伍德密封强度计算

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伍德密封强度计算(GB150-电站系统与辅机)
序号	项目	符号	数据来源或计算公式	数值	单位
一	设计数据
1	计算压力	p_c	设计给定	18	MPa
2	设计温度	t_d	设计给定	250	℃
二	载荷计算
1	密封接触圆直径	D_c	设计给定	739	mm
2	密封面角度	α	设计给定	45	°
3	摩擦角	ρ	设计给定	4	°
4	比压力	y	石棉铜丝垫查GB150表9-2	15.2	MPa
5	密封环斜边长	c	设计给定	57.98
6	线密封比压	q₁	cy/2	440.668946	N/mm
7	内压引起的总轴向力	F	πD_c²p_c/4	7720603.747	N
8	预紧压垫密封轴向分力	Fa	πD_cq₁sin(α+ρ)/cosρ	774008.6799	N
二	牵制环计算
(1)	结构尺寸
1	内径	D₁	设计给定	220	mm
2	螺栓孔中心距	D_b	设计给定	510	mm
3	aa截面直径	Da	设计给定	784	mm
4	外径	D₃	设计给定	824	mm
5	厚度	δ	设计给定	65	mm
6	厚度	h	设计给定	55	mm
7	螺栓孔直径	d_k	设计给定	27	mm
(2)	应力计算
1	纵向截面弯曲应力	σ_m	3F_a(D_a-D_b)/[π(D₃-D₁-2d_k)δ²]	87.15220371	MPa
2	aa截面环向弯曲应力	σ_ma	3F_a(D_a-D_b)/[πD_ah²]	85.39379886	MPa
3	aa截面环向剪应力	τ_a	F_a/[πD_ah]	5.713697004	MPa
4	aa截面环向当量应力	σ_oa	[σ_ma²+3τ_a²]^0.5	85.96534118	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	16MnⅡ
2	设计温度下的许用应力	[σ]^t	查GB150 (t=100)	137	MPa
3	0.9[σ]^t		0.9[σ]^t	123.3	MPa
4	判断1		σ_m≤0.9[σ]^t合格，否则不合格	合格
5	判断2		τ_oa≤0.9[σ]^t合格，否则不合格	合格
三	四合环计算
(1)	结构尺寸
1	aa截面直径	Da	设计给定	780	mm
2	拉紧螺栓孔直径	d_k	设计给定	24	mm
3	拉紧螺栓数量	n	设计给定	8
4	厚度	h	设计给定	69	mm
(2)	应力计算
1	aa截面环向剪应力	τ_a	（F+Fa)/[πD_ah-πnd_k²/4]	51.33893664	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	16MnⅡ
2	设计温度下的许用应力	[σ]^t	查GB150(t=150)	137	MPa
3	0.9[σ]^t		0.9[σ]^t	123.3	MPa
4	判断		τ_a≤0.9[σ]^t合格，否则不合格	合格
四	牵制螺栓计算
(1)	结构尺寸
1	牵制螺栓直径	M	设计给定	24	mm
2	牵制螺栓数量	n	设计给定	16
3	牵制螺栓最小直径	d_min	M-1.1P	21.8	mm
(2)	螺栓面积校核
1	螺栓材质			35CrMoA
2	许用应力	[σ]_b^t	查GB150(t=175)	193	MPa
3	螺栓总需要面积	Am	Fa/[σ]_b^t	4010.407668	mm²
4	实际采用螺栓总面积	A	nπd_min²/4	5972.041971	mm²
5	判断		Am≥A合格，否则不合格	合格
五	顶盖计算
(1)	结构尺寸
1	直径	D₆	设计给定	758	mm
2	厚度	δ	设计给定	140	mm
3	厚度	h	设计给定	99	mm
4	距离	Zc	CAD图纸查得	70.79	mm
5	距离	l	设计给定	140.0071427	mm
6	惯性矩	Ic	CAD图纸查得	175615509	mm⁴
7	密封面长度	L	设计给定	42.13	mm
8	aa截面平均直径	D₅	D₆-h/tgα	659	mm
(2)	应力计算
1	纵向截面弯矩	M	[(Dc-2D6/3)F+(Dc-Db)Fa]/[2π]	330897457.6	N·mm
2	纵向截面抗弯截面系数	Z	Zc≥0.5δ:Ic/Zc,Zc＜0.5δ:Ic/(δ-Zc)	2480795.437	mm³
3	纵向截面弯曲应力	σ_m	M/Z	133.3836126	MPa
4	aa截面弯曲应力	σ_ma	6(F+Fa)L/(πD₅l²sinα)	74.82825264	MPa
5	aa截面剪应力	τ_a	(F+Fa)/(πD₅lsinα)	41.44508997	MPa
6	aa截面环向当量应力	σ_oa	[σ_ma²+3τ_a²]^0.5	103.6935574	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	16MnⅢ
2	设计温度下的许用应力	[σ]^t	查GB150(t=175)	141	MPa
3	0.7[σ]^t		0.7[σ]^t	98.7	MPa
4	判断1		σ_m≤0.7[σ]^t合格，否则不合格	不合格
5	判断2		τ_a≤0.7[σ]^t合格，否则不合格	不合格
