闸阀设计计算说明书

闸阀设计计算说明书(Z40H-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、阀杆总轴向力计算………………………………………………………1三、中法兰螺栓强度校核…………………………………………………3四、中法兰厚度验算…………………………………………………………4五、阀盖强度校核………………………………………………………………4六、闸板厚度验算………………………………………………………………7参考文献……………………………………………………………………8一、壳体最小壁厚验算1、设计给定SB=19.2mm（参照GB/T12234-2007选取）2、按第四强度理论计算SB’=+C《实用阀门设计手册》表5-78式中：SB’—考虑腐蚀裕量后阀体壁厚(mm)P—设计压力（MPa），取公称压力PNP=PN=6.4MPaDN—阀体中腔最大内径(mm)DN=240(设计给定)[бL]t—425℃材料的许用拉应力（MPa）查《实用阀门设计手册》表3-3知[бL]t=51MPaC—考虑铸造偏差，工艺性和介质腐蚀等因素而附加的裕量（mm）SB’=+C因SB’-C=13.9SB’=13.9+3=16.9mm显然SBSB’，故阀体最小壁厚满足要求二、阀杆总轴向力计算1、阀杆直径设计给定dF=38mm（参照GB/T12234-2007）2、阀门关闭或开启时的总轴向力Q’FZ=Q’+Qp+QTQ”FZ=Q”+Qp+QT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’,Q”—关闭和开启时阀杆密封力,即阀杆与闸板间的轴向作用力(N)设计说明与计算过程结果SB=19.2mmSB’=16.9mmdF=38mm6.4×2402.3×51-6.41根据楔式闸板半楔角Ψ=5º密封面材料为D507M0关闭时的摩擦系数fM’=0.3开启时的摩擦系数fM”=0.4及半自动密封,采用《阀门设计手册》表4-88简化公式Q’=0.77QMF-0.48QMJ-QGQ”=0.62QMF-0.21QMF+QG其中QG为闸板组件的重量(N),QG=98NQMF为密封面上达到必需比压时的作用力(N)QMF=л(d+bm)bmqMF其中d为密封面内径(mm),d=188(设计给定)bm为密封面宽度(mm),bm=10(设计给定)qMF为密封面上必需的比压(MPa)qMF=22MPa(查《阀门设计手册》表4-65)QMF=л(188+10)×10×22=136778.4NQMJ作用在出口密封面上的介质静压力(N)QMJ=0.785(d+dm)2P=0.785(188+10)2×6.4=196960.9NQ’=0.77×136778.4-0.48×196960.9-98=10680.1NQ”=0.62×136778.4-0.21×196960.9+98=43538.4NQp介质作用于阀杆上的轴向力(N)Qp=dF2P=×382×6.4=7254.7NQT阀杆与填料间的摩擦力(N)QT=лdFhTUTP其中hT填料层的总高度(mm),hT=80mmUT阀杆与填料间的摩擦系数UT=0.15QT=л×38×80×0.15×6.4=9163.8N设计说明与计算过程结果Q’=10680.1NQ”=43538.4NQp=7254.7NQT=9163.8N2Q’FZ=10680.4+7254.7+9163.8=27098.9NQ”FZ=43538.4+7254.7+9163.8=59956.9N三、中法兰螺栓强度校核1、设计时给定：螺栓数量n=12螺栓名义直径dB=M272、螺栓载荷Wb（N）计算Wb=F+Fp+QFZ’式中：F—流体静压总轴向力（N）F=PA其中A通道处的截面积(mm2)A=45216（设计给定）F=6.4×45216=289382.4NFp—操作状态下需要的最小垫片压紧力（N）Fp=PAdm其中Ad垫片接触面积(mm2)，Ad=12010.5(设计给定)m为垫片系数,m=3（查《阀门设计手册》表4-17）Fp=6.4×12010.5×3=224013NWb=289382.4+224013+27098.9=540494.3N3、螺栓拉应力校核бbL=式中：бbL—螺栓所受拉应力（MPa）Ab—设计时给定的螺栓总截面积（mm2）Ab=π/4×12×272=6867.2mm2бbL=540494.3/6867.2=78.7MPa查《实用阀门设计手册》表3-9得425℃下螺栓许用载荷[бL]为92MPa，所以бbL〈[бL]故螺栓强度符合要求设计说明与计算过程结果Q’FZ=27098.9NQ”FZ=59956.9NF=289382.4NFp=224013NWb=540494.3N33四、中法兰厚度验算te’=式中：te’—计算的法兰厚度（mm）X—螺栓中心到法兰根部的距离（mm）X=25(设计给定)[б1]—材料径向许用弯曲应力（MPa）[б1]=61MPa(查表3-3)an—垫片压紧力作用中心长轴半径（mm）an=177