阀门强度计算

目录
1. 目的 (4)
2. 适用范围 (4)
3. 计算项目 (4)
4. 中法兰强度计算 (5)
5. 闸阀力计算 (17)
6. 闸板、阀杆拉断计算 (21)
7. 闸板应力计算 (26)
8. 压板、活节螺栓强度计算 (28)
9. 截止阀力计算 (30)
10. 止回阀阀瓣、阀盖厚度计算 (34)
11. 自紧密封结构计算 (38)
12. 阀体壁厚计算 (47)
附录A 参考资料 (48)
1．目的
为了保证本公司所设计的阀门的统一性和质量。

2．适用范围
本公司所设计的闸阀、截止阀、止回阀。

3．计算项目
●3．1 闸阀需要计算项目4、5、6、7、8
●3．2 截止阀需要计算项目4、8、9
●3．3 止回阀需要计算项目4、10
●3．4 自紧密封结构设计需要计算项目11
4．中法兰计算
●4．1适用范围
该说明4.2～４.4适用于圆形中法兰的计算；4.5适用于椭圆形中法兰的计算
●4．2输入参数
4．2．1 设计基本参数
4．2．1．1 口径（DN）
4．2．1．2 压力等级（CLASS）
4．2．1．3 阀种（TYPE）
4．2．1．4 设计温度（T0）取常温380C。

4．2．1．5 设计压力（P）按ASME B16.34-2004 P27,P29,P48取值如表1。

4．2．1．6法兰许用应力（FQB）
按ASME第Ⅱ卷(2004版)材料D篇表1A，乘以铸件系数0.8
WCB 110.4MPa (11.26Kgf/mm2) (P16第8行)
LCB 102.4MPa (10.45Kgf/mm2) (P10第29行)
CF8M 110.3MPa(11.26Kgf/mm2) (P66第18行)
4．2．1．7螺栓许用应力（BQB）
按ASME 第Ⅱ卷(2004版)材料D篇表3，
B7 17.6 kgf/mm2. (P384第33行)
L7M 14.08 kgf/mm2. (P384第31行)
B8 17.6 kgf/mm2. (≤3/4) (P390第29行)
14.08 kgf/mm2. (3/4~1) (P390第27行)
13.3 kgf/mm2. (1以上) (P390第23行)
4．2．1．8 垫片密封压力（Y），按ASME 第Ⅷ卷(2004版)第一册P298表2-5.1,如表2。

4．2．1．9 垫片系数（M）按表2。

4．2．2法兰基本尺寸（见图4-1）
图4-1 圆形中法兰计算示意图
4．2．2．1 垫片宽度N（N）。

4．2．2．2 垫片外径（强力垫、缠绕垫）或中径（金属环）D（D）。

4．2．2．3 壁厚go（GO）。

4．2．2．4 根部厚g1(G1)，一般斜度取1：5，故G1=G0+H/5
4．2．2．5 斜度高度h(H)。

4．2．2．6 法兰内径B（BB）。

4．2．2．7 法兰外径A（A）。

4．2．2．8 螺栓中心距C（C）。

4．2．2．9 法兰有效厚度过t（T）。

4．2．2．10 螺栓公称直径d（DD）。

4．2．2．11 螺栓数量n（NN）。

4．2．3 法兰形状系数
4．2．3．1 法兰斜度修正系数f（F）
根据按ASME 第Ⅷ卷第一册(2004版)P304图2-7.6图2查得（F1），F1〈1时, F=1。

4．2．3．2 一体形法兰计算系数F（FF）按ASME 第Ⅷ卷第一册(2004版)P302图2-7.2。

4．2．3．3 一体形法兰计算系数V（V）按ASME 第Ⅷ卷第一册(2004版)P302图2-7.3。

4．3计算说明
4．3．1 考虑腐蚀余量1mm后的参数调态（法兰计算尺寸）
4．3．1．1 中腔直径B（BB）BB=BB1+2
4．3．1．2 壁厚g0（G0）G0=G01-1
4．3．1．3 根部厚g1（G1）G1=G11-1
4．3．2 垫片有效宽度（B）按ASME 第Ⅷ卷第一册(2004版)P300表2-5.2，如表3。

