閥門零部件的強度計算

1、第六章第六章 閥門典型零部件的閥門典型零部件的 強度計算強度計算 基本內(nèi)容基本內(nèi)容o 8-1 8-1 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計算o 8-2 8-2 閘板的計算閘板的計算o 8-3 8-3 閥體中法蘭的計算閥體中法蘭的計算 8-1 8-1 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計算閥體壁厚的確定方法主要有閥體壁厚的確定方法主要有: :查表法、插入法查表法、插入法和計算法。和計算法。一、查表法一、查表法 對于所設(shè)計的閥門，當設(shè)計任務(wù)書已對于所設(shè)計的閥門，當設(shè)計任務(wù)書已明確給定該閥門所明確給定該閥門所依據(jù)的設(shè)計標準時依據(jù)的設(shè)計標準時，首先從指定的設(shè)計標準中查找出閥，首先從指定的設(shè)計標準中查找出閥門的最小壁厚值。

2、門的最小壁厚值。 例如：國家標準例如：國家標準GB26640-2011GB26640-2011閥門殼體最小壁厚尺閥門殼體最小壁厚尺寸寸、美國石油學會標準、美國石油學會標準API6O0API6O0、美國國家標誰、美國國家標誰ANSI ANSI B16.34B16.34、英國標準、英國標準BS1873BS1873等，對閥體最小壁厚值都作等，對閥體最小壁厚值都作了明確規(guī)定了明確規(guī)定, ,當設(shè)計這類當設(shè)計這類“標準閥門標準閥門”時，推薦采用時，推薦采用“查表法查表法”。8-1 8-1 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計算二、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”(又稱又稱“線性

3、插值線性插值法法”)適用于最小壁厚不能直接從設(shè)計標準中查出的適用于最小壁厚不能直接從設(shè)計標準中查出的情況。情況。 插入法計算公式為：插入法計算公式為：計算的閥體壁厚；計算的閥體壁厚；閥門公稱壓力；閥門公稱壓力；“最小壁厚表最小壁厚表”中公稱壓力中公稱壓力(小值小值)；“最小壁厚表最小壁厚表”中公稱壓力中公稱壓力(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 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計算三、計算法三、計算法n 閥體壁厚的計算方法主要由下列因素決定：閥體壁厚的計算

4、方法主要由下列因素決定： 閥體材料的力學性能，對于鑄鐵類材料，應(yīng)按脆性材料閥體材料的力學性能，對于鑄鐵類材料，應(yīng)按脆性材料計算；對于鋼類材料應(yīng)按塑性材料計算。計算；對于鋼類材料應(yīng)按塑性材料計算。 閥體形狀可分為圓筒形、腰鼓形、球形、非圓筒形閥體形狀可分為圓筒形、腰鼓形、球形、非圓筒形( (橢橢圓形、扁圓形、矩形等圓形、扁圓形、矩形等) )等基本形狀，分別按不同的公等基本形狀，分別按不同的公式計算閥體壁厚。式計算閥體壁厚。 閥體結(jié)構(gòu)尺寸的確定，當閥體外徑與內(nèi)徑之比小干閥體結(jié)構(gòu)尺寸的確定，當閥體外徑與內(nèi)徑之比小干1.21.2時，按薄壁容器的公式計算，大于時，按薄壁容器的公式計算，大于1.21.2時

5、，按厚壁容器時，按厚壁容器的公式計算。的公式計算。8-1 8-1 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計算三、計算法三、計算法n 注意：注意：o 閥體壁厚的計算方法與它的形狀有關(guān)，一個閥體又往往由幾閥體壁厚的計算方法與它的形狀有關(guān)，一個閥體又往往由幾種形狀所組成。但實際應(yīng)用上并不是一部份一部份地單獨進種形狀所組成。但實際應(yīng)用上并不是一部份一部份地單獨進行計算。行計算。o 閥體通常都由中腔和進口、出口管段幾個部分組成。這三個閥體通常都由中腔和進口、出口管段幾個部分組成。這三個部分中總是中腔尺寸大于進口、出口段，因此，閥體壁厚的部分中總是中腔尺寸大于進口、出口段，因此，閥體壁厚的計算一般只對中腔部分進行。計算

