压井节流管汇设计计算书

1、jg65/70节 流 管 汇yg65/70压 井 管 汇设 计 计 算 书编制： 审核： 批准： 日期： 设计文件名称设计计算书jlk65/70产品型号、名称jg65/70、yg65/70 节流、压井管汇共27 页第1页主要技术规范1、 额定工作压力：70mpa（10000psi）2、 公 称 通 径：主通径 65.1mm（2 9/16） 旁通径 65.1mm（2 9/16）3、 额 定 温 度：-29121（pu）4、 适 用 介 质：含h2s钻井液5、 执 行 标 准：sy/t5127-2002 nace mr0175本设备主要由：节流管汇和压井管汇组成节流管汇是由：手动平板阀、可调节流阀

2、、固定节流阀、等径三通、变径五通、法兰、连接短节、底座等组成。压井管汇是由：手动平板阀、单流阀、法兰、变径五通及底座等组成。本计算书主要对可调节流阀、手动平板阀、连接短节、单流阀及连接螺栓承载能力进行计算，其它零件如等径三通、变径五通、连接法兰、盲板法兰、垫环等均严格按照sy/t51272002 nace mro 175规范进行设计，故不再另行计算。一、可调节流阀技术参数型 号：jlky65/70额定工作压力：69mpa（10000psi）工称通径：65.1（29、16）节流孔径：30规范级别：psl3性能级别：pri温度级别：pu材料级别：ee出口连接：sy/t5127-2002栽丝法兰b1

3、53（一）、阀体强度校核：阀体由中腔和进出口段三部分组成。对该部分进行比较分析： 进口段内外径之比：120：76=1.58；出口段内外径之比：120：65=1.85 中腔内外径之比：158：95=1.66，所以进口段为危险截面，故只需对该处进行强度校核即可。阀体材料：35crmo锻件； 热处理类型：调质处理197-235hb；机械性能：抗拉强度b586mpa,屈服强度0.2414mpa(api60k)a、 按美国国家标准，ansib16.34附录g中关于壁厚的计算公式设计文件名称设计计算书jlk65/70产品型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第2页s=1.5+c （1

4、）式中：s计算壁厚（mm） dn内径，dn=76mm pn-额定工作压力。p=69mpa k1壁厚系数，pn5.0mpa,k1=1.0根据apispec16c3.1.1的规定材料许用应力（mpa）=2/30.2 =2/3414=276(mpa)c-附加裕量c=2.5mm代入公式（1）得：sj=1.5+2.5 =13.7mmsmin= =22mmsmins实际壁厚大于计算壁厚，故本体最小壁厚强度足够。b.按阀门设计手册进行最小壁厚计算 容器类型确定 dw:dn=120: 76=1.581.2 故本体属于塑性材料，壁厚容器，应按第四强度理论公式计算： sb= （2） 式中sb计算壁厚（mm） c-

5、附加裕量，见表1 表1sb-ccsb-cc5521-3026-10430111-203设计文件名称设计计算书jlk65/70产品型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第3页材料许用应力=0.2/n n安全系数取2则=414/2=207（mpa）代入公式（2）得：sb=20.45+1c取1sb=20.45+1=21.45(mm)ssb实际壁厚大于计算壁厚，故强度足够。（二）、阀杆强度校核 材料：2cr13； 热处理：调质处理1822hrc 机械性能：b655（mpa）,0.2517(mpa) （api 75k） 许用应力：=2/30.2=2/3517=344.7(mpa)1

6、.阀杆所受力分析：阀杆作旋转升降运动，阀杆最大轴向力在关闭时产生qfz=qmf+qmj+qtsinl=21247.4+53772.5+15173.9xsin1.79=75494（n）qfz 关闭最终时的阀杆总轴向力（n）；qmf密封力，即在密封面上形成密封比压所需的轴向力（n）；qmf=dmpbmsin（1+fm/tg）qmf=21247.4n dmp=31.5mm （阀座密封面平均直径） bm=8.5mm （阀座密封面宽度） =10 （半锥角） qmf=（3.5+pn）/（bm/10）1/2=（3.5+69）/（8.5/10）1/2=78.6mpa fm=0.15 （锥形密封面摩擦系数）qm

