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闸阀设计计算说明书
闸阀设计计算说明书
(4”Z40H-150Lb)
编制:
审核:
二○○二年三月十五日
目录
一、壳体最小壁厚验算………………………………………………………1
二、阀杆总轴向力计算………………………………………………………1
三、中法兰螺栓强度校核…………………………………………………3
四、中法兰厚度验算…………………………………………………………4
五、阀盖强度校核………………………………………………………………4
六、闸板厚度验算………………………………………………………………7
参考文献……………………………………………………………………8
结果
SB=11.2mm
SB’=7.5mm
dF=26mm
一、壳体最小壁厚验算
1、设计给定SB=11.2mm(参照API600选取)
2、按第四强度理论计算
SB’=+C(见设P359)
式中:
SB’—考虑腐蚀裕量后阀体壁厚(mm)
P—设计压力(MPa),取公称压力PN
P=PN=2.0MPa
DN—阀体中腔最大内径(mm)
DN=140(设计给定)
[бL]t—425℃材料的许用拉应力(MPa)
查表知[бL]t=49.98MPa
C—考虑铸造偏差,工艺性和介质腐蚀等因素
而附加的裕量(mm)
SB’=+C
因SB’-C=2.5<5
SB’=2.5+5=7.5mm
显然SB>SB’,故阀体最小壁厚满足要求
二、阀杆总轴向力计算
1、阀杆直径设计给定dF=26mm(参照API600选取)
2、阀门关闭或开启时的总轴向力
Q’FZ=Q’+Qp+QT
Q”FZ=Q”+Qp+QT
式中:
Q’FZ—阀门关闭时阀杆总轴向力(N)
Q”FZ—阀门开启时阀杆总轴向力(N)
Q’,Q”—关闭和开启时阀杆密封力,即阀杆
与闸板间的轴向作用力(N)
设计说明与计算过程
2×140
2.3×49.98-2
1
Q’=4947.9N
Q”=7624.4N
Qp=1061.3N
QT=979.7N
根据楔式闸板半楔角Ψ=5º
密封面材料为13Cr/13Cr
关闭时的摩擦系数fM’=0.3
开启时的摩擦系数fM”=0.4
及半自动密封,采用公式
Q’=0.77QMF-0.48QMJ-QG
Q”=0.62QMF-0.21QMF+QG
其中QG为闸板组件的重量(N),QG=39.2N
QMF为密封面上达到必需比压时的作用力(N)
QMF=л(d+bm)bmqMF
其中d为密封面内径(mm),d=109(设计给定)
bm为密封面宽度(mm),bm=4.5(设计给定)
qMF为密封面上必需的比压(MPa)
qMF=11.9MPa(查表)
QMF=л(109+4.5)×4.5×11.9=19084.7N
QMJ作用在出口密封面上的介质静压力(N)
QMJ=0.785(d+dm)2P
=0.785(109+4.5)2×2=20225.2N
Q’=0.77×19084.7-0.48×20225.2-39.2
=4947.9N
Q”=0.62×19084.7-0.21×20225.2+39.2
=7624.4N
Qp介质作用于阀杆上的轴向力(N)
Qp=dF2P
=×262×2=1061.3N
QT阀杆与填料间的摩擦力(N)
QT=лdFhTUTP
其中hT填料层的总高度(mm),hT=40mm
UT阀杆与填料间的摩擦系数UT=0.15
QT=л×26×40×0.15×2=979.7N
结果
设计说明与计算过程
2
Q’FZ=4947.9+1061.3+979.7=6988.9N
Q”FZ=7624.4+1061.3+979.7=9665.4N
三、中法兰螺栓强度校核
1、设计时给定:
螺栓数量n=10
螺栓名义直径dB=M14
2、螺栓载荷Wb(N)计算
Wb=F+Fp+QFZ’
式中:
F—流体静压总轴向力(N)
F=PA
其中A通道处的截面积(mm2)
A=6772.4(设计给定)
F=2×6772.4=13544.8N
Fp—操作状态下需要的最小垫片压紧力(N)
Fp=PAdm
其中Ad垫片接触面积(mm2),
Ad=5162.9(设计给定)
m为垫片系数,m=3.5(查表)
Fp=2×5162.9×3.5
=36140.3N
Wb=13544.8+36140.3+6988.9
=56674N
3、螺栓拉应力校核
бbL=
式中:
бbL—螺栓所受拉应力(MPa)
Ab—设计时给定的螺栓总截面积(mm2)
Ab=π/4×10×(14-2)2=1130mm2
бbL==50.2MPa<62MPa
故螺栓强度符合要求
结果
设计说明与计算过程
Q’FZ=6988.9N
Q”FZ=9665.4N
F=13544.8N
Fp=36140.3N
Wb=56674N
3
2
结果
Aa=839.5mm2
)
an=79.5mm
设计说明与计算过程
3
四、中法兰厚度验算
te’=
式中:
te’—计算的法兰厚度(mm)
X—螺栓中心到法兰根部的距离(mm)
X=15.8(设计给定)
