閥門典型零部件的強度計算課件

第六章閥門典型零部件的

強度計算

第六章閥門典型零部件的

強度計算基本內(nèi)容8-1閥體壁厚的計算8-2閘板的計算8-3閥體中法蘭的計算8-4閥桿螺母的計算基本內(nèi)容8-1閥體壁厚的計算8-1閥體壁厚的計算閥體壁厚的確定方法主要有:查表法、插入法和計算法。一、查表法對于所設(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)計標準中查找出閥門的最小壁厚值。例如：國家標誰GB12232—12240、美國石油學會標準API6O0、美國國家標誰ANSIB16.34、英國標準BS1873等，對閥體最小壁厚值都作了明確規(guī)定,當設(shè)計這類“標準閥門”時，推薦采用“查表法”。8-1閥體壁厚的計算閥體壁厚的確定方法主要有:查表法、插入8-1閥體壁厚的計算二、插入法由“查表法”引伸出的“插入法”(又稱“線性插值法”)適用于最小壁厚不能直接從設(shè)計標準中查出的情況。

插入法計算公式為：

—計算的閥體壁厚；

—閥門公稱壓力；

—“最小壁厚表”中公稱壓力(小值)；

—“最小壁厚表”中公稱壓力(大值)；

—由查表得出的壁厚；

—由查表得出的壁厚。8-1閥體壁厚的計算二、插入法8-1閥體壁厚的計算三、計算法閥體壁厚的計算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(橢圓形、扁圓形、矩形等)等基本形狀，分別按不同的公式計算閥體壁厚。閥體結(jié)構(gòu)尺寸的確定，當閥體外徑與內(nèi)徑之比小干1.2時，按薄壁容器的公式計算，大于1.2時，按厚壁容器的公式計算。

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法注意：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行計算。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，閥體壁厚的計算一般只對中腔部分進行。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DN≥300mm時，在閥體內(nèi)腔或外部增添加強肋，以增強其剛性。8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體

a)閘閥閥體b)截止閥及升降式止回閥閥體c)旋啟式止回閥閥體

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體

d)球閥閥體e)蝶閥閥體

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體

f)蒸汽疏水閥閥體g)安全閥閥體

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體1.薄壁閥體Ａ.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：其中：—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；

8-1閥體壁厚的計算三、計算法為推薦的閘閥閥體中腔尺寸：8-1閥體壁厚的計算為推薦的閘閥閥體中腔尺寸：8-1閥體壁厚的計算8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體1.薄壁閥體P

—設(shè)計壓力，取公稱壓力PN

；

—考慮腐蝕裕量時閥體的壁厚；

—材料的許用拉應(yīng)力

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體1.薄壁閥體C

—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??；

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體1.薄壁閥體Ｂ.對于塑性材料做成的閥體，其壁厚按第四強度理論計算：

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體2.厚壁閥體對于鋼制高壓閥門的閥體壁厚，一般按厚壁容器公式計算：其中：—閥體外徑與內(nèi)徑之比，按下式計算；

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體2.厚壁閥體

—材料的許用應(yīng)力，取與兩者中的較小值。和分別為以強度指標的安全系數(shù)和以強度指標的安全系數(shù)，取

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（二）圓筒形及腰鼓形閥體1.薄壁球形閥體2.薄壁閥體3.由兩個圓弧半徑組成的薄壁球形閥體

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-2閘板的計算一、明桿楔式單閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算中間薄板厚度可按下式校檢其根部的彎曲應(yīng)力

其中：—中間薄板根部處半徑，

C—附加裕量；

—閘板材料的許用彎曲應(yīng)力。

8-2閘板的計算一、明桿楔式單閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算1.閘板主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定彈性閘板的結(jié)構(gòu)形式分整體式和焊接式兩類。

8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算1.閘板主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定（1）彈性槽的寬度

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a一般取6mm;對于整體砂模鑄造式彈性閘板，隨口徑的增大，取a＝10～20mm,T型槽處的寬度a’一般要比小2～lOmm。（2）彈性變形過渡直徑一般地取彈性變形過渡直徑dB比閘板密封面內(nèi)徑小4～12mm。

8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算1.閘板主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定（3）彈性比值（4）連接軸直徑

