阀门零件强度计算细则(共48页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上阀 门 零 件 强 度 计 算 细 则 哈锅阀门设计组目 录专心-专注-专业1、设计压力、设计温度(1) 公称压力PN、工作温度t和最大工作压力P以GB1048-77标准命名的兆帕压力级的设计温度为200，设计压力为公称压力PN（国际通用的PN单位为巴，国内用兆帕）。公称压力PN、工作温度t和最大工作压力P的关系见表1。公称压力PN、工作温度t和最大工作压力P的关系 表1钢号工作温度（）试验压力（MPa）WCB; 25; ZG25;20025027530032535037540042543545015CrMo; ZG20CrMo;2003203754504754904

2、9550051051553012Cr1MoV;ZG20CrMo200320375450500510515520530540550PN (MPa)最大工作压力 MPa101098.587.57.16.76.45.654.2152020181716151413.512.511.2108.530252522.52120191817161412.510.537.532322827252422.521.520181613.54840403634323028272522.520175650504542.54037.53633.5322825217064645650454036322890808071645

3、650454036100对于高温高压阀门，为了减轻阀的重量，按特定的压力、温度命名的为P5410V,它的设计压力为10MPa,设计温度为540。（2）磅级阀门、特殊压力级凡遵照ANSIB16.5和ANSIB16.34标准命名的以英制为单位的压力级称磅级阀门（单位为psig.），其压力级、工作温度t和最大工作压力P的关系见表2。对于铸造100%进行无损探伤的称特殊压力级，其最大工作压力相应提高见表3。 磅级阀门压力级、工作温度t和最大工作压力P的关系 表2 T（F）10020030040050060065070075080085090095010001050110011501200600#WCB

4、148013501315127012001095107510651010825535345205105WC6150014251345131512851210117511351065101597590075544527519010570WC91500143013551295128012101175113510651015975900755535400225205110900#WCB2220202519701900179516401610160015101235805515310155WC6225021852020197519251815176517051595152514601350113067

5、0410290155105WC922502190203019451920181517651705159515251460135011308055953403101651500#WCB37053375328031702995273526852665252020601340860515260WC637503560336532903210302529402840266025402435224518851115685480260170WC9375035803385324032003025294028402660254024352245188513409955655152752500#WCB617056

6、255470528049904560447544404200343022301430860430WC6625059305605548553505040490547304430423040603745314518601145800430285WC96250596556405400533050404905473044304230406037453145223016609458604604500#WCB111101012098459505898082108055799075606170401025701545770WC61125010675100909875963090708825851579707

7、610730567405660334520601440770525WC911250107401015097209595907088258515797076107305674056604010298017001545825特殊压力级阀门压力级、工作温度t和最大工作压力P的关系 表3 t（F）10020030040050060065070075080085090095010001050110011501200600#SP.WCB1500150015001500150014251400139012601030670430260130WC61500150015001500150015001440138

8、0133012701220112594556034524013085WC9150015001500150014751475147514651460144013551200945670500285260140900#SP.WCB22502250225022502250214021002080189015451005645385195WC62250225022502250225022502160207019951905182516851415835515360195130WC92250225022502250221022102210220021852160203018001415100574542

9、53852051500#SP.WCB375037503750375037503565349534703150257016701070645320WC637503750375037503750375036003450332031703045281023601395860600320215WC93750375037503750368536853685366036453600338530002360167012457106453452500#SP.WCB6250625062506250625059405825578052504285278517851070535WC66250625062506250

10、625062506000575055355285507046803930232014301000535360WC9625062506250625061456145614561106070600056455000393027852070118010705704500#SP.WCB112501125011250112501125010690104801040594507715501532151930965WC6112501125011250112501125011250108001035099659515913084207070418025701800965645WC911250112501125

11、011250110601106011060109951093010800101609000707050153730212019301030（3）钢管法兰标准中新的温压表根据ISO/DIS2005制定的钢管法兰标准提出了新的温压表，这个标准综合DIN2401-2和ANSI B16.5。西德系列包括PN2.54MPa，美国系列包括PN242MPa，其温压表按GB9131-88见表4。美国系列的PN10MPa为代表，西德系列的PN4MPa为代表，其余压力级可按比例增大或缩小钢管法兰标准中新的温压表 表4PN (MPa)材料工作温度（）201001502002503003504004254504755

