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1、欢迎光临！ 阀门壁厚 2014年4月26日温州 魏玉斌 联系方式： 魏玉斌 工作单位：南方阀门制造有限公司 MOBILE: 13806832291 EMAIL: WYBHN163.COM QQ:429684775 TEL:0577-67319660 FAX:0577-67319600 目录 1.强度理论 2.无力矩旋转薄壳理论 3.阀门壁厚 3.1壁厚标准 3.2壁厚公式及其推导说明 3.3三种壁厚公式计算结果比较 3.4特殊级阀门壁厚和超临界阀门壁厚 3.5阀门选型与壁厚的关系 附：壁厚标注及其测量 1.强度理论 强度计计算常用符号： 1、2、3 三向正应应力 r当量（相当）应应力 b 强度
2、极限 s 屈服极限 许许用应应力 n安全系数 nb相对对于强度极限b的安全系数 ns相对对于屈服极限s的安全系数 剪应应力 许许用剪应应力 线应变线应变 泊松比 1.1第一强度理论最大拉应力理论 假设条件：材料受拉伸或压缩载荷作用，在 最大应力（拉/压）截面的值超过极限而脆性 断裂。如图1： 破坏条件： r =b 强度条件： rI 相当应力： rI=1 许用应力： =b /nb 图1 1.2第二强度理论最大伸长线应变理论 假设条件：材料受拉伸或压缩载荷作用，在最大 线应变方向的变形超过极限值发生脆性断裂。如 图2： 破坏条件： =jx=b /E 强度条件： rII 相当应力： rII=1- (
3、2+3) 许用应力： =b /nb 图2 1.3第三强度理论最大剪应力理论 假设条件：材料受扭转载荷作用，在最 大剪应力截面滑移发生屈服破坏。如图 3： 破坏条件： max =jx =s /2 强度条件： r 相当应力： r =(1 -3 )许用 应力： =s /ns 图3 1.4第四强度理论形状改变比能理论 假设条件：材料受任何形式载荷的作用 ，在最大应力点形状改变达到极限值引 起屈服破坏。如图4： 破坏条件： ud =udjx 强度条件： r 相当应力： 许用应力： =s /ns 图4 四个强度理论的比较 序号 名称 第一强度理论第二强度理论第三强度理论第四强度理论 1最大拉应力理论最大伸
4、长线应变理论最大剪应力理论形状改变比能理论 2强度条件 rI rIIrIII rIV 3相当应力 rI=1 rII=1-(2+3) rIII=(1 -3 ) 4许用应力 =b /nb=b /nb=s /ns=s /ns 5破坏条件 r =b =jx=b /E max =jx =s /2 ud =ud jx 6破坏性质 脆断破坏脆断破坏屈服破坏屈服破坏 7简图 8理论根据 外力过大使得材料在最大拉应力截 面脆性断裂 外力过大使得材料沿最大伸长线应变 的方向脆性断裂 外力过大使得材料沿最大剪应力 截面滑移屈服破坏 外力过大使得材料变形超过了形状改变必能发生 屈服破坏 9破坏原因 最大拉应力1是引起
5、材料脆断 破坏的原因；即三个主应力中最大 的拉应力1达到材料的极限值1jx ，导致脆断破坏 最大伸长线应变1是引起材料 脆断破坏的原因；即最大主应力引起 的线应变1达到了材料的极限值jx ，导致脆断破坏 最大剪应力 是引起材料屈服破 坏的原因；即最大剪应力 达到 材料的极限值jx，导致屈服破坏 形状改变比能是引起材料屈服破坏的因素；即形 状改变比能达到材料的极限值，导致屈服破坏 10极限值极限应力 sjx极限应变 ejx极限剪应力 tjx 极限形状改变比能 ud jx 11适用类型 适于脆性材料承受内压及拉力 ，如铸铁。 对于砖、石、混凝土、铸铁等脆 性材料是十分适用。 适于塑性材料承受拉伸或
