1、第六章第六章 阀门典型零部件的阀门典型零部件的 强度计算强度计算 基本内容基本内容o 8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算o 8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算o 8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 o 8-4 8-4 阀杆螺母的计算阀杆螺母的计算 8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算阀体壁厚的确定方法主要有阀体壁厚的确定方法主要有: :查表法、插入法查表法、插入法和计算法。和计算法。一、查表法一、查表法 对于所设计的阀门，当设计任务书已对于所设计的阀门，当设计任务书已明确给定该阀门所明确给定该阀门所依据的设计标准时依据的设计标准时，首先从指定的设计标准中查找出
2、阀，首先从指定的设计标准中查找出阀门的最小壁厚值。门的最小壁厚值。 例如：国家标谁例如：国家标谁GB12232GB122321224012240、美国石油学会标准、美国石油学会标准API6O0API6O0、美国国家标谁、美国国家标谁ANSI B16.34ANSI B16.34、英国标准、英国标准BS1873BS1873等，对阀体最小壁厚值都作了明确规定等，对阀体最小壁厚值都作了明确规定, ,当设计这类当设计这类“标准阀门标准阀门”时，推荐采用时，推荐采用“查表法查表法”。8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算二、插入法二、插入法 由由“查表法查表法”引伸出的引伸出的“插入法插入法”(又称
3、又称“线性插值线性插值法法”)适用于最小壁厚不能直接从设计标准中查出的适用于最小壁厚不能直接从设计标准中查出的情况。情况。 插入法计算公式为：插入法计算公式为：计算的阀体壁厚；计算的阀体壁厚；阀门公称压力；阀门公称压力；“最小壁厚表最小壁厚表”中公称压力中公称压力(小值小值)；“最小壁厚表最小壁厚表”中公称压力中公称压力(大值大值)； 由查表得出的壁厚；由查表得出的壁厚；由查表得出的壁厚。由查表得出的壁厚。112121()mmmmPNPNttttPNPNmtPN1PN2PN1mt2mt8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、计算法三、计算法n 阀体壁厚的计算方法主要由下列因素决定：阀体
4、壁厚的计算方法主要由下列因素决定： 阀体材料的力学性能，对于铸铁类材料，应按脆性材料阀体材料的力学性能，对于铸铁类材料，应按脆性材料计算；对于钢类材料应按塑性材料计算。计算；对于钢类材料应按塑性材料计算。 阀体形状可分为圆筒形、腰鼓形、球形、非圆筒形阀体形状可分为圆筒形、腰鼓形、球形、非圆筒形( (椭椭圆形、扁圆形、矩形等圆形、扁圆形、矩形等) )等基本形状，分别按不同的公等基本形状，分别按不同的公式计算阀体壁厚。式计算阀体壁厚。 阀体结构尺寸的确定，当阀体外径与内径之比小干阀体结构尺寸的确定，当阀体外径与内径之比小干1.21.2时，按薄壁容器的公式计算，大于时，按薄壁容器的公式计算，大于1.
5、21.2时，按厚壁容器时，按厚壁容器的公式计算。的公式计算。8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、计算法三、计算法n 注意：注意：o 阀体壁厚的计算方法与它的形状有关，一个阀体又往往由几阀体壁厚的计算方法与它的形状有关，一个阀体又往往由几种形状所组成。但实际应用上并不是一部份一部份地单独进种形状所组成。但实际应用上并不是一部份一部份地单独进行计算。行计算。o 阀体通常都由中腔和进口、出口管段几个部分组成。这三个阀体通常都由中腔和进口、出口管段几个部分组成。这三个部分中总是中腔尺寸大于进口、出口段，因此，阀体壁厚的部分中总是中腔尺寸大于进口、出口段，因此，阀体壁厚的计算一般只对中腔部分
6、进行。计算一般只对中腔部分进行。o 阀体壁厚的计算除了考虑强度之外，还应考虑其刚度，否则，阀体壁厚的计算除了考虑强度之外，还应考虑其刚度，否则，会因受力变形而破坏密封。通常当会因受力变形而破坏密封。通常当DN300mmDN300mm时，在阀体内时，在阀体内腔或外部增添加强肋，以增强其刚性。腔或外部增添加强肋，以增强其刚性。8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、计算法三、计算法n （一）圆筒形及腰鼓形阀体（一）圆筒形及腰鼓形阀体na)a)闸阀阀体闸阀阀体 b)b)截止阀及升降式止回阀阀体截止阀及升降式止回阀阀体 c)c)旋启式止回阀阀体旋启式止回阀阀体 8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀
