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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，属于
2、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。 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。 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
3、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：式中：tm：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 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，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
4、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：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：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150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
5、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式中：PN：公称压力 （MPa）DN：计算处的内径 （mm）k1：壁厚系数 当 PN =2.0MPa时，k1=1.3 PN 5.0MPa时 k1=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算 密封面比压的计算 1、密封面比压的满足条件 qMFqq式中：qMF：密封面上的必须比压 查资料1表3-13 q：实际比压 （MPa） q ：密封面的许用比压 查资料1表3-14 2、实际密封面
6、比压的计算 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） 密封面上的总作用力QMZ的计算自动密封平行式闸板QMZ=QMJ楔式闸板QMZ= QMJ/1-fmtg单面强制密封平行式闸板QMZ = QMF + QMJ楔式闸板双面强制密封平行式闸板QMZ = QMF + 2QMJ楔式闸板QMZ = QMF +（1+）+ QMJ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0.250.35碳钢、合金钢0.300.4018-8不锈钢0.350.45
7、硬度合金0.200.30QMJ：作用在出口端面上的介质静压力（N）QMJ =0.785(d+bm)2P QMF：密封面上达到必须比压时的作用力（N）QMF=（d +bm）bmqMF 式中：P：为允许的最大工作压力 （MPa）设计给定d，bm，qMF：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 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。 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
8、.4 阀杆的强度计算 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：QFZ=Q + QP + QT开启时：QFZ+ Q +QT- QP式中：QP：介质作用在阀杆上的轴向力 （N） 对单面强制密封时： （N） 式中：dF：阀杆直径 设计给定 （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：dF：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
9、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/FL阀门关闭时：Y=QFZ/FY式中：QFZ，QFZ：分别为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） mm2 L，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（mm3）对圆型截面=0.2d3 N ：选定材料的许用扭
10、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明杆闸阀无关闭MFZ= MFL + MFJ （4-189）开启MFZ= MFL + MFS （4-190）有关闭MFZ= MFL + Mg （4-191）开启MFZ= MFL + Mg （4-192）暗杆闸阀关闭MFZ= MFL + MFT + MTJ （4-193）开启MFZ= MFL + MFT + MTJ （4-194）注：符号说明：Mg 、Mg 关闭和开启时推力轴承的摩擦力矩（Nmm）；MTJ、MTJ 关闭和开启时阀杆凸肩与支座间的摩擦
11、力矩（Nmm）。式中： MFT：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：QFZ：阀门关闭时，阀杆总的轴向力 （N） RFM：阀门关闭时，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）式中：fFJ：摩擦系数 查资料2表4-90 dcp:接触面的平均直径 （mm） dcp=d1+ d2/2MFS：开启时，手轮下端面与支架间的摩擦力矩（Nmm
12、） （Nmm）式中：fFS：手轮与支架间的摩擦系数，取0.20.25 Dcp：手轮与支架接触面的平均直径（mm），由设计给定。Mg：有推力轴承时，关闭时的轴承摩擦力矩（Nmm） （Nmm）式中：fg：推力轴承的摩擦系数，可取fg=0.0050.01 dcp：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）3. 阀杆合成应力的校核 （MPa）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表3-72）弯曲应力的校核 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 式中：阀杆的柔度 ：与阀杆=端支撑
