闸阀设计与计算的基本内容

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1、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，

2、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

3、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： N1m1m212Ptt式中：t m：需计算和确定的承压件壁厚tm1：查 PN1 时的壁厚tm2：查 PN2 时的壁厚PN1：公称压力的小值PN2：公称压力的大值7.1.3 计算法：1、计算壁厚的原则1）对脆性材料和塑性材料，其适用的公式不同2）对薄壁容器和厚壁容器，其适用的公式也不同，一般以计算处的外径（D）和内径（d）之比来区分：当 D/d1.2 时，为薄壁容器D/d1.2 时，为厚壁容器3）计算时，应以承压件最大内腔尺寸为依据，一般以阀门通道内径为基准计算4）承压件形状不同，

4、应按不同的公式进行计算5）阀体与阀盖的壁厚可取同一值。2、计算壁厚的方法：目前，承压件壁厚的计算方法基本上分为我国和国外计算法（若无明确规定以下内容均按薄壁容器计算） 。1）国内计算公式：对圆筒型和腰鼓型承压件： LN2.3PDtCg式中：P：设计压力 取 PN （MPa）DN：计算处的内径 （mm）L：许用拉应力 （MPa）C：附加余量 （mm）对球型承压件： L2PRtg对非圆筒型承压件：（略）2）国外计算公式国际上公认的权威计算公式为 ANSI B16.34 规定的计算法Pcd1.5.2tCSg式中： t：计算处的壁厚 （in）PC：用 Psi 表示的压力等级符号，用相应的磅级值例 15

5、0 磅级用 150Psi 代入d：计算处的内径 （in）S：应力系数 取 S=7000PsiC：附加余量，由设计考虑各种因素后的附加值3）为了与国外的计算公式统一，我国对 ANSI B16.34 的公式按国际计量单位进行换算1NPD.52.kt CSg式中：P N：公称压力 （MPa）DN：计算处的内径 （mm）k1：壁厚系数当 P N =2.0MPa 时，k 1=1.3PN 5.0MPa 时 k 1=1S：材料的许用应力，一般取 S=118MPaC：附加余量 对执行 ANSI B16.34 时，C =2.5mm对执行 API 600 时，C=6.3mm7.2 密封面比压和密封面上总作用力的计

6、算7.2.1 密封面比压的计算1、密封面比压的满足条件qMFq q式中：q MF：密封面上的必须比压 查资料 1表 3-13q：实际比压 （MPa）q ：密封面的许用比压 查资料 1表 3-142、实际密封面比压的计算MZmbQdg式中：q：实际密封面比压 （MPa）QMZ：出口端阀座密封面上的总作用力（ N）d：阀座密封面内径 设计给定 （mm）bm：密封面宽度 设计给定 （mm）7.2.2 密封面上的总作用力 QMZ 的计算平行式闸板 QMZ=QMJ自动密封楔式闸板 QMZ= QMJ/1-fmtg平行式闸板单面强制密封楔式闸板 QMZ = QMF + QMJ平行式闸板 QMZ = QMF

7、+ 2QMJ双面强制密封 楔式闸板 QMZ = QMF +（1+ ）+ Q MJ1ftg式中： ：闸板楔半角（度）fm：关闭时密封面间的摩擦系数，可由下式确定材料 关闭时 开启时铸铁、铜 0.25 0.35碳钢、合金钢 0.30 0.4018-8 不锈钢 0.35 0.45硬度合金 0.20 0.30QMJ：作用在出口端面上的介质静压力（N）QMJ =0.785(d+bm)2PQMF：密封面上达到必须比压时的作用力（N）QMF=（d +b m）b mqMF式中：P：为允许的最大工作压力 （MPa）设计给定d，b m，q MF：见 7.2.1 规定7.3 阀体与阀盖连接型式和密封面结构的确定7.

8、3.1 阀体与阀盖连接型式的确定阀体与阀盖的连接型式有：法兰连接、自紧密封连接、焊接连接、螺纹连接和卡箍连接等型式，在本节中采用法兰连接型式。7.3.2 法兰密封面结构的确定在阀门中法兰连接中，其密封面结构有光滑式、凹吕式、榫槽式、径向自紧等多种型式，具体可参见资料 1中表 5-285，本节采用光滑式。7.4 阀杆的强度计算7.4.1 计算阀杆总的轴向力闸阀阀杆总的轴向力在阀门开启和关闭时最大，其计算公式为：关闭时：Q FZ=Q + Q P + QT开启时：Q FZ+ Q +Q T- QP式中：Q P：介质作用在阀杆上的轴向力 （N）对单面强制密封时：（N）24dFg式中：d F：阀杆直径 设

