截止阀基础知识与设计计算

截止阀基础知识及设计计算 魏玉斌 2011年8月 欢迎 请自觉遵守和维护课堂秩序 目录1截止阀基础知识 典型结构及工作原理1 1阀门的定义1 2截止阀结构特点1 3截止阀类型1 4截止阀用途2截止阀设计计算2 1零件设计 2 1 1阀座密封面设计 截止基础知识及设计计算 2 1 2阀瓣设计2 1 3阀体设计2 1 4阀盖设计2 1 5阀杆设计2 1 6装配设计2 2截止阀设计计算 2 2 1阀瓣厚度计算2 2 2阀体壁厚计算2 2 3阀座密封比压计算2 2 4阀杆操作力计算2 2 5活接螺栓及填料压板强度计算附录 密封原理 1 截止阀基础知 典型结构及工作原理 1 1阀门的定义用来控制管道内介质的 具有可动的机械产品的总体 见GB T21465 20082 1 阀门是在流体系统中 用来控制流体的方向 压力 流量的装置 阀门是使配管和设备内的介质 液体 气体 粉末 流动或停止 并能控制其流量的装置 1 2截止阀结构特点 一般来说 截止阀由阀体 阀瓣 阀盖 阀杆等组成 如下图 阀体 阀盖为承压件 阀瓣 阀杆为内件 典型的螺栓连接阀盖截止阀结构如下图 截止阀典型结构图 图1J41H150Lb 3 法兰连接手动截止阀 1 3截止阀类型 1 3 1按流道形状分 直通型 直流型和角式流道 图2直通式截止阀J41H16C 150 图3直流式截止阀 Y型截止阀 J65Y160P 100 图4角式截止阀J44H25 80 1 3 2其它分类方式 双阀瓣截止阀 Z型截止阀 针形截止阀 三通截止阀等 图5双阀瓣截止阀J41H25 200 图6Z型截止阀J62YP54100V 50 图7针型阀 图8三通阀 1 4截止阀用途 广泛适用于石油化工 天然气 电厂的水 蒸汽 油品等管路上作为接通或截断介质的启闭装置 如某工厂制造各种阀门比例 闸阀39 蝶阀24 截止阀16 调节阀8 止回阀7 球阀3 其它阀门3 2 截止阀设计计算下面以150Lb 3 截止阀为例进行设计计算 2 1零件设计2 1 1阀座设计按阀座类型有 本体堆焊阀座 焊接阀座 螺纹阀座 形状如下图 图9本体堆焊阀座 图10焊接阀座 图11螺纹阀座 图12焊接阀座零件图例 美标阀门一般采用螺纹阀阀座或焊接阀座 国标阀门大多采用本体堆焊密封面 阀座的受力分析 阀座圈厚度计算 dO d SQRT Pmax 100s 1 5S 0 03NPS 6 3 log CLASS 100 式中 dO 阀座圈外径mmd 通道内径径mmPmax 常温最大工作压力 kgf cm2 s 许用应力 MPa NPS 英制阀门规格 CLASS 压力等级数值 对于3 150Lb阀门d 76mmPmax 20kgf cm2 NPS 3则 S 1 994kgf cm2dO 88mm 阀座圈高度计算 H int a dO 式中 H 阀座圈高度 mma 系数150 300Lb a 0 105600 900Lb a 0 131500Lb a 0 182000 2500Lb a 0 23500Lb a 0 25 常数 mm 值根据a值反向选取 即a越大 值越小 0 8mm 上例中 a 0 105dO 88mm取 8则 H 18mm int 整数函数M int M 取整数M int M 0 51 四舍五入取整数M int M 0 91 向上圆整取整数M 2int M 2 取偶数整数M 2int M 2 0 51 四舍五入取偶数整数M 2int M 2 0 91 向上圆整取偶数整数M 5int M 5 取末尾数为5的整倍数M 10int M 10 取末尾数为0的整数 阀座样图尺寸确定 2 1 2阀瓣设计 图13阀瓣零件图例 阀瓣设计原则 阀瓣密封面角度一般比阀座小0 15 常见锥角组合如下表 角度越小越容易密封 但是 越容易楔死 反之亦然 原则上阀瓣密封面中径等于阀座的密封面中径 并保持足够宽度 使得阀瓣密封面完全覆盖阀座密封面 阀瓣尺寸确定 阀瓣尺寸 阀瓣压盖尺寸确定 2 1 3阀杆设计 2 1 3阀体设计 图14阀体设计图例 设计要点 阀体中腔内径确定结构长度最小壁厚阀座组装尺寸中法兰阀体中心高 中腔内径确定 阀瓣最大外径 8 15 mm 阀体尺寸确定 阀体尺寸 结构长度 见ASMEB16 