止回阀计算书

目录毕业设计任务书.毕业设计开题报告.指导老师审查意见.评阅老师评语.答辩会议记录.中文摘要. Abstract. 1 前言.11.1 设计的目的和意义.11.2止回阀的发展现状和发展趋势.31.2.1国外阀门行业发展状况.31.2.2国内阀门行业发展现状与发展趋势42阀门简介及应用.52.1阀门的型号编制方法.5 2.2阀门的标志.82.3止回阀的结构分类及选用.82.4止回阀的施工及安装要点.103止回阀的设计.103.1止回阀的结构设计.103.2止回阀阀体的设计与计算.123.3止回阀阀座的设计与计算.133.4垫片及螺栓载荷设计计算.153.5法兰材料密封形式及结构尺寸的设计.193.6止回阀阀盖的设计计算.223.7填料压盖的设计.243.8强度验算.244止回阀的检查和试验.274.1止回阀的检查.274.1.1止回阀铸件的检查.274.1.2止回阀主要尺寸的检查.284.1.3止回阀清洁度的检查.284.2止回阀的压力试验.294.2.1阀体的壳体试验.304.2.2阀门的高压密封试验.325结 论.34参考文献.34致 谢.36止回阀的设计与分析学 生：何 辉，长江大学机械工程学院指导老师：李美求，长江大学机械工程学院辅导老师: 李美求，长江大学机械工程学院【摘要】阀门是流体管路的控制装置，它是用来切断和接通管路介质，用于控制流体的压力、方向和流量的装置。本课题设计的阀门为升降式止回阀。它是由阀体、阀盖和阀瓣组成。阀体是阀门中最重要的零件之一，它是用来传输介质的主要流动通道，承受着工作介质的压力、温度、冲蚀和腐蚀，它是阀门总装配的基础。阀盖是阀门中承受压力的重要零件之一，在使用过程中不但承受机制的压力，还承受着阀瓣启闭的冲击压力。阀瓣是阀门中负责启闭的重要零件之一，在使用过程中，通过介质的压力自动启闭，同时防止介质倒流。为了实现对流体的控制，阀门一般应具备以下性能：即密封性能、强度性能、调节性能、动作性能和流通性能。对大多数阀门来说，密封问题是首要问题。由于密封性能差或密封寿命短而产生流体的外漏或内漏，会造成环境污染和经济损失；有毒性的流体、腐蚀性流体、放射性流体和易燃易爆流体的泄露有可能产生重大的经济损失，甚至造成人身伤亡。对于高中压气体阀门和安全阀等，阀门的安全可靠性也是十分重要的。强度不够或动作不可靠，将会造成本体或系统的破坏而导致人身伤亡。除了对密封和强度的基本要求外，其调节性能的优劣也具有重大的意义【关键词】： 强度；阀体；阀盖；阀瓣；密封副 65X35 Check valve design and analysisStudent: He Hui, College of Mechanical Engineering Supervisor: Li Mei-Qiu, College of Mechanical Engineering Instructor ：Li Mei-Qiu, College of Mechanical Engineering【Abstract】Fluid pipeline valve is a control device, which is used to cut and connect piping medium, used to control the fluid pressure, direction and flow devices. The subject of valve for the lift check valves. It is by the valve body, valve cover and disc composition. Valve body is one of the most important part, which is the main medium used to transmit flow channel, bear the pressure of working medium, temperature, erosion and corrosion, it is the general assembly of the base valve. Valve cover is the pressure valve in one of the important parts, in the course of the mechanism not only to withstand the pressure, but also suffer the