阀门典型零部件的强度计算课件

第六章阀门典型零部件的

强度计算

第六章阀门典型零部件的

强度计算基本内容8-1阀体壁厚的计算8-2闸板的计算8-3阀体中法兰的计算8-4阀杆螺母的计算基本内容8-1阀体壁厚的计算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：国家标谁GB12232—12240、美国石油学会标准API6O0、美国国家标谁ANSIB16.34、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”。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。

插入法计算公式为：

—计算的阀体壁厚；

—阀门公称压力；

—“最小壁厚表”中公称压力(小值)；

—“最小壁厚表”中公称压力(大值)；

—由查表得出的壁厚；

—由查表得出的壁厚。8-1阀体壁厚的计算二、插入法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阀体壁厚的计算三、计算法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。8-1阀体壁厚的计算三、计算法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

8-1阀体壁厚的计算三、计算法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：其中：—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；

8-1阀体壁厚的计算三、计算法为推荐的闸阀阀体中腔尺寸：8-1阀体壁厚的计算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（一）圆筒形及腰鼓形阀体1.薄壁阀体P

—设计压力，取公称压力PN

；

—考虑腐蚀裕量时阀体的壁厚；

—材料的许用拉应力

8-1阀体壁厚的计算三、计算法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：

8-1阀体壁厚的计算三、计算法8-1阀体壁厚的计算三、计算法（一）圆筒形及腰鼓形阀体2.厚壁阀体对于钢制高压阀门的阀体壁厚，一般按厚壁容器公式计算：其中：—阀体外径与内径之比，按下式计算；

8-1阀体壁厚的计算三、计算法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

—材料的许用应力，取与两者中的较小值。和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

8-1阀体壁厚的计算三、计算法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3.由两个圆弧半径组成的薄壁球形阀体

8-1阀体壁厚的计算三、计算法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

其中：—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。

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’一般要比小2～lOmm。（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（4）连接轴直径

8-2闸板的计算二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算8-2闸板的计算

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:对于双面强制密封，闸板在出口端根部处的弯曲应力为:

8-2闸板的计算二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算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，—圆板应力系数，对于钢，根据弹性比值m由表下查取。

8-2闸板的计算二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算8-3阀体中法兰的计算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阀体中法兰的计算闸阀阀体中法兰是指阀体与阀盖连接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：常温时螺栓的总计算载荷取与两者中的较大值。无介质时

有介质时8-3阀体中法兰的计算一、螺栓的总计算载荷（4）垫片压紧力作用中心圆确定原则时，垫片于法兰接触密封面的平均直径时，垫片于法兰接触密封面的外径-2

其中：是垫片基本密封宽度，是垫片有效密封宽度。垫片基本密封宽度

8-3阀体中法兰的计算（4）垫片压紧力作用中心圆确定原则8-3阀体中法兰的计算垫片的有效密封宽度确定原则：当时，取当时，取

8-3阀体中法兰的计算垫片的有效密封宽度确定原则：8-3阀体中法兰的计算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：8-3阀体中法兰的计算一、螺栓的总计算载荷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：

—螺栓材料在常温下的许用拉应力。

8-3阀体中法兰的计算二、螺栓的强度计算三、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阀体中法兰的计算1、法兰尺寸拟定（1）法兰强度设计8-3阀体中法兰的计算（2）法兰尺寸拟定计算

法兰有效厚度法兰颈部大端有效厚度法兰设计力矩法兰内径常温下材料的需用应力系数，查GB150

按接管厚度确定查GB1508-3阀体中法兰的计算（2）法兰尺寸拟定计算法兰有效厚度8-3阀体中法兰的2、法兰力矩的计算作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力

