截止阀设计计算书(J41H-64C-DN200)
编制:刘斌文
审核:王学敏
上海上冶阀门制造有限公司
目录
一、壳体最小壁厚验算 (1)
二、密封面上总作用力及比压 (1)
三、中法兰螺栓强度验算 (3)
四、阀体中法兰强度验算 (6)
五、阀杆强度验算 (1)
六、阀瓣强度验算 (1)
参考文献
为什么截止阀都是低进高出 截止阀 又称截门阀，属于强制密封式阀门，是截断类阀门的一种。 按连接方式分为三种：法兰连接、丝扣连接、焊接连接。我国阀门三化给曾规定，截止阀的流向，一律采用自上而下，所以安装时有方向性。阀杆的运动形式，（通用名称：暗杆），有升降旋转杆式，可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。因此，这种类型的截流截止阀阀门非常适合作为切断或调节以及节流用。由于该类阀门的阀杆开启或关闭行程相对较短，而且具有非常可靠的切断功能，又由于阀座通口的变化与阀瓣的行程成正比例关系，非常适合于对流量的调节。
截止阀设计为低进高出，目的是使流动阻力小，在开启阀门时省力。同时阀门关闭时，阀壳和阀盖间的垫料与阀杆周围的填料不受力，不致长时间受到介质压力和温度的作用可延长使用寿命，减少泄漏的几率。另外这样还可在阀门关闭的状态下更换或增添填料，便于维修。 很多人认为，截止阀都是低进高出，其实不然。一般情况下截止阀都是低进高出，然而也有一些特殊情况截止阀是高进低出： 1、直径大于100mm的高压截止阀 由于大直径阀门密封性能差，采用这种方法截止阀在关闭状态下，介质压力作用在阀瓣上方，以增加阀门的密封性。 2、旁路管道上串联的两个截止阀，第二个截止阀要求高进低出 为保证一个检修周期内阀门的严密性，经常启闭操作的阀门要求装设两个串联的截止阀。对于旁路系统而言，此旁路的装设作用有： ①平衡主管道阀门前后压力，使开启方便省力，减小主管道阀门的磨损； ②启动过程中小流量暖管； ③主给水管道上，控制给水流量以控制锅炉升压速度进行锅炉水压试验。 按介质流动方向旁路截止阀分别为一次阀和二次阀，机组正常运行时一次阀和二次阀是关闭的，二者都和介质直接接触。为防止二次阀阀壳和阀盖间的垫料与阀杆周围的填料长时间受到介质和温度作用，以及在运行过程可以更换阀门的填料，二次阀要求的安装方向高进低出。 3、锅炉排气、放空截止阀 锅炉排气、放空截止阀仅在锅炉启动上水过程中使用，启闭频率小，但常常由于密封不严而造成工质损失，为此有的电厂为了提高严密性将此类截止阀安装方向高进低出。 4、电磁速断阀 电磁速断阀的功能是快速关闭，迅速切断燃油供应。电磁速断阀的结构和截止阀的结构相似，如果电磁速断阀也是工质从下部进入，上部流出，则燃油作用在电磁速断阀阀瓣下部的力很大，而电磁速断阀的重锤远小于它。因此，如果工质从下部进入速断阀，则因重锤产生力矩小于燃油压力产生的力矩，当速断阀动作时不能将燃油切断，因而达不到预期的目的。如果工质从速断阀上部进入，则由于速断阀一旦动作后，阀后压力迅速降低，燃油作用在阀瓣下部的力很快降为零，而燃油作用在阀瓣上的力和重锤、杠杆的重力所形成的力。
截止阀的设计参考建议 船舶上用的最多的就是管路了，比如燃油系统，滑油系统，冷却水系统等之所以成系统就是因为有管路，而控制管路介质流通的就是阀门了，截止阀是其中最常用的阀门。截止阀设计为低进高出，目的是使流动阻力小，在开启阀门时省力。同时阀门关闭时，阀壳和阀盖间的垫料与阀杆周围的填料不受力，不致长时间受到介质压力和温度的作用可延长使用寿命，减少泄漏的几率。另外这样还可在阀门关闭的状态下更换或增添填料，便于维修。很多人认为，截止阀都是低进高出，其实不然。一般情况下截止阀都是低进高出，然而也有一些特殊情况截止阀是高进低出： 1、直径大于100mm的高压截止阀由于大直径阀门密封性能差，采用这种方法截止阀在关闭状态下，介质压力作用在阀瓣上方，以增加阀门的密封性。 2、旁路管道上串联的两个截止阀，第二个截止阀要求“高进低出” 为保证一个检修周期内阀门的严密性，经常启闭操作的阀门要求装设两个串联的截止阀。对于旁路系统而言，此旁路的装设作用有：①平衡主管道阀门前后压力，使开启方便省力，减小主管道阀门的磨损；②启动过程中小流量暖管；③主给水管道上，控制给水流量以控制锅炉升压速度进行锅炉水压试验。按介质流动方向旁路截止阀分别为一次阀和二次