.5mm(设计给定)bn—垫片压紧力作用中心短轴半径（mm）bn=127.5mm(设计给定)te’=221.35540494.32561177.5127.5=36.9mm设计给定te=45mm故中法兰厚度设计满足要求五、阀盖强度校核阀盖和阀体共同组成“承压壳体”,阀盖所承受的介质压力、温度等技术参数与阀体相同，选用材料也相同，故阀体设计计算中关于壁厚和中法兰的计算值，也适用于阀盖，这里就不重复计算；下面只对阀盖两个力臂进行应力计算（参见设P395）由于Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ，Ⅲ-Ⅲ截面处为危险截面，故对三处截面进行应力校核1、Ⅰ-Ⅰ截面的合成应力按下式校核бΣⅠ=бwⅠ+бLⅠ+бwⅠN≤[б]式中：бΣⅠ—Ⅰ-Ⅰ截面的合成应力（MPa）бwⅠ—Ⅰ-Ⅰ截面的弯曲应力（MPa）设计说明与计算过程结果te’=36.9mmte=45mm44бwⅠ=其中MⅠ为弯曲力矩（N·mm）MⅠ=[]其中Q’FZ=max(Q’FZ,Q”FZ)=9665.4NL=125mm（设计给定）H=210mm（设计给定）ⅠⅢX为Ⅲ-Ⅲ截面对X轴惯性矩(mm4)ⅠⅢX=30973333mm4《阀门设计手册》表4-29计算ⅠⅡy为Ⅱ-Ⅱ截面对y轴惯性矩（mm4）ⅠⅡy=845786.7mm4《阀门设计手册》表4-29计算MⅠ=59956.91251121030973333812125845786.7=24357.5N·mmWⅠy为Ⅰ-Ⅰ断面对y轴的截面系数（mm3）WⅠy=1409.6mm3《阀门设计手册》表4-29计算бwⅠ==24357.5/1409.6=17.3MPaбLⅠ—Ⅰ-Ⅰ截面的拉应力（MPa）бLⅠ=其中FⅠ为Ⅰ-Ⅰ截面处的截面积(mm2)FⅠ=12×40=480mm2бLⅠ==12.89MPa设计说明与计算过程结果бwⅠ=17.3MPaбLⅠ=12.89MPaQFZ’L8QFZ’’2FⅠ59956.92×232558бwⅠN—力矩引起的弯曲应力(MPa)бwⅠN=其中MⅠN力矩（N·mm）MⅠN=其中MFJ为阀杆螺母与阀盖间的摩擦力矩（N·mm）关闭时MFJ’(N·mm)计算MFJ’=1/2QFZ’fjdp其中fj凸肩与阀盖间的摩擦系数,fj=0.3(查表3-34)dp阀杆螺母凸肩与支架间环形接触面平均直径dp=60mm(设计给定)MFJ’=1/2×27098.9×0.3×60=243890.1N·mm开启时MFJ”(N·mm)计算MFJ”=1/2QFZ”fjdp=1/2×59956.9×0.3×60=539612.1N·mmMFJ=max(M’FJ,M”FJ)=539612.1N·mmMⅠN==906548.3N·mmWⅠX为Ⅰ-Ⅰ截面对X轴的截面系数(3200mm3)WⅠX=24034.1mm3《阀门设计手册》表4-29计算бwⅠN==37.7MPaбΣⅠ=17.3+12.89+37.7=69.9MPa[б]—常温下阀盖材料的许用应力（MPa）设计说明与计算过程结果бwⅠN=37.7MPaбΣⅠ=69.9MPaMFJHL906548.324034.1539612.1×2101256×[б]=82MPa(查表)显然бΣⅠ[б]故Ⅰ-Ⅰ截面合格。2、Ⅱ-Ⅱ截面同Ⅰ-Ⅰ截面，故校核合格3、Ⅲ-Ⅲ截面的弯曲应力按下式校核бwⅢ=≤[бW]式中MⅢ—Ⅲ-Ⅲ截面的弯曲力矩（N·mm）MⅢ=-MⅠ=-24357.5=1849295.6N·mmWⅢx—Ⅲ-Ⅲ截面对x轴的截面系数（mm3）WⅢx=73333mm3按《阀门设计手册》表4-29计算бwⅢ==25.2MPa[бW]—常温下阀盖材料的许用弯曲应力（MPa）[бW]=102MPa显然бwⅢ[бW]故Ⅲ-Ⅲ截面校核合格通过对Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ，Ⅲ-Ⅲ三处危险截面的应力计算：知三处应力均小于其许用应力,故阀盖强度校核合格。六、闸板厚度验算1、闸板厚度按下式计算SB’=10WKpRC按《实用阀门设计手册》表5-230设计说明与计算过程бwⅢ=25.2MPaMⅢWⅢx59956.9×12541849295.673333结果7式中：SB’—闸板计算厚度(mm)P—设计压力（MPa），取公称压力PN数值1/10P=PN=6.4/10MPa=0.64MPaR—闸板平均半径(mm)R=104(设计给定)K系数取0.75《实用阀门手册》表5-230W—425℃材料的许用弯曲应力（MPa）查《实用阀门手册》表3-3知W=61MPaC—考虑铸造偏差，工艺性和介质腐蚀等因素而附加的裕量（mm）SB’=100.750.6410461+C因SB’-C=29.2,故C取3SB’=29.2+3=32.2mm设计给定SB=38mm显然SBSB’，故闸板最小壁厚满足要求参考文献《阀门设计手册》机械工业出版社《实用阀门设计册》机械工业出版社《机械设计手册》化学工业出版社设计说明与计算过程结果SB’=32.2mmSB=38mm