impact of opening and closing the pressure valve flap. Disc is responsible for opening and closing the valve one of the important parts, in use, by automatically opening and closing pressure of the medium, while preventing the media back. In order to achieve the fluid control valve normally should have the following properties: the sealing properties, strength properties, adjusting performance, action, performance and flow performance. For most valves, the sealing problem is the primary problem. As the seal or the seal life of poor performance caused by a short period of fluid leakage or leakage, will cause environmental pollution and economic losses; toxic fluids, corrosive fluid, radioactive fluid leaked flammable fluid and may have significant economic loss or even personal injury. For high pressure gas valves and safety valves, etc., safety and reliability of the valve is also very important. Not strong enough or action is not reliable, the system will cause damage to body or personal injury caused. In addition to the basic requirements of sealing and strength, the performance of its pros and cons of regulation is also of great significance.【Key words】 strength valve body valve cover valve etal ealing pair前言65x35止回阀的设计与分析1.前言1.1设计的目的和意义阀门是流体管路的控制装置。它是用来切断和接通管路介质，调节介质的压力和流量，改变介质的流动方向以及保护管路系统或设备的安全运行的。随着现代技术的发展，阀门的引用日益普遍。阀门在国民经济中起着重要作用，一旦阀门出现了故障，整个生产过程就会受到影响，甚至造成火灾和爆炸等事故，造成人身伤亡和国家财产的重大损失。因此，生产质量高、性能好的阀门产品，对实现四个现代化具有重大意义。 阀门在国民经济各个部门中有着广泛的应用。在石油、天然气、煤炭和矿石的开采、提炼加工和管道输送系统中；在化工产品、医药和食品生产系统中；在水电、火电和核电的电力生产系统中；在城市和工业企业的给排水、供热和供气系统中；在农田的排灌系统中；在冶金生产系统中；在船舶、车辆、飞机以及各种运动机械的流体系统中，都大量的使用阀门。此外，在国防生产系统中和航天等新技术领域里也使用着各种性能特殊的阀门。因此，阀门是我国实现四个现代化不可缺少的重要机械产品。它与生产建设、国防建设和人民生活都有密切的联系。 阀门安装在各种管路系统中用于控制流体的压力、流量和流向。由于流体的压力、流量、温度和物理化学性质都不同，对流体系统的控制要求和使用要求也不同，所以阀门的种类和品种规格非常多。据不完全统计，我国的阀门产品品种已达三千多个型号，近三万个规格。随着新的工艺流程和控制要求的出现，随着现代阀门的技术参数和技术性能的高水平发展需要，随着生产过程日益自动化发展的需要，将会不断的提出对阀门新品种的发展需要。 