表3 垫片有效宽度及压紧力作用中心圆直径
4．3．3 垫片压紧力作用中心圆直径（G）按表3。

4．3．4 法兰根部应力修正系数f（F），当F1<1时取F=1；F1≥1时，取F1。

4．3．5 内压力产生的全载荷（HH）
HH=π×G2×P/400
4．3．6 使用状态下，需要的最小垫片压紧力（HP）
HP=π×B×G×M×P/50
4．3．7 使用状态下，需要的最小螺栓载荷Wm1(WM1)
WM1=HH+HP=π×G×P×（G+8BM）/400
4．3．8 紧固状态下，需要的最小螺栓载荷Wm2(WM2)
WM2=π×B×G×Y
4．3．9 使用状态下，需要的最小螺栓有效截面积Am1(AM1)
AM1=WM1/BQB
4．3．10 紧固状态下，需要的最小螺栓截面积Am2(AM2)
AM2=WM2/BQB
4．3．11 需要的最小螺栓有效截面积（AM），取AM1，AM2中的最大值。

4．3．12 系数g0/g1(G1G0)
G1G0=G1/G0
4．3．13 系数h/h0 (HH0)
HH0=H/（BB×G0）1/2
4．3．14 系数（K）
K=A/BB
4．3．15 系数（U）
U=[K2（1+8.55246lgk）-1]/ [1.36136(K2-1)(K-1)]
4．3．16 系数（YY）
YY=[0.66845+5.7169 K2 lgk/ K2-1]/ (K-1)
4．3．17 系数（Z）
Z= （K2+1）/(K2-1)
4．3．18 系数（TT）
TT=[K2（1+8.55246lgk）-1]/ [(1.04720+1.9448 K2) (K-1)]
4．3．19 系数（L）
L=[T×FF（BB×G0）1/2+1]/TT+T3/[U×（BB×G0）1/2/V]
4．3．20 实际使用螺栓总有效截面积Ab(AB)
AB=BS×NN
4．3．21 使用状态螺栓载荷（WO）
WO=WM1
4．3．22 紧固状态螺栓载荷Wg(WG)
WG=AM+AB×BQB/2
4．3．23 内压力作用于法兰内径截面的载荷（HHD）
HHD=π×BB2×P/400
4．3．24 垫片载荷（HHG）
HHG=WO-HH
4．3．25 内压力产生的全载荷与内压力作用于法兰内径截面的载荷之差（HHT）HHT=HH-HHD
4．3．26 螺栓中心至HHD作用点的距离（HD）
HD=（C-BB）/2-0.5G1
4．3．27 螺栓中心至HHG作用点的距离（HG）
HG=（C-G）/2
4．3．28 螺栓心至HHT作用点的距离（HT）
HT=[（C-BB）/2+HG]/2
4．3．29 内压力作用于法兰内径截面的弯矩（MD）
MD=HHD×HD
4．3．30 垫片载荷所需的弯矩（MMG）
MMG=HHG×HG
4．3．31 HHT产生的弯矩（MT）
MT=HHT×HT
4．3．32 使用状态下，作用于法兰的全弯矩（MO）
MO=MD+MMG+MT
4．3．33 紧固状态下，作用于法兰的弯矩（MG）
MG=WG×（C-G）/2
4．3．34 法兰轴向应力计算内径（SS）
当BB<20×G1且F1≥1，SS=BB+GO
当BB<20×G1且F1<1，SS=BB+G1
当BB≥20×G1，SS=BB
4．3．35 使用状态法兰轴向应力（QH0）
QH0=F×MO/（L×G12×SS）≤1.5FQB 合格
4．3．36 使用状态法兰径向应力（QR0）
QR0=[1.33T×FF/(BB×G0) 1/2+1]×M0/(L×T2×BB) ≤FQB 合格4．3．37 使用状态法兰周向应力（QT0）
QT0=YY×M0/（T2×BB）-Z×QR0≤FQB 合格
4．3．38 使用状态合成应力（Q00，Q01）
Q00=（QH0+QR0）/2≤FQB 合格
Q01=（QH0+QT0）/2≤FQB 合格
4．3．39 紧固状态法兰轴向应力（QHG）
QHG=F×MG/（L×G12×SS）≤1.5FQB 合格
4．3．40 紧固状态法兰径向应力（QRG）
QRG=[1.33T×FF/(BB×G0) 1/2+1]×MG/(L×T2×BB) ≤FQB 合格4．3．41 紧固状态法兰周向应力（QTG）
QTG=YY×MG/(T2×BB)-Z×QRG≤FQB 合格
4．3．42 紧固状态合成应力（QG0，QG1）
QG0=（QHG+QRG）/2≤FQB 合格
QG1=（QHG+QTG）/2≤FQB 合格
4．3．43 螺栓应力（B0LT）
BOLT=0.0703π×CLASS×D2/4AB≤633 合格
（公式根据ASME B16.34的6.4.1.1节编写）
4．3．44 垫片最小有效宽度（N-MIN）
N-MIN=AB×BQB/（2π×G×Y）≤N-边缘余量合格
●4．4补充说明
4．4．1本计算书按ASME 第Ⅷ卷第一册P292附录2编写。

