如何计算楔式闸阀阀体中法兰结构？

阀门的中法兰、螺栓和垫片三者构成一个整体结构。中法兰为圆形时，介质压力和温度变化、阀杆启闭时轴向压力正反向的变化等因素计算较为麻烦，各个国家计算方法不同。设计人员在设计阀门时基本都不采用计算法，而是采用参照法。

1.低压闸阀阀体椭圆形中腔尺寸确定

图2-3为推荐的闸阀阀体中腔尺寸，椭圆长轴A与阀体通径DN之比，大致呈抛物线关系；长轴A与短轴B之比，呈相似的抛物线关系。

A/DN＝C₁；B/A＝b/a＝C₂

因此只要确定了阀体的通径就可得到闸阀椭圆形阀体的中腔尺寸。

楔式闸阀阀体的中腔尺寸一般可根据闸板的最大对角尺寸附加裕量的方法予以确定。表2-4为推荐的裕量值。

图2-3 闸阀阀体中腔尺寸查表法

表2-4 推荐的裕量值 （单位：mm）

推荐的150磅级闸阀椭圆形中法兰的尺寸见表2-5。

表2-5 推荐的150磅级闸阀椭圆形中法兰尺寸表 （单位：mm）

2.管板焊接阀体 管板焊接结构的阀体一般适用于公称压力小于或等于5.0MPa（300磅级）的大口径阀门，如图2-4所示。这种阀体具有重量轻、内腔易于加工的特点，但设计时应特别注意加强筋的布置，以防体腔受内压后变形。

3.椭圆形中法兰计算

公称压力小于或等于2.0MPa（150磅级）的闸阀，中法兰通常为椭圆形。这种法兰设计时首先要确定螺栓的尺寸和数量，然后确定法兰的厚度。计算模型见图2-5。

（1）螺栓数量n 螺栓的数量应采用“试凑法”逐步计算，即先假定一个数，然后计算螺栓的应力。在假定螺栓数量时应遵循以下原则：

图2-4 管板焊接阀体

图2-5 椭圆形法兰计算模型

1）阀体与阀盖的连接至少有4个全螺纹螺栓或双头螺栓。其最小尺寸见表2-6。

表2-6 中法兰螺栓最小尺寸

2）螺栓的数量应为4的整数倍。

3）阀盖螺栓螺纹根部总断面积所承受的拉应力，在阀门的公称压力作用于垫片有效周边面积时（对密封环连接，用中径计算有效作用面积），不应超过62MPa；如用户指定的螺栓材料屈服强度等于或低于210MPa，则拉应力减小到48MPa，因此，有

p_nn＝p（A＋d_fm）

式中 p——管道压力，通常可取公称压力（MPa）；(www.xing528.com)

p_n——作用在每个螺栓上的负荷（N）；

n——螺栓或双头螺栓数；

A——通道截面积（mm²），按图2-5a，A＝πab；

d_f——连接面或垫片接触面积，按图2-5a，d_f＝π（a₁b₁－ab）；

m——垫片系数，见表2-7。

以上求得的p_n还应加上由于关闭阀门所需的，并通过凸肩和阀盖传到螺栓上的轴间力p_c，因此，每个螺栓上的总负荷为

p_b＝p_n＋p_c/n

螺栓的合力为

W_b＝p_bn

其弯矩为

M_b＝W_bx

（2）最小弦距p_m的确定 螺栓间的最小弦距p_m可采用下列公式计算：

对套筒扳手：p_m＝2d_b＋6

对开口扳手：p_m＝2.75d_b

式中 d_b——螺栓或双头螺栓的名义直径（mm）。

表2-7 垫片性能参数

（3）法兰厚度 法兰厚度按下式确定：

式中 t_e——计算的法兰厚度（mm）；

W_b——螺栓的合力（N）；

x——螺栓中心圆到法兰根部的距离（mm）；

［σ₁］——材料径向许用弯曲应力（MPa），可按1.25σ_L取；

a_n——垫片压紧力作用中心长轴半径（mm）；

b_n——垫片压紧力作用中心短轴半径（mm）。

应注意，实际法兰厚度不应小于计算的法兰厚度，而且也不应小于相应工作压力的管道法兰厚度（由相应标准规定）。

当阀门的公称压力或压力等级等于或大于2.5MPa（300磅级）时，推荐采用圆形法兰。