阀门零部件的强度计算

8-2 闸板的计算
一、明杆楔式单闸板闸阀的闸板设计与计算
中间薄板厚度可按下式校检其根部的弯曲应力
3 PRB 2 W [ W ] 2 4 (SB C )
其中：RB—中间薄板根部处半径， C —附加裕量； —闸板材料的许用弯曲应力。 [ W ]
8-2 闸板的计算
二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算
DDP P
2
8-3 阀体中法兰的计算
二、螺栓的强度计算
常温时螺栓的总计算载荷：
QLZ QLl [QL ]l FL
螺栓材料在常温下的许用拉应力。 [QL ]— l
8-3 阀体中法兰的计算
三、法兰强度设计
•标准法兰按相关法兰标准进行选择。 •非标准法兰设计时，采用试算法。一般以直径 和压力等级相近的标准法兰尺寸为基础，拟定非 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（Waters）法，是弹性 理论分析为基础
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。
中法兰的设计必须保证在工作温度和工作压力下有 足够的强度与密封性。 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≤ 300 ℃ 时，只按 常温工况验算。
8-3 阀体中法兰的计算
一、螺栓的总计算载荷
8-1 阀体壁厚的计算
三、计算法
（一）圆筒形及腰鼓形阀体
1.薄壁阀体 Ａ.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： P Dn SB C 2[ L ] P
Dn —阀体中腔最大内径，根据结构需要选定， 其中： 下表为推荐的闸阀阀体中腔尺寸；
8-1 阀体壁厚的计算
8-1 阀体壁厚的计算
三、计算法
（二）圆筒形及腰鼓形阀体
1.薄壁球形阀体 2.薄壁阀体 S B
PR SB C 2[ L ]
2 P r C 400[ L ] P
3.由两个圆弧半径组成的薄壁球形阀体 PR2 PR2 R2 1 2 (2 ) 2( S B C ) 2( S B C ) R1
垫片的有效密封宽度 bDS确定原则： 当 bo 6.4mm 时，取 bDS bo 当 bo 6.4mm 时，取 bDS 2.53
bo
8-3 阀体中法兰的计算
一、螺栓的总计算载荷
常温时螺栓的总计算载荷： 螺栓的工作载荷为：
QDJ Qg QFZ
QDJ

4
（2）弹性变形过渡直径
一般地取弹性变形过渡直径dB比闸板密封面内径小4～ 12mm。
8-2 闸板的计算
二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算
1.闸板主要结构尺寸的确定 （3）弹性比值
dB DMP m m 1 d d 1 ln ( d B d ) 2
ln m2 SB
DMP （4）连接轴直径 d m
对于双面强制密封，闸板在出口端根部处的弯曲应 力为: (QMF 2QMJ ) cos W k1 [W ] 2 (SB C )
8-2 闸板的计算
二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算
2.闸板单边厚度

k1 ，k2 —圆板应力系数，对于钢，根据弹性比值m
由表下查取。
8-3 阀体中法兰的计算
8-1 阀体壁厚的计算
三、计算法
注意：
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 行计算。 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 计算一般只对中腔部分进行。 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DN≥300mm时，在阀体内 腔或外部增添加强肋，以增强其刚性。
8-2 闸板的计算
8-2 闸板的计算
二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算
2.闸板单边厚度
对于单面强制密封，闸板在出口端根部处的弯曲应 力为:
W
k2QMJ k1 f M tg 2 [ d P ( Q Q ) cos ] [W ] MF MJ 2 2 (SB C ) 4 1 f M tg (SB C )
PN2 —“最小壁厚表”中公称压力(小值)； tm1 —“最小壁厚表”中公称压力(大值)； tm 2 —由查表得出的壁厚； —由查表得出的壁厚。
8-1 阀体壁厚的计算
三、计算法
阀体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(椭 圆形、扁圆形、矩形等)等基本形状，分别按不同的公 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 1.2 时，按薄壁容器的公式计算，大于1.2 时，按厚壁容器 的公式计算。
8-1 阀体壁厚的计算
二、插入法
由“查表法”引伸出的“插入法”(又称“线性插值 法”)适用于最小壁厚不能直接从设计标准中查出的 情况。 PN PN1 tm tm1 (tm 2 tm1 ) 插入法计算公式为： PN 2 PN1
tm
PN —计算的阀体壁厚； PN1 —阀门公称压力；
弯矩：
M3 Qlz Qg l3
8-3 阀体中法兰的计算
（4）阀杆关闭力对法兰弯矩 D B 力臂： l4 1 2
弯矩：
l4 M 4 QFZ
（5）法兰总弯矩
M Z M1 M 2 M 3 M 4
8-3 阀体中法兰的计算
3、法兰的强度计算
（1）法兰颈的轴向弯曲应力为：
8-1 阀体壁厚的计算
三、计算法
（一）圆筒形及腰鼓形阀体