六	端部计算
(1)	结构尺寸
1	端部外直径	Do	设计给定	1020	mm
2	bb截面处直径	D₇	设计给定	900	mm
3	尺寸	h	设计给定	30	mm
4	尺寸	l1	设计给定	90	mm
5	尺寸	l2	设计给定	117	mm
(2)	应力计算
1	aa截面处厚度	S	(Do-D₇)/2	60	mm
2	端部YY截面至直径D₇距离	So	Do≤1.45:(Do-D₇)/4;Do＞1.45:（Do-D7)(2Do+D7)/[6(Do+D7)]	30	mm
3	力臂	H	S₀+0.5h	45	mm
4	端部YY中性面直径	Dn	D₇+2So	960	mm
5	端部aa截面拉应力	σ_a	4(F+Fa)/[π(Do²-D₇²)]	46.94304019	MPa
6	端部F+Fa因起的弯矩	M	(F+Fa)H	382257559.2	N·mm
7	YY中性面单位长度弯矩	M₁	M/(πDn)	126746.2085	N·mm/mm
8	端部材料			20MnMoⅢ
9	平均壁温下材料泊松比	μ	查GB150	0.3
10	平均壁温下材料许用应力	[σ]^t	查GB150(t=175)	177	MPa
11	计算系数	β	[12（1-μ)/(Dn²S²)]^0.25	0.007574333
12	数值		βl1	0.681690006	mm
13	数值	M₃/M₁	根据βl1查GB150 图G11	0.75
14	数值	M₄/M₁	根据βl1查GB150 图G11	0.25
15	单位长度弯矩	M₃	(M₃/M₁)M₁	95059.65638	N·mm/mm
16	单位长度弯矩	M₄	(M₄/M₁)M₁	31686.55213	N·mm/mm
17	计算系数	C	l2/l1	1.3
18	数值	10βM_r/q_r	根据βl1和C查GB150 图G12	-0.2
19	密封反力引起的径向载荷	Qr	(F+Fa)/tg(α+ρ)	7384253.926	N
20	YY中性面单位长度径向载荷	q_r	Qr/(πDn)	0.318309886	N/mm
21	计算弯矩	Mr	(10βM_r/q_r)*q_r/(10β)	-0.840496105	N·mm/mm
22	最大单位长度弯矩	M_max	max{(Mr+M₃),(Mr-M₄)}	95058.81588	N·mm/mm
23	端部aa截面弯曲应力	σ_ma	6M_max/S²	158.4313598	MPa
24	aa截面环向当量应力	σ_oa	σ_a+σ_ma	205.3744	MPa
25	bb截面弯曲应力	σ_mb	3(F+Fa)h/(πD₇l₁²)	33.38171747	MPa
26	bb截面剪应力	τ_b	(F+Fa)/(πD₇l₁)	33.38171747	MPa
27	bb截面环向当量应力	σ_ob	[σ_mb²+3τ_b²]^0.5	66.76343493	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	20MnMoⅢ
2	设计温度下的许用应力	[σ]^t	查GB150	177	MPa
3	0.9[σ]^t		0.9[σ]^t	159.3	MPa
4	判断1		σ_oa≤0.9[σ]^t合格，否则不合格	不合格
5	判断2		τ_ob≤0.9[σ]^t合格，否则不合格	合格
七	密封环计算
(1)	结构尺寸
1	外直径	D_o	设计给定	840	mm
2	宽度	a	设计给定	41	mm
3	高度	b	设计给定	60	mm
4	密封面长度	c	a/sinα	57.98	mm
5	计算面积	A1	π(D_o-a)c	145544.40	mm²
6	计算面积	A2	π(D_o-a)a	102915.43	mm²
7	计算面积	A3	πD_oc	158336.27	mm²
(2)	应力计算
1	法向反力	N1	(F+Fa)cosρ/sin(α+ρ)	11228054.08	N
2	法向反力	N2	(F+Fa)[1-tanρ/tan(α+ρ)]	7978255.091	N
3	法向反力	N3	(F+Fa)/tan(α+ρ)	7384253.926	N
4	挤压应力	σ1	N1/A1	77.14521416	MPa
5	挤压应力	σ2	N2/A2	77.52243567	MPa
6	挤压应力	σ3	N3/A3	46.63652831	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	石棉铜丝软垫片
2	比压力	[σ]_b^t	????	98	MPa
3	最大挤压应力	σmax	max{σ1,σ2,σ3}	77.52243567	MPa
4	判断		[σ]_b^t＞σmax合格，否则不合格	合格
八	均压圈计算
(1)	结构尺寸
1	外直径	Do	设计给定	780	mm
2	宽度	b	设计给定	41	mm
3	锥角	β	设计给定	5	°
(2)	应力计算
1	实际挤压应力	σb	(F+Fa)/[π(Do-b)bcosβ]	89.58208675	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	Q345R
2	许用挤压应力	[σ]_b^t	根据材料查表	157	MPa
3	判断		[σ]_b^t＞σb合格，否则不合格	合格