6、一般只對中腔部分進行。o 閥體壁厚的計算除了考慮強度之外，還應(yīng)考慮其剛度，否則，閥體壁厚的計算除了考慮強度之外，還應(yīng)考慮其剛度，否則，會因受力變形而破壞密封。通常當會因受力變形而破壞密封。通常當DN300mmDN300mm時，在閥體內(nèi)時，在閥體內(nèi)腔或外部增添加強肋，以增強其剛性。腔或外部增添加強肋，以增強其剛性。8-1 8-1 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計算三、計算法三、計算法n （一）圓筒形及腰鼓形閥體（一）圓筒形及腰鼓形閥體na)a)閘閥閥體閘閥閥體 b)b)截止閥及升降式止回閥閥體截止閥及升降式止回閥閥體 c)c)旋啟式止回閥閥體旋啟式止回閥閥體 8-1 8-1 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計

7、算三、計算法三、計算法n （一）圓筒形及腰鼓形閥體（一）圓筒形及腰鼓形閥體n d)d)球閥閥體球閥閥體 e)e)蝶閥閥體蝶閥閥體 8-1 8-1 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計算三、計算法三、計算法n （一）圓筒形及腰鼓形閥體（一）圓筒形及腰鼓形閥體n f)f)蒸汽疏水閥閥體蒸汽疏水閥閥體 g)g)安全閥閥體安全閥閥體 8-1 8-1 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計算三、計算法三、計算法n （一）圓筒形及腰鼓形閥體（一）圓筒形及腰鼓形閥體o 1.1.薄壁閥體薄壁閥體o .對于用鑄鐵等脆性材料做成的閥體，其壁厚按對于用鑄鐵等脆性材料做成的閥體，其壁厚按第一強度理論計算：第一強度理論計算：o 其中：其中：

8、閥體中腔最大內(nèi)徑，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要選定，下閥體中腔最大內(nèi)徑，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要選定，下表為推薦的閘閥閥體中腔尺寸；表為推薦的閘閥閥體中腔尺寸；2nBLPDSCPnDo 為推薦的閘閥閥體中腔尺寸：為推薦的閘閥閥體中腔尺寸： 8-1 8-1 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計算8-1 8-1 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計算三、計算法三、計算法n （一）圓筒形及腰鼓形閥體（一）圓筒形及腰鼓形閥體o 1.1.薄壁閥體薄壁閥體oP P設(shè)計壓力，取公稱壓力設(shè)計壓力，取公稱壓力PNPN ；o 考慮腐蝕裕量時閥體的壁厚；考慮腐蝕裕量時閥體的壁厚；o 材料的許用拉應(yīng)力材料的許用拉應(yīng)力 2nBLPDSCPBSL8-1 8-1 閥體壁

9、厚的計算閥體壁厚的計算三、計算法三、計算法n （一）圓筒形及腰鼓形閥體（一）圓筒形及腰鼓形閥體o 1.1.薄壁閥體薄壁閥體oC C考慮鑄造偏差、工藝性和介質(zhì)腐蝕等因素而附加考慮鑄造偏差、工藝性和介質(zhì)腐蝕等因素而附加的裕量，可參考下表選??；的裕量，可參考下表選??； 2nBLPDSCP8-1 8-1 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計算三、計算法三、計算法n （一）圓筒形及腰鼓形閥體（一）圓筒形及腰鼓形閥體o 1.1.薄壁閥體薄壁閥體o .對于塑性材料做成的閥體，其壁厚按第四強度對于塑性材料做成的閥體，其壁厚按第四強度理論計算：理論計算：2.3nBLPDSCP8-1 8-1 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計算三