为了实现对流体的控制，阀门一般应具备以下性能：即密封性能、强度性能、调节性能、动作性能和流通性能。对大多数阀门来说，密封问题是首要问题。由于密封性能差或密封寿命短而产生流体的外漏或内漏，会造成环境污染和经济损失；有毒性的流体、腐蚀性流体、放射性流体和易燃易爆流体的泄露有可能产生重大的经济损失，甚至造成人身伤亡。对于高中压气体阀门和安全阀等，阀门的安全可靠性也是十分重要的。强度不够或动作不可靠，将会造成本体或系统的破坏而导致人身伤亡。除了对密封和强度的基本要求外，其调节性能的优劣也具有重大的意义。第 1 页 （共 36 页）止回阀的设计与分析 随着国民经济的不断发展、科学技术的不断进步和阀门需求量的不断增长，阀门的生产将不断创新，向着自动化、安全化、标准化、科学化、完善化的方向发展，阀门的销售市场也将更加广泛，阀门的使用也更加频繁和普及，应用领域也将更加广泛。止回阀是炼油厂系统管路中一个十分重要的部件，止回阀的安装位置、结构参数和关闭 曲线对供热系统的安全性和叮靠性有很大影响。如果止回阀使用得当；能够起到冰锤防护 的作用；但是如果使用不当，不仅不能对供热设备起到保护作用，而且会在系统管线中引起很大的事故。因此对止回阀在供热系统中的防水锤作用进行研究具有很重要的实际 意义和学术意义。从流体瞬变运动的角度看；对于止回阀的要求下只在动力中断时能够开启或关闭，而且应根据管路中的流动状况对启闭速度有一定的要求。不适当的启闭速度将引起系统管路中的压力突然升高或下降，当压力的上升值足够大时就会引起管子的破裂。为保证系统安全，必须合理选择止回阀的结构形式和关闭曲线，使其起到防水锤的作用。本文研究了止回阀在供热系统中的防水锤作用，建立了止回阀启闭时的边界条件，分析了普通止回阀的缺陷和防水锤止回阀的特性，研究了优化关闭特性消除水锤和防止水泵倒转的机 理，得出有实际意义的结论，对于在系统管路中正确选择和使用止回阀具有指导意义。从产品情况来看，我国阀门行业目前已经能生产十几大类产品，如闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、安全阀、止回阀、节流阀、旋塞阀、减压阀等。但是低层次、小规模、家庭作坊式企业占据大多数。由于重复建设，技术投资，引进不够，我国大部分阀门企业的主导产品仍然停留在大众的层面，而高温高压和关键装置上需要的阀门依然依赖进口。随着国家宏观调控政策的不断加强，能源，冶金，化工等行业的投资减少，阀门行业低端产品供大于求的局面已经显露出来。阀门企业的经营步入恶性价格竞争时期。出现这种局面的根本然因业内人事分析认为，虽然阀门产品相对于电子等产品而言，技术含量比较低，但其对于材料的合理选配，工艺的科学应用都对阀门的安全使用起到关键作用，而这些都会增加企业生产成本。眼下，阀门行业价格战越演越烈，使得一些饱受价格战之苦的企业，为了降低成本，他们根本不考虑产品材质，从眼前利益看，也许暂时赢得了市场占有率，但是换来的却是企业信誉度降低。反之，注重第 2 页 （共 36 页）前言产品质量和技术的投资，虽然产品成本高了，价格高了，一时在市场占有率上特别是新开发的市场上失宠，但是，经过客户比较，认为高质量的产品，虽然一次性采购成本高，但综合成本远远低于低价格的普通产品。1.2止回阀的发展现状和发展趋势1.2.1国外阀门行业发展状况大约在50年代以前，国外不少国家就形成了独立的阀门专业及其行业体系，有了阀门行业组织或阀门专业学术组织。欧、美、英等国有阀门行业协会；日本有阀门工业会和阀门研究会；东欧和前苏联有专门的阀门设计研究院所。这些阀门行业和专业组织，都是为了提高生产技术和对外竞争的需要而组建起来的。国外对阀门研究工作十分重视，研究机构较多，大多都在公司内部直接设置研发部门，主要有二种类型，一种是集中模式，由中央阀门制造设计研究院进行阀门行业的技术归口管理，负责全行业的规划编制、新产品设计、标准化、系列化、通用化、产品与新工艺的试验研究等各项工作，另一种是以本公司的产品和发展为对象进行开发研究。这些机构着重于阀门的设计与基础理论、新材料、新工艺、产品性能、可靠性及标准化的研究工作，特别是高参数和特殊工况阀门产品的研究。在重视技术上的交流和学术活动的同时，也十分注意课题与机构的保密性。研究机构具有为提高产品质量和性能的试验检测装置，并采用先进的测试手段，设计采用有限元分析法和计算机辅助设计等。目前国外阀门的科研特点，概括起来说有如下几项：试验研究与新产品开发密切结合；内部研究课题与引进国外技术密切结合；重视高新技术在阀门上的应用研究，重视高参数和特殊工况阀门的试验研究，重视阀门基础理论的研究工作，重视现场试验与改进工作。