铸铁截止阀设计计算书.doc

HTV系列5”铸铁截止阀设计计算书 设计计算书Results of calculations根据GB/T12233-2006通用阀门、铁质截止阀与升降式止回阀标准设计： 审核： 批准： 日期： 台州市宏园空调设备有限公司本公司5”铸铁截止阀是根据GB/T12233-2006通用阀门、铁质截止阀与升降式止回阀标准设计和研发，是制冷系统用必不可少的压力管道元件，根据阀门的设计标准，其零部件构成主要有阀体、阀杆、阀瓣、联接螺栓、阀盖等，根据实用阀门设计手册第2版，为验证5”铸铁截止阀的设计能达到制冷系统压力管道的要求，现对其主要构成进行以下验算： A、 阀体厚度的验算：铸铁阀体（圆形）厚度计算 查实用阀门设计手册第2版P1103表5-75计算厚度：tB =(1.5p*Dn/2L-p)+C其中 P为计算压力：参照实用阀门设计手册第2版，取值1.6MpaDn为计算内径：依照本公司产品实际内径取值160mmL 为许用拉应力：查实用阀门设计手册第2版P679表3-3（1）铸造阀门管件用材料的许用压力HT250的许用拉应力为35MpaC 为腐蚀余量：查实用阀门设计手册第1版P358表4-14取值1mm1.51.616038468.4235-1.6 tB = +1= +1=6.61mm铸铁截止阀阀体的厚度是保证其使用安全可靠的重点，查实用阀门设计手册第1版P795表6-227（铁制截止阀与升降式止回阀的壳体最小壁厚），依据表中内容，计算压力为1.6Mpa，公称通径为125mm的阀体，最小壁厚应是12mm,参照美标ANSI B16.1，其工作压力为1.6Mpa时阀体的最小厚度为11mm,而我公司阀体实际厚度tB为15mm（根据阀门设计手册第2版本的要求tBtB即为合格）所以无论是从实际验算或是参照标准，我公司的阀体厚度设计是符合要求并且可行。B、阀体（密封面）的验算： 阀体密封面上总作用力及计算比压 查实用阀门设计手册第2版P1111标5-88计算总作用力及计算比压：FMZ=FMJ+FMF、 q= FMZ / (DMN+bM) bM23.14/4（126+6）1.6=P2(DMN+bM) 4=1. FMJ密封面处介质作用力: FMJ 21884.54N = a. DMN为密封面内径，依据本公司的设计取值126mm b. bM为密封面宽度，依据本公司的设计取值6mmc. P为计算压力，依据本公司的设计取值1.6Mpa2. FMF 密封面上密封力: FMF= (DMN+bM) bMqMF= 3.14(126+6)66=14921.28Na. qMF密封的必需比压：查实用阀门设计手册第2版P740表3-13密封面宽度6mm，取值6Mpab. 密封面计算比压: q= FMZ / (DMN+bM) bMc. q 密封面许用比压: 查实用阀门设计手册第2版P741表3-14增强聚四氟乙烯含石墨，密封面有滑动摩擦，取值29Mpa其分别计算如下：FMZ=FMJ+FMF =21884.54+14921.28=36805.82Nq= FMZ / (DMN+bM) bM =36805.82/3.141326=14.8Mpa依据实用阀门设计手册第2版的要求，qMFqq即为合格，根据实际验算6Mpa14.8Mpa29Mpa,故阀体密封面设计安全合理。C、 阀杆强度验算带内旁通的旋转升降杆截止阀阀杆强度验算 查实用阀门设计手册第2版P1124表5-104计算阀杆强度，应对以下内容进行验算：1、 关闭时阀杆总轴向力FFZ=FMZ+ FTsinaL. FMZ为密封面上总作用力，查实用阀门设计手册第2版P1111表5-88，FMZ=FMZ+FMF =21884.54+14921.28=36805.82N . FT为阀体与填料摩擦力：FT=dFbTp a. 系数 查实用阀门设计手册第2版P742表3-15，按照hT/bT (hT为填料深度，bT为填料宽度)依据本公司的设计hT为20mm，bT为10mm，故系数取值2b. dF为阀体直径，本公司的设计取值24mm经验算FT=dFbTp =224101.6=768N .aL为螺纹升角，查实用阀门设计手册第2版P742743表3-16，同时依据本公司设计阀体直径为24mm，据表应取值414故：FFZ=FMZ+ FTsinaL=36805.82+7680.0741=36862.73N2.