力臂：（1）阀体内腔对法兰弯矩

弯矩：8-3阀体中法兰的计算2、法兰力矩的计算作用于法兰内径截面上的流体压力力臂：（力臂：（2）密封面平均直径至阀体内腔对法兰弯矩

弯矩：力臂：弯矩：（3）垫片密封力对法兰弯矩

8-3阀体中法兰的计算力臂：（2）密封面平均直径至阀体内腔对法兰弯矩弯矩：力臂：力臂：（4）阀杆关闭力对法兰弯矩

弯矩：（5）法兰总弯矩

8-3阀体中法兰的计算力臂：（4）阀杆关闭力对法兰弯矩弯矩：（5）法兰总弯矩88-3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：（2）法兰盘的径向弯曲应力为：（3）法兰盘的环向弯曲应力为：

8-3阀体中法兰的计算3、法兰的强度计算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；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。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，一8-3阀体中法兰的计算三个弯曲应力必须满足

其中：—法兰颈的许用弯曲应力，取；

—法兰盘的许用弯曲应力，取。8-3阀体中法兰的计算三个弯曲应力必须满足第六章阀门典型零部件的

强度计算

第六章阀门典型零部件的

强度计算基本内容8-1阀体壁厚的计算8-2闸板的计算8-3阀体中法兰的计算8-4阀杆螺母的计算基本内容8-1阀体壁厚的计算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：国家标谁GB12232—12240、美国石油学会标准API6O0、美国国家标谁ANSIB16.34、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”。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。

插入法计算公式为：

—计算的阀体壁厚；

—阀门公称压力；

—“最小壁厚表”中公称压力(小值)；

—“最小壁厚表”中公称压力(大值)；

—由查表得出的壁厚；

—由查表得出的壁厚。8-1阀体壁厚的计算二、插入法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阀体壁厚的计算三、计算法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。8-1阀体壁厚的计算三、计算法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

8-1阀体壁厚的计算三、计算法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：其中：—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；

8-1阀体壁厚的计算三、计算法为推荐的闸阀阀体中腔尺寸：8-1阀体壁厚的计算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（一）圆筒形及腰鼓形阀体1.薄壁阀体P

—设计压力，取公称压力PN

；

—考虑腐蚀裕量时阀体的壁厚；

—材料的许用拉应力

8-1阀体壁厚的计算三、计算法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：

8-1阀体壁厚的计算三、计算法8-1阀体壁厚的计算三、计算法（一）圆筒形及腰鼓形阀体2.厚壁阀体对于钢制高压阀门的阀体壁厚，一般按厚壁容器公式计算：其中：—阀体外径与内径之比，按下式计算；

8-1阀体壁厚的计算三、计算法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

—材料的许用应力，取与两者中的较小值。和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

8-1阀体壁厚的计算三、计算法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3.由两个圆弧半径组成的薄壁球形阀体

8-1阀体壁厚的计算三、计算法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

其中：—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。

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’一般要比小2～lOmm。（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（4）连接轴直径

8-2闸板的计算二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算8-2闸板的计算

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:对于双面强制密封，闸板在出口端根部处的弯曲应力为:

8-2闸板的计算二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算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，—圆板应力系数，对于钢，根据弹性比值m由表下查取。

8-2闸板的计算二、弹性闸板闸阀的闸板设计与计算8-3阀体中法兰的计算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阀体中法兰的计算闸阀阀体中法兰是指阀体与阀盖连接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：常温时螺栓的总计算载荷取与两者中的较大值。无介质时

有介质时8-3阀体中法兰的计算一、螺栓的总计算载荷（4）垫片压紧力作用中心圆确定原则时，垫片于法兰接触密封面的平均直径时，垫片于法兰接触密封面的外径-2

其中：是垫片基本密封宽度，是垫片有效密封宽度。垫片基本密封宽度

8-3阀体中法兰的计算（4）垫片压紧力作用中心圆确定原则8-3阀体中法兰的计算垫片的有效密封宽度确定原则：当时，取当时，取

8-3阀体中法兰的计算垫片的有效密封宽度确定原则：8-3阀体中法兰的计算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：8-3阀体中法兰的计算一、螺栓的总计算载荷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：

—螺栓材料在常温下的许用拉应力。

8-3阀体中法兰的计算二、螺栓的强度计算三、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阀体中法兰的计算1、法兰尺寸拟定（1）法兰强