伍德密封强度计算（参照GB150算例C.3）
序号	项目	符号	数据来源或计算公式	数值	单位
一	设计数据
1	计算压力	p_c	设计给定	18	MPa
2	设计温度	t_d	设计给定	250	℃
二	载荷计算
1	密封接触圆直径	D_c	设计给定	739	mm
2	密封面角度	α	设计给定	45	°
3	摩擦角	ρ	设计给定	4	°
4	比压力	y	石棉铜丝垫查GB150表9-2	15.2	MPa
5	密封环斜边长	c	设计给定	58.00
6	线密封比压	q₁	cy/2	440.8	N/mm
7	内压引起的总轴向力	F	πD_c²p_c/4	7720621.801	N
8	预紧压垫密封轴向分力	Fa	πD_cq₁sin(α+ρ)/cosρ	774242.0337	N
二	牵制环计算








(1)	结构尺寸
1	内径	D₁	设计给定	220	mm
2	螺栓孔中心距	D_b	设计给定	510	mm
3	aa截面直径	Da	设计给定	784	mm
4	外径	D₃	设计给定	824	mm
5	厚度	δ	设计给定	65	mm
6	厚度	h	设计给定	55	mm
7	螺栓孔直径	d_k	设计给定	27	mm
(2)	应力计算
1	纵向截面弯曲应力	σ_m	3F_a(D_a-D_b)/[π(D₃-D₁-2d_k)δ²]	87.17827513	MPa
2	aa截面环向弯曲应力	σ_ma	3F_a(D_a-D_b)/[πD_ah²]	85.41934426	MPa
3	aa截面环向剪应力	τ_a	F_a/[πD_ah]	5.715406246	MPa
4	aa截面环向当量应力	σ_oa	[σ_ma²+3τ_a²]^0.5	85.99105755	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	16MnⅡ
2	设计温度下的许用应力	[σ]^t	查GB150 (t=100)	137	MPa
3	0.9[σ]^t		0.9[σ]^t	123.3	MPa
4	判断1		σ_m≤0.9[σ]^t合格，否则不合格	合格
5	判断2		τ_oa≤0.9[σ]^t合格，否则不合格	合格
三	四合环计算






