截止阀基础知识与设计计算.ppt

1、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

2、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/T21465-2008 2.1） 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1 J41H150Lb-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

3、-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6 Z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

4、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)+5 S=0.03NPS+6.3*log(CLASS/100) 式中， dO阀座圈外径mm d通道内径径mm Pmax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=76mm Pmax

5、=20 kgf/cm2 。 NPS=3 则， S=1.994 kgf/cm2 dO =88mm,阀座圈高度计算：,H=int（a*dO）+ 式中， H阀座圈高度，mm a系数 150300Lb，a= 0.105 600900Lb，a=0.13 1500Lb，a=0.18 20002500Lb，a=0.2 3500Lb，a=0.25 常数，mm。值根据a值反向选取，即a越大值越小 =08mm,上例中， a= 0.105 dO =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=2

6、int(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015。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,

7、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+（815）mm,阀体尺寸确定,阀体尺寸,结构长度（见 ASME B16.10-2009 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

8、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/h2 PF=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， MPa P阀门工作压力， MPa F阀杆总作用力，N。（见阀杆操作力计算） a阀座支撑面半径，mm b垫块半径，mm 材料许用应力， MPa,上例中， 6=0.36， P=2.0MPa F=16049.6N

9、 a=38 mm b=10 mm =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, mm d阀体计算内径，mm 材料许用应力，MPa P阀门工作压力，MPa T= t+Ma+CF+SR 式中, Ma铸造偏差，mm CF腐蚀余量，mm SR特殊要求增加壁厚，mm,上例中， d=130 mm =98MPa P=2.0MPa Ma=2.5mm CF=3 mm SR=0 则，T=7.3 mm。图纸取10.5mm，OK。,2.2.3阀座密封比压计算,设计

10、原则： qmfqq q= Qmz/(（d+ bm ） bm ，MPa Qmz=Qmf+Qmj，N Qmf=（Dmn+bm）bm*sina*(1+fm/tga)*qmf ，N Qmj=/4（Dmn+bm）2P，N qmf=（3.5+P）/SQRT（bm） 式中， Qmz阀座密封面总作用力，N Qmf阀座密封必须作用力，N Qmj阀座密封面介质静作用力，N q 阀座计算比压，MPa qmf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，mm bm阀座密封面有效宽度，mm p工作压力，MPa,上例中， dm=76 bm=3 a =30 P=2.0 MPa 则， q

11、=19.93 MPa qmf=10.04 MPa q=45 MPa（见阀门设计手册P428，焊马氏体不锈钢，HRc3540） qmfqq，合格,许用比压（见阀门设计手册P426427）,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-Fs2 Fg=ds*h*pu Fs1=d*d*P1/4 Fc=（d02-d2）K（P1-P2）/4 Fs2=（d02-ds2）P2/4 式中， Fg填料摩擦力，N Fs1阀前压力产生的作用力,N Fc密封面所需必须密封力，N Fs2 阀后压力产生的作用力，N ds阀杆直径，mm d-阀座密封面内径，

12、mm dO阀座密封面外径，mm h填料函深度，mm K 面压系数 pu阀杆单位面积压力与填料摩擦系数的积，MPa P1阀前压力，MPa P2阀后压力，MPa,在上例中， ds=26mm h=45mm d=76 mm dO=79mm K=1.5 pu=1.6MPa P1=20MPa P2=0,则， F=16050N Fg=5881N Fs1=9073N Fc=1096N Fs2=0,阀杆强度校核,y=F/A A =Dt2/4 式中， y关闭时阀杆应力，MPa F 阀杆最大操作力，N A 阀杆有效断面积, mm2 Dt 梯形螺纹小径，mm 上例中， Dt=20.5 y=48.6MPa y=360 MPa 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， =3.3 T=53Nm 操作手轮需要的力： Fs=T/Ds Ds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