8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算8-2閘板的計算

8-2閘板的計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算2.閘板單邊厚度對于單面強制密封，閘板在出口端根部處的彎曲應(yīng)力為:對于雙面強制密封，閘板在出口端根部處的彎曲應(yīng)力為:

8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算2.閘板單邊厚度，—圓板應(yīng)力系數(shù)，對于鋼，根據(jù)彈性比值m由表下查取。

8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算8-3閥體中法蘭的計算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。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強度與密封性。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≤300℃時，只按常溫工況驗算。8-3閥體中法蘭的計算閘閥閥體中法蘭是指閥體與閥蓋連接8-3閥體中法蘭的計算一、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取與兩者中的較大值。無介質(zhì)時

有介質(zhì)時8-3閥體中法蘭的計算一、螺栓的總計算載荷（4）墊片壓緊力作用中心圓確定原則時，墊片于法蘭接觸密封面的平均直徑時，墊片于法蘭接觸密封面的外徑-2

其中：是墊片基本密封寬度，是墊片有效密封寬度。墊片基本密封寬度

8-3閥體中法蘭的計算（4）墊片壓緊力作用中心圓確定原則8-3閥體中法蘭的計算墊片的有效密封寬度確定原則：當時，取當時，取

8-3閥體中法蘭的計算墊片的有效密封寬度確定原則：8-3閥體中法蘭的計算8-3閥體中法蘭的計算一、螺栓的總計算載荷常溫時螺栓的總計算載荷：螺栓的工作載荷為：8-3閥體中法蘭的計算一、螺栓的總計算載荷8-3閥體中法蘭的計算二、螺栓的強度計算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。

8-3閥體中法蘭的計算二、螺栓的強度計算三、法蘭強度設(shè)計標準法蘭按相關(guān)法蘭標準進行選擇。非標準法蘭設(shè)計時，采用試算法。一般以直徑和壓力等級相近的標準法蘭尺寸為基礎(chǔ)，擬定非標準法蘭的結(jié)構(gòu)和尺寸。最后做強度校核。法蘭強度計算的華特斯（Waters）法，是彈性理論分析為基礎(chǔ)8-3閥體中法蘭的計算三、法蘭強度設(shè)計標準法蘭按相關(guān)法蘭標準進行選擇。非標準法蘭1、法蘭尺寸擬定（1）法蘭強度設(shè)計法蘭厚度計算法蘭錐頸高度（對焊法蘭）法蘭錐頸底部尺寸（對焊法蘭）頸部接管厚度擬好尺寸—試算—強度校核-擬定尺寸8-3閥體中法蘭的計算1、法蘭尺寸擬定（1）法蘭強度設(shè)計8-3閥體中法蘭的計算（2）法蘭尺寸擬定計算

法蘭有效厚度法蘭頸部大端有效厚度法蘭設(shè)計力矩法蘭內(nèi)徑常溫下材料的需用應(yīng)力系數(shù)，查GB150

按接管厚度確定查GB1508-3閥體中法蘭的計算（2）法蘭尺寸擬定計算法蘭有效厚度8-3閥體中法蘭的2、法蘭力矩的計算作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力

力臂：（1）閥體內(nèi)腔對法蘭彎矩

彎矩：8-3閥體中法蘭的計算2、法蘭力矩的計算作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力力臂：（力臂：（2）密封面平均直徑至閥體內(nèi)腔對法蘭彎矩

彎矩：力臂：彎矩：（3）墊片密封力對法蘭彎矩

8-3閥體中法蘭的計算力臂：（2）密封面平均直徑至閥體內(nèi)腔對法蘭彎矩彎矩：力臂：力臂：（4）閥桿關(guān)閉力對法蘭彎矩

彎矩：（5）法蘭總彎矩

8-3閥體中法蘭的計算力臂：（4）閥桿關(guān)閉力對法蘭彎矩彎矩：（5）法蘭總彎矩88-3閥體中法蘭的計算3、法蘭的強度計算（1）法蘭頸的軸向彎曲應(yīng)力為：（2）法蘭盤的徑向彎曲應(yīng)力為：（3）法蘭盤的環(huán)向彎曲應(yīng)力為：