4．4．2参数说明时带（）的为计算程序或计算式中用的代号。

●4．5椭圆形法兰计算(见图4-2)
图4-2 椭圆形中法兰计算示意图
4．5．1 用下式代替3.7中WM1
WM1=K0*P*（R1-2*B）（R2-2*B）
+2*K0*M*P*（（R1-B）（R2-B）-（R1-3*B）（R2-3*B））4．5．1．1 K0=π/4
4．5．1．2 椭圆形垫片长外径R1
4．5．1．3 椭圆形垫片短外径R2
4．5．1．4 垫片有效宽度B见3.2
4．5．1．5 垫片系数M见2.1.9
4．5．1．6 设计压力P见2.1.5
4．5．2 用下式代替3.8中WM2
WM2=K0*（（R1-B）（R2-B）-（R1-3*B）（R2-3*B））*Y 4．5．2．1 垫片密封压力Y见2.1.8
4．5．3 垫片最小宽度
N-MIN=AB*BQB/（4*K0*Y*（R1+R2-4*B））
4．5．4 垫片压紧力作用中心圆直径G
G=SQRT（（R1-2*B）（R2-2*B））
4．5．5 其他公式与圆形法兰计算相同
4．5．6 以上公式按JPI-7S-67-96 附录3和ASME 第Ⅷ卷第一册P292附录2编写5．闸阀力的计算
●5．1适用范围
本计算适用于闸阀的计算
●5．2密封比压计算，按JPI-7S-67-96附录3和《阀门设计》
5．2．1 介质静压力
F J=[π(d 1+w)2×P]/4
F J：介质作用在密封面上的静压力（N）
d1：阀座密封内径（mm）（见右图）
W：阀座密封面宽(mm)
P：介质压力（MPa）
5．2．2 所需密封力
Fm=π(d1+w)×w×q
Fm：所需密封力(N)
q：密封所需比压MPa
q=[(3.5+P)/(0.1* w)1/2] ×1.4 （见《球阀设计与选用》P165）
w：密封面宽度(mm)
5．2．3 密封面比压
当F J<2Fm时
Sa=2Fm/（πd1w）≤150 MPa (150MPa为不锈钢的许用密封比压)
Sa：密封面比压MPa
(2)当F J≥2Fm时
Sa=[ (d1+w) 2×p]/（4d1×w）≤150 MPa (150MPa为不锈钢的许用密封比压)
5．3压紧力计算
5．3. 1 当F J<2Fm时
F t=F1+F2+F3
F t：压紧力
F1：关闭时闸板上的轴向力N
F
=2Fm×tg(θ+φ)
1
θ：闸板楔半角θ=50
φ：密封面摩擦角取u=0.2 φ=tg-10.2=11.30°
F2：介质作用于阀杆的轴向力（N）
F2=（π/4）d2×p
d：阀杆直径 (mm)
F3：阀杆与填料的摩擦力（N）
F3= u1πdhPp
u1: 杆与填料摩擦系数 u1=0.1
h: 填料总高 (mm)
Pp:压套作用于填料的面压力 MPa
按JPI-7S-67-96附录3 P41
150、300LB,Pp=20 ； 600LB,Pp=25
900LB, Pp=30 ； 1500LB,Pp=35 ； 2500LB,Pp=40
5．3.2 当F J ≥2Fm 时
F t =F 1+F 2+F 3
F 1 关闭时闸板上的轴向力（W ） F 1= F J tg(θ+φ)
● 5．4扭矩的计算
5．4．1阀杆与阀杆螺母的摩擦的扭矩
T 1=Ft ×R FM /1000 N.m R FM ：摩擦半径
R FM =d M /(2tg(β+ρ))=d m (l+u 2πd m )/(2(πd m +u 2.l)) mm β：阀杆螺纹升角 β=arctg(l/πd m ) d m ：阀杆螺纹中径 mm l: 阀杆螺纹导程 mm
u 2: 摩擦系数 u 2=0.15 ρ: 摩擦角 ρ=arctg(u 2)
5．4．2T 2=F t ×f ×[d j /(2*1000)] N.m f ：摩擦系数，按《阀门设计》表 台肩 f=0.06 轴承 f=0.003
d j :台肩（轴承）平均直径 mm (● 5．5手轮上的扭矩
T=T 1+T 2 （N .m ） ● 5．6手动装置上的扭矩 T=T 1 （N.m ） ● 5．7手轮力计算
F w =T/D w ×1000 (N) F w ：作用在手轮上的力（N ） D w ：手轮外径 (mm)
● 5.8 阀杆强度计算