阀门标准在促进国际贸易、规范市场、促进产业结构调整等方面都起到积极的作用，工业发达国家非常重视阀门产品的标准化工作。目前的国际阀门标准化组织主要有：ISOTCl53阀门，TCl85安全阀减压装置，另外有ISOfrc67，负责石油井口设备和石油天然气工业长输管线阀门，ISOTC65，负责工业控制系统中作为最终控制元件的阀门，IS038，衬里材料为塑料的阀门。isofrCl53组织全称“阀门(Valve)”，主要任务是在国际范围内开展工业用阀门和蒸汽疏水阀的标识、术语、质量、设计、制造、试验以及阀门传动装置的标准化活动。ISOTCl53技术委员会现有成员48个。ISOTCl53下设两个分技术委员会，TCl53SCl和TCl53SC2。TCl53SCl分委会的第 3 页 （共 36 页）止回阀的设计与分析名称为“设计、制造、标志和试验(Design，manufacmre，marking and testing)”，共有成员31个，TCl53SC2分委会名称为“阀门传动附件(Valve actuatot attachment) ”，共有成员24个。国外市场近几年十分活跃，竞争相当激烈。东亚和东南亚的阀门进出口增长迅速，北美和欧共体等发达国家间的市场贸易持续发展，德国、意大利、日本、中国等国家和地区的出口扩大，美国、英国、法国等国家进口的高速增长，形成了国际阀门市场繁荣的支撑点，再者，由于世界经济进一步国际化，跨国公司将不断推动国际阀门市场的发展，国际贸易地区化成为另一大特点。据Mcllvaine、Sindustrial valves world markets报告，世界阀门市场的销售总额将从2007年的430亿美元达到2010年的530亿美元，报告称销售额的增长主要依赖于新兴市场的需求及工业的增长，目前阀门行业产能高度分散，世界上排名前20位的阀门销售企业的销售份额只占到销售总额的25，其余的销售份额都被一些中小公司占领。1.2.2国内阀门行业的现状及发展趋势受宏观经济的拉动，近年来我国阀门行业得到快速发展。据中国通用机械工业协会统计，2006年我国阀门行业实现工业总产值7251亿元，同比增长3556；销售收入70095亿元，同比增长337；利润总额4533亿元，同比增长4279。但是我国阀门行业与国外仍然有较大差距，据国外有关组织统计，工业发达国家阀门的产值超过压缩机、风机和水泵三者产值的总和，约占整个机械工业产值的5。但是在我国，阀门产值只占到整个机械工业产值的1左右(101。国内目前阀门行业的状况是：2000年全行业企业数1308个，其中合资企业11个。科研院所有机械工业合肥通用机械研究院、沈阳阀门研究所以及12个厂办研究所，职工人数1815万人，其中工程技术人数9200人，工业总产值100亿，工业增加值3亿，固定资产原值6212亿，净值4015亿，销售收入9111亿，利税总额714亿，其中利润总额213亿。全员劳动生产率17297元人，主要出口交货值115亿，机械系统阀门协会会员企业167家，其中合资企业5个，科研院所7个，职工人数81万人，其中工程技术人员5500人。根据2003年对阀门行业内的会员单位统计，全行业共有规模以上会员单位122个，占全行业企业总数的169，共完成工业总产值6423亿元，占全行业的298，实现销售收入6206亿元，占全行业的292，利润总额256亿元，占全行业的213，完成出口交货值853亿元，占全行业的157，新产品产值898亿元，占全行业的731。随着“十五”末期阀门市场和行业内部的第 4 页 （共 36 页）前言各种发展变化，阀门股份和私营企业增加，阀门生产水平提高，阀门产量大幅度增长。阀门的市场成套率、成套水平和成套能力都有较大提高。据国外有关机构预测，我国的阀门市场将超过500亿元。巨大的市场需求为中国阀门行业健康快速发展提供了有利条件，电力、石油和天然气、石油化学工业、煤制油、水利建设、城市供水等需要大量阀门产品。(1)国家计划到“十一五”末期我国电力工业装机容量将达6亿KW，2020年预计全国装机容量9亿KW。按照这一规划目标，“十一五”期间每年新增装机3000万KW以上。平均每年投资5000亿元以上。煤电将主要开发高效、低污染的大型机组，60万KW超超临界机组将成为火电的主力机组。核电站建设也需要大量阀门产品，国家已批准广东、浙江两套百万千瓦核电站建设项目，预计今后平均每年要建设23套百万千瓦核电站。