a)闸阀阀体 b)截止阀及升降式止回阀阀体 c)旋启式止回阀阀体
8-1 阀体壁厚的计算
三、计算法
（一）圆筒形及腰鼓形阀体

d)球阀阀体
e)蝶阀阀体
8-1 阀体壁厚的计算
三、计算法
（一）圆筒形及腰鼓形阀体

f)蒸汽疏水阀阀体
g)安全阀阀体
1
• f 法兰有效厚度 • 1 法兰颈部大端有效厚度 • M o 法兰设计力矩 • Di 法兰内径 • f 常温下材料的需用应力 • Y 系数，查GB150 • 0 按接管厚度确定
•h 查GB150
8-3 阀体中法兰的计算
2、法兰力矩的计算
（1）阀体内腔对法兰弯矩
作用于法兰内径截面上的流体压力 引起的轴向力
8-3 阀体中法兰的计算
三个弯曲应力必须满足
W 1 [WJ ] W 2 [WP ] W 3 [WP ]
其中： [ WJ ] —法兰颈的许用弯曲应力， 取 1.5[ L ] ； 取
[ WP ]
8-3 阀体中法兰的计算
1、法兰尺寸拟定
（1）法兰强度设计 •法兰厚度计算 •法兰锥颈高度（对焊法兰） •法兰锥颈底部尺寸（对焊 法兰） •颈部接管厚度 •拟好尺寸—试算—强度校 核-拟定尺寸
8-3 阀 Di f 49M o Di f
P Dn SB C 2.3[ L ] P
8-1 阀体壁厚的计算
三、计算法
（一）圆筒形及腰鼓形阀体
2.厚壁阀体 对于脆性材料阀体壁厚，一般按厚壁容器公式计算： Dn SB ( K 0 1) C 2
其中：K0 按下式计算；
K0
P P
三、计算法
（一）圆筒形及腰鼓形阀体
1.薄壁阀体 S P Dn C B 2[ L ] P
C —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；
8-1 阀体壁厚的计算
三、计算法
（一）圆筒形及腰鼓形阀体
1.薄壁阀体 Ｂ.对于塑性材料做成的阀体，其壁厚按第四强度 理论计算：
QNJ

4
2 DN P
力臂： l D1 DN m 1
2
弯矩：
M1 QNJ l1
8-3 阀体中法兰的计算
（2）密封面平均直径至阀体内腔对法兰弯矩 2 D1 DN DDP 力臂： l2 4
弯矩：
M 2 QDJ QNJ l2
（3）垫片密封力对法兰弯矩
D1 DDP 力臂： l3 2
fM Z W 1 Sm 2 Dn
（2）法兰盘的径向弯曲应力为：
W 2
(1.33h e 1) M Z h2 Dn
（3）法兰盘的环向弯曲应力为：
W 3
yM Z 2 z W 2 h Dn
4、法兰应力校核
•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 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 计法，取1.5倍材料许用应力作为它的最大允许应力；
常温（t≤300℃）时螺栓的总计算载荷：
常温时螺栓的总计算载荷 QLZ 取 (Q XQ ) 与 yJ g 两者中的较大值。 无介质时 有介质时
(QDF Qg )
QyJ DDPbDS qyJ
QyJ 2 DDPbDS mDP P
X外载荷系数，X=0.2～0.3
8-3 阀体中法兰的计算
第六章 阀门典型零部件的 强度计算
基本内容
8-1 8-2 8-3 阀体壁厚的计算 闸板的计算 阀体中法兰的计算
8-1 阀体壁厚的计算
阀体壁厚的确定方法主要有:查表法、插入法 和计算法。 一、查表法
对于所设计的阀门，当设计任务书已明确给定该阀门 所依据的设计标准时，首先从指定的设计标准中查找 出阀门的最小壁厚值。 例如：国家标准 GB26640-2011《阀门壳体最小壁厚尺 寸》、美国石油学会标准 API6O0 、美国国家标谁 ANSI B16.34 、英国标准 BS1873 等，对阀体最小壁厚值都作 了明确规定 , 当设计这类“标准阀门”时，推荐采用 “查表法”。
（4）垫片压紧力作用中心圆确定原则 bo 6.4mm 时， DDP 垫片于法兰接触密封面的平均直径 bo 6.4mm 时， DDP 垫片于法兰接触密封面的外径-2 bDS bDS 是垫片有效密封宽度。 其中：bo 是垫片基本密封宽度， 垫片基本密封宽度 bo
8-3 阀体中法兰的计算
•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 和拉伸应力；
•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 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 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。 •例如若 达到1.5倍许用应力， 或 只允许0.5倍许用应力。
8-1 阀体壁厚的计算
三、计算法
（一）圆筒形及腰鼓形阀体
Dn SB ( K 0 1) C 2
[ ] 2.厚壁阀体 K0 [ ] 3P 对于钢制高压阀门的阀体壁厚， s b [ ] —材料的许用应力，取 与 两者中的较 ns nb 小值。 nb 和 ns 分别为以强度指标的安全系数和以强度 指标的安全系数，取 nb 4.25 ns 2.30
1.闸板主要结构尺寸的确定 弹性闸板的结构形式分整体式和焊接式两类。
8-2 闸板的计算
二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算
1.闸板主要结构尺寸的确定
（1）弹性槽的宽度
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a一般取6mm; 对于整体砂模铸造式弹性闸板，随口径的增大，取a＝ 10～20mm, T型槽处的宽度a’一般要比a小2～lOmm。
为推荐的闸阀阀体中腔尺寸：
8-1 阀体壁厚的计算
三、计算法
（一）圆筒形及腰鼓形阀体
1.薄壁阀体 S P Dn C B 2[ L ] P P —设计压力，取公称压力PN ；
SB —考虑腐蚀裕量时阀体的壁厚； [ L ] —材料的许用拉应力
8-1 阀体壁厚的计算