7、j关闭时作用在阀瓣上的介质作用力（n）； qmj=d2mppn/4=x31.52x69/4=53772.5nqt阀杆与填料间的摩擦力（n）； qt=dfhttpn=x35x20x0.1x69=15173.9(n) df=35mm （阀杆直径） ht=20mm （填料高度） t=0.1 （填料与阀杆的摩擦系数）l阀杆螺母的升角 tgl =3/30.5 l =1.792.阀杆力矩阀杆的力矩按下式计算：mf=mfl+mft=650433nmm设计文件名称设计计算书jlk65/70产品型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第4页mf关闭时阀杆力矩（nmm）mfl关闭时阀杆螺纹摩擦

8、力矩（nmm） mfl=qfzrfm=75494x5.1=385019.4nmm rfm=dfptg（l+l）/2=30.5xtg（1.79+16.7）/2=5.1mft阀杆与填料间的摩擦力矩（nmm） mft=qtdfcosl/2=15173.9x35xcos1.79/2=265413.7nmm3.阀杆强度校核（1）拉压应力校核拉压应力按下式校核：=qfz/a阀杆所受的拉压应力a阀杆的最小截面积a=d2/4=28.52/4=638mm2 =qfz/a=75494/638=118.3mpa固阀杆抗拉压强度足够。（2）扭转剪切应力校核扭转剪切应力按下式校核：n=m/wnn阀杆所受的扭转剪切应力（

9、mpa）m计算截面处的力矩，等于mfw计算截面的抗扭断面系数（mm3）、对圆形截面：w=0.2d3=4630mm3n材料的许用扭转剪切应力,查阀门设计手册（陆培文）n=145mpan=m/w=650433/4630.4=140.4mpan （3）阀杆稳定性计算 阀杆细长比计算 =lf/i 阀杆的柔度 lf阀杆两支承点间的长度，lf=354(mm)i阀杆的惯性半径（mm）， i=df/4=35/4=8.75 阀杆长度系数 查表得=0.7 =0.7354/8.75 =28.3由表可查得:2cr13类材料的细长比（柔度）的下限1=40，上限=781阀杆稳定，故不必进行稳定校核。（三）、三爪螺母强度校

10、核材料：35crmo锻件； 热处理类型：调质处理197-235hb；设计文件名称设计计算书jlk65/70产品型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第5页机械性能：抗拉强度b586mpa,屈服强度0.2414mpa(api60k)许用应力：=2/30.2=2/3414=276(mpa)1. 三爪螺母的厚度按平顶阀盖厚度计算公式：sp=sp-阀盖计算厚度（mm）d阀盖计算直径 d=95（mm）pn设计压力 pn=69(mpa)许用应力 =2/3414=276(mpa)c附加裕量 c=2mmsp=95 =25.75mm三爪螺母的实际厚度为32mm，大于25.75mm，固强度足

11、够。2. 螺纹强度校核材料许用剪切应力：=0.6=0.6276=165.6mpa材料许用抗弯应力：w= = 276 mpa（1） 梯形螺纹剪切应力校核=fz/kzdbznfz关闭阀门时三爪螺母所受的总轴向力(n)fz=d2pn/4=95269/4=489087（n）n为有效牙数 n=58/62=7.7(牙) 取n=7rz载荷系数 d/p=165/6=27.59 rz=0.56d内螺纹大径（tr1656）、dz=165(mm)bz中径牙宽、bz=0.65p=0.656=3.9(mm)=fz/kzdzbzn=489087/0.561653.97=62（mpa）（2）.梯形螺纹抗弯强度校核w=3fz

12、.h1/rzdbz2nw螺纹承受的弯曲应力（mpa）h1 螺纹工作高度 h1=0.5p=0.56=3（ mm） w=34890873/(0.561653.927) =142.4（mpa）w综合（1）、（2）可知，三爪螺母螺纹螺纹强度足够。设计文件名称设计计算书pff65/70产品型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第6页二、pff65/70手动平板阀强度校核主要技术参数：额定工作压力：69mpa 公称直径：65.1mm 材料级别：ee 规范级别：psl3 性能级别：pr1 温度级别：pu执行标准：sy/t5127-2002 apispec6a 第17版出口链接：2 9/