石油和天然气作为重要的一次能源越来越得到国家的重视。所以未来10年中，将有2万多公里的输油管线要建设，其中包括俄罗斯、哈萨克斯坦等跨国输油管线。(2)天然气是清洁能源，国家计划继“西气东输”之后，还要建设2万多公里的跨国输气管线和支线；这些工程项目大约需要2万多只大口径管线球阀和中小口径球阀、平板阀。(3)石油化学工业将会继续保持稳定、快速发展。(4)煤直接液化是解决我国石油资源不足的重要途径。全国14个产煤省市也要上煤直接液化制取石油，很有可能形成一个新的产业。由于煤直接液化工艺介质工作温度高、压力高、固体颗粒含量高，对阀门有很高的要求。(5)未来10年，南水北调工程总投资5000亿元，也需要大量阀门。(6)今后冶金行业以节能降耗、减少环境污染、实现“绿色制造”为投资重点。预计到2020年我国钢产量达3亿t，阀门的需求量非常巨大。2. 止回阀简介及应用图1 升降式止回阀第 5 页 （共 36 页）止回阀的设计与分析止回阀(check valve)：止回阀又称逆止阀或单向阀，其作用是防止管路中的介质倒流。水泵吸水关的阀底也属于止回阀类。启闭件靠介质流动和力量自行开启或关闭，以防止介质倒流的阀门叫止回阀。止回阀属于自动阀类，主要用于介质单向流动的管道上，只允许介质向一个方向流动，以防止发生事故止回阀是用来防止管道或设备中介质倒流的一种阀门。它利用流体的动能而开启。在系统管路中，止回阀常安装在泵的出口、以及其它不允许流体反向流动的地方。选择合适 的止回阀型式对进行水锤防护有很大的影响，例如泵站中大量的水锤事故是与泵出口装设 的止回问有关的。事故停泵后水流通过京开始倒流，在倒泄水流的作用下，止回阀迅速关 闭，如果止回阀由于故障或支座摩阻及其惯性的影响，止回阀有可能滞后于开始倒流的时间，即在倒流量增至一定值，甚至在最大倒流量的瞬间迅速关闭，则能在止回阀处产生非 常大的压力。止回阀阀瓣在流速为零时关闭完毕是关闭的最佳状态，要在流速为零时完成 阀瓣关闭是不太可能的。一般认为，只要在零流量附近关闭完毕就是正常的。在系统管路中，为了减小事故停泵水锤，可以在循环水泵的压水管和吸水管之间 设置一带止回阀的泄压旁通管。在循环水泵运行时，由于水泵出水侧水压高于吸水侧的水 压，止回阀呈关闭状态。当突然停泵的瞬间，泵出水侧压力急剧降低，而吸水侧压力则大 幅度增高，在此压差作用下，循环水泵吸水侧管路中的水即推开止回阀至泵出水侧的管网系统，从而降低了吸水侧管网中压力增高的幅度；减少和防止了水锤的危害。装置在泄压 旁通管上的止回阀应选用阻力较小、开启灵活的产品。泄压旁通管的管径越大对减小水锤 越有力，可以根据规定的压力界限，通过瞬变计算，确定经济的管径。 2.1阀门的型号编制方法第 6 页 （共 36 页）止回阀应用及简介阀门由阀门类型，驱动方式，连结形式，结构形式，密封面材料或忖里材料类型，公称压力代号或工作温度下的工作压力，阀体材料七部分表1 阀门类型代号阀门类型安全阀蝶阀隔膜阀止回阀截止阀排污阀节流阀球阀疏水阀柱塞阀旋塞阀减压阀闸阀代号ADGHJPLQSUXYZ表2. 阀门连接形式代号连接形式内螺纹外螺纹法兰式 焊接式对夹式卡箍式卡套式代号1246789表3 止回阀结构形式代号 第 7 页 （共 36 页）止回阀的设计与分析表4 阀体材料代号阀体材料碳钢Cr13系不锈钢铬钼系钢可锻铸铁铝合金铬镍系列不锈钢球墨铸铁铬镍钼系列不锈钢塑料铜及铜合金钛及钛合金铬钼钒钢灰铸铁代号CHIKLPQRSTTIVZ2.2阀门的标志2.2.1阀门的标记方法1. 阀体采用铸造的方法成型的，其标志应与阀体同时铸造在阀体上。2. 当阀体外形是由压铸方法成型的，期标志除与阀体同时压铸成型外，也可采用压印的方法标记在阀体上。2.2.2阀门的标记样式2.2.3标志的标记位置1. 标志内容应标注在阀体容易观看的位置，尽可能标注在阀体垂直中心线的中腔位置。2. 当标志内容在阀体的一个面上标注位置不够时，可标注在阀体中腔对称位置的另一个面上。3. 标志应明显、清晰、排列整齐、匀称。2.3止回阀的结构，分类及选用2.3.1止回阀的结构第 8 页 （共 38 页）止回阀应用及简介 止回阀：按结构划分，可分为升降式止回阀、旋启式止回阀和蝶式止回阀三种。升降式止回阀可分为立式和卧式两种。旋启式止回阀分为单瓣式、双瓣式和多瓣式三种。蝶式止回阀为直通式、以上几种止回阀在连接形式上可分为螺纹连接、法兰连接和焊接三种2.3.2止回阀的分类止回阀：一般分为升降式、旋启式、蝶式及隔膜式等几种类型。升降式止回阀的结构一般与截止阀相似，其阀瓣沿着通道中以线作升降运动，动作可靠，但流体阻力较大，适用于轻小口径的场合。