[б1]—材料径向许用弯曲应力(MPa)
[б1]=120.69MPa(查表)
an—垫片压紧力作用中心长轴半径(mm)
an=79.5mm(设计给定)
bn—垫片压紧力作用中心短轴半径(mm)
bn=44.5mm(设计给定)
te’==11.2mm
设计给定te=22mm
故中法兰厚度设计满足要求
五、阀盖强度校核
阀盖和阀体共同组成“承压壳体”,阀盖所承受的介质压力、温度等技术参数与阀体相同,选用材料也相同,故阀体设计计算中关于壁厚和中法兰的计算值,也适用于阀盖,这里就不重复计算;下面只对阀盖两个力臂进行应力计算(参见设P395)
由于Ⅰ-Ⅰ,Ⅱ-Ⅱ,Ⅲ-Ⅲ截面处为危险截面,故对三处截面进行应力校核
1、Ⅰ-Ⅰ截面的合成应力按下式校核
бΣⅠ=бwⅠ+бLⅠ+бwⅠN≤[б]
式中:
бΣⅠ—Ⅰ-Ⅰ截面的合成应力(MPa)
бwⅠ—Ⅰ-Ⅰ截面的弯曲应力(MPa)
设计说明与计算过程
结果
te’=15mm
te’=11.2mm
te=22mm
4
4
бwⅠ=
其中MⅠ为弯曲力矩(N·mm)
MⅠ=[]
其中Q’FZ=max(Q’FZ,Q”FZ)=9665.4N
L=83mm(设计给定)
H=110mm(设计给定)
ⅠⅢX为Ⅲ-Ⅲ截面对X轴惯性矩(mm4)
ⅠⅢX=189843.8mm4(设计给定)
ⅠⅡy为Ⅱ-Ⅱ截面对y轴惯性矩(mm4)
ⅠⅡy=5760mm4(设计给定)
MⅠ=×
=4390.5N·mm
WⅠy为Ⅰ-Ⅰ断面对y轴的截面系数(mm3)
WⅠy=960mm3(设计给定)
бwⅠ===4.57MPa
бLⅠ—Ⅰ-Ⅰ截面的拉应力(MPa)
бLⅠ=
其中FⅠ为Ⅰ-Ⅰ截面处的截面积(mm2)
FⅠ=12×40=480mm2
бLⅠ==10.1MPa
бwⅠ=4.57MPa
бLⅠ=10.1MPa
结果
设计说明与计算过程
QFZ’L
8
QFZ’’2FⅠ
9665.4
2×480
5
结果
设计说明与计算过程
бwⅠN=24.6MPa
бΣⅠ=39.3MPa
бwⅠN—力矩引起的弯曲应力(MPa)
бwⅠN=
其中MⅠN力矩(N·mm)
MⅠN=
其中MFJ为阀杆螺母与阀盖间的摩擦力矩(N·mm)
关闭时MFJ’(N·mm)计算
MFJ’=1/2QFZ’fjdp
其中fj凸肩与阀盖间的摩擦系数,fj=0.3(查表)
dp阀杆螺母凸肩与支架间环形接触面平均直径
dp=49mm(设计给定)
MFJ’=1/2×6988.9×0.3×49=51368.4N·mm
开启时MFJ”(N·mm)计算
MFJ”=1/2QFZ”fjdp=1/2×9665.4×0.3×49
=59442.2N·mm
MFJ=max(M’FJ,M”FJ)=59442.2N·mm
MⅠN==78778.8N·mm
WⅠX为Ⅰ-Ⅰ截面对X轴的截面系数(3200mm3)
WⅠX=3200mm3(设计给定)
бwⅠN==24.6MPa
бΣⅠ=4.57+10.1+24.6=39.3MPa
[б]—常温下阀盖材料的许用应力(MPa)
结果
设计说明与计算过程
MFJH
L
59442.2×110
83
78778.8
3200
8
6
结果
бwⅢ=23.4MPa
[б]=120.69MPa(查表)
显然бΣⅠ<[б]
故Ⅰ-Ⅰ截面合格。
2、Ⅱ-Ⅱ截面同Ⅰ-Ⅰ截面,故校核合格
3、Ⅲ-Ⅲ截面的弯曲应力按下式校核
бwⅢ=≤[бW]
式中MⅢ—Ⅲ-Ⅲ截面的弯曲力矩(N·mm)
MⅢ=-MⅠ=-2854.8
=197702.3N·mm
WⅢx—Ⅲ-Ⅲ截面对x轴的截面系数(mm3)
WⅢx=8437.5mm3
бwⅢ==23.4MPa
[бW]—常温下阀盖材料的许用弯曲应力(MPa)
[бW]=99.96MPa
显然бwⅢ<[бW]
故Ⅲ-Ⅲ截面校核合格
通过对Ⅰ-Ⅰ,Ⅱ-Ⅱ,Ⅲ-Ⅲ三处危险截面的应力计算:
知三处应力均小于其许用应力,故阀盖强度校核合格。
六、闸板厚度验算
1、闸板厚度按下式计算
SB’=db+C
设计说明与计算过程
MⅢ
WⅢx
9665.4×83
4
197702.3
8437.5
×
7
SB’=10.2mm
SB=16mm
式中:
SB’—闸板计算厚度(mm)
P—设计压力(MPa),取公称压力PN
P=PN=2.0MPa
db—闸板内径(mm)
db=96(设计给定)
[бw]t—425℃材料的许用弯曲应力(MPa)
查表知[бw]t=59.78MPa
C—考虑铸造偏差,工艺性和介质腐蚀等因素
而附加的裕量(mm)
SB’=+C
因SB’-C=6.2,故C取4
SB’=6.2+4=10.2mm
设计给定SB=16mm
显然SB>SB’,故闸板最小壁厚满足要求
参考文献
《阀门设计手册》机械工业出版社
《材料手册》机械工业出版社
《机械零件设计手册》机械工业出版社
结果
设计说明与计算过程
96
2
8
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- 闸阀 设计 计算 说明书
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