13、1610000psi bx153（一）阀体强度校核：阀体由中腔和进出口段三部分组成。对该部分进行比较分析： 进出口段内外径之比：120.7：65=1.86 中腔内外径之比：229：128=1.79 1.79sb实际壁厚大于计算壁厚，故本体最小壁厚强度足够。设计文件名称设计计算书pff65/70产品型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第7页2、按阀门设计手册进行最小壁厚计算 容器类型确定 dw:dn=229:128=1.791.2 故本体属于塑性材料，壁厚容器，应按第四强度理论公式计算： sb= 式中sb计算壁厚（mm） c-附加裕量，见表1材料许用应力=0.2/n n安

14、全系数取2则=414/2=207（mpa） sb=sb=34.4+1 c取1 sb=34.4+1=35.4实际厚度：s=（229-128）/2=50.5sb实际壁厚大于计算壁厚，故强度足够。（二）、阀杆强度校核 材料：2cr13； 热处理：调质处理1822hrc 机械性能：b655（mpa）,0.2517(mpa) （api 75k） 许用应力：=2/30.2=2/3517=344.7(mpa)1. 阀杆所受力分析：阀杆作升降运动，阀杆最大轴向力在关闭时产生qfz=qqpqt qfz 关闭最终时的阀杆总轴向力（n）； q关闭时阀杆密封力（n）； qp介质作用在阀杆上的轴向力（n）； qt阀杆与

15、填料间的摩擦力（n）； q=qmjfmqg=3109600.155.6=31040.4（n） qmj关闭时介质的用作力（n）qmj =（dmn+bm）2pn/4=（65.510.25）269/4=310960（n） dmn=65.5mm（密封面内径） bm=10.25mm(密封面宽度) fm=0.1（关闭时密封面间的摩擦系数） qg闸板组件的重量（n）；55.6n设计文件名称设计计算书pff65/70产品型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第8页 qp=df2 pn/4=35269/4=66386（n） qt=dfhttpn=x35x20x0.1x69=15174(n)

16、ht=20mm （填料高度） t=0.1 （填料与阀杆的摩擦系数） df=35mm （阀杆直径）qfz=qqpqt=62136.4+66386+15174=112600.4（n）2.阀杆力矩阀杆关闭时的力矩按下式计算mfz=mfl+mg=45408152090=396635nmm mfz关闭时阀杆力矩（nmm）mfl关闭时阀杆螺纹的摩擦摩擦力矩（nmm） mfl=qfzrfm=112600.4x3.16=355817nmmmg关闭时推力轴承的摩擦力矩（nmm） mg=qfzfgdgp/2=112600.4x0.01x72.5/2=40818nmm fg推力轴承的摩擦系数，fg=0.0050.0

17、1 dgp推力轴承的平均直径，dgp=（8560）/2=72.5mm3.阀杆强度校核（1）拉压应力校核拉压应力按下式校核：=qfz/a阀杆所受的拉压应力a阀杆的最小截面积a=d2/4=252/4=491mm2 =qfz/a=112600.4/491=229.3mpa 固阀杆抗拉压强度足够。（2）扭转剪切应力校核扭转剪切应力按下式校核：n=m/wnn阀杆所受的扭转剪切应力（mpa）m计算截面处的力矩，等于mfw计算截面的抗扭断面系数（mm3）、对圆形截面：w=0.2d3=3125mm3n材料的许用扭转剪切应力,查阀门设计手册（陆培文）n=145mpan=m/w=112600.4/3125=127

18、mpan 所以阀杆抗扭转剪切应力足够。 （3）阀杆稳定性计算 阀杆细长比计算设计文件名称设计计算书pff65/70产品型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第9页=lf/i 阀杆的柔度 lf阀杆两支承点间的长度，lf=240(mm)i阀杆的惯性半径（mm）， i=df/4=25/4=6.25 阀杆长度系数 查表得=0.7 =0.7240/6.25 =26.88由表可查得:2cr13类材料的细长比（柔度）的下限1=40，上限=781阀杆稳定，故不必进行稳定校核。由（1）、（2）、（3）得阀杆强度足够，满足使用要求。（三）阀座密封比压校验材料：钴铬钨合金，硬度：4450hrc