关闭时阀杆总力矩验算MF=MFL+ MFT+ MFD. MFL为关闭时阀杆螺纹摩擦力矩MFL=FFZRFMRFM为开启时阀杆螺纹摩擦半径，查实用阀门设计手册第2版P742743表3-16，在具有良好润滑条件下的钢对钢螺纹摩擦系数fl取值0.2，而阀杆直径dF取值24mm，因此摩擦半径取值0.299 MFL=FFZRFM =36862.730.299=11021.96N.mmdF. MFT为阀杆与填料的摩擦力距2MFT = FT cosaLMFT =76812cos414=9191.12N.mm . MFD为关闭时阀杆头部摩擦力距：MFD =0.25dFJfDFMZa. dFJ为阀杆头部接触面积dFJ =R0为球面半径，本公司设计的球面半径为58mmE为材料弹性模量，查实用阀门设计手册第2版P687689表3-6，阀杆（牌号为1Cr18Ni9Ti温度在300时材料弹性模量取值1.85105Mpa）dFJ= =11.54mmb. fD为阀体头部摩擦因数，查实用阀门设计手册第2版P756表3-26（3）钢对钢的阀体头部摩擦因数取值0.3MFD =0.25dFJfDFMZ=0.2511.540.336805.82=31855.44N.mm故： MF=MFL+ MFT+ MFD=11021.96+9191.12+31855.44=52068.52N.mm3.断面扭应力验算N1= MF/WSI. WSI为断面系数WSI=b3系数=0.208.b为断面宽度，本公司的设计取值30mmN1=MF/WSI=52068.52/0.208303=9.27Mpa4.区域轴向压应力验算Y5=FMZ/AS5AS5为区域最小截面积，取值35Y5=FMZ/AS5=36805.82/352=30Mpa5.区域扭应力验算N5= MFD/WS5 16WS5为区域断面系数：WS5= ds53=3.14/16(35)3 =8414mm3N5= MFD/WS5=31855.44/8414=3.8Mpa6.区域合成应力验算5= = =30.05Mpa7. 许用压应力Y，许用扭应力N；许用合成应力，查手册P690691,阀杆温度在300时材料牌号为1Cr18Ni9Ti的Y应取值135Mpa，N取值80Mpa，取值125Mpa根据实用阀门设计手册第2版P11261127所示,Y5Y; N1、N5N; 5即为合格，经过验算Y5区域轴向压应力为30Mpa，N1断面扭应力为9.27Mpa，N5区域扭应力为3.8Mpa，5区域合成应力为30.05Mpa故：Y5（30Mpa）Y（135Mpa）；N1（9.27Mpa）、N5（3.8Mpa）N（80Mpa）5（30.05Mpa）（125Mpa），因此本公司设计的阀杆强度安全合理D、阀瓣强度验算平面密封截止阀孔连接阀瓣强度验算 查实用阀门设计手册第2版P1135表5-114应对以下几个方面进行验算：1、I-I断面剪应力=（FFZ- FTsinaL）/d（tB-C）FFZ为阀杆最大轴向力取FFZ=36862.73N d为阀瓣直径，本公司设计的数值为15mm =（36862.73-56.91）/3.1413(15-1) =64MpaFFZ- FTsinaL2、-弯曲应力：(SB-C)2 W=K2 2.1 K2为系数，根据表5-114，K2=DMP/D=R/C查实用阀门设计手册第2版P757表3-27,应取值1.252.2 SB 为阀瓣的厚度，本公司设计的是30mm W=1.258(36862.73-56.91)/(30-1) 2=54.71Mpa2.3 许用剪应力，W许用弯曲应力查手册P685687表3-5材料为45号钢温度在300时的许用弯曲应力W取值135Mpa，许用剪应力取值67.5Mpa根据实用阀门设计手册第2版表5-114所示：, WW为合格经过验算I-I断面剪应力为64Mpa，W-弯曲应力为54.71Mpa，故：（64Mpa）（67.5Mpa），W（54.71Mpa）W（135Mpa）因此本公司设计的阀瓣强度安全合理E、中法兰强度验算中法兰强度验算 查实用阀门设计手册第2版P1148表5-133应对以下几个方面进行验算：1.常温时比值系数 n=FLZ / W1.1 FLZ为常温时螺栓计算载荷，FLZ应取F或F中较大值（F为操作下总作用力）（F为最小预紧力）F=FDJ+FDF+FDT+FFZ . FDJ垫片处介质作用力 4 FDJ= D2DPP DDP为垫片平均直径，本公司设计的数值为14mmFDJ=3.14/4(14）21.6=246.176N.FDF为垫片上密封力 FDF=2DDPBNmDPP BN为垫片有效宽度，本公司设计的宽度为5mm mDP为垫片系数，查实用阀门设计手册第2版P754表3-24，不衬织物的软橡皮肖式硬度75垫片系数取值1FDF=23.1414511.6=140.67N. FDT为垫片弹性力 FDT=FDJ 系数按固定法兰取值0.2 FDT=0.2246.176=49.24N. FFZ为关闭时阀杆总轴向力为36862.73N因此 