12、0052555057510207.97.126.786.365.765.144.784.184.244.10258.77.747.346.766.165.565.144.784.444.10 12CrMo；15CrMo9.929.328.748.147.747.126.766.366.266.165.95.643.925.5212Cr1MoV9.929.328.748.147.747.126.766.366.266.165.95.645.163.822.3612Cr2Mo110.3410.310.049.729.128.488.047.327.026.766.345.644.103.102.5

13、420443.63.22.82.421.425443.923.83.63.22.82.21.8 12CrMo；15CrMo4444443.83.643.563.483.282.962.481.961.5212Cr1MoV44444443.643.563.483.22.22.01.761.5212Cr2Mo144444443.643.563.483.22.22.01.761.522、阀体壁厚（1）阀体壁厚计算阀体壁厚根据截面形状按下列公式计算： 圆柱形及腰鼓形壳体： （1）球体形壳体： （2） 锥形壳体： （3）弯曲形圆柱壳体： （4）式中：阀体最小壁厚, mm；计算压力，按公称压力或设计压力计

14、算，MPa;壳体内径，mm；壳体材料的许用应力，按表5，MPa;锥形壳体的半锥角，度； 系数， ； 弯曲形圆柱壳体的弯曲半径，mm； 附加裕量，取铸件负公差加14mm。阀体材料的许用应力表 表5材料工作温度（）2020025030035037540042545047550051052053054055020144129119102938580735425；WCB1511301231151029792785615CrMo；ZG20CrMo136125120115110106103101999380696112Cr1MoV;ZG20CrMoV1531351321261191151081041009

15、4908578706457注：铸钢件的取表中数值的0.7倍，锻件和经过探伤的铸件按表内数据选取。（2）阀体开孔削弱的校验对阀体还应按（5）式校验其开孔削弱： （5）式中：截面I在界限范围内承压面积的应力，MPa； 截面I在界限范围内介质作用面积（见图15），2; 截面I在界限范围内承压金属面积，2; 焊接系数，铸件取1.0 （45）图2图3 图4 图5 l0l0图中符号d0、d1主管和支管直径, ； S0、S1主管和支管壁, ; l0、l1、l2、l3计算开孔削弱部位应力的界限，；注：上式中当d1/d00.8时，系数1.25取消， 法兰不能计入承载面积， 阀座不计入面积。（3）对变截面椭圆壳体

16、应按校验其最大弯曲应力 （6）式中：a、b椭圆的长短半径，； 系数， 系数，查表6 表60.50.550.60.650.70.750.80.850.90.951.00.850.650.50.370.270.20.140.080.040.0203、磅级阀的阀体壁厚支管的壁厚按（7）式，单位按公制 （7）式中：S1支管壁厚，； C同（1）（4）式，； PN公称压力，MPa；d 公称口径或实际最小内径，（其值不得小于工程口径的90%）； 许用应力， =118 MPa； K1壁厚系数，PN=2.0时，K1=0.3; PN5.0时，K1=1.0。英制压力级换算成公制PN，其对应的关系按表7 表7英制lb

17、/in2150300400600900150025004500公制PN2.05.06.810.015.025.042.076.0主管（中腔）壁厚S0按（7）式，式中S1变成 S0；d被代替。式中d阀体中腔实际内径（）。从支管外壁开始计算，在长的中腔范围内，d0不得小于d1。4、自密封结构（1）作用在阀盖上的轴向力 （8）式中: FB轴向力，N; P设计压力，MPa； d0阀体内径，。（2）支承面a及b 的校核 （） （9）式中：阀体材料的允许拉伸应力按表5选取，MPa。对于柔性密封圈 86.6 MPa（计算b时）。 图6（3）四合环高的计算四合环高h1（）按（10）（11）式中的大者： （10