阀，机组正常运行时一次阀和二次阀是关闭的，二者都和介质直接接触。为防止二次阀阀壳和阀盖间的垫料与阀杆周围的填料长时间受到介质和温度作用，以及在运行过程可以更换阀门的填料，二次阀要求的安装方向“高进低出”。 3、锅炉排气、放空截止阀锅炉排气、放空截止阀仅在锅炉启动上水过程中使用，启闭频率小，但常常由于密封不严而造成工质损失，为此有的船舶为了提高严密性将此类截止阀安装方向“高进低出”。 4、电磁速断阀 电磁速断阀的功能是快速关闭，迅速切断燃油供应。电磁速断阀的结构和截止阀的结构相似，如果电磁速断阀也是工质从下部进入，上部流出，则燃油作用在电磁速断阀阀瓣下部的力很大，而电磁速断阀的重锤远小于它。因此，如果工质从下部进入速断阀，则因重锤产生力矩小于燃油压力产生的力矩，当速断阀动作时不能将燃油切断，因而达不到预期的目的。如果工质从速断阀上部进入，则由于速断阀一旦动作后，阀后压力迅速降低，燃油作用在阀瓣下部的力很快降为零，而燃油作用在阀瓣上的力和重锤、杠杆的重力所形成的力 一般大口径和高压状态下采用低进高出的话关闭阀门比较困难，如果在高压大口径状态下采用低进高出，阀杆长期受到水压力容易变形弯曲，影响阀门的安全性和密封性；选用
闸阀设计与计算的基本内容 一、设计输入 即设计任务书。应明确阀门的具体参数（公称通径、公称压力、温度、介质、驱动方式等），使用的条件和要求（如室内或室外安装、启闭频率等）及相关执行的标准（产品的设计与制造、结构长度、连接型式、产品的检验与试验等） 二、确定阀门的主体材料 应根据设计输入的参数，经综合考虑后确定适用的阀门主体材料。 三、确定阀门承压件的制造工艺方法(铸造、锻造、焊接、铸焊……) 四、确定阀门总体结构型式（即方案设计），为便于讲解，本节内容按明杆，楔式，蝶型开口阀盖，代中法兰，填料压紧的结构设计。 五、确定阀门的结构长度和连接尺寸 六、确定阀体阀座处的流通通道尺寸 七、闸阀的设计与计算 此部份很关键，属于技术设计范畴，应边计算边绘制总图。 1．承压件壁厚的计算 2．密封副的总作用力和比压的计算 3．阀体与阀盖的连接型式和密封结构的确定 4．阀杆的强度计算 5．闸板的强度计算 6．中法兰的强度计算 7．阀盖的强度计算 8．支架的强度计算 9．阀杆螺母的强度计算 10．填料压盖的强度计算 11．活节螺栓的强度计算 12．销轴的强度计算 13．选配电动或气动传动装置及确定手动传动手轮的直径 14．阀门流量系数的计算 7.1 承压件壁厚的计算 承压件壁厚的确定方法有以下三种，即查表法，插入法和计算法。 7.1.1 查表法 若设计输入明确规定了是标准阀门，并且其参数在相应标准规定范围内时，可按指定的相应标准规定的值查出。 7.1.2 插入法 此种情况，适用于设计输入的参数与标准内容的规定值不一致的情况下，亦即不能按设计输入的参数值在标准中直接查出 此时，可按下述方法进行插入计算： ()N N1 m m1m2m1N2N1 P P t t t t P P -=+ -- 式中：t m ：需计算和确定的承压件壁厚 t m1：查P N1时的壁厚 t m2：查P N2时的壁厚 P N1：公称压力的小值
DN50 PN20 （A2″150Lb） 旋启式止回阀 设计计算书 计算朱德兴 校核 审定 天津市卡尔斯阀门有限公司 2010年06月
目录 一、阀体最小壁厚计算 (3) 二、密封面比压计算 (3) 三、中法兰螺栓抗拉强度 (4) 四、阀门流量系数计算 (5) 五、设计计算参考文献目录 (5)
㈠、阀体最小壁厚计算 依据美国国家标准ASME B16.34—2004《法兰、螺纹和焊接端连接的阀门》强制性附录Ⅵ最小壁厚的基本公式： 150磅级直径50＜d≤100t m(150)=0.02d+4.50 (1.1) 式中：t m—最小厚度(mm) d—阀门公称通径(mm) 将d=300代入公式(1.2)，经计算得出： t m (150)=0.02×50+4.5=5.5 (mm) 附加考虑因素： 考虑铸、锻造偏差、工艺性和流体腐蚀的附加裕量： 根据经验取C =2mm 因此确定阀体的壁厚值t t=t m+c =+2 =7.5mm 设计采用值：设计实际壁厚取t=8.5mm， 评定准则：t＞t m 结论：设计实际壁厚t大于标准规定最小壁厚t m，阀体壁厚值安全，满足要求。 ㈡、密封面上总作用力Q MZ： 依据《2006版实用阀门设计手册》第四篇《设计与计算》表4-82 密封面上总作用力Q MZ=密封面处介质作用力Q MJ Q MJ =P（d M+b M）2π/4=2（90+10.5）2π/4=15857.39 q= Q MJ/π（d M+b M）b M=15857.39/π（90+10.5）10.5=4.79 MPa ［q］=5 Mpa q MF= 1.8+0.9P/√b M/10=3.51 MPa q MF＜q＜［q］ 符合设计要求
