阀门典型零部件的强度计算课件.ppt

第六章第六章 阀门典型零部件的阀门典型零部件的 强度计算强度计算 基本内容基本内容o8-1 8-1 阀体壁厚的体壁厚的计算算o8-2 8-2 闸板的板的计算算o8-3 8-3 阀体中法体中法兰的的计算算 o8-4 8-4 阀杆螺母的杆螺母的计算算 8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算阀体壁厚的确定方法主要有体壁厚的确定方法主要有: :查表法、插入法表法、插入法和和计算法一、一、查表法表法对于于所所设计的的阀门，当当设计任任务书已已明明确确给定定该阀门所所依依据据的的设计标准准时，首首先先从从指指定定的的设计标准准中中查找找出出阀门的最小壁厚的最小壁厚值例例如如：国国家家标谁GB12232GB122321224012240、美美国国石石油油学学会会标准准API6O0API6O0、美美国国国国家家标谁ANSI ANSI B16.34B16.34、英英国国标准准BS1873BS1873等等，对阀体体最最小小壁壁厚厚值都都作作了了明明确确规定定, ,当当设计这类“标准准阀门”时，推荐采用，推荐采用“查表法表法”8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算二、插入法二、插入法由由“查表表法法”引引伸伸出出的的“插插入入法法”(又又称称“线性性插插值法法”)适适用用于于最最小小壁壁厚厚不不能能直直接接从从设计标准准中中查出出的的情况。

情况 插入法插入法计算公式算公式为：计算的算的阀体壁厚；体壁厚；阀门公称公称压力；力；“最小壁厚表最小壁厚表”中公称中公称压力力(小小值)；“最小壁厚表最小壁厚表”中公称中公称压力力(大大值)； 由由查表得出的壁厚；表得出的壁厚；由由查表得出的壁厚表得出的壁厚8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、三、计算法算法n阀体壁厚的体壁厚的计算方法主要由下列因素决定：算方法主要由下列因素决定：阀体体材材料料的的力力学学性性能能，对于于铸铁类材材料料，应按按脆脆性性材材料料计算；算；对于于钢类材料材料应按塑性材料按塑性材料计算阀体体形形状状可可分分为圆筒筒形形、腰腰鼓鼓形形、球球形形、非非圆筒筒形形( (椭圆形形、扁扁圆形形、矩矩形形等等) )等等基基本本形形状状，分分别按按不不同同的的公公式式计算算阀体壁厚阀体体结构构尺尺寸寸的的确确定定，当当阀体体外外径径与与内内径径之之比比小小干干1.21.2时，按按薄薄壁壁容容器器的的公公式式计算算，大大于于1.21.2时，按按厚厚壁壁容容器器的公式的公式计算8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、三、计算法算法n注意：注意：o阀体壁厚的体壁厚的计算方法与它的形状有关，一个算方法与它的形状有关，一个阀体又往往由几体又往往由几种形状所种形状所组成。