如果阀杆直径按API600标准选取，可不进行计算，如无标准可查，按下式计算：σmax=0.5*σ*(1+sqrt(1+16*tg(β+ρ)* tg(β+ρ)))≤[σ] MPa
σ：压应力σ=4*Ft/（π*ds*ds）MPa
ds：阀杆螺纹小径mm
[σ]：阀杆许用应力，对ASTM A182 F6a即1Cr13阀杆调质200~230HB，根据ASTM A370，σb=650 ~760MPa
取[σ]=σb /3=217 MPa
6 闸板、阀杆拉断强度计算
●6．1范围
以下公式适用于闸阀的阀杆计算闸板、阀杆拉断强度计算
P I =S I .σb (N)
S I ：I-I截面的面积mm2
6．2．3 Ⅱ-Ⅱ断面的剪切力
τII=2×S II×0.6×σb (N)
S II：Ⅱ截面的剪切面积 (mm2) 6．2．4 I-I截面的安全系数
n I =P I /P L
n I≥1.1
6．2．5 Ⅱ-Ⅱ断面的安全系数
n II =τII /P L
n II≥1.5
6．3. 闸板的拉断计算(见图6-2)
图6-2 闸板头部示意图
6．3．1 截面为4*“┌”形的拉断计算(见图6-3)
图6-3 截面为4*“┌”形的闸板梯形槽示意图
6．3．1．1 I-I断面的合成力
P W=4σb/(L/w X 1+1/S I) (N)
w X 1：截面模量（mm3）
w X 1=J X /e1
J X ：惯性矩
J X=[B.e13/-bh3+a.e23]/3 (mm4)
L：力臂
L=(C-A)/4+e1
e1=(aH2+bd2)/(2(aH+bd))
e2=H- e1
h= e1-d
其它符号如图示见图6-3
S I ：I-I断面的面积mm2
S I =bd+aH
σb：闸板材料抗拉强度，按ASME 第Ⅱ卷D（2004版）篇表1A，
WCB闸板σb=485 MPa CA15闸板σb=620 Mpa
LCB闸板σb=450 Mpa CF8M闸板σb=485Mpa 6．3．1．2 Ⅱ-Ⅱ断面的剪应力
P T= 2×S II×0.6×σb
S II：Ⅱ-Ⅱ断面的面积
S II=2×（N-M）.B mm2
6．3．1．3 I-I断面的安全系数
n I=P w/P L
n I≥1.2
6．3．1．4 Ⅱ-Ⅱ断面的安全系数
n II=Pτ/P L
n II≥1.65
6．3．2 截面为2*“┫”的拉断计算 (见图6-4)
图6-4 截面为2*“┫”形的闸板梯形槽示意图
6．3．2．1 I-I断面的合成力
P W=2σb/(L/w X 1+1/S I) (N)
w X 1：截面模量（mm3）
w X 1=J X /e2
J X ：惯性矩
J X=[B.e13/-bh3+a.e23]/3 (mm4)
L：力臂
L=(C-A)/4+e2
e1=(aH2+bd2)/(2*(aH+bd))
e2=H- e1
h= e1-d
其它符号如图示见图6-4
S I ：I-I断面的面积S I =bd+aH mm2
σb：闸板材料抗拉强度，按ASME 第Ⅱ卷D（2004版）篇表1A，
WCB闸板σb=485 MPa CA15闸板σb=620 Mpa
LCB闸板σb=450 Mpa CF8M闸板σb=485Mpa 6．3．2．2 Ⅱ-Ⅱ断面的剪应力
P T= 2×S II×0.6×σb
S II：Ⅱ-Ⅱ断面的面积
S II=（N-M）.B mm2
6．3．2．3 I-I断面的安全系数
n I=P w/P L
n I≥1.05
6．3．2．4 Ⅱ-Ⅱ断面的安全系数
n II=Pτ/P L
n II≥1.65
6．4 以上公式按《材料力学》上册编写
7．闸板应力计算
●7．1范围
以下公式适用于闸阀闸板的应力计算
●7．2闸板的应力(见图7-1)
图7-1 闸板应力计算示意图
σ
0=〡σ
11
〡+〡σ
15
〡≤1.5S
m
(MPa)
●7．2．1外周边简支，内周边固定（垂直方向可移动），沿内周作用分布载荷
σ
11
=3b2p/4h2{2(1+v)(A11+lna/b-(1-v)(1-B11a2/b2)}≤S m(MPa)
A11=1/2×{ (1-v)×a2/[(1+v)a2+(1-v)b2]}[1-(1+2lna/b)(a2/b2)]
B11=2b2/[(1+v)a2+(1-v)b2] [(1+v)lna/b+1]
7．2．2外周边简支，内周边固定（垂直方向可移动），受均布连续载荷。

