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欢迎光临！. 阀门壁厚. 魏玉斌. 2014 年 4 月 26 日温州. 联系方式：. 魏玉斌 工作单位：南方阀门制造有限公司 MOBILE: 13806832291 EMAIL: WYBHN@163.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
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阀门壁厚 魏玉斌 2014年4月26日温州
联系方式： 魏玉斌 工作单位：南方阀门制造有限公司 MOBILE: 13806832291 EMAIL: WYBHN@163.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 强度计算常用符号： σ1、σ2、σ3 ——三向正应力 σr——当量（相当）应力 σb ——强度极限 σs ——屈服极限 [σ]——许用应力 n——安全系数 nb——相对于强度极限σb的安全系数 ns——相对于屈服极限σs的安全系数 τ——剪应力 [τ]——许用剪应力 ε——线应变 μ——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： σr =σb 强度条件： σrI≤[σ] 相当应力： σrI=σ1 许用应力： [σ]=σb /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： ε=εjx=σb /E 强度条件： σrII≤[σ] 相当应力： σrII=[σ1- μ(σ2+σ3)] 许用应力： [σ]=σb /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： τmax =τjx =σs /2 强度条件： σrⅢ≤[σ] 相当应力： σrⅢ =(σ1 -σ3 )许用应力： [σ]=σs /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： σrⅣ≤[σ] 相当应力： 许用应力： [σ]=σs /ns 图4
举例说明，同一种材料： σb ＞ σs 一般,τ=σs /2 所以,[τ]=[σ] /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）。
名词术语： 经面和经线——图中OAO1为母线，绕Y轴旋转形成旋转薄壳。用过轴线的纵平面切割旋转薄壳可以得到一条经线，如OBO1，旋转母线为一条经线。两经面之间的角度用θ表示。 法线和法截面——经线上任意一点B绕轴线旋转一周，其轨迹为平行圆（亦称纬线）。过B点做垂直于壳体面的直线必与轴线相交，如图中BK2，该直线为即法线。同一平行圆上的法线与轴线相交形成一个圆锥面，即为该旋转薄壳的法截面。法线与轴线的夹角用 表示。
第一曲率半径ρ1——在经面上作垂直于经线的直线，与法线相交，两交点之间的线段为旋转薄壳的第一曲率半径。如，图5中BK1。 第二曲率半径ρ2——法线长度为旋转薄壳的第二曲率半径，如图5中BK2。
为了得到旋转薄壳的应力，必须先求得其曲率半径ρ1、ρ2 。 椭圆是一个点到两定点距离为常数的运动轨迹（图6）， 其方程式为 (a>b>0) 图6
对上式椭圆方程式 求导即可得到椭圆曲率半径：
推导后得出两曲率半径为： 则得 ρ1=maψ3 ρ2=maψ
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。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。 注：请勿混淆经向Vs径向，周向Vs轴向。
由公式（6）（7），圆筒形压力容器圆周应力为经向应力的2倍。从而解释了为什么压力容器超载时一般首先沿纵向开裂，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。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/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。
企业如果主导或参与某项标准制定，就掌握了确定该产品技术性能指标的话语权，也标志本企业在行业中的位次和实力。 现代企业营销方式通常有三种，即一流企业卖标准，二流企业卖品牌, 三流企业卖质量。目前，阀门行业很多企业采用关系营销，更多阀门企业采用代理营销，也有少数是采用网络营销。我国阀门行业数千家制造厂不入流企业为数不少！
GB/T12224针对钢制阀门提出一般要求，规定了阀门材料、壁厚及基本内径。GB/T12234、GB/T12235、GB/T12236、GB/T12237、GB/T12238（即GB/T系列产品标准）分别描述不同类型的阀门；GB/T12234、GB/T12235、GB/T12236规定了不同压力级别不同公称口径的阀门壁厚，并给出了相应的流道直径数据。GB/T12237规定了各压力级别不同公称口径相应的流道直径，并指出壁厚按照GB/T12224；GB/T12238规定了流道直径和材料为HT200的阀体壁厚数值。这使得阀门设计制造可基于安全可靠的标准进行。 GB26640-2011（简称《壁厚标准》）规定了钢制阀门最小壁厚和铁制阀门最小壁厚。
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,DN≤1250，其中PN760仅适用于焊接端，承插焊及螺纹连接阀门仅限于DN≤100。范围d) 、e) 款指出，该标准适用的铁制阀门范围是PN1.0 ～ PN25,DN≤3000。 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B给出了壁厚计算公式 ……………(GB/T12224B.1) GB26640《壁厚标准》列出了2个壁厚计算的基本公式。即公式GB26640（1）和（6）。另外还列出了2个与壁厚有关的应力计算公式（7）和（8）。
GB26640公式（6）和公式（8）是建立在旋转薄壳理论基础上，利用第一、第四强度计算公式推导而得。 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,则圆柱壳体的两向应力σθ,σΦ分别为：
