ها زمانی به بال وارد می¬شوند که شیر کاملاً باز یا کاملاً بسته باشد.
وقتی که شیر کاملاً باز باشد، بال مشابه یک سیلندر استوانه‌ای دو سر باز که تحت ‌فشار یکنواخت داخلی است عمل می¬کند. قطر داخلی بال بر اساس سایز فلنج استاندارد شیر تعیین می‌شود. با داشتن فشار و قطر داخلی سیلندر و استحکام تسلیم قطعه می‌توان قطر خارجی و ضخامت سیلندر را تعیین کرد.
در زمانی که شیر بسته است و بال مسیر سیال داخل بور را مسدود کرده است، می‌توان بال را مثل یک ورق دایره‌ای تحت ‌فشار یکنواخت فرض کرد ]21[. ساده¬ترین راه محاسبه¬ی ضخامت ورق دایره‌ای ضخیم که تحت ‌فشار یکنواخت است، استفاده از روش المان محدود (FEM) و نرم‌افزارهای تحلیل تنش مثل ¬ABAQUS است. می‌توان از نظریه¬ی ورق¬های نازک استفاده کرد و حداقل ضخامتی که به دست می¬¬آید را به عنوان فرض اولیه، جهت محاسبات نرم‌افزاری، در نظر گرفت.

ورق دایره‌ای تحت بارگذاری یکنواخت، با لبه‌ی تکیه‌گاه ساده
در وضعیتی که شیر بسته است و بال مسیر عبور سیال را مسدود کرده است، اگر از بور شیر به بال نگاه شود یک ورق دایره‌ای دیده می‌شود. بنابراین در زمان بسته بودن شیر، می‌توان بال را یک ورق دایره‌ای فرض کرد که تحت‌ فشار یکنواخت سیال است. البته این ورق دایره‌ای تخت نیست، اما با صرف نظر از این موضوع از معادلات ورق دایره‌ای تخت استفاده می‌شود ]19[. با مشاهده¬ و دقت در شکل¬های 1-1 و 1-2 این موضوع به خوبی درک می‌شود.
یک ورق دایره‌ای با شعاع r_i و ضخامت t تحت یک بار گسترده‌ی یکنواخت P در نظر بگیرید. مدول یانگ و نسبت پواسون به ترتیب با E و ϑ نشان داده شده‌اند