截止閥基礎(chǔ)知識(shí)與設(shè)計(jì)計(jì)算【薈萃知識(shí)】

1、截止閥基礎(chǔ)知識(shí)及設(shè)計(jì)計(jì)算,魏玉斌,2011年8月,1,資料借鑒,歡 迎,請(qǐng)自覺(jué)遵守和維護(hù)課堂秩序,2,資料借鑒,目錄 1 截止閥基礎(chǔ)知識(shí)、典型結(jié)構(gòu)及工作原理 1.1 閥門(mén)的定義 1.2 截止閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1.3 截止閥類(lèi)型 1.4 截止閥用途 2 截止閥設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1 零件設(shè)計(jì)： 2.1.1 閥座密封面設(shè)計(jì),截止基礎(chǔ)知識(shí)及設(shè)計(jì)計(jì)算,3,資料借鑒,2.1.2閥瓣設(shè)計(jì) 2.1.3閥體設(shè)計(jì) 2.1.4閥蓋設(shè)計(jì) 2.1.5閥桿設(shè)計(jì) 2.1.6裝配設(shè)計(jì) 2.2截止閥設(shè)計(jì)計(jì)算： 2.2.1閥瓣厚度計(jì)算 2.2.2閥體壁厚計(jì)算 2.2.3閥座密封比壓計(jì)算 2.2.4閥桿操作力計(jì)算 2.2.5活接螺栓及填料壓

2、板強(qiáng)度計(jì)算 附錄：密封原理,4,資料借鑒,1.截止閥基礎(chǔ)知、典型結(jié)構(gòu)及工作原理,1.1閥門(mén)的定義 用來(lái)控制管道內(nèi)介質(zhì)的，具有可動(dòng)的機(jī)械產(chǎn)品的總體（ 見(jiàn)GB/T21465-2008 2.1） 閥門(mén)是在流體系統(tǒng)中，用來(lái)控制流體的方向、壓力、流量的裝置。 閥門(mén)是使配管和設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)（液體、氣體、粉末）流動(dòng)或停止、并能控制其流量的裝置。,5,資料借鑒,1.2截止閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn),一般來(lái)說(shuō)，截止閥由閥體、閥瓣、閥蓋、閥桿等組成。如下圖，閥體、閥蓋為承壓件，閥瓣、閥桿為內(nèi)件。典型的螺栓連接閥蓋截止閥結(jié)構(gòu)如下圖。,6,資料借鑒,截止閥典型結(jié)構(gòu)圖,圖1 J41H150Lb-3” 法蘭連接手動(dòng)截止閥,7,資料借鑒,1

3、.3截止閥類(lèi)型,1.3.1按流道形狀分：直通型、直流型和角式流道,圖2直通式截止閥 J41H16C-150,圖3 直流式截止閥（Y型截止閥） J65Y160P-100,8,資料借鑒,圖4 角式截止閥 J44H25-80,9,資料借鑒,1.3.2 其它分類(lèi)方式：雙閥瓣截止閥、Z型截止閥、針形截止閥、三通截止閥等,圖5 雙閥瓣截止閥 J41H25-200,圖6 Z型截止閥 J62YP54100V-50,10,資料借鑒,圖7 針型閥,圖8 三通閥,11,資料借鑒,1.4截止閥用途,廣泛適用于石油化工、天然氣、電廠的水、蒸汽、油品等管路上作為接通或截?cái)嘟橘|(zhì)的啟閉裝置。 如某工廠制造各種閥門(mén)比例： 閘閥

4、39%，蝶閥24%，截止閥16%、調(diào)節(jié)閥8%、止回閥7%、球閥3%、其它閥門(mén)3%。,12,資料借鑒,2. 截止閥設(shè)計(jì)計(jì)算 下面以150Lb-3”截止閥為例進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,2.1零件設(shè)計(jì) 2.1.1閥座設(shè)計(jì) 按閥座類(lèi)型有：本體堆焊閥座、焊接閥座、螺紋閥座。形狀如下圖,圖9 本體堆焊閥座,圖10 焊接閥座,13,資料借鑒,圖11 螺紋閥座,14,資料借鑒,圖12 焊接閥座零件圖例,15,資料借鑒,美標(biāo)閥門(mén)一般采用螺紋閥閥座或焊接閥座，國(guó)標(biāo)閥門(mén)大多采用本體堆焊密封面。 閥座的受力分析。,16,資料借鑒,閥座圈厚度計(jì)算,dO=d*SQRT(Pmax/(100s)+1)+5 S=0.03NPS+6.3*l