江苏大学 工程图学课程设计说明书 课题名称截止阀课程设计 学生姓名： 专业班级： 学号： 指导教师： 2015年7 月 2 日
目录 第一章．概述 1.1截止阀的整体描述 (4) 1.2截止阀的应用 (4) 1.3截止阀的分类 (5) 第二章．常见机械部件的工作原理及结构分析 2.1部件的工作原理 (6) 2.2部件的结构与功能分析 (6) 2.2.1部件的功能执行机构 (6) 2.2.2部件的操纵机构 (7) 2.2.3支撑框架机构 (8) 2.2.4密封装置 (9) 2.2.5防松装置 (9) 2.3部件的装配路线分析 (10) 第三章.装配图的设计与表达分析 3.1装配图的视图表达方案分析 (11) 3.1.1主视图 (11) 3.1.2左视图 (11) 3.1.3俯视图 (12) 3.1.4局部视图及断面图 (12) 3.2装配图的尺寸分析 (14) 第四章.零件图的设计与表达分析
4.1零件图的形体分析与视图表达方案分析 (14) 4.2主要零件图的尺寸分析 (16) 4.3主要零件图的技术要求分析 (17) 4.4手轮 (17) 4.5旋杆螺母 (17) 4.6阀盖 (18) 4.7阀杆 (18) 4.8填料压盖 (19) 4.9阀座 (19) 第五章．改进性设计说明 (20) 第六章．小结与感悟 (20) 参考文献 (20)
截止阀 设计说明书 摘要 在这次课程设计中，小组研究对象为截止阀。为了了解截止阀的零件类型及作用，截止阀的装配过程，截止阀如何去工作运行以及其他类型的截止阀特征，小组制定了以下思路。首先小组成员根据装配图分工拆画零件图及其立体图，并各自拆画主要零件图。其次小组完成装配示意图并将各零件立体图装配在一起组成截止阀立体图，运用爆炸图直观明了的展示截止阀的装配关系。最后查阅书籍，上网了解更多截止阀类型作用，拓展视野。在本次课程设计中我负责了截止阀手轮和截止阀主要零件图阀体的拆画以及装配示 意图，截止阀零件立体图装配截止阀立体图，截止阀爆炸图的绘制，并查阅书籍，了解更多截止阀的类型及作用。通过这次课程设计让我学习了设计的过程。 第一章.概述 1.1截止阀的整体描述 截止阀（stop valve,Globe Valve）的启闭件是塞形的阀瓣，密封上面呈平面或海锥面，阀瓣沿阀座的中心线作直线运动。阀杆的运动形式，，也有升降旋转杆式可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。因此，这种类型的截流截止阀阀门非常适合作为切断或调节以及节流用。由于该类阀门的阀杆开启或关闭行程相对较短，而且具有非常可靠的切断功能，又由于阀座通口的变化与阀瓣的行程成正比例关系，非常适合于对流量的调节。 截止阀又称截门阀，属于强制密封式阀门，所以在阀门关闭时，必须向阀瓣施加压力，以强制密封面不泄漏。当介质由阀瓣下方进入阀门时，操作力所需要克服的阻力，是阀杆和填料的摩擦力与由介质的压力所产生的推力，关阀门的力比开阀门的力大，所以阀杆的直径要大，否则会发生阀杆顶弯的故障。从自密封的阀门出现后，截止阀的介质流向就改由阀瓣上方进入阀腔，这时在介质压力作用下，关阀门的力小，而开阀门的力大，阀杆的直径可以相应地减少。同时，在介质作用下，这种形式的阀门也较严密。 1.2截止阀的应用 截止阀作为最重要的截断类阀门之一,在航空航天领域发挥着重要的作用。作为航天设备的重要元件,截止阀实现了介质输送、截止、调节等功能,其密封性能直接影响到航天设备的安全可靠运行。研究典型截止阀密封特性的影响因素及影响规律,对阀门密封副的结构设计具有指导意义,从而提高 阀门的密封性能和可靠性。同时在工业方面也有着诸多应用，形成了例如针形截止阀，直流式截止阀，角式截止阀，钢球或陶瓷球密封截止阀，高温高压电站截止阀，氧气管路用截止阀，石油液化气截止阀，上螺纹阀杆截止阀，
