旋塞阀计算说明书

1、压力平衡式油封旋塞阀设计计算说明书一、设计参数及条件1 ）采用倒装式旋塞压力平衡式油密封结构、金属密封面、双向零泄漏、防火和防静电2 ） 口径DN300压力等级1500LR3 ）工作温度:-29-180 C4 ）工作介质：水、蒸汽、天然气、煤气、油品等5 ）连接型式及驱动方式：法兰、涡轮蜗杆装置6 ）材质：阀体： WC嗡件），A216 WCBGB12229旋塞：A217 CA15+氮化（ZG1Cr13 GB2100）7 ）阀体外设有双密封脂注入装置8 ）设计使用寿命：30年以上二、设计依据及参考资料 设计制造标准：API599、API6D结构长度标准：ASME B16.10连接法兰标准：ASM

2、E B16.5压力温度等级：ASME B16.34试验检验标准：API 598耐火设计执行API Spec 6FA阀门设计手册三、设计计算说明（一）旋塞：1、结构设计。（流通面积计算、平衡孔、非对称油梢、 止回阀）2、强度校核。3.上下端压力平衡计算。4.密封面宽度。阀体：1、结构设计2、壁厚。3、强度校核（三）阀杆：1、结构设计。2、强度校核。（四）填料及填料压板：1、结构设计。2、强度校核。（五）下端盖：1、结构设计。2、强度校核。（六）装置选配（七）注脂润滑结构：1、结构设计。2、油膜的建立和保持（油膜强 度、最小有膜厚度）。3、密封脂选择。4.注脂枪选择。（八）防火和防静电设计。工具书

3、：1.阀门设计手册红皮-简称（1手册）2.阀门设计手册2007版蓝皮-简称（2手册）一 旋塞计算（参见P433-434 （1手册）（1）旋塞的设计1 .旋塞锥度的确定：测量3.5 02 .旋塞通道的设计：1） Am：阀体通道孔最小面积（52888.909）A:设计的最小面积：（24734）缩颈比例：A/Am=52888.909/24734=0.4673 .塞体及密封面设计：除开口面积外其余均为密封面4 .大端平衡孔：设2个压力平衡孔兼工艺孔（配研用）M205 .非对称油槽位置：按图6 .材料：A217 CA15+氮化（ZG1Cr13 GB2100）（2）旋塞受力分析及计算1 .求旋塞预紧力。阀

4、门不承压时，仅受调节杆的预紧力时受力如下图2 .相关参数：F0:油脂平衡压力；F:旋塞预紧力；F1;旋塞重力（116Kg）;小：半锥角3.5度;qMF :旋塞密封比压；S2：:旋塞侧面除窗口外面积；F2/F3：F的分力3 .相关计算公式：F2 （F F1）sinF 2 qMF S2qMFS2F1sin4 .需要计算：旋塞预紧力F;需要查，油膜的密封比压qMF ;5 .计算qMF :qMFc kp也/10（见P296阀门设计入门与精通 陆培文）各项系数取值：c钢和硬质合金 C=3.5; k钢和硬质合金 K=1 ; P介质 压力；bM密封面宽度.25MPa时密封比压：qMF6.52 (MPa)c

5、kp 3.5 25 bm/10 . 191/101.6MPa时密封比压：1.166 .计算预紧力；1）计算1.6MPa时旋塞阀需要的预紧力 25Mpa时旋塞阀需要的预紧力 判断油膜强度是否足够管线压力25MPa时，关位时受力分析简图F5F0F3VF2F2）参数：F0：轴向平衡力；F:旋塞预紧力；Fi;旋塞重力；F2： 1.6Mpa公称压力，作用在 窗口面积上产生的力；F3,F4为F2的分力；F5:旋塞上下面积差产生的轴向力；P4：在1.6MP a压力时，阀体反压S:窗口面积（24734）; S2 :旋塞侧面除窗口外面积（276597）; S：旋塞上下端受力面积 差；3）相关计算公式F3 2F2

6、 sinF4 F2 P4 s2F5S* P4）计算：预紧力计算1.6MPa时旋塞阀需要的预紧力F, F要满足，1.6MPa时最小密封比压 （1.16）的需要；F F5 F1 F3 *sinqMF * S2F qMF s2 F1 F3 F5 代值计算得 5320810.4Nsin计算25MPa时旋塞阀需要的预紧力 F, F要满足，25MPa时最小密封比压 （6.52）的需要；25MP a时 代值计算得28955284N （由该计算可判断，密封比压计算可能不适用于该种情况下）5）判断油膜强度25MPa时油膜反压P4是多少，是否超出油膜强度；需要知道油膜强度是多少 由上计算可知25MPa时密封比压为