19、，许用比压q=250 mpa，密封类型：平行闸板自密封为保证密封面密封，又要保证材料不被挤坏，必须满足下列式：qmfqq qmf保证密封所需的比压qmf=（3.5+pn）/（bm/10）1/2=（3.5+69）/（10.25/10）1/2=71.6mpaq实际比压q= = = =127.5 mpa满足式：qmfqsb故闸板抗弯强度足够。（五）阀杆螺母强度校核材料：zcual10fe3，机械性能 ：抗拉强度0.2200mpa许用弯曲应力：w= 0.2/n n取2，w=200/2=100 mpa材料许用剪切应力：=0.6=0.6100=60 mpa材料许用抗弯应力：w= = 100 mpa1、 梯

20、形螺纹剪切应力校核=fz/kzdbznfz关闭阀门时阀杆螺母所受的总轴向力(n) ，fz=qfz=112600.4（n）n为有效牙数 n=68/62=9.3(牙) 取n=9 d螺纹大径（tr326）、d=32(mm)bz中径牙宽、bz=0.65p=0.656=3.9(mm)rz载荷系数 d/p=32/6=5.38 rz=6p/d=66/32=1.125= fz/kzdbzn=112600.4/1.125323.99=28.4（mpa）故阀杆螺母螺纹剪切强度足够。2、 梯形螺纹抗弯强度校核w=3fz.h1/rzdbz2nw螺纹承受的弯曲应力（mpa）h1 螺纹工作高度 h1=0.5p=0.56=

21、3（ mm） w=3112600.43/(1.125323.929) =65.4（mpa） sp阀盖实际壁厚大于计算壁厚，故阀盖壁厚强度足够。（七）、阀盖螺栓的强度校核 材料：35crmo 热处理状态：调质处理235269hb 机械性能 ：0.2725mpa根据api spec 6a4.3.4的规定许用应力：=0.830.2 =0.83725=601.8 (mpa)螺栓承受的总拉力计算 f=pna0 fz总拉力(mpa) a0承压面积（ mm2） a0=d2m/4=1282/4=12868（mm2） dm承压面直径（ mm），dm=128（mm） fz=6912868=887892(n) 螺栓

22、规格为m273，计算直径为23.7 mm，螺栓数量8根，设计文件名称设计计算书pff65/70产品型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第12页每根螺栓所受的拉力为： fz=1.3fz/8=144282.5（n）每根螺栓所受的拉应力为：= fz/s（mpa）单个螺栓的拉应力(mpa)s单个螺栓计算面积（ mm2）,s=23.72/4=441（mm2）= fz/s=144282.5/441=327.2（mpa） 实际应力小于许用应力。故阀盖螺栓的强度足够。设计文件名称设计计算书pff52/70产品型号、名称jg65/70 yg/70节流压井管汇共27页第13页三、pff52

23、/70手动平板阀强度校核主要技术参数：额定工作压力：69mpa 公称直径：52.4mm 材料级别：ee 规范级别：psl3 性能级别：pr1 温度级别：pu执行标准：sy/t5127-2002 apispec6a 第17版出口链接：2 1/1610000psi bx152（一）阀体强度校核：阀体由中腔和进出口段三部分组成。对该部分进行比较分析： 进出口段内外径之比：100：52.4=1.91 中腔内外径之比：195：107=1.82 1.82sb实际壁厚大于计算壁厚，故本体最小壁厚强度足够。设计文件名称设计计算书pff52/70产品型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第

24、14页2、按阀门设计手册进行最小壁厚计算 容器类型确定 dw:dn=195:107=1.821.2 故本体属于塑性材料，壁厚容器，应按第四强度理论公式计算： sb= （1） 式中sb计算壁厚（mm） c-附加裕量，见表1材料许用应力=0.2/n n安全系数取2则=414/2=207（mpa）代入公式（1）得：sb=29+2c取2sb=29+2=31(mm)ssb实际壁厚大于计算壁厚，故强度足够。（二）、阀杆强度校核 材料：2cr13； 热处理：调质处理1822hrc 机械性能：b655（mpa）,0.2517(mpa) （api 75k） 许用应力：=2/30.2=2/3517=344.7(m