F=FDJ+FDF+FDT+FFZ=246.176+140.67+49.24+36862.73=37298.816NF最小预紧力F=FYJ FYJ为必须预紧力FYJ=DDPBNqYJKDP. qYJ为密封面预紧比压 查实用阀门设计手册第2版P754表3-24不衬织物的软橡皮肖式硬度75的预紧比压取值1.4Mpa. KDP为垫片形状系数，按图形取（1）F=FYJ=DDPBNqYJKDP=3.141451.41=307.72N故FLZ取值F=37298.816N1.2 W为许用弯曲应力，查实用阀门设计手册第2版P685687表3-5材料为45号钢温度在300时的许用弯曲应力W取值135Mpa故n=FLZ / W=37298.82/135=276.29mm22.初加温时比值系数 n=FLZ/W2.1 FLZ为初加温时螺栓计算载荷,查实用阀门设计手册第2版P1142taL表5-124，FLZ=FLZ+FtDP+LFt为初加温时螺栓温度变形力：Ft= ADPEDP ALEL . t为初加温时温度差,查实用阀门设计手册第2版P755表3-25固定法兰连接法兰与螺栓之间的温度差在300时取值30.a为材料线胀系数，查实用阀门设计手册第2版P692695表3-8,材料牌号1Cr18Ni9Ti取值17.2Mpa.L为螺栓计算长度钻孔取2h+DP攻丝取h+DP L=a. h为中法兰厚度，本公司设计取值12mmb. DP为垫片厚度，本公司设计取值5mm钻孔时取值L=212+5=29mm攻丝时取值L=12+5=17mm.AL为螺栓总截面积，AL=DL,其中dL为螺栓直径，本公司设计取值16.5mm.EL为螺栓材料弹性模量,查实用阀门设计手册第2版P692695表3-8,材料为35号钢在300取值1.79Mpa. ADP为垫片面积 ADP=DDPbDP=3.14141=43.96mm2. EDP为垫片材料弹性模量，查实用阀门设计手册第2版P754表3-24，垫片材料为不衬织物的软橡皮的弹性模量取值3103Mpa2017.212taL故5+12DP+LFt= = =4128/4.2=982.86N43.96310316.51.79ADPEDP ALEL 经以上验算 FLZ=FLZ+Ft=37298.82+982.86=38281.68N2.2 W为许用弯曲应力W= (S)TF/1.25 (S)TF为屈服点，查实用阀门设计手册第2版P682684，45号钢在300 时(S)TF取值260Mpa因此W= (S)TF/1.25=260/1.25=208Mpa3.高温时比值系数 n”=F”LZ/”W3.1 F”LZ为高温时螺栓计算载荷，查实用阀门设计手册第2版P1144表5-126，F”LZ=FLZ+F” tF” tt为高温时螺栓温度变形力 t F t = Fta. t为高温时温度差，查实用阀门设计手册第2版P755表3-25，固定法兰连接，法兰与螺栓之间的温度差在正常工作时温度差取值12t”b. Ft为初加温时螺栓温度变形力t”F” t= Ft =12/20982.86=589.72N经以上验算F”LZ=FLZ+F” t =37298.82+589.72=37888.54N3.2 ”W为许用弯曲压力 ”W= (S)T”F/1.35或(R)T”F/0.9中的较大值(S)T”F为屈服点，查实用阀门设计手册第2版P682684表3-4；45号钢在300时(S)T”F取值260Mpa ”W= (S)T”F/1.35=260/1.35=192.59Mpa故n”=F”LZ/”W =37888.54/192.59=196.73mm24.断面弯曲应力 WI =Fl1/W14.1 F为计算载荷，取n,n,n”中最大时的FLZ,FLZ,F”LZ,F取值38281.68N4.2 l1为力臂 l1=（D1-Dm）/2a. D1为螺栓孔中心圆直径，本公司设计的直径为18mmb. Dm 为中法兰根径，本公司设计的根径为12mml1=（18-12）/2=3mm4.3 W1为断面系数 W1=1/6Dmh2 h为中法兰厚度，本公司设计的厚度是33mmW1=1/6Dmh2 =1/63.1412332=6838.9mm2故WI =Fl1/W1 =38281.683/6838.9=16.79Mpa5.