内螺纹在超高压容器中的设计与选择

刘丰， 齐军， 唐顺杰

（武汉第二船舶设计研究所，武汉430064）

1 引言

在超高压容器设计过程中，由于容器本体密封、联接等功能的需要，常需要在筒体表面开设内螺纹孔，以便于超高压容器本体与其配套加压系统、卸压系统等可靠联接。由于超高压容器的设计压力较大，故设备壁厚均较大，而当需要在设备表面开设内螺纹孔时，内螺纹的深度可能对超高压容器的安全性能、有效厚度等造成较大的影响，本文仅以公司自主研发并生产的一例超高压旋流除砂装置中的除砂筒的内螺纹结构设计为例，介绍在超高压容器中设计内螺纹的选择原则并提出改进建议。

2 超高压容器的典型螺纹

图1 螺纹孔典型位置图

超高压容器的典型螺纹联接面分别为筒体端盖、筒体底部及筒体径向方向等联接面。我公司在实际工程中有一超高压容器需要开设螺纹孔，其开孔位置见图1，其中孔A为端盖开孔，孔B为筒体径向孔，孔C为筒体轴向孔，这三种孔涵盖了压力容器应用中的三种典形开孔。

内螺纹孔对超高压容器的设计校核中，可分别根据文献［1］的附录C7.6、文献［2］提供的Peterson应力集中设计系数法分别对孔A、孔B及孔C所在零部件进行强度校核。由于螺纹孔的长度将影响容器的有效壁厚，螺纹孔的径向开孔尺寸可形成局部应力集中，对超高压容器的安全性造成影响。可知，孔的直径和深度对容器有一定影响，其中孔的直径一定的情况下，应尽可能缩小孔的深度，确保容器的有效厚度。

内螺纹的结构选择及设计过程中，应结合螺纹的设置位置、结构尺寸、加工方法及制造成本等方面综合考虑，否则有可能造成产品成本的不必要增加。

3 内螺纹结构分类及区别

根据GB/T 3-1997可知，普通螺纹因收尾、肩距、退刀槽、倒角等不同，存在两种不同结构形式，普通内螺纹可分为带收尾和肩距内螺纹及带退刀槽内螺纹，其结构形式如图2、图3所示。

图2 带收尾和肩距内螺纹

图3 带退刀槽内螺纹

3.1 结构尺寸

一般情况下，相同螺距的带收尾和肩距内螺纹比带退刀槽内螺纹实际尺寸偏长。

其主要原因是：带收尾和肩距内螺纹中肩距尺寸大于带退刀槽内螺纹的退刀槽尺寸，但收尾的尺寸与退刀槽的尺寸相同。

3.2 加工方法

两种内螺纹一般均可通过成形刀具或磨具在工件上加工，主要有车削、铣削、攻丝套丝磨削、研磨和旋风切削等。

其中车削、铣削和磨削螺纹时，工件每转一转，机床的传动链保证车刀、铣刀或砂轮沿工件轴向准确而均匀地移动一个导程。该方法前提条件是螺纹孔径较大，且便于装夹，螺纹孔尽量设置在回转体轴心线上。

在攻丝或套丝时，刀具（丝锥或板牙）与工件作相对旋转运动，并由先形成的螺纹沟槽引导着刀具（或工件）作轴向移动。该方法应用前提条件是螺纹孔径相对较小，对装夹无特殊要求，螺纹孔的设置位置无要求。

3.3 加工工艺性

带收尾和肩距内螺纹的加工顺序应是先加工通孔，然后加工内螺纹。整个加工过程需要用到两种刀具。其加工难度、成本较低。

带退刀槽内螺纹的加工顺序是先加工通孔，然后加工退刀槽，最后加工内螺纹。整个加工过程需要用到三种刀具。其加工难度、加工成本稍高，其加工由于退刀槽处于内孔位置，故其结构尺寸误差相对带收尾和肩距内螺纹较大。

通过上述分析，可知带退刀槽内螺纹与带收尾和肩距内螺纹的区别和适用范围如表1所示。

表1 内螺纹应用情况区别表

4 内螺纹孔在超高压容器中的设置

通过上述分析可知，图1中3种孔的选择原则及结果见表2。

表2 超高压容器内螺纹孔选择表

5 结语

实际应用中，由于相同螺距的普通螺纹收尾的尺寸与退刀槽尺寸相同，而肩距的尺寸根据实际情况可以适当减小至0，故实际应用中可灵活设计螺纹的肩距尺寸，以减小螺纹对设备本体的影响，提高超高压容器本体材料的有效利用率。

［1］ GB150-2011，压力容器［S］.

［2］ 丁伯民.高压容器［M］.北京：化学工业出版社，2003.