σ
15
=3p a2/8h2{(3+v) b2/a2+4(1+v)( A15+lna/b) b2/a2-(1-v)( 2b2/a2+ B15×a2/b2)}
≤S
m
(MP a)
A15=1/4{a2/[(1+v)a 2+(1-v) b2]}{(3+v)a2/b2+(1-v)[(4lna/b+3) a2/b2-2]}
B15= b2/[(1+v)a 2+(1-v) b2]{(3+v)-[(5+v)+4(1+v)lna/b] b2/a2}
P：设计压力 (MPa)
a：通道半径 (mm)
b：闸板中轴半径 (mm)
h：闸板单板厚 (mm)
v：泊松比 v=0.3
S
m
=闸板材料应力强度值，根据ASME第Ⅱ卷D篇(2004版)表2A
WCB：S
=161MPa (P262第37行)
m
=138MPa (P306第3行)
CF8M: S
m
=150MPa (P262第24行)
LCB：S
m
7．2．3 闸板中腹厚
)]*C
t=[sqrt(1.24*P/ S
m
t：闸板中腹计算厚度 mm
C：密封面平均直径 mm
7．2．4 以上公式按日本《核电设备用主要阀门的设计制造》编写
8 压板与活节螺栓的计算
●8．1范围
以下公式适用于闸阀、截止阀压板与活节螺栓的计算。

●8．2
图8-1 压板与活节螺栓计算示意图
d so={[(Ds2-ds2).Pp]/(2σ1)}1/2
d so：螺栓内径 mm
D S：填料函直径 mm
ds: 阀杆直径 mm
Pp:压套作用于填料的面压力 MPa
按JPI-7S-67-96附录3 P41
150、300LB,Pp=20 ； 600LB,Pp=25 ；
900LB, Pp=30 ； 1500LB,Pp=35 ； 2500LB,Pp=40 ：螺栓的许用应力
σ
1
按ASME 第Ⅱ卷(2004版)材料D篇表3，
B7 17.6 kgf/mm2. (P384第33行)
L7M 14.08 kgf/mm2. (P384第31行)
B8 17.6 kgf/mm2. (≤3/4) (P390第29行)
14.08 kgf/mm2. (3/4~1) (P390第27行)
13.3 kgf/mm2. (1以上) (P390第23行)
●8．3 压板计算
h={6P Y.L/[5(D-d 1)σ2]}1/2
h：压板厚度 mm
P Y：由高使用压力决定的载荷 Mpa
P Y=(π/4)（(Ds2-ds2).Pp
D：压板外圆mm
d 1：压板内孔直径mm
σ
：压板应力强度值根据ASME第Ⅱ卷D篇(2004版)表2A
2
WCB：S
=161MPa (P262第37行)
m
CF8M: S
=138MPa (P306第3行)
m
=150MPa (P262第24行)
LCB：S
m
●8．4 销轴计算
d s=[P Y/(π.τ)] 1/2 (mm)
d s：销轴直径 (mm)
τ：销轴剪应力 (MPa)
按ASME 第Ⅱ卷材料D篇(2004版)表1A，对碳钢、F304（1Cr18Ni9Ti）τ=110.4
Mpa (P142表1A的注释--通注--C项:取许用应力值的0.8倍)
●8．5 以上公式按日本石田公司阀门强度计算规定第9、10节
9 截止阀力计算
●9．1适用范围
阀该计算适用于截止扭矩计算。