25、pa)2. 阀杆所受力分析：阀杆作升降运动，阀杆最大轴向力在关闭时产生qfz=qqpqt qfz 关闭最终时的阀杆总轴向力（n）； q关闭时阀杆密封力（n）； qp介质作用在阀杆上的轴向力（n）； qt阀杆与填料间的摩擦力（n）； q=qmjfmqg=1963960.134=19606（n） qmj关闭时介质的用作力（n）qmj =（dmn+bm）2pn/4=（52.47.8）269/4=196396（n） dmn=52.4mm（密封面内径） bm=7.8mm(密封面宽度) fm=0.1（关闭时密封面间的摩擦系数） qg闸板组件的重量（n）；34(n)设计文件名称设计计算书pff52/70产品

26、型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第15页qp=df2 pn/4=28269/4=42487（n） qt=dfhttpn=x28x20x0.1x69=12139(n)ht=20mm （填料高度） t=0.1 （填料与阀杆的摩擦系数） df=28mm （阀杆直径）qfz=qqpqt=19606+42487+12139=74232（n）2.阀杆力矩阀杆关闭时的力矩按下式计算mfz=mfl+mg=19226122270=214531nmm mfz关闭时阀杆力矩（nmm）mfl关闭时阀杆螺纹的摩擦摩擦力矩（nmm） mfl=qfzrfm=74232x2.59=192261(n

27、mm)mg关闭时推力轴承的摩擦力矩（nmm） mg=qfzfgdgp/2=74232x0.01x60/2=22270(nmm) fg推力轴承的摩擦系数，fg=0.0050.01 dgp推力轴承的平均直径，dgp=（7050）/2=60mm3.阀杆强度校核（1）拉压应力校核拉压应力按下式校核：=qfz/a阀杆所受的拉压应力a阀杆的最小截面积a=d2/4=20.52/4=330mm2 =qfz/a=74232/330=225mpa 固阀杆抗拉压强度足够。（2）扭转剪切应力校核扭转剪切应力按下式校核：n=m/wnn阀杆所受的扭转剪切应力（mpa）m计算截面处的力矩，等于mfw计算截面的抗扭断面系数（

28、mm3）、对圆形截面：w=0.2d3=1723mm3n材料的许用扭转剪切应力,查阀门设计手册（陆培文）n=145mpan=m/w=214531/1723=124.5mpan 所以阀杆抗扭转剪切应力足够。 （3）阀杆稳定性计算 阀杆细长比计算设计文件名称设计计算书pff52/70产品型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第16页=lf/i 阀杆的柔度 lf阀杆两支承点间的长度，lf=213(mm)i阀杆的惯性半径（mm）， i=df/4=20.5/4=5.125 阀杆长度系数 查表得=0.7 =0.7213/5.125 =29.1由表可查得:2cr13类材料的细长比（柔度）

29、的下限1=40，上限=781阀杆稳定，故不必进行稳定校核。由（1）、（2）、（3）得阀杆强度足够，满足使用要求。（三）阀座密封比压校验材料：钴铬钨合金，硬度：4450hrc，许用比压q=250 mpa，密封类型：平行闸板自密封为保证密封面密封，又要保证材料不被挤坏，必须满足下列式：qmfqq qmf保证密封所需的比压qmf=（3.5+pn）/（bm/10）1/2=（3.5+69）/（7.8/10）1/2=93（mpa）q实际比压q= = = =133 mpa满足式：qmfqsb故闸板抗弯强度足够。（五）阀杆螺母强度校核材料：zcual10fe3，机械性能 ：抗拉强度0.2200mpa许用弯曲应