(1)	结构尺寸
1	aa截面直径	Da	设计给定	780	mm
2	拉紧螺栓孔直径	d_k	设计给定	24	mm
3	拉紧螺栓数量	n	设计给定	8
4	厚度	h1	设计给定	69	mm
(2)	应力计算
1	aa截面环向剪应力	τ_a	（F+Fa)/[πD_ah1-πnd_k²/4]	51.3664967	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	16MnⅡ
2	设计温度下的许用应力	[σ]^t	查GB150(t=150)	137	MPa
3	0.9[σ]^t		0.9[σ]^t	123.3	MPa
4	判断		τ_a≤0.9[σ]^t合格，否则不合格	合格
四	牵制螺栓计算
(1)	结构尺寸
1	牵制螺栓直径	M	设计给定	24	mm
2	牵制螺栓数量	n	设计给定	16
3	牵制螺栓最小直径	d_min	M-1.1P	21.8	mm
(2)	螺栓面积校核
1	螺栓材质			35CrMoA
2	许用应力	[σ]_b	查GB150	206	MPa
3	螺栓总需要面积(取预紧状态)	Am	Fa/[σ]_b	3758.456474	mm²
4	实际采用螺栓总面积	A	nπd_min²/4	5972.041971	mm²
5	判断		Am≥A合格，否则不合格	合格
五	顶盖计算














(1)	结构尺寸
1	直径	D₆	设计给定	698	mm
2	厚度	δ1	设计给定	200	mm
3	厚度	h₂	设计给定	154	mm
4	距离	Zc	CAD图纸查得	100	mm
5	距离	l	设计给定	217.7888886	mm
6	惯性矩	Ic	CAD图纸查得	464390456.3	mm⁴
7	密封面长度	L	设计给定	29	mm
8	aa截面平均直径	D₅	D₆-h₂/tgα	543.8773168	mm
(2)	应力计算
1	纵向截面弯矩	M	((Dc-2/3Dc)F+(Dc-Db)Fa)/6.28	331074511.1	N·mm
2	纵向截面抗弯截面系数	Z	Zc≥0.5δ:Ic/Zc,Zc＜0.5δ:Ic/(δ1-Zc)	4643904.563	mm³
3	纵向截面弯曲应力	σ_m	M/Z	71.29227282	MPa
4	aa截面弯曲应力	σ_ma	6(F+Fa)L/(πD₅l²sinα)	25.81615889	MPa
5	aa截面剪应力	τ_a	(F+Fa)/(πD₅lsinα)	32.31306065	MPa
6	aa截面环向当量应力	σ_oa	[σ_ma²+3τ_a²]^0.5	61.63502028	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	16MnⅢ
2	设计温度下的许用应力	[σ]^t	查GB150(t=250)	137	MPa
3	0.7[σ]^t		0.7[σ]^t	95.9	MPa
4	判断1		σ_m≤0.7[σ]^t合格，否则不合格	合格
5	判断2		σ_oa≤0.7[σ]^t合格，否则不合格	合格
六	端部计算

