●9．2 克服压力负荷的轴向力f1
f1=π/4*d1*d1*p N
d1：阀座密封面外径mm
p：介质压力MPa
●9．3 阀座周围密封轴向压紧力f2 (见右图)
f2 = C*π* d1*w*p*sin(α+φ)
= 1.98*π*d1*w*p N
C：密封系数C=3
w：密封面宽mm
α：密封面与轴线的夹角α=30︒
φ：密封面摩擦角μ=0.2时φ=11.3︒
d1：阀座密封面平均直径
●9．4 阀座密封面比压sa
sa =(f1+f2)/(3.14*d1*w)≤[sa] MPa
[sa] ：许用比压[sa]=250 MPa (250 MPa为合金钢的许用比压)●9．5 填料与阀杆的摩擦力
9．5．1 阀杆为升降杆时填料与阀杆的摩擦力f31
f31=u1*π*d*h*pp N
u1：填料与阀杆的摩擦系数u1=0.1
d：阀杆外径mm
h：填料总高mm
pp：压套作用填料的面压力MPa.
9．5．2 阀杆为旋转升降杆时填料与阀杆的摩擦力f32
f32=u1*π*d*h*pp*SinβN
9．5．3 阀杆为旋转升降杆时填料与阀杆的摩擦扭矩t4
t4=(0.5*d*u1*d*h*pp*cosβ)/1000 N.m
9．6 关闭时阀门压紧力
9．6．1压紧力ft=ft1
ft1=f1+f2+f31 N
9．6．2杆为旋转升降杆时阀门压紧力ft=ft2
ft2=f1+f2+f32 N
●9．7 阀杆应力σmax
σmax =[2*ft/(π*ds*ds)]*(1+k1)≤[σ] MPa
ft：阀门总压紧力N
ds：阀杆内径mm
k1：系数k1=sqrt（1+（4*tan（β+ρ））2）
β：螺纹升角β =arctan(pi/(π*dm))
pi：螺距 mm
dm：螺纹中径 mm
ρ：螺纹摩擦角ρ=actan(u2)
u2：螺纹摩擦系数u2=0.15
[σ]：阀杆许用应力，对ASTM A182 F6a即1Cr13阀杆调质200~230HB，根据ASTM A370，σb=650 MPa
取[σ]=σb /3=217 MPa
●9．8阀杆扭矩
9．8．1阀杆为旋转升降杆时阀杆总扭矩t=t6
t6=t1+t4
t1：阀杆轴向力作用在螺纹上的扭矩
t1 =ft1*0.5*dm*tan(β+ρ)/1000 N.m
t4：填料与阀杆的摩擦扭矩，见9．5．3
9．8．2阀杆为升降杆时阀杆总扭矩t=t2
t2=t3＋t5
t3：阀杆轴向力作用在螺纹上的扭矩
t3 =ft2*0.5*dm*tan(β+ρ)/1000 N.m
t5：阀杆螺母凸台与阀盖的摩擦扭矩
t5=0.5*dj*u3*f32 N.m
u3：摩擦系数，按《阀门设计》表9-6
台肩 u3=0.06
轴承 u3=0.003
d j:台肩（轴承）平均直径 mm
●9. 9 手轮力fw
fw=1000*T /（n*dw）N
T：阀杆上的总扭矩N.m
dw：手轮外径mm
n：手轮系数普通手轮n=1；冲击手轮n=3~10
●9. 10 阀瓣厚度td (见图9-1)
图9-1 阀瓣计算示意图
td=sqrt（(f1+f2)*(x1+x2)/(4*π*smd))
x1=8*(1+v)*log(a/b)
x2=(1-v)*(5-3*b*b/(a*a))
smd：阀瓣许用应力smd=160 MPa
a：1/2阀座内径mm
b：1/4阀杆头部最大直径mm
●9. 11以上公式按JPI-7S-67-96 附录3；日本石田公司阀门强度计算规定编写。