7、体壁厚的计算三、计算法三、计算法n （一）圆筒形及腰鼓形阀体（一）圆筒形及腰鼓形阀体n d)d)球阀阀体球阀阀体 e)e)蝶阀阀体蝶阀阀体 8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、计算法三、计算法n （一）圆筒形及腰鼓形阀体（一）圆筒形及腰鼓形阀体n f)f)蒸汽疏水阀阀体蒸汽疏水阀阀体 g)g)安全阀阀体安全阀阀体 8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、计算法三、计算法n （一）圆筒形及腰鼓形阀体（一）圆筒形及腰鼓形阀体o 1.1.薄壁阀体薄壁阀体o .对于用铸铁等脆性材料做成的阀体，其壁厚按对于用铸铁等脆性材料做成的阀体，其壁厚按第一强度理论计算：第一强度理论计算：o 其
8、中：其中：阀体中腔最大内径，根据结构需要选定，下阀体中腔最大内径，根据结构需要选定，下表为推荐的闸阀阀体中腔尺寸；表为推荐的闸阀阀体中腔尺寸；2nBLPDSCPnDo 为推荐的闸阀阀体中腔尺寸：为推荐的闸阀阀体中腔尺寸： 8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、计算法三、计算法n （一）圆筒形及腰鼓形阀体（一）圆筒形及腰鼓形阀体o 1.1.薄壁阀体薄壁阀体oP P设计压力，取公称压力设计压力，取公称压力PNPN ；o 考虑腐蚀裕量时阀体的壁厚；考虑腐蚀裕量时阀体的壁厚；o 材料的许用拉应力材料的许用拉应力 2nBLPDSCPBSL8-1 8-
9、1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、计算法三、计算法n （一）圆筒形及腰鼓形阀体（一）圆筒形及腰鼓形阀体o 1.1.薄壁阀体薄壁阀体oC C考虑铸造偏差、工艺性和介质腐蚀等因素而附加考虑铸造偏差、工艺性和介质腐蚀等因素而附加的裕量，可参考下表选取；的裕量，可参考下表选取； 2nBLPDSCP8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、计算法三、计算法n （一）圆筒形及腰鼓形阀体（一）圆筒形及腰鼓形阀体o 1.1.薄壁阀体薄壁阀体o .对于塑性材料做成的阀体，其壁厚按第四强度对于塑性材料做成的阀体，其壁厚按第四强度理论计算：理论计算：2.3nBLPDSCP8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁
10、厚的计算三、计算法三、计算法n （一）圆筒形及腰鼓形阀体（一）圆筒形及腰鼓形阀体o 2.2.厚壁阀体厚壁阀体o 对于钢制高压阀门的阀体壁厚，一般按厚壁容器公对于钢制高压阀门的阀体壁厚，一般按厚壁容器公式计算：式计算：o 其中：其中：阀体外径与内径之比阀体外径与内径之比，按下式计算；，按下式计算；0(1)2nBDSKC0 3KP0K8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、计算法三、计算法n （一）圆筒形及腰鼓形阀体（一）圆筒形及腰鼓形阀体o 2.2.厚壁阀体厚壁阀体o 材料的许用应力，取与两者中的较材料的许用应力，取与两者中的较小值。小值。o 和分别为以强度指标的安全系数和以强度和分别为
11、以强度指标的安全系数和以强度指标的安全系数，取指标的安全系数，取0(1)2nBDSKC0 3KP bbnssnbnsn4.25bn 2.30sn 8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、计算法三、计算法n （二）圆筒形及腰鼓形阀体（二）圆筒形及腰鼓形阀体o 1.1.薄壁球形阀体薄壁球形阀体o 2.2.薄壁阀体薄壁阀体o 3.3.由两个圆弧半径组成的薄壁球形阀体由两个圆弧半径组成的薄壁球形阀体2BLPRSC2P r400BLSCP212()BPRSC2221(2)2()BPRRSCR8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算 一、明杆楔式单闸板闸阀的闸板设计与计算一、明杆楔式单闸板闸阀的闸板设
