目录1. 目的 (4)2. 适用范围 (4)3. 计算项目 (4)4. 中法兰强度计算 (5)5. 闸阀力计算 (17)6. 闸板、阀杆拉断计算 (21)7. 闸板应力计算 (26)8. 压板、活节螺栓强度计算 (28)9. 截止阀力计算 (30)10. 止回阀阀瓣、阀盖厚度计算 (34)11. 自紧密封结构计算 (38)12. 阀体壁厚计算 (47)附录A 参考资料 (48)1．目的为了保证本公司所设计的阀门的统一性和质量。

2．适用范围本公司所设计的闸阀、截止阀、止回阀。

3．计算项目●3．1 闸阀需要计算项目4、5、6、7、8●3．2 截止阀需要计算项目4、8、9●3．3 止回阀需要计算项目4、10●3．4 自紧密封结构设计需要计算项目114．中法兰计算●4．1适用范围该说明4.2～４.4适用于圆形中法兰的计算；4.5适用于椭圆形中法兰的计算●4．2输入参数4．2．1 设计基本参数4．2．1．1 口径（DN）4．2．1．2 压力等级（CLASS）4．2．1．3 阀种（TYPE）4．2．1．4 设计温度（T0）取常温380C。

4．2．1．5 设计压力（P）按ASME B16.34-2004 P27,P29,P48取值如表1。

4．2．1．6法兰许用应力（FQB）按ASME第Ⅱ卷(2004版)材料D篇表1A，乘以铸件系数0.8WCB 110.4MPa (11.26Kgf/mm2) (P16第8行)LCB 102.4MPa (10.45Kgf/mm2) (P10第29行)CF8M 110.3MPa(11.26Kgf/mm2) (P66第18行)4．2．1．7螺栓许用应力（BQB）按ASME 第Ⅱ卷(2004版)材料D篇表3，B7 17.6 kgf/mm2. (P384第33行)L7M 14.08 kgf/mm2. (P384第31行)B8 17.6 kgf/mm2. (≤3/4) (P390第29行)14.08 kgf/mm2. (3/4~1) (P390第27行)13.3 kgf/mm2. (1以上) (P390第23行)4．2．1．8 垫片密封压力（Y），按ASME 第Ⅷ卷(2004版)第一册P298表2-5.1,如表2。

4．2．1．9 垫片系数（M）按表2。

4．2．2法兰基本尺寸（见图4-1）图4-1 圆形中法兰计算示意图4．2．2．1 垫片宽度N（N）。

4．2．2．2 垫片外径（强力垫、缠绕垫）或中径（金属环）D（D）。

4．2．2．3 壁厚go（GO）。

4．2．2．4 根部厚g1(G1)，一般斜度取1：5，故G1=G0+H/54．2．2．5 斜度高度h(H)。

4．2．2．6 法兰内径B（BB）。

4．2．2．7 法兰外径A（A）。

4．2．2．8 螺栓中心距C（C）。

4．2．2．9 法兰有效厚度过t（T）。

4．2．2．10 螺栓公称直径d（DD）。

4．2．2．11 螺栓数量n（NN）。

4．2．3 法兰形状系数4．2．3．1 法兰斜度修正系数f（F）根据按ASME 第Ⅷ卷第一册(2004版)P304图2-7.6图2查得（F1），F1〈1时, F=1。

4．2．3．2 一体形法兰计算系数F（FF）按ASME 第Ⅷ卷第一册(2004版)P302图2-7.2。

4．2．3．3 一体形法兰计算系数V（V）按ASME 第Ⅷ卷第一册(2004版)P302图2-7.3。

4．3计算说明4．3．1 考虑腐蚀余量1mm后的参数调态（法兰计算尺寸）4．3．1．1 中腔直径B（BB）BB=BB1+24．3．1．2 壁厚g0（G0）G0=G01-14．3．1．3 根部厚g1（G1）G1=G11-14．3．2 垫片有效宽度（B）按ASME 第Ⅷ卷第一册(2004版)P300表2-5.2，如表3。