截止阀图例 ?用途:安装于管路或设备上,用以启闭管路中的介质,是应用比较广泛的一种阀门。角式截止阀适用于管路成90°相交处。 ?低进高出的安装特点。 闸阀图例 ?装于管路上作启闭（主要是全开全关）管路及设备中介质用，其特点是介质通过时阻力很小。其中暗杆渣阀的阀杆不做升降运动，适用于高度受限制的地方；明杆闸阀的阀杆做升降运动，只能用于高度不受限制的地方。 球阀图例 ?装于管路上作启闭 管路中介质用，其 特点开关迅速。 各种蝶阀图例 ? 旋塞阀图例 ?装于管路上作启闭（主要是全开全关）管路中介质用，其特点开关迅速。 ?三通式旋塞阀安装于T型管路上，除作为管路开关设备外，并具有分配、换向作用。 止回阀图例 ?升降式止回阀装于水平管路或设备上，以阻止管路、设备中介质倒流。 ?旋启式止回阀装于水平或垂直的管路、设备上，以阻止其中介质倒流。底阀图例 ?一种专用止回阀，装于水泵的进水管末端，用以阻止水源中的杂质进入进水管和阻止进水管中的水倒流。 ?亦分为升降式和旋启式。 疏水阀图例 ?装于蒸汽管路或加热器、散热器等蒸汽设备上，能自动排除管路或设备中的冷凝水，并能防止蒸气泄漏。 减压阀图例 ?装于工作压力不大于1.3MPa，工作温度不大于300℃的蒸汽或空气管路上，能自动将管路内介质压力减低到规定的数值，并使之保持不变。隔膜阀图例
安全阀图 气化 一、本工号任务及特点： 二、气化主要反应 完全氧化——不完全氧化——变换反应——甲烷化反应——炭黑生成反应 三、气化主要技术 德士古Texaco——谢尔Shell——GSP——四喷嘴——多元料浆新型技术——灰熔 流化床粉煤气化技术——碎煤熔渣加压气化技术 四、四喷嘴气化技术的主要特点及问题 特点：流场分析——撞击流、混合好、转化率高、有效气成分高——激冷室为喷 淋鼓泡复合式——煤气初步净化：先粗后细——国产化技术，专利费低，运行成本低， 可大型化。 问题：初期投资比德士古技术高，阀门多、煤浆泵多、控制系统复杂，工业化初 期阶段——我厂属国内最大的首套装置。 五、主要设备 气化炉——烧嘴——激冷环 六、本设计工艺流程分析 煤——氧——工艺气——渣——黑水 七、主要技术指标 比氧耗——比煤耗——气体组份 ＭPa℃CO H2CO2CH4Ar N2H2S COS NH3 HCN 206 4.1 1350 42.83 32.82 23.45 0.025 0.12 0.22 0.44 0.024 0.063 0.00063 5 3.8 214 42.87 32.85 23.40 0.024 〞〞〞〞0.050 0.00053 “206”为燃烧室出口工艺气“ 5 ”为本工号出口工艺气 八、老装置运行中出现的主要问题
手动截止阀设计 手动截止阀设计 截止阀阀体是阀的主要承压部件，并且容纳闭合元件。截止阀内的流动通道被设计成具有光滑的圆弧内壁而没有尖锐的角和尖棱，这样可提供一个不产生异常湍流及噪音的平稳工艺流动。流动通道本身必须具有恒定的面积以避免产生任何附加的压力损失和过高的流速。截止阀具有较宽的两个端部连接，因此阀体可适用于几乎每一种的端部连接，尽管为适应无法兰结构其面对面尺寸太长（螺栓连接两个管线法兰之间的阀体，这在旋转阀中是常见的）。对截止阀来说，不匹 配的端部连接也是可以的。 截止阀的阀芯是大于准确位置的一个闭合元件（因为节流阀大于恰好打开或关闭的位置，但是倒不如说阀芯是调节元件），他使阀门 按照流动特性和阀的位置改变流率。典型的阀芯由两个关键零件组成：阀芯，他是调节元件的凸模部分;阀座环，他是凹模部分。阀芯插入 阀座环的部分叫做阀芯头，而通过截止阀顶部伸出的部分叫做阀芯杆。在阀芯杆的顶部上车有丝扣以便与首轮机构相配合。单调座阀芯的主要优点是其严密关闭的可能性（在某些情况下，可达到优于阀门最大流量的0.01%）。这种情况是由于手动操纵器的力直接作用于支座表 面而造成的。 在手动截止阀中有个两种尺寸的阀芯：全阀芯，他是最常用的并
