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、查表法對于所設計的閥門，當設計任務書已明確給定該閥門所依據的設計標準時，首先從指定的設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定,當設計這類“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，應按脆性材料計算；對于鋼類材料應按塑性材料計算。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。閥體結構尺寸的確定，當閥體外徑與內徑之比小干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，一個閥體又往往由幾種形狀所組成。但實際應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：—閥體中腔最大內徑，根據結構需要選定，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、工藝性和介質腐蝕等因素而附加的裕量，可參考下表選取；

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（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

—材料的許用應力，取與兩者中的較小值。和分別為以強度指標的安全系數和以強度指標的安全系數，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計與計算中間薄板厚度可按下式校檢其根部的彎曲應力

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力。

8-2閘板的計算一、明桿楔式單閘板閘閥的閘板設計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設計與計算1.閘板主要結構尺寸的確定彈性閘板的結構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計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設計與計算1.閘板主要結構尺寸的確定（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比閘板密封面內徑小4～12mm。

8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設計與計算1.閘板主要結構尺寸的確定（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力為:對于雙面強制密封，閘板在出口端根部處的彎曲應力為:

8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設計與計算2.閘板單邊厚度，—圓板應力系數，對于鋼，根據彈性比值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，應按常溫、初加溫和高溫三種工況分別驗算，當介質溫度≤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。無介質時

有介質時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、法蘭強度設計標準法蘭按相關法蘭標準進行選擇。非標準法蘭設計時，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，擬定非標準法蘭的結構和尺寸。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8-3閥體中法蘭的計算三、法蘭強度設計標準法蘭按相關法蘭標準進行選擇。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計力矩法蘭內徑常溫下材料的需用應力系數，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徑截面上的流體壓力引起的軸向力

力臂：（1）閥體內腔對法蘭彎矩

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腔對法蘭彎矩彎矩：力臂：力臂：（4）閥桿關閉力對法蘭彎矩

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力為：（2）法蘭盤的徑向彎曲應力為：（3）法蘭盤的環向彎曲應力為：

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

其中：—法蘭頸的許用彎曲應力，取；

—法蘭盤的許用彎曲應力，取。8-3閥體中法蘭的計算三個彎曲應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、查表法對于所設計的閥門，當設計任務書已明確給定該閥門所依據的設計標準時，首先從指定的設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定,當設計這類“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，應按脆性材料計算；對于鋼類材料應按塑性材料計算。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。閥體結構尺寸的確定，當閥體外徑與內徑之比小干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，一個閥體又往往由幾種形狀所組成。但實際應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：—閥體中腔最大內徑，根據結構需要選定，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、工藝性和介質腐蝕等因素而附加的裕量，可參考下表選取；

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（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

—材料的許用應力，取與兩者中的較小值。和分別為以強度指標的安全系數和以強度指標的安全系數，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計與計算中間薄板厚度可按下式校檢其根部的彎曲應力

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力。

8-2閘板的計算一、明桿楔式單閘板閘閥的閘板設計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設計與計算1.閘板主要結構尺寸的確定彈性閘板的結構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計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設計與計算1.閘板主要結構尺寸的確定（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比閘板密封面內徑小4～12mm。

8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設計與計算1.閘板主要結構尺寸的確定（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力為:對于雙面強制密封，閘板在出口端根部處的彎曲應力為:

8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設計與計算8-2閘板的計算二、彈性閘板閘閥的閘板設計與計算2.閘板單邊厚度，—圓板應力系數，對于鋼，根據彈性比值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，應按常溫、初加溫和高溫三種工況分別驗算，當介質溫度≤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。無介質時

有介質時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、法蘭強度設計標準法蘭按相關法蘭標準進行選擇。非標準法蘭設計時，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，擬定非標準法蘭的結構和尺寸。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8-3閥體中法蘭的計算三、法蘭強度設計標準法蘭按相關法蘭標準進行選擇。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