表3 垫片有效宽度及压紧力作用中心圆直径4．3．3 垫片压紧力作用中心圆直径（G）按表3。

4．3．4 法兰根部应力修正系数f（F），当F1<1时取F=1；F1≥1时，取F1。

4．3．5 内压力产生的全载荷（HH）HH=π×G2×P/4004．3．6 使用状态下，需要的最小垫片压紧力（HP）HP=π×B×G×M×P/504．3．7 使用状态下，需要的最小螺栓载荷Wm1(WM1)WM1=HH+HP=π×G×P×（G+8BM）/4004．3．8 紧固状态下，需要的最小螺栓载荷Wm2(WM2)WM2=π×B×G×Y4．3．9 使用状态下，需要的最小螺栓有效截面积Am1(AM1)AM1=WM1/BQB4．3．10 紧固状态下，需要的最小螺栓截面积Am2(AM2)AM2=WM2/BQB4．3．11 需要的最小螺栓有效截面积（AM），取AM1，AM2中的最大值。

4．3．12 系数g0/g1(G1G0)G1G0=G1/G04．3．13 系数h/h0 (HH0)HH0=H/（BB×G0）1/24．3．14 系数（K）K=A/BB4．3．15 系数（U）U=[K2（1+8.55246lgk）-1]/ [1.36136(K2-1)(K-1)]4．3．16 系数（YY）YY=[0.66845+5.7169 K2 lgk/ K2-1]/ (K-1)4．3．17 系数（Z）Z= （K2+1）/(K2-1)4．3．18 系数（TT）TT=[K2（1+8.55246lgk）-1]/ [(1.04720+1.9448 K2) (K-1)]4．3．19 系数（L）L=[T×FF（BB×G0）1/2+1]/TT+T3/[U×（BB×G0）1/2/V]4．3．20 实际使用螺栓总有效截面积Ab(AB)AB=BS×NN4．3．21 使用状态螺栓载荷（WO）WO=WM14．3．22 紧固状态螺栓载荷Wg(WG)WG=AM+AB×BQB/24．3．23 内压力作用于法兰内径截面的载荷（HHD）HHD=π×BB2×P/4004．3．24 垫片载荷（HHG）HHG=WO-HH4．3．25 内压力产生的全载荷与内压力作用于法兰内径截面的载荷之差（HHT）HHT=HH-HHD4．3．26 螺栓中心至HHD作用点的距离（HD）HD=（C-BB）/2-0.5G14．3．27 螺栓中心至HHG作用点的距离（HG）HG=（C-G）/24．3．28 螺栓心至HHT作用点的距离（HT）HT=[（C-BB）/2+HG]/24．3．29 内压力作用于法兰内径截面的弯矩（MD）MD=HHD×HD4．3．30 垫片载荷所需的弯矩（MMG）MMG=HHG×HG4．3．31 HHT产生的弯矩（MT）MT=HHT×HT4．3．32 使用状态下，作用于法兰的全弯矩（MO）MO=MD+MMG+MT4．3．33 紧固状态下，作用于法兰的弯矩（MG）MG=WG×（C-G）/24．3．34 法兰轴向应力计算内径（SS）当BB<20×G1且F1≥1，SS=BB+GO当BB<20×G1且F1<1，SS=BB+G1当BB≥20×G1，SS=BB4．3．35 使用状态法兰轴向应力（QH0）QH0=F×MO/（L×G12×SS）≤1.5FQB 合格4．3．36 使用状态法兰径向应力（QR0）QR0=[1.33T×FF/(BB×G0) 1/2+1]×M0/(L×T2×BB) ≤FQB 合格4．3．37 使用状态法兰周向应力（QT0）QT0=YY×M0/（T2×BB）-Z×QR0≤FQB 合格4．3．38 使用状态合成应力（Q00，Q01）Q00=（QH0+QR0）/2≤FQB 合格Q01=（QH0+QT0）/2≤FQB 合格4．3．39 紧固状态法兰轴向应力（QHG）QHG=F×MG/（L×G12×SS）≤1.5FQB 合格4．3．40 紧固状态法兰径向应力（QRG）QRG=[1.33T×FF/(BB×G0) 1/2+1]×MG/(L×T2×BB) ≤FQB 合格4．3．41 紧固状态法兰周向应力（QTG）QTG=YY×MG/(T2×BB)-Z×QRG≤FQB 合格4．3．42 紧固状态合成应力（QG0，QG1）QG0=（QHG+QRG）/2≤FQB 合格QG1=（QHG+QTG）/2≤FQB 合格4．3．43 螺栓应力（B0LT）BOLT=0.0703π×CLASS×D2/4AB≤633 合格（公式根据ASME B16.34的6.4.1.1节编写）4．3．44 垫片最小有效宽度（N-MIN）N-MIN=AB×BQB/（2π×G×Y）≤N-边缘余量合格●4．4补充说明4．4．1本计算书按ASME 第Ⅷ卷第一册P292附录2编写。