10 2009表1 阀体通道直径 最小壁厚及阀杆直径 见BS1873附录A表3 2 1 4阀盖设计 图15阀盖设计图例 阀盖设计要点 阀盖壁厚等于阀体壁厚上密封设计 本体堆焊 适用于通用阀门 上密封座设计 适用于石化阀门 电站阀门及其他重要阀门 上密封的作用 不得借助上密封带压更换填料 阀盖尺寸 上密封座 图16上密封座 填料压套尺寸 图17填料压套 填料压板尺寸 图18填料压板 活接螺栓尺寸 图19活结螺栓 2 1 6装配设计 图20装配顺序图例 装配尺寸链校核 图21装配尺寸链校核 2 2截止阀设计计算 2 2 1阀瓣强度计算 1 2 合格 1 6 PF a2 h2 2 0 75 Pa2 h2PF F b2 式中 阀瓣应力 MPa 1 阀杆作用力在垫块产生的应力 MPa 2 介质压力在阀瓣上产生的应力 MPa 6 系数PF 阀杆作用力在垫块是上的压力 MPaP 阀门工作压力 MPaF 阀杆总作用力 N 见阀杆操作力计算 a 阀座支撑面半径 mmb 垫块半径 mm 材料许用应力 MPa 上例中 6 0 36 P 2 0MPaF 16049 6Na 38mmb 10mm 104MPa计算结果 1 34 76MPa 2 4 475MPa 39 24MPa OK 阀瓣受力分析 2 2 2阀体壁厚计算 t 1 5 d 0 9 1 2P 式中 t 阀体计算壁厚 mmd 阀体计算内径 mm 材料许用应力 MPaP 阀门工作压力 MPaT t Ma CF SR式中 Ma 铸造偏差 mmCF 腐蚀余量 mmSR 特殊要求增加壁厚 mm 上例中 d 130mm 98MPaP 2 0MPaMa 2 5mmCF 3mmSR 0则 T 7 3mm 图纸取10 5mm OK 2 2 3阀座密封比压计算 设计原则 qmf q q q Qmz d bm bm MPaQmz Qmf Qmj NQmf Dmn bm bm sina 1 fm tga qmf NQmj 4 Dmn bm 2P Nqmf 3 5 P SQRT bm 式中 Qmz 阀座密封面总作用力 NQmf 阀座密封必须作用力 NQmj 阀座密封面介质静作用力 Nq 阀座计算比压 MPaqmf 密封必须比压 MPa 见 阀门设计手册 P427 a 阀瓣半锥角 dm 阀座密封面内径 mmbm 阀座密封面有效宽度 mmp 工作压力 MPa 上例中 dm 76bm 3a 30 P 2 0MPa则 q 19 93MPaqmf 10 04MPa q 45MPa 见 阀门设计手册 P428 焊马氏体不锈钢 HRc35 40 qmf q q 合格 许用比压 见 阀门设计手册 P426 427 密封面许用比压 见 阀门设计手册 P428 2 2 4阀杆操作力计算及强度校核 阀杆操作力F Fg Fs1 Fc Fs2Fg ds h puFs1 d d P1 4Fc d02 d2 K P1 P2 4Fs2 d02 ds2 P2 4式中 Fg 填料摩擦力 NFs1 阀前压力产生的作用力 NFc 密封面所需必须密封力 NFs2 阀后压力产生的作用力 Nds 阀杆直径 mmd 阀座密封面内径 mmdO 阀座密封面外径 mmh 填料函深度 mmK 面压系数pu 阀杆单位面积压力与填料摩擦系数的积 MPaP1 阀前压力 MPaP2 阀后压力 MPa 在上例中 ds 26mmh 45mmd 76mmdO 79mmK 1 5pu 1 6MPaP1 20MPaP2 0 则 F 16050NFg 5881NFs1 9073NFc 1096NFs2 0 阀杆强度校核 y F AA Dt2 4式中 y 关闭时阀杆应力 MPaF 阀杆最大操作力 NA 阀杆有效断面积 mm2Dt 梯形螺纹小径 mm上例中 Dt 20 5 y 48 6MPa y 360MPa y y OK 阀杆操作扭矩 阀杆操作扭矩T F 1000式中 T 阀杆操作扭矩 N m 阀杆梯形螺纹系数 mm 见 阀门设计手册 P556 上例中 3 3T 53Nm操作手轮需要的力 Fs T DsDs 手轮直径 m 上例中 Ds 0 28m则 Fs 53 0 28 189 3N 19kgf 阀杆受力分析 2 2 6活接螺栓及填料压板强制计算 练习题 一