10、、計算法三、計算法n （一）圓筒形及腰鼓形閥體（一）圓筒形及腰鼓形閥體o 2.2.厚壁閥體厚壁閥體o 對于脆性材料閥體壁厚，一般按厚壁容器公式計算：對于脆性材料閥體壁厚，一般按厚壁容器公式計算：o 其中：其中：按下式計算；按下式計算；0(1)2nBDSKC0K PPK08-1 8-1 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計算三、計算法三、計算法n （一）圓筒形及腰鼓形閥體（一）圓筒形及腰鼓形閥體o 2.2.厚壁閥體厚壁閥體o 對于鋼制高壓閥門的閥體壁厚，對于鋼制高壓閥門的閥體壁厚，o 材料的許用應(yīng)力，取與兩者中的較材料的許用應(yīng)力，取與兩者中的較小值。小值。o 和分別為以強度指標的安全系數(shù)和以強度和分別為以

11、強度指標的安全系數(shù)和以強度指標的安全系數(shù)，取指標的安全系數(shù)，取0(1)2nBDSKC0 3KP bbnssnbnsn4.25bn 2.30sn 8-1 8-1 閥體壁厚的計算閥體壁厚的計算三、計算法三、計算法n （二）圓筒形及腰鼓形閥體（二）圓筒形及腰鼓形閥體o 1.1.薄壁球形閥體薄壁球形閥體o 2.2.薄壁閥體薄壁閥體o 3.3.由兩個圓弧半徑組成的薄壁球形閥體由兩個圓弧半徑組成的薄壁球形閥體2BLPRSC2P r400BLSCP212()BPRSC2221(2)2()BPRRSCR8-2 8-2 閘板的計算閘板的計算 一、明桿楔式單閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算一、明桿楔式單閘板閘閥的閘板設(shè)計

12、與計算n 中間薄板厚度可按下式校檢其根部的彎曲應(yīng)力中間薄板厚度可按下式校檢其根部的彎曲應(yīng)力 o 其中：其中： 中間薄板根部處半徑，中間薄板根部處半徑， o C C 附加裕量；附加裕量；o 閘板材料的許用彎曲應(yīng)力。閘板材料的許用彎曲應(yīng)力。2234 ()BWWBPRSCBRW8-2 8-2 閘板的計算閘板的計算 二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算n 1.1.閘板主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定閘板主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定n 彈性閘板的結(jié)構(gòu)形式分整體式和焊接式兩類。彈性閘板的結(jié)構(gòu)形式分整體式和焊接式兩類。 8-2 8-2 閘板的計算閘板的計算 二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算二、彈性閘板閘

13、閥的閘板設(shè)計與計算n 1.1.閘板主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定閘板主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定n （1 1）彈性槽的寬度）彈性槽的寬度 p 對于整體精密鑄造式、整體切槽式以及穿軸焊接式彈性對于整體精密鑄造式、整體切槽式以及穿軸焊接式彈性閘板，彈性槽的寬度閘板，彈性槽的寬度a a一般取一般取6mm;6mm;p 對于整體砂模鑄造式彈性閘板，隨口徑的增大，取對于整體砂模鑄造式彈性閘板，隨口徑的增大，取a a101020mm, T20mm, T型槽處的寬度型槽處的寬度a a一般要比一般要比a a小小2 2lOmmlOmm。n （2 2）彈性變形過渡直徑）彈性變形過渡直徑o 一般地取彈性變形過渡直徑一般地取彈性變形過渡直徑

14、d dB B比閘板密封面內(nèi)徑小比閘板密封面內(nèi)徑小4 412mm12mm。 8-2 8-2 閘板的計算閘板的計算 二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算n 1.1.閘板主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定閘板主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定n （3 3）彈性比值）彈性比值n （4 4）連接軸直徑）連接軸直徑MPDmd1Bdmdn2BlmSn1()2BlddMPDdm8-2 8-2 閘板的計算閘板的計算 8-2 8-2 閘板的計算閘板的計算 二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算n 2.2.閘板單邊厚度閘板單邊厚度n 對于單面強制密封，閘板在出口端根部處的彎曲應(yīng)對于單面強制密封