6、扭 矩载荷 适于塑性材料承受拉压扭转等复杂载荷 12优 点 简单适用，且比第二强度理论更符 合实际 比较简单，考虑变形引起的破坏 比较简单，对计算承受扭矩载荷 的轴类零件较方便 比较全面和完善，最接近复杂载荷实际。对钢、 铝、铜等金属塑性材料，比第三强度理论更符合 实际，考虑了2的影响。 13缺 点 没有考虑其他两个应力的影响，不 够合理。对于在任何截面上都没有 拉应力的情况不适用。 试验表明不如第一强度理论更符合实 际 没有考虑中间主应力2对材料屈 服的影响 比较复杂 14安全性偏于保守保守，安全保守，安全偏于节约，充分利用材料。 举例说明，同一种材料： b s 一般,=s /2 所以,=
7、/2 。 2.无力矩旋转薄壳理论 旋转薄壳理论假定承受内压的壳壁如薄 膜一样，只承受拉、压应力，不承受弯曲应 力，即假设应力沿壁厚均匀分布，且不产生 弯矩。一般来说，旋转薄壳可以是椭圆经线 绕中心轴旋转形成（图5）。 图5 名词术语： 经经面和经线经线 图图中OAO1为为母线线，绕绕Y轴轴旋转转 形成旋转转薄壳。用过轴线过轴线 的纵纵平面切割旋转转薄壳 可以得到一条经线经线 ，如OBO1，旋转转母线为线为 一条经经 线线。两经经面之间间的角度用表示。 法线线和法截面经线经线 上任意一点B绕轴线绕轴线 旋 转转一周，其轨轨迹为为平行圆圆（亦称纬线纬线 ）。过过B点 做垂直于壳体面的直线线必与轴线
8、轴线 相交，如图图中BK2 ，该该直线为线为 即法线线。同一平行圆圆上的法线线与轴轴 线线相交形成一个圆锥圆锥 面，即为该为该 旋转转薄壳的法截 面。法线线与轴线轴线 的夹夹角用 表示。 第一曲率半径1在经经面上作垂直于经线经线 的直线线，与法线线相交，两交点之间间的线线段为为旋转转 薄壳的第一曲率半径。如，图图5中BK1。 第二曲率半径2法线长线长 度为为旋转转薄壳的 第二曲率半径，如图图5中BK2。 为了得到旋转薄壳的应力，必须先求得其曲率 半径1、2 。 椭圆是一个点到两定点距离为常数的运动轨迹 （图6）， 图6 其方程式为为 (ab0 ) 对对上式椭圆椭圆 方程式 求导导即可得到椭圆椭
9、圆 曲率半径： 推导导后得出两曲率半径为为： 则则得 1=ma3 2=ma 用垂直于轴线轴线 的平面切割旋转转薄壳，得到平行 圆圆（或纬线纬线 ），其半径与该圆该圆 上各点第二曲率半径 2的关系为为（参见图见图 7）： 若旋转薄壳承受内压力P，其轴截面如图7 。在壳体上取微小单元abcd，该单元受内压P的 作用，在ab、cd、bc和ad四个面上的内力与压 力P作用在微小单元的力应保持平衡。 以下分别求解微小单元总的法向内应力和 轴向内应力。 介质压力P始终垂直于容器表面，即方向沿 旋转薄壳法线，指向壳体表面。微小单元总的 法向内应力与压力P平衡，微小单元总的轴向内 应力与压力P的轴向分力相平衡
10、。 注：请勿混淆经向Vs径向，周向Vs轴向。 图图7 图图8 图图8 图9 周向力法向分量如下： 图图10 图图11 图图12 由公式（6）（7），圆圆筒形压压力容器圆圆周应应力 为经为经 向应应力的2倍。从而解释释了为为什么压压力容器超 载时载时 一般首先沿纵纵向开裂，而非垂直断裂。 3.阀门壁厚 3.1壁厚标准 我国特种设备安全监察条例规定 0.1MPa(1bar)，25mm以上为压力管道。欧盟压力设 备指令(Pressure Equipment Directive, PED, 97/23/EC) 规定压力0.5bar以上即为承压设备。因 此，绝大多数阀门属于压力管道元件，对于管道、 设备
11、乃至全系统的正常运行、维护操作及安全可靠 有重要作用。阀门有各种介质，有高压、高温、低 温、腐蚀、有毒、有害、可燃、易爆等等。压力容 器多为圆柱形，端部采用球形（或平板）封头，设 计时要考虑强度、支撑、介质出入口、安全泄放等 等。 阀门的阀体则有一个通道，或三通、四通甚至 多通道，形状比压力容器更为复杂；与压力容器一 样，在阀门设计计算、材料选用时必须要确定其壁 厚，以满足承受介质压力的强度、刚度和腐蚀性等 要求。 壁厚是阀门设计制造最重要的数据。世界各国 大多在阀门产品标准中规定阀体壁厚或专门制定了 阀门壳体壁厚标准。如，GB/T12224, GB/T12234， GB/T12235, GB