10．止回阀阀瓣、阀盖厚度计算
10．1 止回阀阀瓣厚度计算
10．1．1 平板型阀瓣厚度计算(见图10-1)
σ=1.2*P*R2/(t-C)2≤[σ] MPa
P：设计压力MPa
R：密封面平均半径mm
t：阀瓣厚度mm
C：腐蚀余量mm
t≤20，C=2.54；t>20，C=1
σ：计算应力MPa
[σ]：许用应力MPa
根据按ASME第Ⅱ卷(2004版)材料D篇表1A，
A105 138MPa (P16第6行)
LF2 138MPa (P16第11行)
F316 138MPa (P68第23行)
图10-1平板型阀瓣厚度计算示意图
10．1．2 蝶型阀瓣厚度计算(见图10-2)
σ=1.7*P*R/[2*(t-C) ]≤[σ] MPa
P：设计压力MPa
R：蝶型阀瓣弓型半径mm
t：阀瓣厚度mm
C：腐蚀余量mm
σ：计算应力MPa
[σ]：许用应力MPa
按ASME第Ⅱ卷(2004版)材料D篇表1A，乘以铸件系数0.8 WCB 110.4MPa (P16第8行)
LCB 102.4MPa (P10第29行)
CF8M 110.3MPa (P66第18行)
图10-2 蝶型阀瓣厚度计算示意图
10．2 止回阀阀盖厚度计算(见图10-3)
10．2．1 平板型阀盖厚度计算
σ=1.24*P*R2/(t-C)2≤[σ] MPa
P：设计压力MPa
R：阀盖承压平均半径mm
t：阀盖厚度mm
C：腐蚀余量mm
t≤20，C=2.54；t>20，C=1
σ：计算应力MPa
[σ]：许用应力MPa
按ASME第Ⅱ卷(2004版)材料D篇表1A，
A105 138MPa (P16第6行)
LF2 138MPa (P16第11行)
F316 138MPa (P68第23行)
图10-3平板型阀盖厚度计算示意图10．2．2 蝶型阀盖厚度计算(见图10-4)
σ=k*P*R/[2*(t-C) ]≤[σ] MPa
r：接合处半径mm
P：设计压力MPa
R：蝶型阀盖弓型半径mm
t：阀盖厚度mm
C：腐蚀余量mm
σ：计算应力MPa
[σ]：许用应力MPa
按ASME 第Ⅱ卷(2004版)材料D 篇表1A ，乘以铸件系数0.8
WCB 110.4MPa (P16第8行)
LCB 102.4MPa (P10第29行)
CF8M 110.3MPa (P66第18行)
图10-4蝶型阀盖厚度计算示意图
11．自紧密封结构计算
11.1 载荷计算
11.1.1 内压引起的总轴向力
F D P C =
⨯⨯π
4
2
(N)
式中: D C 密封接触圆直径 (mm) （见图11-1） P —设计压力 (MPa)
11.1.2 预紧螺栓载荷 Fa D q C =⨯⨯⨯
+παρρ
1sin()
cos (N)
式中: q1—线密封比压 , 取q1=300N/mm α—密封圈半夹角 (度)
ρ —磨擦角 ,钢与钢接触 ρ=8.5 度
图11-2 支承板结构示意图
11.2.1 纵向截面的弯曲应力
σπδσm a a b k t F D D D D d =
⨯⨯-⨯--⨯⨯≤3209312
()
().[] (MPa)
式中: D a —支承板外径 (mm) D b —螺栓孔中心圆直径 (mm) D 3—支承板凸台内径 (mm) D 1—支承板内径 (mm) d k —螺栓孔直径 (mm) δ—支承板厚度 (mm)
[]σt —设计温度下元件材料的许用应力 (Mpa)
11.2.2 a-a 环向截面的当量应力 οστ0223=+⨯ma a ≤09.[]σt
(1) a-a 环向截面的弯曲应力 σπma a a b a F D D D h =⨯⨯-⨯⨯32
() (MPa) 式中: h —支承板内缘厚度 (mm)
(2) a-a 环向截面的切应力 τπa a a F D h
=⨯⨯ (MPa) 11.3 四开环计算 (见图11-3)
图11-3 四开环结构图
11.3.1 四开环切应力 τπa a F F a h
=+⨯⨯≤09.[]σt 式中: a — 筒体内径 (mm)
b — 四开环内径 (mm)
h — 四开环厚 (mm)
11.3.2 按平板理论计算应力
外周边固定 , 内周边自由 , 受均布连续载荷 , 当
b a >0168. 时 σσmax ()==r r a ≤09.[]σt
σr f qa h =2
2
式中: f r a A a r b a b a B a r =++++--⨯+38341122222222
2{()()(ln )()()}μμμ
A a a b a b a b b a =--++-+⎛⎝
⎫⎭⎪++++⎡⎣⎢⎤⎦⎥⎧⎨⎩⎫⎬⎭14111213412222222()()()()()ln μμμμμ B b a b b a a b b a =--+++-⎛⎝
⎫⎭⎪+-⎧⎨⎩⎫⎬⎭2222222111141()()()ln ()μμμμ 11.3.3 四开环挤压应力
σπ¾()
jY
a q F F a
b ==+-22≤17.[]σt 11.4 预紧螺栓计算
σ=⨯⨯Fa n d 07853
2.≤[]σt (MPa) 式中: n —螺栓个数
d3—螺栓内径 （mm ）
11.5 填料箱计算 (见图11-4，图11-5)
图11-4 填料箱结构示意图 图11-5 填料箱惯性矩示意图
注：在使用FOXPRO 计算程序时： dlt5=δ d6=D6 h5=h
11.5.1 纵向截面的当量应力