涉及到阀座环的面积，该面积在截止阀特殊尺寸内可通过最大流量。另一方面，当希望阀门节流到较该尺寸阀门额定流量为少时，则使用缩径阀芯。如果使用全阀芯时，必须在较小的增量情况下对阀座节流关闭，但这是用手操纵器难以获得的。优先的办法是使用小的阀座直径和相匹配的旋塞，他叫做缩径阀芯。 阀帽是顶部工件的一个重要元件，并作为承压零件为阀体提供了帽或盖。一旦它被安装在阀体上，他被阀帽或阀体的垫片所密封。他也用填料盒密封阀芯杆，填料盒包括一系列的填料环、压盖或导向盖。填料间隔套以及抗挤出环，用以防止工艺介质向大气的少量泄漏。安装在填料盒上面的是压盖法兰，他用螺栓与阀帽顶部连接。当压盖法兰螺栓已拧紧，填料被压缩并密封阀杆和阀帽孔。 保持阀芯头与阀座环对中，对于严密关闭是重要的。为维持这种对中，可使用两种导向机构之一：双顶部阀杆导向器或阀座导向器。双顶部阀杆导向器使用两个闭合配件在填料盒两端进行导向一保持 发型和阀座环同心。这些导向器可整体的由与旋塞相容的金属制成，以避免金属擦伤，亦可使用弹性体或石墨衬套。两个导向器的结构应尽可能的远离以避免由工艺流体作用在阀芯头所造成的侧向运动。导向器、阀帽孔和执行阀杆必须保持在关闭时的容许偏差内以维持一个配合，此配合将造成平稳直线运动而无约束和溅出的液体。 另外一种常用手动截止阀的导向型式是阀座导向结构。此处阀芯杆是由一个上导向器支撑（它的作用如同填料压盖）。阀芯头延伸部分的外部直径，作为第二个导向表面，对阀座进行导向。这意味着下
目录 阀体壁厚验算 (1) 密封面上总作用力及计算比压 (2) 闸板强度验算 (3) 阀杆强度验算 (4) 中法兰螺栓强度验算 (5) 阀体中法兰强度验算 (6) 流量系数计算 (7) 参考资料 1、GB/T 12234……………………………………………法兰和对焊连接钢制闸阀 2、JB/T 79.2………………………………………………凹凸面整体铸钢管法兰 3、GB/T 12221……………………………………………阀门结构长度 4、机械工业出版社………………………………………《机械设计师手册》 5、机械工业出版社………………………………………《实用阀门设计手册》 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，已具裕度 3、涉及的材料许用应力值按-29～38℃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
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6 密封面上密封力 Q MF πq MF (D MN +b M ) b M 92692.8 N 7 密封面必需比压 q MF 《实用阀门设计手册》 10 MPa 8 密封面计算比压 q Q MZ ／π(D MN +b M ) b M 68.3 MPa 9 密封面许用比压 〔q 〕 《实用阀门设计手册》 150 MPa 结论： 〔q 〕≥q ≥q MF 合格 型 号 DN350 Z40H-64 简 图 零件名称 闸 板 材料牌号 WCB 计算内容 闸板强度验算 根 据 《阀门设计计算手册》 序 号 计算数据名称 符号 公 式 数 值 单位 1 中心处弯曲应力 σW KPD MP 2 4(S B -C)2 115.4 MPa 2 计算压力 P 设计给定 6.4 MPa 3 密封面平均直径 D MP D MN +b M 328 mm 4 密封面内径 D MN 设计给定 298 mm
截止阀设计计算书JSS-2″~12″J41H-600Lb 编制: 侯工 审核: 总经理 2015年 永嘉宏业高中压阀门有限公司
目录 1.阀体壁厚计算————————————————————1 2.阀杆总轴向力计算——————————————————1 3.阀杆关闭和开启力矩计算———————————————3 4.作用在手轮上启闭力—————————————————4 5.中法兰螺栓强度校核—————————————————4 6.中法兰强度校算———————————————————6 7.支架的合成应力计算—————————————————11 8.阀杆的强度校算———————————————————14
一、阀体壁厚计算： 计算公式： C P S d P t c c +-=)2.12.( 5.1 式中：t －阀体计算壁厚（英寸）； Pc －额定压力等级（磅）；Pc=150 d －公称通径（英寸）； S －材料需要用的应力（磅/平方英寸）S=7000 C －附加余量（英寸）按ANSI B16.34 C=0.1英寸 实际确定壁厚≥计算壁厚为合格 二、阀杆总轴向力计算 1、阀杆直径设计给定d F （参照BS1873选取） 2、阀门关闭或开启时的总轴向力 Q ′FZ =Q MF +Q MJ +Q T sin αL Q ″FZ ＝Q MJ ＋Q T sin αL －Q P 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 MF －密封力 （N ）;