升降式止回阀可直通式和立式两种。直通式升降止回阀一般只能安装在水平管路，而立式升降止回阀一般就安装在垂直管路。旋启式止回阀的阀瓣绕转轴作旋转运动。其流体阻力一般小于升降式止回阀，它适用于较大口径的场合。旋启式止回阀根据阀瓣的数目可分为单瓣旋启式、双瓣旋启式及多瓣旋启式三种。单瓣旋启式止回阀一般适用于中等口径的场合。大口径管路选用单瓣旋启式止回阀时，为减少水锤压力，最好采用能减小水锤压力的缓闭止回阀。双瓣旋启式止回阀适用于大中口径管路。对夹双瓣旋启式止回阀结构小、重量轻，是一种发展较快的止回阀；多瓣旋启式止回阀适用于大口径管路。蝶式止回阀的结构类似于蝶阀。其结构简单、流阻较小，水锤压力亦较小。隔膜式止回阀有多种结构形式，均采用隔膜作为启闭件，由于其防水锤性能好，结构简单，成本低，近年来发展较快。但隔膜式止回阀的使用温度和压力受到隔膜材料的限制。2.3.3止回阀的选用1）、止回阀：一般适用于清净介质，不宜用于含有固体颗粒和粘度较大的介质。2）、对于DN50mm以下的低压止回阀：，宜选用蝶式止回阀、立式升降止回阀和隔膜式止回阀；对于DN大于200mm、小于1200mm的中低压止回阀，宜选用无磨损球形上回阀；对于DN大于50mm、小于2000mm的低压止回阀，宜选用蝶式止回阀和隔膜式止回阀。第 9 页 （共 36 页）止回阀的设计3）、隔膜式止回阀适用于易产生水击的管路上，隔膜可以很好地消除介质逆流时产生的水击，但受温度和压力限制，一般使用在低压常温管道上。4）、对于要求关闭时水击冲击比较小或无水击的管路，宜选用缓闭旋启式止回阀和缓闭蝶式止回阀。2.4止回阀的施工、安装要点1）.安装位置、高度、进出口方向必须符合设计要求，连接应牢固紧密。2）.安装在保温管道上的各类手动阀门，手柄均不得向下。3）.阀门安装前必须进行外观检查，阀门的铭牌应符合现行国家标准通用阀门标志GB 12220的规定。对于工作压力大于1.0 MPa 及在主干管上起到切断作用的阀门，安装前应进行强度和严密性能试验，合格后方准使用。强度试验时，试验压力为公称压力的1.5倍，持续时间不少于5min，阀门壳体、填料应无渗漏为合格。严密性试验时，试验压力为公称压力的1.1倍；试验压力在试验持续的时间应符合GB 50243标准要求，以阀瓣密封面无渗漏为合格。3.止回阀的设计3.1止回阀的结构设计3.1.1 阀体的流道设计止回阀阀体的流道可分为直通式、直角式和直流式。根据阀体设计的原则，阀体端口必须为圆形，介质流道尽可能设计成直线式或流线式，尽可能避免介质流动方向的突然改变和通道形状和截面积的突然变化。以减少流体阻力、腐蚀和冲击。本设计中我选的是直通式。图2 直通式阀体结构示意图3.1.2 阀体的结构设计第 10 页 （共 36 页）止回阀的设计根据设计的要求，铸造阀体既能达到设计要求的合理几何形状，特别是流道形式，又可减少重量方面的限制。阀体采用优质碳素钢WCB铸造，阀体与阀盖为法兰连接，止回阀整体结构长度给据API 6A设计为400mm。旋启是止回阀阀体设计图及主要尺寸标注如下图，设计时应注意的问题：1. 摇杆回转中心距 即摇杆销轴孔至阀座中心的距离，在整体尺寸允许的情况下要增加一些，从而增大以销轴孔为支点的阀瓣开启力矩2. 阀瓣 应有适当的开启高度3. 阀瓣开启 必须使流道任意处的横截面积不小于流道口的截面积，因此要特别注意阀体腰鼓型桶型的横截面中心直径d及纵截面半径R的尺寸。图3 止回阀阀体结构设计示意图3.1.3阀体与阀盖的连结形式阀体与阀盖的连结形式有螺纹连接，法兰连结，焊接连结，夹箍连结和自紧式密封结构密封等。本设计中根据设计要求采用凹凸式法兰密封。其优点是拆卸方便，密封可靠。 图4法兰式密封第 11 页 （共 36 页）3.2 阀体的设计计算说明1) 以公称压力作为计算压力2) 对壳体壁厚的选取，在满足计算壁厚的前提下，按相关标准取壳体最小壁厚且圆整整数，以及裕度3) 涉及的材料许用应力值按-2938时选取4) 适用介质为水、油、气等介质5) 不考虑地震载荷、风载荷等自然因数6) 瞬间压力不得超过使用温度下允许压力的1.1倍7) 管路中应安装安全装置，以防止压力超过使用下的允许压力3.2.1确认阀体的材料阀门用途、种类：井口装置，止回阀介质压力：5000Psi=34.5MPa介质温度：204000C物质化学性质：腐蚀性、易燃易爆、毒性、液态公称通径：=65mm止回阀材料选用15CrMo抗拉强度：=420MPa屈服点：=210MPa结构长度：422mm与管道连接方式：法兰连接3.2.2阀体厚度的计算阀体壁厚的确定方法主要有：查表法、插入法和计算法。