但成但实际应用上并不是一部份一部份地用上并不是一部份一部份地单独独进行行计算o阀体通常都由中腔和体通常都由中腔和进口、出口管段几个部分口、出口管段几个部分组成这三个三个部分中部分中总是中腔尺寸大于是中腔尺寸大于进口、出口段，因此，口、出口段，因此，阀体壁厚的体壁厚的计算一般只算一般只对中腔部分中腔部分进行o阀体壁厚的体壁厚的计算除了考算除了考虑强度之外，度之外，还应考考虑其其刚度，否度，否则，会因受力会因受力变形而破坏密封通常当形而破坏密封通常当DN300mmDN300mm时，在，在阀体内体内腔或外部增添加腔或外部增添加强肋，以增肋，以增强其其刚性8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、三、计算法算法n（一）（一）圆筒形及腰鼓形筒形及腰鼓形阀体体na)a)闸阀阀体体 b)b)截止截止阀及升降式止回及升降式止回阀阀体体 c)c)旋启式止回旋启式止回阀阀体体 8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、三、计算法算法n（一）（一）圆筒形及腰鼓形筒形及腰鼓形阀体体n d)d)球球阀阀体体 e)e)蝶蝶阀阀体体 8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、三、计算法算法n（一）（一）圆筒形及腰鼓形筒形及腰鼓形阀体体n f)f)蒸汽疏水蒸汽疏水阀阀体体 g)g)安全安全阀阀体体 8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、三、计算法算法n（一）（一）圆筒形及腰鼓形筒形及腰鼓形阀体体o1.1.薄壁薄壁阀体体o.对于用于用铸铁等脆性材料做成的等脆性材料做成的阀体，其壁厚按体，其壁厚按第一第一强度理度理论计算：算：o其中：其中：阀体中腔最大内径，根据体中腔最大内径，根据结构需要构需要选定，下定，下表表为推荐的推荐的闸阀阀体中腔尺寸；体中腔尺寸；o为推荐的推荐的闸阀阀体中腔尺寸：体中腔尺寸： 8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、三、计算法算法n（一）（一）圆筒形及腰鼓形筒形及腰鼓形阀体体o1.1.薄壁薄壁阀体体oP P设计压力，取公称力，取公称压力力PNPN ；o 考考虑腐腐蚀裕量裕量时阀体的壁厚；体的壁厚；o 材料的材料的许用拉用拉应力力 8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、三、计算法算法n（一）（一）圆筒形及腰鼓形筒形及腰鼓形阀体体o1.1.薄壁薄壁阀体体oC C考考虑铸造偏差、工造偏差、工艺性和介性和介质腐腐蚀等因素而附加等因素而附加的裕量，可参考下表的裕量，可参考下表选取；取； 8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、三、计算法算法n（一）（一）圆筒形及腰鼓形筒形及腰鼓形阀体体o1.1.薄壁薄壁阀体体o.对于塑性材料做成的于塑性材料做成的阀体，其壁厚按第四体，其壁厚按第四强度度理理论计算：算：8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、三、计算法算法n（一）（一）圆筒形及腰鼓形筒形及腰鼓形阀体体o2.2.厚壁厚壁阀体体o对于于钢制高制高压阀门的的阀体壁厚，一般按厚壁容器公体壁厚，一般按厚壁容器公式式计算：算：o其中：其中：阀体外径与内径之比体外径与内径之比，按下式，按下式计算；算；8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、三、计算法算法n（一）（一）圆筒形及腰鼓形筒形及腰鼓形阀体体o2.2.厚壁厚壁阀体体o材料的材料的许用用应力，取与两者中的力，取与两者中的较小小值。

o和分和分别为以以强度指度指标的安全系数和以的安全系数和以强度度指指标的安全系数，取的安全系数，取8-1 8-1 阀体壁厚的计算阀体壁厚的计算三、三、计算法算法n（二）（二）圆筒形及腰鼓形筒形及腰鼓形阀体体o1.1.薄壁球形薄壁球形阀体体o2.2.薄壁薄壁阀体体o3.3.由两个由两个圆弧半径弧半径组成的薄壁球形成的薄壁球形阀体体8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算 一、明杆楔式一、明杆楔式单闸板板闸阀的的闸板板设计与与计算算n中中间薄板厚度可按下式校薄板厚度可按下式校检其根部的弯曲其根部的弯曲应力力 o其中：其中： 中中间薄板根部薄板根部处半径，半径， o C C 附加裕量；附加裕量；o 闸板材料的板材料的许用弯曲用弯曲应力8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算 二、二、弹性性闸板板闸阀的的闸板板设计与与计算算n1.1.闸板主要板主要结构尺寸的确定构尺寸的确定n弹性性闸板的板的结构形式分整体式和构形式分整体式和焊接式两接式两类 8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算 二、二、弹性性闸板板闸阀的的闸板板设计与与计算算n1.1.闸板主要板主要结构尺寸的确定构尺寸的确定n（1 1）弹性槽的性槽的宽度度 p对于整体精密于整体精密铸造式、整体切槽式以及穿造式、整体切槽式以及穿轴焊接式接式弹性性闸板，板，弹性槽的性槽的宽度度a a一般取一般取6mm;6mm;p对于整体砂模于整体砂模铸造式造式弹性性闸板，随口径的增大，取板，随口径的增大，取a a101020mm, T20mm, T型槽型槽处的的宽度度a a一般要比小一般要比小2 2lOmmlOmm。