9、计给定 （mm）对双面强制密封时：QP=0Q：关闭时，阀杆密封力Q：开启时，阀杆密封力Q和 Q亦即是阀杆与闸板间的轴作用力 （N）其简化公式见资料 2附表 4-88QT：阀杆与填料间的摩擦力（N）QT=dFhTTP式中：d F：阀杆直径，设计给定或按标准中规定的最小直径 （mm）hT：填料层总高度，设计给定 （mm）T：阀杆与填料间的摩擦系数 对石棉和柔性石墨： T=0.15对聚四氟乙烯 ： T=0.050.01P：介质压力，设计给定 （MPa）7.4.2 阀杆的强度计算1.阀杆的抗拉和抗压强度计算阀门开启时： L=QFZ/F L阀门关闭时： Y=QFZ/F Y式中：Q FZ，Q FZ：分别为

10、阀杆关闭和开启时总的作用力 （N）F：阀杆最小截面积（螺纹根部或退刀槽处） mm 2L， Y：分别为阀杆材料选定时的许用拉应力和许用压应力，查资料 1表 3-72.阀杆的扭转剪切应力计算1） N = M/ N式中：M：计算截面处的力矩（Nmm） ，应按开启和关闭时分别计算：计算截面的抗扭断面系数（mm 3）对圆型截面 =0.2d3N ：选定材料的许用扭转剪切应力 （MPa）查资料 1表 3-72）计算开启和关闭时阀杆总扭矩 M 可按资料 2表 4-91 计算表 4-91 闸阀阀杆的力矩计算式类型 推力轴承 状态 计算式关闭 MFZ= MFL + MFJ （4-189）无开启 MFZ= MFL

11、+ MFS （4-190）关闭 MFZ= MFL + Mg （4-191）明杆闸阀 有开启 MFZ= MFL + Mg （4-192）关闭 MFZ= MFL + MFT + MTJ （4-193）暗杆闸阀开启 MFZ= MFL + MFT + MTJ （4-194）注：符号说明：Mg 、M g 关闭和开启时推力轴承的摩擦力矩（Nmm） ；MTJ、M TJ 关闭和开启时阀杆凸肩与支座间的摩擦力矩（Nmm） 。式中： M FT：阀杆与填料间的摩擦力矩（Nmm）MFL：关闭时，阀杆螺母与阀杆螺纹间的摩擦力矩（Nmm）MFL = QFZRFM式中：Q FZ：阀门关闭时，阀杆总的轴向力 （N）RFM：阀

12、门关闭时，阀杆螺纹的摩擦半径 （mm）可查资料 2表 4-86查表时，具有润滑条件下的螺纹摩擦系数 fL 数据可查资料 1表 3-16（1）MFL = QFZRFMMFJ：关闭时，阀杆螺母凸肩与支架的摩擦力矩（ Nmm）具体结构见图示（Nmm）cpFJZFJ2dMQfg式中：f FJ：摩擦系数 查资料 2表 4-90dcp:接触面的平均直径 （mm） d cp=d1+ d2/2MFS：开启时，手轮下端面与支架间的摩擦力矩（Nmm ）（Nmm）cpFSZFS2Dfg式中：f FS：手轮与支架间的摩擦系数，取 0.20.25Dcp：手轮与支架接触面的平均直径（mm） ，由设计给定。Mg：有推力轴承

13、时，关闭时的轴承摩擦力矩（Nmm）（Nmm）cpFZg2dQf式中：f g：推力轴承的摩擦系数，可取 fg=0.0050.01dcp：推力轴承的平均直径 （mm） 设计给定Mg：有推力轴承时，开启时的轴承摩擦力矩 （Nmm）（Nmm）cpFZg2f3. 阀杆合成应力的校核（MPa）y4NL或式中： ：阀杆材料确定后的许用合成应力 （MPa）查资料 1表 3-74. 阀杆端部的强度计算（按资料 2）1）剪切应力的校核 T2QBhg式中：Q：开启时，阀杆的轴向力 （N）QT：阀杆与填料间的摩擦力 （N）B 和 h：见图示，为承受力的尺寸（mm）设计给定：材料确定后许用剪切应力 （MPa）查资料 1

14、表 3-72）弯曲应力的校核2TWW34QDAaBhg式中：D、A 见图示，由设计给定 （mm）W：材料确定后的许用弯曲应力（MPa） 可取 W=1.2L5. 阀杆的稳定性计算1）阀杆的柔度（细长比） 的确定 FLig式中：阀杆的柔度：与阀杆 =端支撑有关的长度系数对闸阀属于中间无支撑 查资料 2表 4-94i：阀杆的惯性半径（mm）对圆截面： F4di2）确定阀杆的上临界柔度 2 和下临界柔度 1阀杆的 2 和 1 可查资料 2表 4-953）阀杆的稳定性验算 若 1此时状态为低细长比即中柔度压杆，不进行验算 若 30C 5 4 3 2 1表 4-74 圆板系数值rRmpK1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K1.25 1.10 0.115 0.227 0.66 0.090 0.135 0.122 0.5921.50 1.26 0.220 0.428 1.19 0.273 0.410 0.336 0.9762.0 1.48 0.405 0.733 2.04 0.71 1.04 0.74 0.440自由周边：钢 1.243.0 1.88 0.703 1.205 3.34 1.54 2.15 1.21 1.8804.0 2.17 0.933 1.514 4.30 2.23 2.99 1.45 2.085.0 2.34 1