18、） （11）式中：四合环材料的允许拉伸应力，MPa；对于30CrMo取200。（4）h0的计算h0（）按（12）（13）式中的大者： （12） （13）（5）阀盖尺寸hD计算阀盖尺寸hD（）按下式： （14） 阀盖尺寸hV按介质均布载荷圆盘计算。（6）尺寸S1计算 按（15）式求得： （15）式中： 断面强度条件为: (16)式中：（7）金属密封圈的预紧力 （17）式中：Q0 密封圈预紧力，N; 密封圈楔角，一般设计为43；摩擦角，取tg=0.16, =9;b接触宽度，。按式： （18）q密封比压，MPa。按式（钢）： （19）（8）hv按均布载荷圆盘计算。按表21中C1及式（69）中前2页计

19、算，时，按式求得。5、法兰连接（1）安装时压紧衬垫所需的力PA =bDGq0 （20）式中：PA预紧状态所需最小螺栓载荷，N; b相当宽度，；对于平衬垫： b010时，b= b0;b010时，。对于齿形衬垫：B10时， ；B10时，。式中：b0平衬垫实际宽度（）；对于石棉橡胶板衬垫的宽度按下式： （21）；ZC齿形衬垫齿数；C0齿形衬垫齿顶宽度，；B齿形衬垫最远齿间距离，；DW、DG、DN法兰密封面的外径，压紧力作用中心圆直径和密封面内径，； 对于平衬垫， DG= DW-b;对于齿形衬垫，当B10时，DG= DWB；当B10时，。式中q0压紧衬垫的单位压力，见表8，MPa。压紧衬垫的单位压力q

20、0（MPa） 表8石棉橡胶板10#1Cr18Ni9Ti厚度（）齿形衬垫平衬垫齿形衬垫平衬垫0.81.01.52117147203201400620（2）为保证密封所需要的最小螺栓载荷PA=(n+0.9)PJ+ PM+Q （N） (22) 式中：PJ介质作用力，N; (23) PM为达到密封所需的密封力，N; PM=b DGq (24) Q阀杆轴向力，N; q密封比压，MPa; 对于平衬垫 q=P; 对于齿形衬垫 q=3P。 P工作压力，MPa; n系数，根据介质温度t, 查表9 表9t （）400400425450475500525n00.51.01.52.54.06.0(3)在操作状态下所需

21、要的螺栓力PI= PM+(1+0.5n) PJ （N） (24)PI = PA 0.5(n-0.2)PJ （N） (25) (4)螺栓直径计算按下列公式计算 （26） （27）式中：dN螺栓的内径，；Z螺栓个数，个；、螺栓在常温和运行温度下的许用应力见表10 ，MPa；螺栓直径d0()为 d0= dN+1.3S，式中：S螺栓螺距（）。螺栓在常温和运行温度下的许用应力 表10材料螺栓尺寸在下列温度下的许用应力tL（MPa）2010020025030035040042545047550035#M2411710591827469M24M481181069284767030CrMoAM24196176

22、167164162154143137M24M4821219118017817516715514825Cr2MoVAM24210190179176174168160156151144131M24M48245222209206203196186181176168131螺栓应力截面积按表11，螺栓允许的载荷Q按下式： （28）式中：AL螺栓应力截面积，2，表11； Q 螺栓最小拉力载荷，N.螺栓应力截面积 2 表11d0M8M10M12M14M16M18M20M22M24M27M30M33M36M39AL36.65884.3115157192245303353459561694817976(5)法兰

23、厚度计算按下式（图7） （29） 图7 (a) （b）式中：h法兰厚度，； PL螺栓计算力，按（20）、（22）、（24）、（25）计算的PA或PI； k1、k2 系数 ： 对于平法兰 （图7a） ；对于高颈法兰（图7b）：当 当 式中：系数 F法兰的许用应力，按表5，MPa；P设计压力，MPa；其他符号按图7，S1/h通常采用 0.70.8，单位全部为。（6）法兰盖厚度计算按下式（图8） （30） 图8（7）说明说明：由于至今还没有一个公认精确的权威的法兰计算方法，这里引用苏联 A.A.3AXAPOB计算法。这个方法有它的缺点，即在高温时的计算和对不锈钢垫片的计算不太正确。新的建议设计计算阀