（一）查表法对于所设计的阀门，当设计任务书已明确给定该阀门所依据的设计标准时，首先从指定的设计标准中查找出阀门的最小壁厚值。本设计采用API 6A标准，查的最小壁厚值为22mm（二）计算法阀体壁厚的计算方法主要由下列因素决定：（1）阀体材料的力学性能，对于铸铁类材料，应按脆性材料计算；对于刚类材料应按塑性材料计算。第 12 页 （共 36 页）止回阀的设计及分析（2）阀体形状可分为圆筒形、腰鼓形、球形、非圆筒形，等基本形状，分别按不同的公式计算阀体厚度。阀体结构尺寸的确定，当阀体外径与内径之比小于1.2时，按薄壁容器的公式计算，大于1.2时按厚壁容器的公式计算。 预算厚度：预算内径比值：根据ANSI/API600-2001 ISO10434-1998闸阀壳体壁厚推荐值选SB=29mm合成应力 径向应力：计算外径：mm 计算内外径比值 切向应力：轴向应力，其中：必须预紧力密封面上必需比压：许用合成应力 =83.1 = 91.3 3.3阀座设计3.3.1止回阀阀座结构设计第 13 页 （共 36 页）止回阀的设计及分析图5 止回阀阀座的结构示意图阀座有整体式和分离式两种，本设计采用分离式阀座。止回阀阀座密封面上只有压力的作用而无强制密封力的作用，所以密封性能一般比截止阀差。3.3.2确认阀座的材料根据工作介质及设计要求应选取材料为A182 F6a+硬质合金，保证材料具有足够的耐蚀性，并具有可靠地强度和刚度3.3.3阀座尺寸的确定：阀座密封面的内径与阀座内径相等，密封面宽度b =（1/201/50）DN不小于23mm。阀座密封面宽度的选取：阀座密封面即要保证密封，又要保证密封面不被挤坏，因此必须满足： qqq式中q：保证密封所需的密封比压， 硬质合金33MPaq：阀座密封面的实际比压，MPaq：密封面材料的许用比压，查表得奥氏体不锈钢q=150MPa密封面内径DMN=70mm密封面宽度bM=5mm计算内径DN=65mm 计算压力PN=35Mp最大压差介质作用力QMJ=P (DMN+bM)2/4第 14 页 （共 36 页）止回阀的设计=3.14x35x（70+5）2/4=154546.9N密封面上总作用力QMZ= QMJ=154546.9N密封面必须比压，从实用阀门设计手册3-13中查得qMF=38.5MPa密封面比压按下式计算： q=131.25MPa 式中b：阀座密封面宽度，mm d：阀座密封面内径，mm q：密封面比压，MPa Q：出口端阀座密封面上的总作用力，N密封面许用比压，从实用阀门设计手册3-14中查出q=350Mpa3.4垫片及螺栓载荷设计计算3.4.1垫片材料型式及尺寸阀体和阀盖使用法兰连接，法兰间凹凸密封面采用缠绕式金属垫片内填石棉垫片系数m=6.5，y=69MPa垫片内径d=98mm，外径D=113mm选定垫片尺寸后，查表4-18确定垫片接触宽度N和基本密封宽度b：N=7.5mm, b=N/2=3.75mm当b6.4mm时，b=2.53所以b=3.75mm垫片压紧力作用中心圆直径按下述规定计算：当b6.4mm时，D=垫片接触面外直径减2b所以D=105.5mm垫片紧压力的计算：第 15 页 （共 36 页）止回阀的设计及分析（1）预紧状态下需要的最小垫片压紧力计算：F=3.14 Dby =3.14x105.5x3.75x69=85716.1125N（2）操作状态下需要的最小垫片压紧力计算：F=6.28 Dbmp =6.28x105.5x3.75x2.5x35 =216357.42N式中p：阀门设计压力垫片在预紧状态下受到最大螺栓载荷的作用，可能因压紧过度而失去密封性能，为此垫片必须有足够的宽度N，其值按下式校核：N=N =3433.0276x106.67/(6.28x105.5x69)=7mm式中：螺栓材料的许用应力A：实际螺栓面积所以垫片宽度N符合要求3.4.2螺栓材料、规格及数量的确定螺栓选型： 螺栓载荷选用原则1 现场施工时螺栓按上表中所给预紧载荷加载，且不低于操作载荷。2 螺栓载荷计算所用设计条件为本装置管道等级表提供，同一等级内的其它设计条件下的螺栓载荷可参照表中所给值近似求取.预紧载荷与温度有关，操作载荷与温度无关螺栓载荷计算：1.预紧状态下需要的最小螺栓载荷计算：W= F=3.14 Dby=85716.1125N第 16 页 （共 36 页）止回阀的设计2.