5、og(CLASS/100) 式中， dO閥座圈外徑mm d通道內(nèi)徑徑mm Pmax常溫最大工作壓力, kgf/cm2。 s許用應(yīng)力,MPa 。 NPS英制閥門(mén)規(guī)格。 CLASS壓力等級(jí)數(shù)值。 對(duì)于3”150Lb閥門(mén) d=76mm Pmax=20 kgf/cm2 。 NPS=3 則， S=1.994 kgf/cm2 dO =88mm,17,資料借鑒,閥座圈高度計(jì)算：,H=int（a*dO）+ 式中， H閥座圈高度，mm a系數(shù) 150300Lb，a= 0.105 600900Lb，a=0.13 1500Lb，a=0.18 20002500Lb，a=0.2 3500Lb，a=0.25 常數(shù)，mm。

6、值根據(jù)a值反向選取，即a越大值越小 =08mm,上例中， a= 0.105 dO =88mm 取，=8 則， H=18mm,18,資料借鑒,int整數(shù)函數(shù) M=int(M)取整數(shù) M=int(M+0.51)四舍五入取整數(shù) M=int(M+0.91)向上圓整取整數(shù) M=2int(M/2)取偶數(shù)整數(shù) M=2int(M/2+0.51)四舍五入取偶數(shù)整數(shù) M=2int(M/2+0.91)向上圓整取偶數(shù)整數(shù) M=5int(M/5)取末尾數(shù)為5的整倍數(shù) M=10int(M/10)取末尾數(shù)為0的整數(shù),19,資料借鑒,閥座樣圖尺寸確定,20,資料借鑒,2.1.2閥瓣設(shè)計(jì),圖13 閥瓣零件圖例,21,資料借鑒,

7、閥瓣設(shè)計(jì)原則,閥瓣密封面角度一般比閥座小015。常見(jiàn)錐角組合如下表：角度越小越容易密封，但是，越容易楔死。反之亦然。 原則上閥瓣密封面中徑等于閥座的密封面中徑，并保持足夠?qū)挾?，使得閥瓣密封面完全覆蓋閥座密封面。,22,資料借鑒,閥瓣尺寸確定,23,資料借鑒,閥瓣尺寸,24,資料借鑒,閥瓣壓蓋尺寸確定,25,資料借鑒,2.1.3 閥桿設(shè)計(jì),26,資料借鑒,27,資料借鑒,28,資料借鑒,2.1.3閥體設(shè)計(jì),圖14 閥體設(shè)計(jì)圖例,29,資料借鑒,設(shè)計(jì)要點(diǎn)：,閥體中腔內(nèi)徑確定 結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度 最小壁厚 閥座組裝尺寸 中法蘭 閥體中心高,30,資料借鑒,中腔內(nèi)徑確定,閥瓣最大外徑+（815）mm,31,資料

8、借鑒,閥體尺寸確定,32,資料借鑒,33,資料借鑒,34,資料借鑒,閥體尺寸,35,資料借鑒,36,資料借鑒,37,資料借鑒,38,資料借鑒,結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度（見(jiàn) ASME B16.10-2009 表1）,39,資料借鑒,閥體通道直徑、最小壁厚及閥桿直徑（見(jiàn)BS1873 附錄A 表3）,40,資料借鑒,2.1.4閥蓋設(shè)計(jì),圖15 閥蓋設(shè)計(jì)圖例,41,資料借鑒,閥蓋設(shè)計(jì)要點(diǎn),閥蓋壁厚等于閥體壁厚 上密封設(shè)計(jì)：本體堆焊，適用于通用閥門(mén)；上密封座設(shè)計(jì)，適用于石化閥門(mén)、電站閥門(mén)及其他重要閥門(mén)。 上密封的作用。不得借助上密封帶壓更換填料。,42,資料借鑒,閥蓋尺寸,43,資料借鑒,44,資料借鑒,45,資料借鑒

9、,上密封座,圖16 上密封座,46,資料借鑒,填料壓套尺寸,圖17填料壓套,47,資料借鑒,填料壓板尺寸,圖18 填料壓板,48,資料借鑒,活接螺栓尺寸,圖19 活結(jié)螺栓,49,資料借鑒,50,資料借鑒,2.1.6裝配設(shè)計(jì),圖20 裝配順序圖例,51,資料借鑒,裝配尺寸鏈校核,圖21 裝配尺寸鏈校核,52,資料借鑒,2.2截止閥設(shè)計(jì)計(jì)算：,2.2.1閥瓣強(qiáng)度計(jì)算 =1+2 ，合格 1=6*PF*a2/h2， 2=0.75*Pa2/h2 PF=F/( b2) 式中， 閥瓣應(yīng)力，MPa 1閥桿作用力在墊塊產(chǎn)生的應(yīng)力，MPa 2介質(zhì)壓力在閥瓣上產(chǎn)生的應(yīng)力，MPa 6系數(shù) PF 閥桿作用力在墊塊是上的