Q MJ －关闭时作用在阀瓣上的介质力 （N ）; Q T －阀杆与填料间的摩擦力 （N ）; Q P －介质作用于阀杆上的轴向力（N ）； αL －阀杆螺纹升角。 MF m m mp MF q tg f b D Q )1(sin α απ+ = P D Q mp MJ 2 4 π = P u h d Q T T F T π= P d Q F P 2 4 π = 式中： D mp －阀座密封面平均值（mm); b m －密封面宽度 （mm); q MF －密封必需比压（Mpa ）; α－半锥角（°）；(α=30°) f m －锥形密封面摩擦系数。(f m =0.15) d F －阀杆直径 （mm); h T －填料层的总高度（mm ）; u T －阀杆与填料间的摩擦系数。(u T =0.15)
止回阀设计计算书(H44H-64C-DN200) 编制:刘斌文 审核:王学敏 上海上冶阀门制造有限公司
目录 一、壳体最小壁厚验算 (1) 二、中法兰螺栓强度校核 (1) 三、中法兰强度校核……………………………………………………….. .. 3 四、阀盖强度校核 (6) 五、阀瓣厚度验算 (7) 参考文献
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3 式中：[б]—常温下螺栓材料的许用应力（MPa ） 查表[б] =[б]t =137MPa Aa= 403128.5/137=2942.5mm 2 （3）设计时给定的螺栓总截面积 Ab= nd min 2 = ×12×272=6867.2mm 2 （4）比较： 需要的螺栓总截面积Am=max （Aa ，Ap ） =5190 mm 2 显然 Ab>Am 故：螺栓强度校核合格 三、中法兰强度校核 1、法兰力矩计算（见设5-124） （1）法兰操作力矩Mp(N ·mm)计算 Mp= M D + M T + M G =F D S D +F T S T +F G S G 式中：F D —作用于法兰内直径截面上的流体静压 轴向力（N ） F D =0.785Di 2P 其中 Di 为阀体中腔内径（mm ） Di=220（设计给定） F D =0.785×2202×6.4=243161.6N S D 为螺栓中心至F D 作用位置处的径向距离（mm ） S D =45（设计给定） F T —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 ） F T = F ’FZ -F D =326685.6-243161.6 =83524N 设计说明与计算过程 Aa=2942.5mm 2 Ab=6867.2mm 2 Am=5190 mm 2 结果
阀门设计流程 设计依据：基本参数：阀门的用途；介质的工作压力和工作温度；使用介质及其特性（特别是腐蚀性，易燃易爆性）；公称尺寸DN；结构长度及采用标准；与管路连接方式，尺寸及标准；阀门驱动方式；需不需要抗硫；火灾型式试验证书；抗静电结构；注脂要求，加工阀杆要求。 根据以上基本要求，可确定阀门种类，公称尺寸DN或压力等级CL。主要连接尺寸和驱动方式等，同时选定阀门的结构，主要零件的材料。 为了进一步做好设计，还应了解：介质粘度，阀门流通能力要求；流量特性；阀门开启和关闭时间；动力源情况（电动的电压，气动的气压等）；阀门安装位置及其环境条件；外形尺寸的限制；重量的限制；对震动的要求。 （一） 基本参数的确定 1.公称压力PN GB/T1048-2005规定公称压力有两个等级，即DIN系列和ANSI系列。 也可按美标公称压力系列设计阀门。 在GB/T12224-2005《钢制阀门一般要求》中给出了标准压力级和特殊压力级各22种常用材料的压力-温度额定值，可作为设计材料的选用。 在JB/T3595-2002《电站阀门一般要求》中给出了不同公称压力PN的14种材料的压力-温度额定值，同时给出了CL150-CL4500 WC1,WC4,WC6,WC9的压力-温度额定值，可供电站阀门设计时材料选用。 在美国机械工程师学会标准ASME B/16.34-2004《法兰，螺纹和焊接连接的阀门》中给出了CL150-CL2500标准压力级和特殊压力级321种材料的压力-温度额定值，可供设计时选用。