断面弯曲应力 WII=0.4Fl2/ WIIDM -DN5.1 l2为力臂4 l2= l1+DN为计算内径，本公司的设计内径为4mml2=3+（12-4）/4=5mm2DM -DNDM+DN5.2 WII为断面系数226 WII= =（3.14/6）（12+4）/2(12-4)/22=6656mm2故WII=0.4Fl2/ WII =0.438281.685/6656=11.5Mpa根据实用阀门设计手册第2版所示，WIW, WIIW常温时；WIW, WIIW初加温时；WI”W, WII”W高温时为合格经过验算与取值WI为16.79Mpa；WII为11.5Mpa；W为208Mpa；”W为192.59MpaW为许用弯曲应力，查实用阀门设计手册第2版P685687表3-5材料为45号钢温度在300时的许用弯曲应力W取值135Mpa故WI（16.79Mpa）W（135Mpa）；WII（11.5Mpa）W（135Mpa）常温时WI(16.79Mpa）W（208Mpa）, WII(11.5Mpa）W（208Mpa）初加温时WI(16.79Mpa)”W（192.59Mpa）, WII(11.5Mpa）”W(192.59Mpa)高温时因此本公司设计的中法兰强度安全合理F 中法兰联结螺栓中法兰联结螺栓常温时强度验算 查实用阀门设计手册第2版P1141表5-123，需要对以下几个方面进行验算：1、操作下总作用力F=FDJ+FDF+FDT+FFZ=37298.816N2、 最小预紧力 F”=FYJ=307.72N3、螺栓计算载荷FL取F或F”中较大值，因此FL取值37298.816N4、螺栓拉应力 L=FL/AL AL为螺栓总截面积AL=ZAIa. AI为单个螺栓截面积, 查实用阀门设计手册第2版P696716表3-9，35号不锈钢螺栓的单个螺栓截面积为1.441cm2b. Z为螺栓数量，本公司的设计数量为8因此 AL=ZAI=8144.1=1152.8故L=FL/AL =37298.816/1152.8=32.35Mpa5、许用拉应力 查实用阀门设计手册第2版P696716表3-9, 35号不锈钢螺栓的许用拉应力L为117Mpa6、LJ螺栓间距与直径比LJ=D1/ZdLa. D1为螺栓孔中心圆直径,本公司设计的直径取值16mmb. Z为螺栓数量，取值8c. dL为螺栓直径，本公司设计取值15.7mm LJ=D1/ZdL=3.1416/81.57=4mm据表5-123所示l LL为合格l 2.7J5（PN2.5Mpa为合格）根据验算L为32.35Mpa故l L（32.59Mpa）L （117Mpa）l 2.745因此，本公司设计的中法兰联接螺栓安全合理G、联接螺纹强度验算联接螺纹强度验算 查实用阀门设计手册第2版P1153表5-139，应对以下几个方面进行验算1、螺母挤压应力 ZY=FLZ/nAYa. FLZ为螺纹计算载荷取值37298.816Nb. n为螺纹圈数n=（h/p）-1.5l h为中法兰高度，本公司设计取值33mml p为螺距，本公司设计取值3mm n=（h/p）-1.5=（33/3）-1.5=9.5 c. AY为单牙螺纹受挤压面积，AY=/4d2-(d1+e)2l d为螺纹直径，本公司设计的直径取值30mml d1为螺纹内径，本公司设计的内径取值27.3mml e为螺纹间隙，本公司设计的间隙取值0.35mm AY=/4d2-(d1+e)2=3.14/4(30) 2-(27.3+0.35) 2=106.35Mpa因此 ZY=FLZ/nAY =37298.816/9.5106.35=36.92Mpa2、螺母剪应力 =FLZ/ nAJ AJ为螺纹单牙螺纹受剪面积AJ=d1-（ 0.108/cos30）p =3.1430（1-0.125）3=247.28mm2因此=FLZ/ nAJ=37298.816/9.5247.28=15.88Mpa3、螺母弯曲应力 W=(FLZXL)/nw a. XL为力臂，XL=0.325Pb. w为螺母单牙螺纹断面系数w=d/61-（ 0.108/cos30）2p2 =3.1430/61-（ 0.108/0.866）232 =108.8mm3因此W=(FLZXL)/nw =37298.8160.3253/9.5108.8=35.18Mpa4、螺杆挤压应力 ZY=ZY=36.92Mpa5、螺杆剪应力 = FLZ/ nAJ AJ为螺杆单牙螺纹受剪面积AJ=d11-（ 0.108/cos30）p =3.1427.3（1-0.125）3 =307.45mm2因此= FLZ/ nAJ =37298.816/9.5307.45=12.77Mpa6、螺杆弯曲应力 W=(FLZXL)/nw W为螺杆单牙螺纹断面系数W=d1/61-（ 0.108/cos30）2p2 =3.1427.3/61-（ 0.108/0.866）232 =99Mpa7、许用挤压应力 ZY 查实用阀门设计手册第2版P749表3-19，螺母材料为35号钢的许用挤压应力取值80Mpa8、许用剪应力 查实用阀门设计手册第2版P