8-3閥體中法蘭的計算3、法蘭的強度計算4、法蘭應(yīng)力校核法蘭的最大軸向應(yīng)力位于錐頸的大端或小端，一方面它是沿截面線性分布的純彎曲應(yīng)力，另一方面具有局部的性質(zhì)，小量屈服不會對法蘭環(huán)密封部位的變形產(chǎn)生較大影響而導致泄漏，所以采用極限載荷設(shè)計法，取1.5倍材料許用應(yīng)力作為它的最大允許應(yīng)力；法蘭的最大徑向應(yīng)力位于環(huán)板內(nèi)邊緣與錐頸的連接處，為彎曲應(yīng)力和拉伸應(yīng)力；法蘭的最大環(huán)向應(yīng)力位于環(huán)板內(nèi)邊緣靠密封面處，亦為彎曲應(yīng)力和拉伸應(yīng)力；但如果允許頸部有較高的應(yīng)力（超過材料屈服極限），則頸部的載荷因應(yīng)力重新分配會傳遞到法蘭環(huán)，而導致法蘭環(huán)材料部分屈服，故對錐頸和法蘭環(huán)的應(yīng)力平均值也須加以限制。例如若達到1.5倍許用應(yīng)力，或只允許0.5倍許用應(yīng)力。4、法蘭應(yīng)力校核法蘭的最大軸向應(yīng)力位于錐頸的大端或小端，一8-3閥體中法蘭的計算三個彎曲應(yīng)力必須滿足

其中：—法蘭頸的許用彎曲應(yīng)力，?。?/p>

—法蘭盤的許用彎曲應(yīng)力，取。8-3閥體中法蘭的計算三個彎曲應(yīng)力必須滿足第六章閥門典型零部件的

強度計算

第六章閥門典型零部件的

強度計算基本內(nèi)容8-1閥體壁厚的計算8-2閘板的計算8-3閥體中法蘭的計算8-4閥桿螺母的計算基本內(nèi)容8-1閥體壁厚的計算8-1閥體壁厚的計算閥體壁厚的確定方法主要有:查表法、插入法和計算法。一、查表法對于所設(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)計標準中查找出閥門的最小壁厚值。例如：國家標誰GB12232—12240、美國石油學會標準API6O0、美國國家標誰ANSIB16.34、英國標準BS1873等，對閥體最小壁厚值都作了明確規(guī)定,當設(shè)計這類“標準閥門”時，推薦采用“查表法”。8-1閥體壁厚的計算閥體壁厚的確定方法主要有:查表法、插入8-1閥體壁厚的計算二、插入法由“查表法”引伸出的“插入法”(又稱“線性插值法”)適用于最小壁厚不能直接從設(shè)計標準中查出的情況。

插入法計算公式為：

—計算的閥體壁厚；

—閥門公稱壓力；

—“最小壁厚表”中公稱壓力(小值)；

—“最小壁厚表”中公稱壓力(大值)；

—由查表得出的壁厚；

—由查表得出的壁厚。8-1閥體壁厚的計算二、插入法8-1閥體壁厚的計算三、計算法閥體壁厚的計算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(橢圓形、扁圓形、矩形等)等基本形狀，分別按不同的公式計算閥體壁厚。閥體結(jié)構(gòu)尺寸的確定，當閥體外徑與內(nèi)徑之比小干1.2時，按薄壁容器的公式計算，大于1.2時，按厚壁容器的公式計算。

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法注意：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行計算。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，閥體壁厚的計算一般只對中腔部分進行。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DN≥300mm時，在閥體內(nèi)腔或外部增添加強肋，以增強其剛性。8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體

a)閘閥閥體b)截止閥及升降式止回閥閥體c)旋啟式止回閥閥體

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體

d)球閥閥體e)蝶閥閥體

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體

f)蒸汽疏水閥閥體g)安全閥閥體

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體1.薄壁閥體Ａ.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：其中：—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；

8-1閥體壁厚的計算三、計算法為推薦的閘閥閥體中腔尺寸：8-1閥體壁厚的計算為推薦的閘閥閥體中腔尺寸：8-1閥體壁厚的計算8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體1.薄壁閥體P

—設(shè)計壓力，取公稱壓力PN

；

—考慮腐蝕裕量時閥體的壁厚；

—材料的許用拉應(yīng)力

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體1.薄壁閥體C

—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??；

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體1.薄壁閥體Ｂ.對于塑性材料做成的閥體，其壁厚按第四強度理論計算：