操作状态下需要的最小螺栓载荷计算：W =F+ F=0.758 Dp+6.28 Dbmp =0.758x105.5x35+6.28x105.5x3.75x2.5x35 =295285.53+216357.42=511642.95N式中F：流体静压总轴力，N螺栓面积计算：1.预紧状态下需要的最小螺栓面积计算：A= =85716.1125/106.67=803.5634mm式中：螺栓材料的许用应力，MPa2.操作状态下需要的最小螺栓面积计算：A=366201.05/106.67=3433.0276mm需要的螺栓面积A取A与A之间最大值。所以A=3433.0276mm实际螺栓面积A应不小于需要的螺栓面积A单个螺栓最小截面积：A= A/n =3433.0276/8=429.13mm式中n：螺栓个数螺纹公称直径：d= =23.38mm整圆取d=24mm第 17 页 （共 36 页）止回阀的设计及分析3.4.3螺栓载荷设计计算：1.预紧状态螺栓设计载荷计算：W= =366201.0541N2.操作状态螺栓设计载荷计算：W= W=366201.05N螺栓的间距：螺栓的最小间距应满足扳手操作空间的要求，表4-19推荐的螺栓最小距和法兰的径向尺寸S、S按表确定，各位置关系如图 图6 螺栓和法兰位置图7 螺栓间距得S=34mm，S=26mm，=56mm螺栓载荷选用原则1 现场施工时螺栓按上表中所给预紧载荷加载，且不低于操作载荷。2 螺栓载荷计算所用设计条件为本装置管道等级表提供，同一等级内的其它设计条件下第 18 页 （共 36 页）止回阀的设计的螺栓载荷可参照表中所给值近似求取.预紧载荷与温度有关，操作载荷与温度3.5法兰材料及结构尺寸确定法兰力矩计算：法兰各项计算数据如图所示 图8 法兰计算数据图示1. 法兰预紧力矩计算：M=W S =366201.05x48.25=17669200.66Nmm式中W：螺栓设计载荷，N S：螺栓中心至F作用位置处的径向距离见图2. 法兰操作力矩计算：M= FS+ FS+ FS =177115.625x45+33802.6125x52.125+155282.8125x49.5 =17457484.22Nmm式中F：作用于法兰内径截面上的流体静压轴向力，N第 19 页 （共 36 页）止回阀的设计及分析 S：螺栓中心至F作用位置处的径向距离见图 F：流体静压总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体静压轴向力之差,N S：螺栓中心至F作用位置处的径向距离见图 F：法兰垫片压紧力，对预紧状态：F=W;对操作状态：F=FF=0.785 Dp =0.785x95x35=247961.875N式中D：法兰内直径,mm p：设计压力,MPaF=F- F=0.785Dp-0.785Dp =247961.875-177115.625=70846.25N式中D：垫片压紧力作用中心圆直径，mmF= F=6.28 Dbmp =6.28x105.5x3.75x2.5x35=216357.42N式中F：操作状态下，需要的最小垫片压紧力，mmS=S+0.5 =34+0.5x22=45mm式中S：螺栓中心至法兰颈部与法兰背面交点的径向距离，mm：法兰颈部大端有效厚度，mmS= =52.125mm第 20 页 （共 36 页）止回阀的设计S= =49.75mm法兰设计力矩M取以下大值：M=17669200.66NmmM=17457484.22Nmm式中：设计温度下法兰材料的许用应力，MPa：常温下法兰材料的许用应力，MPa所以M=17669200.66Nmm法兰应力计算：1.轴向应力计算：= =153MPa式中f：整体法兰颈部应力校正系数 ：参数2.径向应力计算：= =0.22MPa应力校移：1.轴向应力对图2-4所示的整体法兰： 第 21 页 （共 36 页）止回阀的设计及分析1.5=1.5x108.7=163.05MPa所以轴向应力满足要求2.径向应力 =108.7MPa所以径向应力满足要求3.6阀盖的设计3.6.1阀盖的结构设计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与阀体基本相同。因此，在设计计算方法上两者也有共性。如阀盖壁厚、阀盖中部法兰尺寸都应该和阀体设计计算同步进行，并且材料，尺寸相同。按照阀盖与阀体不同的连接形式分类，阀盖可以分为：法兰式阀盖、自紧式阀盖、螺纹式阀盖等。阀盖通常分为整体式阀盖和分离式阀盖，整体式阀盖不但作为承压壳体的一部分，还与阀杆螺母连接