4．4．2参数说明时带（）的为计算程序或计算式中用的代号。

●4．5椭圆形法兰计算(见图4-2)图4-2 椭圆形中法兰计算示意图4．5．1 用下式代替3.7中WM1WM1=K0*P*（R1-2*B）（R2-2*B）+2*K0*M*P*（（R1-B）（R2-B）-（R1-3*B）（R2-3*B））4．5．1．1 K0=π/44．5．1．2 椭圆形垫片长外径R14．5．1．3 椭圆形垫片短外径R24．5．1．4 垫片有效宽度B见3.24．5．1．5 垫片系数M见2.1.94．5．1．6 设计压力P见2.1.54．5．2 用下式代替3.8中WM2WM2=K0*（（R1-B）（R2-B）-（R1-3*B）（R2-3*B））*Y 4．5．2．1 垫片密封压力Y见2.1.84．5．3 垫片最小宽度N-MIN=AB*BQB/（4*K0*Y*（R1+R2-4*B））4．5．4 垫片压紧力作用中心圆直径GG=SQRT（（R1-2*B）（R2-2*B））4．5．5 其他公式与圆形法兰计算相同4．5．6 以上公式按JPI-7S-67-96 附录3和ASME 第Ⅷ卷第一册P292附录2编写5．闸阀力的计算●5．1适用范围本计算适用于闸阀的计算●5．2密封比压计算，按JPI-7S-67-96附录3和《阀门设计》5．2．1 介质静压力F J=[π(d 1+w)2×P]/4F J：介质作用在密封面上的静压力（N）d1：阀座密封内径（mm）（见右图）W：阀座密封面宽(mm)P：介质压力（MPa）5．2．2 所需密封力Fm=π(d1+w)×w×qFm：所需密封力(N)q：密封所需比压MPaq=[(3.5+P)/(0.1* w)1/2] ×1.4 （见《球阀设计与选用》P165）w：密封面宽度(mm)5．2．3 密封面比压当F J<2Fm时Sa=2Fm/（πd1w）≤150 MPa (150MPa为不锈钢的许用密封比压)Sa：密封面比压MPa(2)当F J≥2Fm时Sa=[ (d1+w) 2×p]/（4d1×w）≤150 MPa (150MPa为不锈钢的许用密封比压)5．3压紧力计算5．3. 1 当F J<2Fm时F t=F1+F2+F3F t：压紧力F1：关闭时闸板上的轴向力NF=2Fm×tg(θ+φ)1θ：闸板楔半角θ=50φ：密封面摩擦角取u=0.2 φ=tg-10.2=11.30°F2：介质作用于阀杆的轴向力（N）F2=（π/4）d2×pd：阀杆直径 (mm)F3：阀杆与填料的摩擦力（N）F3= u1πdhPpu1: 杆与填料摩擦系数 u1=0.1h: 填料总高 (mm)Pp:压套作用于填料的面压力 MPa按JPI-7S-67-96附录3 P41150、300LB,Pp=20 ； 600LB,Pp=25900LB, Pp=30 ； 1500LB,Pp=35 ； 2500LB,Pp=405．3.2 当F J ≥2Fm 时F t =F 1+F 2+F 3F 1 关闭时闸板上的轴向力（W ） F 1= F J tg(θ+φ)● 5．4扭矩的计算5．4．1阀杆与阀杆螺母的摩擦的扭矩T 1=Ft ×R FM /1000 N.m R FM ：摩擦半径R FM =d M /(2tg(β+ρ))=d m (l+u 2πd m )/(2(πd m +u 2.l)) mm β：阀杆螺纹升角 β=arctg(l/πd m ) d m ：阀杆螺纹中径 mm l: 阀杆螺纹导程 mmu 2: 摩擦系数 u 2=0.15 ρ: 摩擦角 ρ=arctg(u 2)5．4．2T 2=F t ×f ×[d j /(2*1000)] N.m f ：摩擦系数，按《阀门设计》表 台肩 f=0.06 轴承 f=0.003d j :台肩（轴承）平均直径 mm (● 5．5手轮上的扭矩T=T 1+T 2 （N .m ） ● 5．6手动装置上的扭矩 T=T 1 （N.m ） ● 5．