15、，閘板在出口端根部處的彎曲應(yīng)力為力為: :n 對于雙面強制密封，閘板在出口端根部處的彎曲應(yīng)對于雙面強制密封，閘板在出口端根部處的彎曲應(yīng)力為力為: :22122()cos ()41()MJMWMFMJWBMBk Qkf tgd PQQSCf tgSC12(2)cos()MFMJWWBQQkSC8-2 8-2 閘板的計算閘板的計算 二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算n 2.2.閘板單邊厚度閘板單邊厚度n ， 圓板應(yīng)力系數(shù)，對于鋼，根據(jù)彈性比值圓板應(yīng)力系數(shù)，對于鋼，根據(jù)彈性比值m m由表下查取由表下查取。 1k2k8-3 8-3 閥體中法蘭的計算閥體中法蘭的計算 n 閘

16、閥閥體中法蘭是指閥體與閥蓋連接的法蘭，其連閘閥閥體中法蘭是指閥體與閥蓋連接的法蘭，其連接形式在閥門上是十分普遍的。接形式在閥門上是十分普遍的。n 中法蘭的設(shè)計必須保證在工作溫度和工作壓力下有中法蘭的設(shè)計必須保證在工作溫度和工作壓力下有足夠的足夠的強度與密封性強度與密封性。n 對在高溫下工作的閥門，應(yīng)按常溫、初加溫和高溫對在高溫下工作的閥門，應(yīng)按常溫、初加溫和高溫三種工況分別驗算，當介質(zhì)溫度三種工況分別驗算，當介質(zhì)溫度300300時，只按時，只按常溫工況驗算。常溫工況驗算。8-3 8-3 閥體中法蘭的計算閥體中法蘭的計算 一、螺栓的總計算載荷一、螺栓的總計算載荷常溫常溫（t t300300）時螺

17、栓的總計算載荷：時螺栓的總計算載荷：n常溫時螺栓的總計算載荷常溫時螺栓的總計算載荷取與取與兩者中的較大值。兩者中的較大值。無介質(zhì)時無介質(zhì)時 有介質(zhì)時有介質(zhì)時 X X外載荷系數(shù)，外載荷系數(shù)，X=0.2X=0.20.30.3LZQ()yJgQXQ()DFgQQyJDPDSyJQDb q2yJDPDSDPQD b mP（4）墊片壓緊力作用中心圓確定原則）墊片壓緊力作用中心圓確定原則 時，時， 墊片于法蘭接觸密封面的平均直徑墊片于法蘭接觸密封面的平均直徑 時，時， 墊片于法蘭接觸密封面的外徑墊片于法蘭接觸密封面的外徑-2-2 其中：其中： 是墊片基本密封寬度，是墊片基本密封寬度， 是墊片有效密封寬度。

18、是墊片有效密封寬度。o墊片基本密封寬度墊片基本密封寬度 mmbo4 . 6DPDmmbo4 . 6obDSbob8-3 8-3 閥體中法蘭的計算閥體中法蘭的計算 DPDDSbo墊片的有效密封寬度墊片的有效密封寬度 確定原則：確定原則：o當當 時，取時，取o當當 時，取時，取 DSbmmbo4 . 6oDSbbmmbo4 . 6oDSbb53. 28-3 8-3 閥體中法蘭的計算閥體中法蘭的計算 8-3 8-3 閥體中法蘭的計算閥體中法蘭的計算 一、螺栓的總計算載荷一、螺栓的總計算載荷常溫時螺栓的總計算載荷：常溫時螺栓的總計算載荷：n 螺栓的工作載荷為螺栓的工作載荷為：gFZDJQQQ24DJD