24、门中法兰时，将设计工况换算成中低温，以公称压力作为它的设计压力，用来确定其尺寸。然后再更换其材料（例如法兰和螺栓材料）。阀的中法兰尺寸一般应比同样工况的管道标准法兰尺寸小，而Waters计算法甚至给出比标准法兰还要大的尺寸，DIN3840则相反，计算出的尺寸比标准法兰深很多。所以这三种方法都作为参数，而不是设计的依据。6、阀杆轴向力、应力校核(1)截止阀，介质从下往上（正流）a-a截面： （图9a） （31） （图9b、图10） （32）b-b截面： （图9a、b,图10） （33）式中： （34） QM=dGbq （35）式中：dG密封面的平均直径，dG=（d1+d2）/2;P工作压力，Mp

25、ab密封面的宽度， 对锥面密封 摩擦系数，对于水=0.15，对于汽=0.2半锥角，度（图11）q密封比压，Mpa。 截止阀按（19）式，Qa、Qb，QJ，QM截面a-a及b-b所受的力，介质作用力，为达到密封所需的密封力，N。T填料轴向摩擦力，NT=0.14d h PT (36)式中：d阀杆直径，；h填料深度，。新设计按表12选取；PT压紧填料所需的比压，Mpa； （37） 梯形螺纹螺旋角（度） 式中：S梯形螺纹螺距，；dP梯形螺纹中径，；TB键槽或夹板处的摩擦力，N; (38)式中：键槽或夹板处的摩擦系数，一般取=0.150.2。 RB计算半径，见图10，；梯形螺纹摩擦角，tg=，=0.15

26、 rP梯形螺纹平均半径，。填料深度， 表12阀杆d14161820242832364044485052填料b56810填料深h32385063阀杆d5560657075808590100120填料b1316填料深h82101（2）截止阀，介质从上往下（倒流） （图9a） （39） (图9b，图10) （40） (图9a、b，图10) （41）式中：Qa、 Qb有介质时开阀，作用于截面a-a和b-b上的作用力，N;QP阀杆所受的介质力，N; (42) （43） （44）式中：Qa、 Qb无介质时关阀，作用于截面a-a和b-b上的作用力，N; 其余符号同前。（3）闸阀 对于水（=40，=0.15）

27、 （图9b） （45） （46）对于汽（=40，=0.2） （图9b） （47） （48）（4）作用在手轮上的力矩 阀杆旋转升降式： 介质从下而上，图9a截止阀 M=MF+MT+MG （49） M=MF+MT+MG （50） 介质从上而下，图9a截止阀 M= MF+MT （51） 阀杆直线升降式，图9b,截止阀、闸阀 M=MF+Mk （52） M=MF+Mk （53） 式中：M关阀时作用在手轮上的最大扭转力矩，N-m；MF关阀时梯形螺纹间的扭转力矩，N-m （54）QF阀杆轴向力，N, 按（31）（33）、（39）（48）; L系数，见表13M开阀时作用在手轮上的最大扭转力矩，N-m；MF开阀

28、时梯形螺纹间的扭转力矩，N-m （55），关阀和开阀时梯形螺纹摩擦角，tg=, tg=。 一般取=0.150.17，=+0.1L系数，见表13MT填料摩擦力矩, N-m; （56）MG阀杆球面端与阀瓣间的摩擦力矩, N-m; （56）式中: R阀杆头部圆球半径，； E材料弹性模数，N/2;MK轴承间摩擦力矩, N-m; （57）式中：dk轴承平均直径，；k轴承摩擦系数，取k =0.01；（5）阀杆截面所受的应力 （58） （59） （60） 式中：、阀杆截面的拉应力、剪应力和合成应力，MPa；、抗拉、抗压、抗剪、合成许用应力，MPa，见表15； fmim阀杆计算截面的截面积： ，2； W阀杆计算截面的断面系数，3；对于圆截面： 对于被销孔削弱的圆截面： 式中：d1阀杆计算截面直径，； A系数，根据销孔直径d0和阀杆计算截面直径 d1的比值决定，见表14。 系数A 表14d0/d10.1