30、力：w= 0.2/n n取2，w=200/2=100 mpa材料许用剪切应力：=0.6=0.6100=60 mpa材料许用抗弯应力：w= = 100 mpa1、 梯形螺纹剪切应力校核=fz/kznajfz关闭阀门时阀杆螺母所受的总轴向力(n) ，fz=qfz=74232n为有效牙数 n=51/52=8.2(牙) 取n=8aj单牙螺纹受剪切面积（mm）2aj=d.bz=263.25=265.5( mm2) d螺纹大径（tr265）、d=26(mm)bz中径牙宽、bz=0.65p=0.655=3.25(mm)rz载荷系数 d/p=26/5=5.28 rz=6p/d=65/26=1.15=fz/kz

31、naj=74232/1.158240=38.7（mpa）故阀杆螺母螺纹剪切强度足够。2、 梯形螺纹抗弯强度校核w=3fz.h1/rzdbz2nw螺纹承受的弯曲应力（mpa）h1 螺纹工作高度 h1=0.5p=0.55=2.5（ mm） w=3742322.5/(1.15263.2528) =70.1（mpa） sp阀盖实际壁厚大于计算壁厚，故阀盖壁厚强度足够。（七）、阀盖螺栓的强度校核 材料：35crmo 热处理状态：调质处理235269hb 机械性能 ：0.2725mpa根据api spec 6a4.3.4的规定许用应力：=0.830.2 =0.83725=601.8 (mpa)螺栓承受的总

32、拉力计算 f=pna0 fz总拉力(mpa) a0承压面积（ mm2） a0=d2m/4=1072/4=8992（mm2） dm承压面直径（ mm），dm=107（mm） fz=698992=620448(n) 螺栓规格为m22，计算直径为19.3 mm，螺栓数量8根，设计文件名称设计计算书pff52/70产品型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第19页每根螺栓所受的拉力为： fz=1.3fz/8=100823（n）每根螺栓所受的拉应力为：= fz/s（mpa）单个螺栓的拉应力(mpa)s单个螺栓计算面积（ mm2）,s=19.32/4=292.6（mm2）= fz/s

33、=100823/292.6=344.6（mpa）sb实际壁厚大于计算壁厚，故本体最小壁厚强度足够。2、按阀门设计手册进行最小壁厚计算 容器类型确定 dw:dn=195:107=1.821.2 故本体属于塑性材料，壁厚容器，应按第四强度理论公式计算：设计文件名称设计计算书df65/70产品型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第21页 sb= （1）式中sb计算壁厚（mm） c附加裕量，见表1材料许用应力=0.2/n n安全系数取2则=414/2=207（mpa）代入公式（1）得：sb=12.1+3c取3sb=12.1+3=15.1(mm)s=25.5sb实际壁厚大于计算壁

34、厚，故强度足够。（二）、阀盖强度校核材料：35crmo，热处理状态：调质处理197235hb机械性能 ：b586mpa,0.2414mpa (api60k)1. 阀盖的厚度按平顶阀盖厚度计算公式：sp=sp-阀盖计算厚度（mm）d阀盖计算直径 d=80（mm）pn设计压力 pn=69(mpa)许用应力 =2/3414=276(mpa)c附加裕量 c=2mmsp=80 =22mm阀盖的实际厚度为36mm，大于22mm，固强度足够。2. 阀盖梯形螺纹的强度校核：材料许用剪切应力：=0.6=0.6276=165.6mpa材料许用抗弯应力：w= = 276 mpa（1） 梯形螺纹剪切应力校核=fz/k

35、znajfz阀盖梯形螺纹所受的轴向力(n)fz=d2pn/4=80269/4=346832（n）设计文件名称设计计算书df65/70产品型号、名称jg65/70 yg65/70节流压井管汇共27页第22页n为有效牙数 n=36/61=5(牙) 取n=5aj单牙螺纹受剪切面积（mm）2aj=d.bz=943.9=1152( mm2) d外螺纹小径（tr1006）、dz=94(mm)bz中径牙宽、 bz=0.65p=0.656=3.9(mm)kz载荷系数、d/p=100/6=16.79 rz=0.56=fz/kznaj=346832/0.5651152=107.5（mpa）（2）.梯形螺纹抗弯强度校核w=3fz.h1/rzdb2nw螺纹承受的弯曲应力（mpa）h1 螺纹工作高度 h1=0.5p=0.56=3（ mm）b牙根宽度 b=0.65p=0.656=3.9（ mm） w=33468323/(0.56943.9