σm M Z
=≤09.[]σt 式中: M — 纵向截面的弯矩 M D D F D D F c c c b a =
-+-⎡⎣⎢⎤⎦⎥1
223π()() (N.mm)
Z — 纵向截面的抗弯截面系数 Z I Z c c
= (mm 3) D b — 预紧螺栓中心圆直径 (mm)
I c — 纵向截面的惯性矩 (mm 4)
Z c — 纵向截面的形心离截面最外端距离 (mm)
11.5.2 a-a 环向截面的当量应力
οστ0223a ma a =+⨯≤09.[]σt (MPa)
(1) a-a 环向截面的弯曲应力
σπα
ma a F F L D l =⨯+⨯⨯⨯⨯652()sin (MPa) 式中: L —弯曲力臂（mm ）
D D l 56=-⨯cos α (mm)
l h h =-1sin α
(mm) (2) a-a 环向截面的切应力
τπα
a a F F D l =+⨯⨯⨯5sin (MPa)
11.5.3 b-b 环向截面的当量应力
οστ0223b mb b =+⨯≤09.[]σt (MPa)
(1) b-b 环向截面的弯曲应力
σπmb a c F F D D D h
=⨯+⨯-⨯⨯3662()() (MPa) (2) b-b 环向截面的切应力
τπb a F F D h
=+⨯⨯6 (MPa)
11.6 筒体顶部计算(见图11-6)
11.6.1 a-a 环向截面的当量应力
οσσ0a a ma =+≤09.[]σt (MPa)
(1) a-a 环向截面的拉应力
σπa a F F D D =⨯+⨯-40272()()
(MPa) 式中: D 0— 筒体外直径 (mm)
D 7—四开环槽直径 (mm)
(2) a-a 环向截面的弯曲应力
σma M S =⨯62
max (MPa)
式中: S — a-a 环向截面厚度 (mm)
M max —作用于 a-a 环向截面单位长度上的最大弯矩 (N.mm/mm)
{}M M M M M r r max max ,=+-34
① M r —由径向载荷Q r 引起的弯矩
M q k e k k e k k kl kl e k kl r r k k k =--+-++⎧⎨⎩⎫⎬⎭
---14111433123121121(cos sin )(cos sin )(cos sin )(cos )sin Q F F tg r a =++()αρ q Q D r r n =⨯π k D S
n =-1212224()μ c l l =21
k kcl 11= k k c l 221=+() k kl kcl 311=+
当
D D 07145≤.时 , S D D 0074
=- D D S n =+⨯702 S D D =
-072
② M M e kl kl 41211212121=-++⎡⎣⎢⎤⎦
⎥-(sin )
M 1—中性面单位长度的弯矩 M F F H D a n
1=+⨯⨯()π (N.mm)
H S h =+0
③ M M e kl kl 31211212121=++⎡⎣⎢⎤⎦
⎥-(sin )
11.6.2 b-b 环向截面的当量应力
οστ0223b mb b =+⨯≤09.[]σt (MPa)
(1) b-b 环向截面的弯曲应力
σπmb a F F h D l =⨯+⨯⨯⨯371
2() (MPa)
(2) b-b 环向截面的切应力
τπb a F F D l =+⨯⨯71
(MPa)
12. 阀体壁厚计算(见图
图12-1阀体壁厚计算示意图
12.1 阀体通道处壁厚计算
tm1=1.5*pc*d/(2*s-1.2*pc)+c <tm
tm1: 阀体通道处计算壁厚mm
pc: 压力等级(class 150,pc=150psi; class 300,pc=300psi)
d：阀体通道处直径mm
s：阀体材料许用应力s=7000psi
c: 腐蚀余量c=2.54 mm
tm：阀体通道处设计壁厚mm
12.2 阀体中腔1.1*sqrt(d*tm) 处壁厚计算
t11=1.5*pc*d11/(2*s-1.2*pc)+c <t1
t11: 阀体中腔1.1*sqrt(d*tm) 处壁厚mm
d11：阀体中腔1.1*sqrt(d*tm) 处计算直径mm
d11=（2/3）*d1
d1：阀体中腔1.1*sqrt(d*tm) 处直径mm
t1：阀体中腔1.1*sqrt(d*tm) 处设计壁厚mm
以上公式根据ASME B16.34(2004版)中6.1.2节和附录B中B.1.3节编写
附录Ａ参考资料
ASME锅炉及压力容器规范，第Ⅷ卷，第一册，2004版，中国《ASME规范产品》协作网（CACI）翻译。

ASME锅炉及压力容器规范，第Ⅱ卷材料，D篇性能，2004版，中国《ASME规范产品》协作网（CACI）翻译。

ASME/ANSI B16.34-2004 VALVES-FLANGED、THREADED AND WELDING END。

JPI石油工业用阀门-1997，日本石油学会。

阀门设计，沈阳阀门研究所编。

材料力学，刘鸿文主编，高等教育出版社，1982年第二版。

核电设备用主要阀门的设计制造，姚静，译自日本阀门技术最新文献集。

阀门强度计算规定，日本石田阀门公司编。

机械设计手册，第三版，第1卷，化学工业出版社，1993第3版。

阀门设计手册，杨源泉主编，机械工业出版社，1992年第1版。