12、计与计算n 中间薄板厚度可按下式校检其根部的弯曲应力中间薄板厚度可按下式校检其根部的弯曲应力 o 其中：其中： 中间薄板根部处半径，中间薄板根部处半径， o C C 附加裕量；附加裕量；o 闸板材料的许用弯曲应力。闸板材料的许用弯曲应力。2234 ()BWWBPRSCBRW8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算 二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算n 1.1.闸板主要结构尺寸的确定闸板主要结构尺寸的确定n 弹性闸板的结构形式分整体式和焊接式两类。弹性闸板的结构形式分整体式和焊接式两类。 8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算 二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算二、弹性闸板
13、闸阀的闸板设计与计算n 1.1.闸板主要结构尺寸的确定闸板主要结构尺寸的确定n （1 1）弹性槽的宽度）弹性槽的宽度 p 对于整体精密铸造式、整体切槽式以及穿轴焊接式弹性对于整体精密铸造式、整体切槽式以及穿轴焊接式弹性闸板，弹性槽的宽度闸板，弹性槽的宽度a a一般取一般取6mm;6mm;p 对于整体砂模铸造式弹性闸板，随口径的增大，取对于整体砂模铸造式弹性闸板，随口径的增大，取a a101020mm, T20mm, T型槽处的宽度型槽处的宽度a a一般要比小一般要比小2 2lOmmlOmm。n （2 2）弹性变形过渡直径）弹性变形过渡直径o 一般地取弹性变形过渡直径一般地取弹性变形过渡直径dB
14、dB比闸板密封面内径小比闸板密封面内径小4 412mm12mm。 8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算 二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算n 1.1.闸板主要结构尺寸的确定闸板主要结构尺寸的确定n （3 3）弹性比值）弹性比值n （4 4）连接轴直径）连接轴直径MPDmd1Bdmdn2BlmSn1()2BlddMPDdm8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算 8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算 二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算n 2.2.闸板单边厚度闸板单边厚度n 对于单面强制密封，闸板在出口端根部处的弯曲应对于单面强制密封，闸板在
15、出口端根部处的弯曲应力为力为: :n 对于双面强制密封，闸板在出口端根部处的弯曲应对于双面强制密封，闸板在出口端根部处的弯曲应力为力为: :22122()cos ()41()MJMWMFMJWBMBk Qkf tgd PQQSCf tgSC12(2)cos()MFMJWWBQQkSC8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算 二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算n 2.2.闸板单边厚度闸板单边厚度n ， 圆板应力系数，对于钢，根据弹性比值圆板应力系数，对于钢，根据弹性比值m m由表下查取由表下查取。 1k2k8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 n 闸阀阀体中
16、法兰是指阀体与阀盖连接的法兰，其连闸阀阀体中法兰是指阀体与阀盖连接的法兰，其连接形式在阀门上是十分普遍的。接形式在阀门上是十分普遍的。n 中法兰的设计必须保证在工作温度和工作压力下有中法兰的设计必须保证在工作温度和工作压力下有足够的足够的强度与密封性强度与密封性。n 对在高温下工作的阀门，应按常温、初加温和高温对在高温下工作的阀门，应按常温、初加温和高温三种工况分别验算，当介质温度三种工况分别验算，当介质温度300300时，只按时，只按常温工况验算。常温工况验算。8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 一、螺栓的总计算载荷一、螺栓的总计算载荷常温时螺栓的总计算载荷：常温时螺栓的总计算
17、载荷：n常温时螺栓的总计算载荷常温时螺栓的总计算载荷取与取与两者中的较大值。两者中的较大值。无介质时无介质时 有介质时有介质时LZQ()yJgQXQ()DFgQQyJDPDSyJQDb q2yJDPDSDPQDbmP（4）垫片压紧力作用中心圆确定原则）垫片压紧力作用中心圆确定原则 时，时， 垫片于法兰接触密封面的平均直径垫片于法兰接触密封面的平均直径 时，时， 垫片于法兰接触密封面的外径垫片于法兰接触密封面的外径-2-2 其中：其中： 是垫片基本密封宽度，是垫片基本密封宽度， 是垫片有效密封宽度。是垫片有效密封宽度。o垫片基本密封宽度垫片基本密封宽度 mmbo4 . 6GDGDmmbo4 .