7手轮力计算F w =T/D w ×1000 (N) F w ：作用在手轮上的力（N ） D w ：手轮外径 (mm)● 5.8 阀杆强度计算如果阀杆直径按API600标准选取，可不进行计算，如无标准可查，按下式计算：σmax=0.5*σ*(1+sqrt(1+16*tg(β+ρ)* tg(β+ρ)))≤[σ] MPaσ：压应力σ=4*Ft/（π*ds*ds）MPads：阀杆螺纹小径mm[σ]：阀杆许用应力，对ASTM A182 F6a即1Cr13阀杆调质200~230HB，根据ASTM A370，σb=650 ~760MPa取[σ]=σb /3=217 MPa6 闸板、阀杆拉断强度计算●6．1范围以下公式适用于闸阀的阀杆计算闸板、阀杆拉断强度计算P I =S I .σb (N)S I ：I-I截面的面积mm26．2．3 Ⅱ-Ⅱ断面的剪切力τII=2×S II×0.6×σb (N)S II：Ⅱ截面的剪切面积 (mm2) 6．2．4 I-I截面的安全系数n I =P I /P Ln I≥1.16．2．5 Ⅱ-Ⅱ断面的安全系数n II =τII /P Ln II≥1.56．3. 闸板的拉断计算(见图6-2)图6-2 闸板头部示意图6．3．1 截面为4*“┌”形的拉断计算(见图6-3)图6-3 截面为4*“┌”形的闸板梯形槽示意图6．3．1．1 I-I断面的合成力P W=4σb/(L/w X 1+1/S I) (N)w X 1：截面模量（mm3）w X 1=J X /e1J X ：惯性矩J X=[B.e13/-bh3+a.e23]/3 (mm4)L：力臂L=(C-A)/4+e1e1=(aH2+bd2)/(2(aH+bd))e2=H- e1h= e1-d其它符号如图示见图6-3S I ：I-I断面的面积mm2S I =bd+aHσb：闸板材料抗拉强度，按ASME 第Ⅱ卷D（2004版）篇表1A，WCB闸板σb=485 MPa CA15闸板σb=620 MpaLCB闸板σb=450 Mpa CF8M闸板σb=485Mpa 6．3．1．2 Ⅱ-Ⅱ断面的剪应力P T= 2×S II×0.6×σbS II：Ⅱ-Ⅱ断面的面积S II=2×（N-M）.B mm26．3．1．3 I-I断面的安全系数n I=P w/P Ln I≥1.26．3．1．4 Ⅱ-Ⅱ断面的安全系数n II=Pτ/P Ln II≥1.656．3．2 截面为2*“┫”的拉断计算 (见图6-4)图6-4 截面为2*“┫”形的闸板梯形槽示意图6．3．2．1 I-I断面的合成力P W=2σb/(L/w X 1+1/S I) (N)w X 1：截面模量（mm3）w X 1=J X /e2J X ：惯性矩J X=[B.e13/-bh3+a.e23]/3 (mm4)L：力臂L=(C-A)/4+e2e1=(aH2+bd2)/(2*(aH+bd))e2=H- e1h= e1-d其它符号如图示见图6-4S I ：I-I断面的面积S I =bd+aH mm2σb：闸板材料抗拉强度，按ASME 第Ⅱ卷D（2004版）篇表1A，WCB闸板σb=485 MPa CA15闸板σb=620 MpaLCB闸板σb=450 Mpa CF8M闸板σb=485Mpa 6．3．2．2 Ⅱ-Ⅱ断面的剪应力P T= 2×S II×0.6×σbS II：Ⅱ-Ⅱ断面的面积S II=（N-M）.B mm26．3．2．3 I-I断面的安全系数n I=P w/P Ln I≥1.056．3．2．4 Ⅱ-Ⅱ断面的安全系数n II=Pτ/P Ln II≥1.656．4 以上公式按《材料力学》上册编写7．闸板应力计算●7．1范围以下公式适用于闸阀闸板的应力计算●7．2闸板的应力(见图7-1)图7-1 闸板应力计算示意图σ0=〡σ11〡+〡σ15〡≤1.5Sm(MPa)●7．2．1外周边简支，内周边固定（垂直方向可移动），沿内周作用分布载荷σ11=3b2p/4h2{2(1+v)(A11+lna/b-(1-v)(1-B11a2/b2)}≤S m(MPa)A11=1/2×{ (1-v)×a2/[(1+v)a2+(1-v)b2]}[1-(1+2lna/b)(a2/b2)]B11=2b2/[(1+v)a2+(1-v)b2] [(1+v)lna/b+1]7．2．2外周边简支，内周边固定（垂直方向可移动），受均布连续载荷。