阀体壁厚的计算及校核方法

1.壁厚计算

钢圆形阀体壁厚计算式：

式中 S_B′——计算厚度（mm）；

P——计算压力（MPa），设计给定；

D_m——计算内径（mm），设计给定；

［σ_L］——许用拉应力（MPa），见表2-3；

C——附加裕量（mm），设计给定，见表2-1。

铸铁圆形阀体壁厚计算式：

以上式中，实际厚度S_B≥S_B′为合格。

表2-1 附加裕量 （单位：mm）

管路附件压力-温度额定值是根据材料相应温度下的许用压力而制定的，故不进行高温核算。

2.中腔非圆筒形阀体应力校核

一些低压闸阀，因结构长度和节省材料的原因，常设计成非圆筒形中腔，如图2-1所示。这里提供的方法是设计制定壁厚后，进行重要的几处应力校核，不超过许用拉应力即为合格。如大口径阀体须布置加强筋后进行校核，只能用有限元法进行，然后加入介质压力，看阀体变形情况，然后再调整加强筋的布置，其变形量应控制在很小的范围内。必要时可设计成不等壁厚，增加其刚性，减小变形量。

图2-1 非圆筒形薄壁阀体

这种中腔非圆筒形通常分为椭圆形、扁圆形、矩形和近似椭圆形等几种，如图2-2所示。从强度上考虑应根据A处和B处的合成来验算其厚度。

图2-2 非圆筒形阀体的体形

a）椭圆形 b）矩形 c）扁圆形 d）近似椭圆形

计算A处和B处合成应力的公式分别为

式中 σ_A——A处的合成应力（MPa）；

σ_B——B处的合成应力（MPa）；

a——壳体横截面的长半轴（mm）；

b——壳体横截面的短半轴（mm）；

K——壳体对其轴线的极回转半径（mm）。

对于椭圆形截面：

其中系数f根据a与b的比值查表2-2。在实际应用中，当时，取是足够精确的。(www.xing528.com)

表2-2 系数f的值

对于矩形截面：

对于扁圆形截面：

对于近似椭圆形截面：

式中 r_i——测量点的半径（mm）；

i——测量点序号；

n——测量点的数量。

测量点越多，所求K值越精确。

σ_A和σ_B的计算值，正号为拉应力，负号为压应力；就其绝对值而言，应小于材料的许用弯曲应力［σ_W］

对于非圆形截面的阀体，特别要注意其刚性。因此，为避免由于介质压力和关闭时闸板所产生的张力使阀体变形而影响密封性，如前所述，通常当DN≥300mm时，在阀体内腔和外部增添加强筋，以增强其刚性。

美国国家标准ANSIB16.34《阀门法兰连接和对焊连接》附录G中，关于壁厚的计算公式为

式中 t——阀体计算壁厚（未考虑附加裕量）（mm）；

DN——公称通径或口径，其口径不小于公称通径的90％（mm）；

PN——公称压力（MPa）；

k₁——壁厚系数，PN＝2.0MPa时，k₁＝1.3；PN≥5.0MPa时，k₁＝1.0；

S——阀体材料的许用应力（MPa），S＝118MPa。

上面公式是以薄壁圆筒为基础得出的。

ANSI B16.34阀体最小壁厚表中所列出的尺寸，是按此公式的计算值再增加附加裕量2.5mm列出的。

API 600阀体最小壁厚表中所列出的尺寸，是按此公式的计算值再增加附加裕量6.3mm列出的。

材料许用应力是设计计算的一个基本点，十分重要，但材料很多，无法一一抄录，表2-3列出了一些常用的国内牌号数据。

表2-3 常用铸钢和锻钢的许用应力 （单位：MPa）

（续）

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