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體2.厚壁閥體對于鋼制高壓閥門的閥體壁厚，一般按厚壁容器公式計算：其中：—閥體外徑與內(nèi)徑之比，按下式計算；

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（一）圓筒形及腰鼓形閥體2.厚壁閥體

—材料的許用應(yīng)力，取與兩者中的較小值。和分別為以強度指標的安全系數(shù)和以強度指標的安全系數(shù)，取

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-1閥體壁厚的計算三、計算法（二）圓筒形及腰鼓形閥體1.薄壁球形閥體2.薄壁閥體3.由兩個圓弧半徑組成的薄壁球形閥體

8-1閥體壁厚的計算三、計算法8-2閘板的計算一、明桿楔式單閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算中間薄板厚度可按下式校檢其根部的彎曲應(yīng)力

其中：—中間薄板根部處半徑，

C—附加裕量；

—閘板材料的許用彎曲應(yīng)力。

8-2閘板的計算一、明桿楔式單閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算1.閘板主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定彈性閘板的結(jié)構(gòu)形式分整體式和焊接式兩類。

8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算1.閘板主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定（1）彈性槽的寬度

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a一般取6mm;對于整體砂模鑄造式彈性閘板，隨口徑的增大，取a＝10～20mm,T型槽處的寬度a’一般要比小2～lOmm。（2）彈性變形過渡直徑一般地取彈性變形過渡直徑dB比閘板密封面內(nèi)徑小4～12mm。

8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算1.閘板主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定（3）彈性比值（4）連接軸直徑

8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算8-2閘板的計算

8-2閘板的計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算2.閘板單邊厚度對于單面強制密封，閘板在出口端根部處的彎曲應(yīng)力為:對于雙面強制密封，閘板在出口端根部處的彎曲應(yīng)力為:

8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算2.閘板單邊厚度，—圓板應(yīng)力系數(shù)，對于鋼，根據(jù)彈性比值m由表下查取。

8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設(shè)計與計算8-3閥體中法蘭的計算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。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強度與密封性。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≤300℃時，只按常溫工況驗算。8-3閥體中法蘭的計算閘閥閥體中法蘭是指閥體與閥蓋連接8-3閥體中法蘭的計算一、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取與兩者中的較大值。無介質(zhì)時

有介質(zhì)時8-3閥體中法蘭的計算一、螺栓的總計算載荷（4）墊片壓緊力作用中心圓確定原則時，墊片于法蘭接觸密封面的平均直徑時，墊片于法蘭接觸密封面的外徑-2

其中：是墊片基本密封寬度，是墊片有效密封寬度。墊片基本密封寬度

8-3閥體中法蘭的計算（4）墊片壓緊力作用中心圓確定原則8-3閥體中法蘭的計算墊片的有效密封寬度確定原則：當時，取當時，取

8-3閥體中法蘭的計算墊片的有效密封寬度確定原則：8-3閥體中法蘭的計算8-3閥體中法蘭的計算一、螺栓的總計算載荷常溫時螺栓的總計算載荷：螺栓的工作載荷為：8-3閥體中法蘭的計算一、螺栓的總計算載荷8-3閥體中法蘭的計算二、螺栓的強度計算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。

8-3閥體中法蘭的計算二、螺栓的強度計算三、法蘭強度設(shè)計標準法蘭按相關(guān)法蘭標準進行選擇。非標準法蘭設(shè)計時，采用試算法。一般以直徑和壓力等級相近的標準法蘭尺寸為基礎(chǔ)，擬定非標準法蘭的結(jié)構(gòu)和尺寸。最后做強度校核。法蘭強度計算的華特斯（Waters）法，是彈性理論分析為基礎(chǔ)8-3閥體中法蘭的計算三、法蘭強度設(shè)計標準法蘭按相關(guān)法蘭標準進行選擇。非標準法蘭1、法蘭尺寸擬定（1）法蘭強度設(shè)計法蘭厚度計算法蘭錐頸高度（對焊法蘭）法蘭錐頸底部尺寸（對焊法蘭）頸部接管厚度擬好尺寸—試算—強度校核-擬定尺寸8-3閥體中法蘭的計算1、法蘭尺寸擬定（1）法蘭強