知道介质工作压力，介质的工作温度和承压壳体材料，便可根据根据上述标准确定公称压力PN。 2.公称尺寸DN 国标GB/T1047-2005中，规定了阀门的公称尺寸。 美国工程机械师学会标准ASME B16.34-2004的附录中给出了公称管径NPS的尺寸。 3.工作温度 阀门零件的工作温度与许多因素有关。如阀门结构，公称尺寸大小，阀门周围环境等，因此很难得出一致的精确数字。可选用相关资料的数值作为参考。 4.阀门的结构长度 不同国家的阀门结构长度有不用的规定，在这里不一一介绍，可查看实用阀门设计手册。 5.法兰连接或其他连接 不同国家，不同标准法兰连接规定不同，选取时可查阅实用阀门设计手册。 （二） 阀门材料的选取 选取原则 （1）满足使用性要求：根据阀门工作条件，即介质的温度，压力，介质的性质（腐蚀性，有无颗粒，是否会被金属离子污染）及阀门零件在阀门中起的作用，受力情况等进行选材。 （2）良好的工艺性：铸造，锻造性，机加工，热处理，焊接等
阀门设计计算的主要内容 阀门设计入门与精通209页 为便于在设计之前对各类阀门的计算内容有个概括了解和便于叙述，现将各类阀门的计算内容作一个大概介绍，对其具体的计算方法将在下面各章中分别加以叙述。 闸阀和截止阀 对于闸阀和截止阀，在设计时，一般应进行下列内容的计算：阀体最小壁厚；密封面上的总作用力及计算比压；阀杆的强度核算；阀杆的稳定性校验；闸板或阀瓣的强度计算；中法兰连接螺栓强度校验；中法兰强度计算；阀盖和支架强度计算；阀杆螺母强度计算；阀门转矩及手轮直径的确定；其他主要零件的强度计算。 球阀 设计球阀时，通常应进行下列内容的计算：阀体的最小壁厚；球体的最小直径计算；单向密封阀座密封比压的计算；双向密封阀座密封比压的计算；体腔中压力超过1．33倍额定压力时，自动泄压阀座的计算；阀座预紧力的计算；低压密封(气密封)时密封比压的计算；阀杆与球体连接部分挤压强度验算；球阀在最大压差时转矩的计算；阀杆强度的校验；阀座压缩弹簧的计算；中法兰厚度的计算；中法兰连接强度的校验；其他主要零件的计算。 旋塞阀 设计旋塞阀时，通常应进行下列内容的计算：阀体最小壁厚；塞体的通道尺寸；塞体的外形尺寸；阀座的介质作用力及计算比压；全压差时，旋塞的最大启闭力矩；阀杆的强度校验；塞体的强度校验；弹性元件及其他主要零件的计算。 止回阀 (1)旋启式止回阀及升降式止回阀根据设计时的给定条件，旋启式止回阀一般应进行下述内容的计算：阀体和阀盖最小壁厚的计算；密封面上总作用力及计算比压；中法兰强度计算；中法兰联接螺栓强度校验；阀瓣强度计算。 (2)对于排空止回阀还应计算：旁泄孔；止回阀开启高度，开启力及开启阻力。 蝶阀 对于蝶阀一般进行下述内容的计算：压力升位；阀体最小壁厚的计算；阀瓣相对厚度的计算；密封面上密封比压的计算；蝶板上动水作用力及力距；蝶板上静水作用力及力矩；蝶阀的启闭转矩的计算；阀杆强度验算；蝶板的强度验算。 安全阀 设计安全阀时，通常应进行下列内容的计算：阀体和阀盖最小壁厚的计算；密封面密封力及
球阀的设计与计算 一、球阀的设计 1.1 设计输入 即设计任务书。应明确阀门的具体参数（公称通径、公称压力、温度、介质、驱动方式等），使用的条件和要求（如室内或室外安装、启闭频率等）及相关执行的标准（产品的设计与制造、结构长度、连接型式、产品的检验与试验等） 1.2 确定阀门的主体材料和密封圈材料 1.3 确定阀门承压件的制造工艺方法 1.4 确定阀门的总体结构型式 1. 对阀门结构的确定: 一般如果压力不高,DN ≤150时,可优先采用浮动式结构,其优点是:结构简单 如果浮动球式结构满足不了需要时,应采用固定式结构或其它结构型式(如半球、撑开式…) 2. 对密封的材料的确定 由于球阀的使用受温度的影响很大,因此,密封的材料的选定很关键： ① 对使用温度≤300℃时,密封面材料可选择塑料类材料(如聚四氟乙烯、增强聚四氟乙烯、尼龙、对位聚苯) ② 当使用温度超过300℃.或者介质代颗粒状时,密封面材料应选金属密封。 