10、壓力， MPa P閥門(mén)工作壓力， MPa F閥桿總作用力，N。（見(jiàn)閥桿操作力計(jì)算） a閥座支撐面半徑，mm b墊塊半徑，mm 材料許用應(yīng)力， MPa,53,資料借鑒,上例中， 6=0.36， P=2.0MPa F=16049.6N a=38 mm b=10 mm =104MPa 計(jì)算結(jié)果，1=34.76MPa, 2=4.475MPa =39.24MPa OK,54,資料借鑒,閥瓣受力分析,55,資料借鑒,2.2.2閥體壁厚計(jì)算,t=1.5*d*0.9/(-1.2P) 式中, t閥體計(jì)算壁厚, mm d閥體計(jì)算內(nèi)徑，mm 材料許用應(yīng)力，MPa P閥門(mén)工作壓力，MPa T= t+Ma+CF+SR

11、式中, Ma鑄造偏差，mm CF腐蝕余量，mm SR特殊要求增加壁厚，mm,56,資料借鑒,上例中， d=130 mm =98MPa P=2.0MPa Ma=2.5mm CF=3 mm SR=0 則，T=7.3 mm。圖紙取10.5mm，OK。,57,資料借鑒,2.2.3閥座密封比壓計(jì)算,設(shè)計(jì)原則： 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閥座密封面總作用力，N Qmf閥座密封

12、必須作用力，N Qmj閥座密封面介質(zhì)靜作用力，N q 閥座計(jì)算比壓，MPa qmf密封必須比壓，MPa（見(jiàn)閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè)P427） a閥瓣半錐角。 dm閥座密封面內(nèi)徑，mm bm閥座密封面有效寬度，mm p工作壓力，MPa,58,資料借鑒,上例中， dm=76 bm=3 a =30 P=2.0 MPa 則， q=19.93 MPa qmf=10.04 MPa q=45 MPa（見(jiàn)閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè)P428，焊馬氏體不銹鋼，HRc3540） qmfqq，合格,59,資料借鑒,許用比壓（見(jiàn)閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè)P426427）,60,資料借鑒,密封面許用比壓（見(jiàn)閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè)P428）,61,資料借鑒,2.2.4閥桿

13、操作力計(jì)算及強(qiáng)度校核,閥桿操作力 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閥前壓力產(chǎn)生的作用力,N Fc密封面所需必須密封力，N Fs2 閥后壓力產(chǎn)生的作用力，N ds閥桿直徑，mm d-閥座密封面內(nèi)徑，mm dO閥座密封面外徑，mm h填料函深度，mm K 面壓系數(shù) pu閥桿單位面積壓力與填料摩擦系數(shù)的積，MPa P1閥前壓力，MPa P2閥后壓力，MPa,62,資料借鑒,63,資料借鑒,在上例中， ds=26mm h=45mm d=76

14、mm dO=79mm K=1.5 pu=1.6MPa P1=20MPa P2=0,64,資料借鑒,則， F=16050N Fg=5881N Fs1=9073N Fc=1096N Fs2=0,65,資料借鑒,閥桿強(qiáng)度校核,y=F/A A =Dt2/4 式中， y關(guān)閉時(shí)閥桿應(yīng)力，MPa F 閥桿最大操作力，N A 閥桿有效斷面積, mm2 Dt 梯形螺紋小徑，mm 上例中， Dt=20.5 y=48.6MPa y=360 MPa y y , OK,66,資料借鑒,閥桿操作扭矩,閥桿操作扭矩 T=F*/1000 式中， T閥桿操作扭矩，N-m 閥桿梯形螺紋系數(shù)，mm（見(jiàn)閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè)P556) 上例中， =3.3 T=53Nm 操作手輪需要的力： Fs=T/Ds Ds手輪直徑，m. 上例中，Ds=0.28m 則， Fs=53/0.28=189.3N=19kgf,67,資料借鑒,閥桿受力分析,68,資料借鑒,2.2.6 活接螺栓及填料壓板強(qiáng)制計(jì)算,69,資料借鑒,70,資料借鑒,練習(xí)題,一、參照設(shè)計(jì)