12、/T12236，GB/T12237, GB/T12238， GB26640；ASME B16.34,E101,API600，API602， API603，API6D；EN12516,DIN3840,BS1873等等， 作为阀门材料消耗水平的重要指标，壁厚标准 也为企业之间的公平竞争提供了基本条件。 企业业如果主导导或参与某项标项标 准制定，就掌握了 确定该产该产 品技术术性能指标标的话语权话语权 ，也标标志本企 业业在行业业中的位次和实实力。 现现代企业营销业营销 方式通常有三种，即一流企业卖业卖 标标准，二流企业卖业卖 品牌, 三流企业卖质业卖质 量。目前， 阀门阀门 行业业很多企业业采用关
13、系营销营销 ，更多阀门阀门 企业业 采用代理营销营销 ，也有少数是采用网络营销络营销 。我国阀阀 门门行业业数千家制造厂不入流企业为业为 数不少！ GB/T12224针对钢针对钢 制阀门阀门 提出一般要求，规规定 了阀门阀门 材料、壁厚及基本内径。GB/T12234、 GB/T12235、GB/T12236、GB/T12237、GB/T12238 （即GB/T系列产产品标标准）分别别描述不同类类型的阀阀 门门；GB/T12234、GB/T12235、GB/T12236规规定了 不同压压力级别级别 不同公称口径的阀门阀门 壁厚，并给给出了 相应应的流道直径数据。GB/T12237规规定了各压压力
14、级级 别别不同公称口径相应应的流道直径，并指出壁厚按照 GB/T12224；GB/T12238规规定了流道直径和材料为为 HT200的阀阀体壁厚数值值。这这使得阀门设计阀门设计 制造可基 于安全可靠的标标准进进行。 GB26640-2011（简简称壁厚标标准）规规定了钢钢制 阀门阀门 最小壁厚和铁铁制阀门阀门 最小壁厚。 GB26640-2011壁厚标准范围a) 、b)、c)款 指出，该标准适用的钢制阀门范围是 PN10 PN760,DN1250，其中PN760仅适用于焊接端，承 插焊及螺纹连接阀门仅限于DN100。范围d) 、e) 款指出，该标准适用的铁制阀门范围是 PN1.0 PN25,D
15、N3000。 可以看出，壁厚标准适用范围非常宽泛，几乎 包容了所有钢铁阀门。 （浏览GB26640） 3.2壁厚公式及其推导说明 GB/T12224附录录B给给出了壁厚计计算公式 (GB/T12224 B.1) GB26640壁厚标标准列出了2个壁厚计计算 的基本公式。即公式GB26640（1）和（6）。另 外还还列出了2个与壁厚有关的应应力计计算公式（7） 和（8）。 GB26640公式（6）和公式（8）是建立在旋转转薄 壳理论论基础础上，利用第一、第四强度计计算公式推导导而 得。 如上述公式（6）（7）中用圆柱壳体中面直径D代 替旋转薄壳半径r,则圆圆柱壳体的两向应应力,分 别为别为 ： 第一强度理论论假设设零件只承受正应应力载载荷，只要 满满足正应应力强度条件即可。 因此，壁厚计计算公式（GB26640公式6）是 按第一强度理论进论进 行计计算的。 同样样推导导公式（8），按照旋转转薄壳理论论 和第四强度理论论，可以得到阀门阀门 壁厚计计算公式 （8）。 第四强度理论假设零件承受三向应力载荷 ，强度计算应满足合成应力条件。而薄壳理论假 设壳体只承受拉压应力载荷，沿壁厚均布。 3.3三种壁厚公式计算结果比较 按照第四强度理论（公式8）、第一强度理 论（GB26640公式6）和ASME（GB2664