19、PQDP8-3 8-3 閥體中法蘭的計算閥體中法蘭的計算 二、螺栓的強度計算二、螺栓的強度計算 常溫時螺栓的總計算載荷：常溫時螺栓的總計算載荷：螺栓材料在常溫下的許用拉應(yīng)力。螺栓材料在常溫下的許用拉應(yīng)力。 LZLlL lLQQQFL lQ三、法蘭強度設(shè)計三、法蘭強度設(shè)計標準法蘭標準法蘭按相關(guān)法蘭標準進行選擇。按相關(guān)法蘭標準進行選擇。 非標準法蘭非標準法蘭設(shè)計時，采用設(shè)計時，采用試算法試算法。一般以直徑。一般以直徑和壓力等級相近的標準法蘭尺寸為基礎(chǔ)，和壓力等級相近的標準法蘭尺寸為基礎(chǔ)，擬定擬定非非標準法蘭的結(jié)構(gòu)和尺寸。最后做強度校核。標準法蘭的結(jié)構(gòu)和尺寸。最后做強度校核。法蘭強度計算的華特斯（法

20、蘭強度計算的華特斯（WatersWaters）法，是彈性）法，是彈性理論分析為基礎(chǔ)理論分析為基礎(chǔ)8-3 8-3 閥體中法蘭的計算閥體中法蘭的計算 1 1、法蘭尺寸擬定、法蘭尺寸擬定（1 1）法蘭強度）法蘭強度設(shè)計設(shè)計法蘭厚度計算法蘭厚度計算法蘭錐頸高度（對焊法蘭）法蘭錐頸高度（對焊法蘭）法蘭錐頸底部尺寸（對焊法蘭錐頸底部尺寸（對焊法蘭）法蘭）頸部接管厚度頸部接管厚度擬好尺寸擬好尺寸試算試算強度校強度校核核- -擬定尺寸擬定尺寸8-3 8-3 閥體中法蘭的計算閥體中法蘭的計算 （2 2）法蘭尺寸擬定計算）法蘭尺寸擬定計算 fiofDYM84.51 fioDM491 法蘭有效厚度法蘭有效厚度 法蘭

21、頸部大端有效厚度法蘭頸部大端有效厚度 法蘭設(shè)計力矩法蘭設(shè)計力矩 法蘭內(nèi)徑法蘭內(nèi)徑 常溫下材料的需用應(yīng)力常溫下材料的需用應(yīng)力 系數(shù)，查系數(shù)，查GB150GB150 按接管厚度確定按接管厚度確定 查查GB150GB150f1oMiD fY0h8-3 8-3 閥體中法蘭的計算閥體中法蘭的計算 2 2、法蘭力矩的計算、法蘭力矩的計算 作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力引起的軸向力 力臂：力臂：（1 1）閥體內(nèi)腔對法蘭彎矩）閥體內(nèi)腔對法蘭彎矩 PDQNNJ24211mNDDl彎矩：彎矩：11lQMNJ8-3 8-3 閥體中法蘭的計算閥體中法蘭的計算 力臂：力臂：（2

22、 2）密封面平均直徑至閥體內(nèi)腔對法蘭彎矩）密封面平均直徑至閥體內(nèi)腔對法蘭彎矩 彎矩：彎矩：4212DPNDDDl22lQQMNJDJ力臂：力臂：彎矩：彎矩：（3 3）墊片密封力對法蘭彎矩）墊片密封力對法蘭彎矩 213DPDDl33lQQMglz8-3 8-3 閥體中法蘭的計算閥體中法蘭的計算 力臂：力臂：（4 4）閥桿關(guān)閉力對法蘭彎矩）閥桿關(guān)閉力對法蘭彎矩 彎矩：彎矩：（5 5）法蘭總彎矩）法蘭總彎矩 214BDl44lQMFZ4321MMMMMZ8-3 8-3 閥體中法蘭的計算閥體中法蘭的計算 8-3 8-3 閥體中法蘭的計算閥體中法蘭的計算 3 3、法蘭的強度計算、法蘭的強度計算（1 1）法蘭頸的軸向彎曲應(yīng)力為：）法蘭頸的軸向彎曲應(yīng)力為：（2 2）法蘭盤的徑向彎曲應(yīng)力為：）法蘭盤的徑向彎曲應(yīng)力為：（3 3）法蘭盤的環(huán)向彎曲應(yīng)力為：）法蘭盤的環(huán)向彎曲應(yīng)力為： 12ZWmnfMSD22(1.331)ZWnh eMh D 3