n（2 2）弹性性变形形过渡直径渡直径o一般地取一般地取弹性性变形形过渡直径渡直径dBdB比比闸板密封面内径小板密封面内径小4 412mm12mm 8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算 二、二、弹性性闸板板闸阀的的闸板板设计与与计算算n1.1.闸板主要板主要结构尺寸的确定构尺寸的确定n（3 3）弹性比性比值n（4 4）连接接轴直径直径8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算 8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算 二、二、弹性性闸板板闸阀的的闸板板设计与与计算算n2.2.闸板板单边厚度厚度n对于于单面面强制密封，制密封，闸板在出口端根部板在出口端根部处的弯曲的弯曲应力力为: :n对于双面于双面强制密封，制密封，闸板在出口端根部板在出口端根部处的弯曲的弯曲应力力为: :8-2 8-2 闸板的计算闸板的计算 二、二、弹性性闸板板闸阀的的闸板板设计与与计算算n2.2.闸板板单边厚度厚度n ， 圆板板应力系数，力系数，对于于钢，根据，根据弹性比性比值m m由表下由表下查取取 8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 n闸阀阀体体中中法法兰是是指指阀体体与与阀盖盖连接接的的法法兰，其其连接形式在接形式在阀门上是十分普遍的。

上是十分普遍的n中中法法兰的的设计必必须保保证在在工工作作温温度度和和工工作作压力力下下有有足足够的的强度与密封性度与密封性n对在在高高温温下下工工作作的的阀门，应按按常常温温、初初加加温温和和高高温温三三种种工工况况分分别验算算，当当介介质温温度度300300时，只只按按常温工况常温工况验算8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 一、螺栓的一、螺栓的总计算算载荷荷常温常温时螺栓的螺栓的总计算算载荷：荷：n常温常温时螺栓的螺栓的总计算算载荷荷取与取与两者中的两者中的较大大值无介无介质时 有介有介质时（4）垫片片压紧力作用中心力作用中心圆确定原确定原则 时， 垫片于法片于法兰接触密封面的平均直径接触密封面的平均直径 时， 垫片于法片于法兰接触密封面的外径接触密封面的外径-2-2 其中：其中： 是是垫片基本密封片基本密封宽度，度， 是是垫片有效密封片有效密封宽度o垫片基本密封片基本密封宽度度 8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 o垫片的有效密封片的有效密封宽度度 确定原确定原则：o当当 时，取，取o当当 时，取，取 8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 一、螺栓的一、螺栓的总计算算载荷荷常温常温时螺栓的螺栓的总计算算载荷：荷：n螺栓的工作螺栓的工作载荷荷为：8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 二、螺栓的二、螺栓的强度度计算算 常温常温时螺栓的螺栓的总计算算载荷：荷：螺栓材料在常温下的螺栓材料在常温下的许用拉用拉应力。

力 三、法兰强度设计三、法兰强度设计标准法兰标准法兰按相关法兰标准进行选择按相关法兰标准进行选择 非标准法兰非标准法兰设计时，采用设计时，采用试算法试算法一般以直径一般以直径和压力等级相近的标准法兰尺寸为基础，和压力等级相近的标准法兰尺寸为基础，拟定拟定非非标准法兰的结构和尺寸最后做强度校核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（法兰强度计算的华特斯（WatersWaters）法，是弹性）法，是弹性理论分析为基础理论分析为基础8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 1 1、法兰尺寸拟定、法兰尺寸拟定（1 1）法兰强度）法兰强度设计设计法兰厚度计算法兰厚度计算法兰锥颈高度（对焊法兰）法兰锥颈高度（对焊法兰）法兰锥颈底部尺寸（对焊法兰锥颈底部尺寸（对焊法兰）法兰）颈部接管厚度颈部接管厚度拟好尺寸拟好尺寸试算试算强度校强度校核核- -拟定尺寸拟定尺寸8-3 8-3 阀体中法兰的计算阀体中法兰的计算 （2 2）法兰尺寸拟定计算）法兰尺寸拟定计算 法兰有效厚度法兰有效厚度 法兰颈部大端有效厚度法兰颈部大端有效厚度 法兰设计力矩法兰设计力矩 法兰内径法兰内径 常温下材料的需用应力常温下材料的需用应力 系数，查系数，查GB150GB150 按接管厚度确定按接管厚度确定。