18、6bobbob8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 o垫片的有效密封宽度垫片的有效密封宽度 确定原则：确定原则：o当当 时，取时，取o当当 时，取时，取 bmmbo4 . 6obbmmbo4 . 6obb53. 28-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 一、螺栓的总计算载荷一、螺栓的总计算载荷常温时螺栓的总计算载荷：常温时螺栓的总计算载荷：n 螺栓的工作载荷为螺栓的工作载荷为：gFZDJQQQ24DJDPQDP8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 二、螺栓的强度计算二、螺栓的强度计算 常温时螺栓的总计算载荷：常
19、温时螺栓的总计算载荷：螺栓材料在常温下的许用拉应力。螺栓材料在常温下的许用拉应力。 LZLlL lLQQQFL lQ三、法兰强度设计三、法兰强度设计标准法兰标准法兰按相关法兰标准进行选择。按相关法兰标准进行选择。 非标准法兰非标准法兰设计时，采用设计时，采用试算法试算法。一般以直径。一般以直径和压力等级相近的标准法兰尺寸为基础，和压力等级相近的标准法兰尺寸为基础，拟定拟定非非标准法兰的结构和尺寸。最后做强度校核。标准法兰的结构和尺寸。最后做强度校核。法兰强度计算的华特斯（法兰强度计算的华特斯（WatersWaters）法，是弹性）法，是弹性理论分析为基础理论分析为基础8-3 8-3 阀体中法兰
20、的计算阀体中法兰的计算 1 1、法兰尺寸拟定、法兰尺寸拟定（1 1）法兰强度）法兰强度设计设计法兰厚度计算法兰厚度计算法兰锥颈高度（对焊法兰）法兰锥颈高度（对焊法兰）法兰锥颈底部尺寸（对焊法兰锥颈底部尺寸（对焊法兰）法兰）颈部接管厚度颈部接管厚度拟好尺寸拟好尺寸试算试算强度校强度校核核- -拟定尺寸拟定尺寸8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 （2 2）法兰尺寸拟定计算）法兰尺寸拟定计算 fiofDYM84.51 fioDM491 法兰有效厚度法兰有效厚度 法兰颈部大端有效厚度法兰颈部大端有效厚度 法兰设计力矩法兰设计力矩 法兰内径法兰内径 常温下材料的需用应力常温下材料的需用应力
21、 系数，查系数，查GB150GB150 按接管厚度确定按接管厚度确定 查查GB150GB150f1oMiD fY0h8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 2 2、法兰力矩的计算、法兰力矩的计算 作用于法兰内径截面上的流体压力作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力引起的轴向力 力臂：力臂：（1 1）阀体内腔对法兰弯矩）阀体内腔对法兰弯矩 PDQNNJ24211mNDDl弯矩：弯矩：11lQMNJ8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 力臂：力臂：（2 2）密封面平均直径至阀体内腔对法兰弯矩）密封面平均直径至阀体内腔对法兰弯矩 弯矩：弯矩：4212DPNDDDl22lQQ
22、MNJDJ力臂：力臂：弯矩：弯矩：（3 3）垫片密封力对法兰弯矩）垫片密封力对法兰弯矩 213DPDDl33lQQMglz8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 力臂：力臂：（4 4）阀杆关闭力对法兰弯矩）阀杆关闭力对法兰弯矩 弯矩：弯矩：（5 5）法兰总弯矩）法兰总弯矩 214BDl44lQMFZ4321MMMMMZ8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 3 3、法兰的强度计算、法兰的强度计算（1 1）法兰颈的轴向弯曲应力为：）法兰颈的轴向弯曲应力为：（2 2）法兰盘的径向弯曲应力为：）法兰盘的径向弯曲应力为：（3 3）法
23、兰盘的环向弯曲应力为：）法兰盘的环向弯曲应力为： 12ZWmnfMSD22(1.331)ZWnh eMh D 322ZWWnyMzh D4 4、法兰应力校核、法兰应力校核法兰的最大轴向应力法兰的最大轴向应力 位于锥颈的大端或小端，一方面它是沿截面线位于锥颈的大端或小端，一方面它是沿截面线性分布的纯弯曲应力，另一方面具有局部的性质，小量屈服不会对法性分布的纯弯曲应力，另一方面具有局部的性质，小量屈服不会对法兰环密封部位的变形产生较大影响而导致泄漏，所以采用极限载荷设兰环密封部位的变形产生较大影响而导致泄漏，所以采用极限载荷设计法，取计法，取1.51.5倍材料许用应力作为它的最大允许应力；倍材料许
24、用应力作为它的最大允许应力；法兰的最大径向应力法兰的最大径向应力 位于环板内边缘与锥颈的连接处，为弯曲应力位于环板内边缘与锥颈的连接处，为弯曲应力和拉伸应力；和拉伸应力；法兰的最大环向应力法兰的最大环向应力 位于环板内边缘靠密封面处，亦为弯曲应力和位于环板内边缘靠密封面处，亦为弯曲应力和拉伸应力；拉伸应力；但如果允许颈部有较高的应力（超过材料屈服极限），则颈部的载荷但如果允许颈部有较高的应力（超过材料屈服极限），则颈部的载荷因应力重新分配会传递到法兰环，而导致法兰环材料部分屈服，故对因应力重新分配会传递到法兰环，而导致法兰环材料部分屈服，故对锥颈和法兰环的应力平均值也须加以限制。锥颈和法兰环的应力平均值也须加以限制。例如若例如若 达到达到1.51.5倍许用应力，倍许用应力， 或或 只允许只允许0.50.5倍许用应力。倍许用应力。8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 n 三个弯曲应力必须满足三个弯曲应力必须满足 o 其中：其中：法兰颈的许用弯曲应力，取法兰颈的许用弯曲应力，取；o 法兰盘的许用弯曲应力，取法兰盘的许用弯曲应力，取。1WWJ2WWP3WWPWJWP1.5L1.25L