3．对球阀使用要求的确定 主要确定,球阀是否具有防火.防静电要求 4．对阀体型式确定 由于球阀公称通径适用的范围很广,其阀体型式也较为多样,一般分为以下三种： ① 整体式阀体 一般用于DN ≤50的小通径阀门,此时,其材料多用棒材或厚壁管材直接加工而来,而对口径较大时,多采用二体式、三体式或全焊接结构 ② 二体式结构由左右不对称的二个阀体组成，多采用铸造工艺方法 ③ 三体式结构由主阀体和左右对称的二个阀体组成,可采用铸造或锻造工艺方法 5．阀门通道数量(直通、三通、四通…) 6．选择弹性元件的形式 1.5 确定阀门的结构长度和连接尺寸 1.6 确定球体通道直径d 球体通道直径应根据阀门在管道系统中的用途和性质决定，并要符合相关的设计标准或用户要求。 球体通道直径分为不缩径和缩径二种： 不缩径：d 等于相关标准规定的阀体通道直径 缩径：一般d=0.78相关标准规定的阀体通道直径，此时，其过渡段最好设计为锥角过渡，以确保流阻不会增大。 1.7 确定球体直径 球体半径一般按R=（0.75～0.95）d 计算 对小口径R 取相对大值，反之取较小值 为了保证球体表面能完全覆盖阀座密封面，选定球径后，须按下式校核 min D =mm ），应满足D ＞min D
闸阀截止阀操作转矩计算法（热工所/罗托克经验公式） 此计算方法，比“三化”使用的计算方法要简便得多，计算结果接近实际转矩，已由对电厂实测结果证实。此计算方法主要由以下几个部分组成： 1、计算介质压力对阀门闸板或阀芯施加的推力乘阀门系数，即：P1=F×P×K 式中：F=阀门的通径面积(cm2)；P =介质的工作压力(kg/cm2)；K =阀门系数，视介质种类、温度及阀门行驶而定。 阀门系数表 2、计算填料的摩擦推力和转矩，以及阀杆的活塞效应所产生的推力总和P2。 压紧填料压盖，会给明杆闸阀的阀杆增加摩擦力，给旋转杆阀门的阀杆增加转矩。管道压力作用于阀杆(通过填料压盖处)的截面积上，为开启阀门的趋势。当道压力在64kgf/cm2以上时介质对明杆闸阀阀杆的推力是很大的，即所谓活塞效应。故当介质压力≥64kgf/cm2时，对于明杆闸阀应予考虑。而对截止阀，其阀杆面积已包括在阀芯面积中，所以活塞效应可忽略。对于暗杆阀,以上3项均应计算。 填料的摩擦推力和转矩以及阀杆的活塞效应表 3、计算阀门阀杆的总推力(Kgf)，即ΣP=P1+P2，再将此推力乘以下表中的阀杆系数，获得阀门操作转矩Kgf.M 梯形螺纹的阀杆系数(kgf.m/kgf)表 (阀杆尺寸=直径×螺距,单位:mm)
道压力高，则采用管道压力)，阀门形式、介质的种类、阀杆直径与螺距。现以下列示例来说明计算的方法与步骤。有一明杆楔式闸阀，公称直径为 100mm，管道压力为 40kgf/cm2，阀杆为 Tr28*5mm，介质为 520℃蒸汽，求阀门的操作转矩。 1.由表 1查得阀门通道面积：78.540cm2； 2.取压差，阀门工作恶劣情况是在管道压力下开启，故，压差：40kgf/cm2； 3.由表 2查得阀门系数：0.45； 4.净推力为：P1=F×P×K=(1)×(2)(×3)=78.540×40×0.45=1413.72 kgf； 5.由表 3查得摩擦推力 P2：680kgf； 6.如管道压力为 64 kgf/cm2以上，应加入介质对阀杆的推力，即活塞效应，因此例管道压力为 40 kgf/cm2，故不加。 7.总推力ΣP=P1+P2=(4)+(5)=1413.72+680=2093.72kgf； 8.由表 4查得阀杆系数：0.00266； 9.阀门操作转矩=ΣP*阀杆系数=(7)*(8)=2093.72*0.00266=5.57kgf.m； 10.换算成 N.m，因1kgf.m=10N.m，所以5.57kgf.m=55.7N.m，圆整后为60N.m。 附闸阀密封面上总作用力及计算比压公式 密封面上总作用力＝密封面处介质作用力＋密封面上密封力 密封面处介质作用力＝0.785×(密封面内径＋密封面宽度)2×公称压力PN值的1/10 密封面上密封力＝3.14×(密封面内径＋密封面宽度)×密封面宽度×密封面必须比压密封面必须比压(查表实用阀门设计手册笫三版表3-21) 密封面计算比压＝密封面上总作用力/ 3.14×(密封面内径＋密封面宽度)×密封面宽度 ＜密封面许用比压(查表实用阀门设计手册笫三版表3-22)