(1)	结构尺寸
1	端部外直径	Do	设计给定	1124	mm
2	bb截面处直径	D₇	设计给定	880	mm
3	尺寸	h₃	设计给定	48	mm
4	尺寸	l1	设计给定	115	mm
5	尺寸	l2	设计给定	128.5	mm
(2)	应力计算
1	aa截面处厚度	S	(Do-D₇)/2	122	mm
2	端部YY截面至直径D₇距离	So	Do≤1.45:(Do-D₇)/4;Do＞1.45:（Do-D7)(2Do+D7)/[6(Do+D7)]	61	mm
3	力臂	H	S₀+0.5h₃	85	mm
4	端部YY中性面直径	Dn	D₇+2So	1002	mm
5	端部aa截面拉应力	σ_a	4(F+Fa)/[π(Do²-D₇²)]	22.13090743	MPa
6	端部F+Fa因起的弯矩	M	(F+Fa)H	722063426	N·mm
7	YY中性面单位长度弯矩	M₁	M/(πDn)	229497.5101	N·mm/mm
8	端部材料			20MnMoIV
9	平均壁温下材料泊松比	μ	查GB150	0.3
10	平均壁温下材料许用应力	[σ]^t	查GB150(t=250)	196	MPa
11	计算系数	β	[12（1-μ)/(Dn²S²)]^0.25	0.003273769
12	数值		β*l1	0.37648349	mm
13	数值	M₃/M₁	根据β*l1查GB150 图G11	0.8
14	数值	M₄/M₁	根据β*l1查GB150 图G11	0.19
15	单位长度弯矩	M₃	(M₃/M₁)M₁	183598.0081	N·mm/mm
16	单位长度弯矩	M₄	(M₄/M₁)M₁	43604.52691	N·mm/mm
17	计算系数	C	l₂/l₁	1.117391304
18	数值	10βM_r/q_r	根据β*l1和C查GB150 图G12	-0.2
19	密封反力引起的径向载荷	Qr	(F+Fa)/tg(α+ρ)	7390940.997	N
20	YY中性面单位长度径向载荷	q_r	Qr/(πDn)	2349.104656	N/mm
21	计算弯矩	Mr	(10βM_r/q_r)*q_r/(10β)	-14351.06944	N·mm/mm
22		Mr+M₃	Mr+M₃	169246.9386	N·mm/mm
23		Mr-M₄	Mr-M₄	-57955.59635	N·mm/mm
24	最大单位长度弯矩	M_max	max{(Mr+M₃),(Mr-M₄)}	169246.9386	N·mm/mm
25	端部aa截面弯曲应力	σ_ma	6M_max/S²	68.22639288	MPa
26	aa截面环向当量应力	σ_oa	σ_a+σ_ma	90.35730031	MPa
27	bb截面弯曲应力	σ_mb	3(F+Fa)h₃/(πD₇l₁²)	33.47425445	MPa
28	bb截面剪应力	τ_b	(F+Fa)/(πD₇l₁)	26.73291154	MPa
29	bb截面环向当量应力	σ_ob	[σ_mb²+3τ_b²]^0.5	57.13555276	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	20MnMoⅢ
2	设计温度下的许用应力	[σ]^t	查GB150	196	MPa
3	0.9[σ]^t		0.9[σ]^t	176.4	MPa
4	判断1		σ_oa≤0.9[σ]^t合格，否则不合格	合格
5	判断2		τ_ob≤0.9[σ]^t合格，否则不合格	合格
七	密封环计算












(1)	结构尺寸
1	外直径	D_o	设计给定	780	mm
2	宽度	a	设计给定	41	mm
3	高度	b	设计给定	60	mm
4	密封面长度	c	a/sinα	58.01	mm
5	计算面积	A1	π(D_o-a)c	134600.27	mm²
6	计算面积	A2	π(D_o-a)a	95138.86	mm²
7	计算面积	A3	πD_oc	142067.94	mm²
(2)	应力计算
1	法向反力	N1	(F+Fa)cosρ/sin(α+ρ)	11232648.63	N
2	法向反力	N2	(F+Fa)[1-tanρ/tan(α+ρ)]	7978301.755	N
3	法向反力	N3	(F+Fa)/tan(α+ρ)	7390940.997	N
4	挤压应力	σ1	N1/A1	83.45190284	MPa
5	挤压应力	σ2	N2/A2	83.85954756	MPa
6	挤压应力	σ3	N3/A3	52.02398801	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	石棉铜丝软垫片
2	比压力	[σ]_b^t	设计给定	98	MPa
3	最大挤压应力	σmax	max{σ1,σ2,σ3}	83.85954756	MPa
4	判断		[σ]_b^t＞σmax合格，否则不合格	合格
八	均压圈计算






(1)	结构尺寸
1	外直径	Do	设计给定	780	mm
2	宽度	b	设计给定	41	mm
3	锥角	β	设计给定	0	°
(2)	应力计算
1	实际挤压应力	σb	(F+Fa)/[π(Do-b)bcosβ]	89.28910684	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	Q345R
2	许用挤压应力	[σ]_b^t	根据材料查表	157	MPa
3	判断		[σ]_b^t＞σb合格，否则不合格	合格

伍德密封01 伍德密封02

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