7、6.52MPa.(3)按硬密封倒锥旋塞阀计算旋塞力矩(阀门设计手册P434页) 计算：关闭时锥面密封的力矩；(计算可确定转动塞芯所必须的总扭矩) 旋塞轴向力与注脂力平衡1 .密封面比压计算：25MPa时密封比压上面已经计算得 6.52MPa2 .旋塞的最大轴向力Q的计算Q=-Qmf(Di2 D2)(1 -fm)4tg代值计算得354650NQ一旋塞的最大轴向力(N)Di,D2一塞体的上端、下端直径(mm); (243.584; 292.213)fm :密封面的摩擦系数；(按边界润滑 金属一金属0.1 mm)一塞体的半锥角(3.5)PN:公称压力3.旋塞开口中腔抗压，抗弯校核；分析过程和结果见受

8、力分析二.阀体的设计和计算(1)阀体设计1 .阀体材料： WCB(铸件)，A216 WCB (GB12229)2 .阀体制造方法及结构形式：铸造3 .阀体结构长度和连接尺寸：.结构长度ASME B16.10为1130mm；.连接尺 寸按 ASME B16.54 .阀体的流动通道：直通式缩颈(2)计算：1 .阀座密封结构设计与计算：2 .阀体强度、刚度的结构设计：(见受力分析)3 .阀体壁厚的设计与计算：1):根据阀体中腔最大内径，查 ASME B16.34 P84表，壁厚67.1 mm2):参考API599厚壁旋塞阀P5表1B, 66.7mm (P5)3):对于钢制高压阀门的阀体壁厚，一般按厚

9、壁容器公式计算(见阀门设计 手册P359)相关参数：C取5; K。：阀体内径与外径之比；P:设计压力，取工程压力25 (M pa)日-材料的许用应力，取与（485/4.25=114.1,250/2.3=108.6 ）两者中的 nbns较小值；q和名为安全系数，取nb=4.25, ns =2.3.（司=108.6）计算:C代值计算得（47）CTK0 J IY" 73P（ko=i.28）4）:美国的计算方法（见阀门设计手册 P361）t:阀体计算壁厚；DN:工称通径或口径；PN:公称压力；k1:壁厚系数，PN>5.0MPa时，k1=1.0; S:材料的许用应力；,厂 K(DN)(P

10、N)1.5 2S 1.2Kl(PN)t=60.16mm5）综合判断壁厚取70足够（3）受力分析见阀体受力分析（三）阀杆强度校核1 .阀杆的最大力矩M的计算（有填料阀杆力矩计算）填料密封的旋塞阀，最大力矩按下式计算：（缺少0型圈摩擦力矩）M M f Mt M J+Md （代值计算得 37794285N.mm 37794.285N.m）Mf密封面间的摩擦力矩（N|mm）Mt一塞杆与填料间的摩擦力矩（N1mm）Mj一由于介质力的作用，在塞体与阀体密封面间形成的摩擦力矩（N1mm）Md一减磨垫与阀杆产生的力矩（N|mm）Dmp 一旋塞的平均直径（266.5mm）S:塞体盖住阀体通道的面积（mm）fm：

11、旋塞与阀体密封面问摩擦因数（边界润滑摩1«因子范围0.05-0.15见密封设计手册P31暂取0.1）:塞体的半锥角Mf = 一QfmDMP一 （代值计算得 29535695N.mm）2（1 -fm）sintgMj 1（PN）SfmDMP （8239514N.mm）M j :由于介质的作用，在塞体与阀体密封面间形成的摩擦力矩（ N.mm）MT 3.14dFhTuT1.2P/2（19076N.mm）MT:阀杆与填料间的摩擦力矩.dF:阀杆直径hT ：填料高度uT :填料与阀杆的摩擦系数Md PS* DG/235.95*0.785 1102 902 *0.1*105 /2 592635.7

12、5Dg:垫片压紧力作用中心圆直径（mm）:摩擦因子2 .阀杆端头扭转剪切应力校核（阀门设计手册P457页）1）阀杆材料：A182 F6a 1Cr133 ）阀杆头部力矩校核n岖 n （代值计算得349.77MPa） WsM F Mf Mj +Md （38367844N.mm）Mf :阀杆端头所受的扭转剪切应力3ws:抗扭断面系数（mm）,矩形断面ws 3 , 值取0.5查N值73.5 （阀门设计手册P248页）阀杆强度不足4 ）阀杆。型圈槽底力矩校核（四）填料压盖螺栓计算参照填料压板螺栓强度计算螺栓个数8- M14 ;螺纹小径为11.835;材料为A193-B7F 0.785*（ D12 D22

13、）*1.2* P （代值计算得 120693N）=F / （0.785 d12n）代值计算得 91.47F填料压紧力；Di：填料外径（115）; D2：填料内径（90）; P：公称压力 口螺栓的拉应力d1:螺栓小径n:螺栓个数b:螺栓许用应力（38 C （100° F）时螺栓许用应力137.93Mpa）螺栓强度够用（五）下端盖校核计算:（1）阀体与阀盖连接螺栓强度校核（见 GB/T12237-2007第7页）1.螺栓材料：A193 B7 螺母A194 2H数量规格：12-M52x3 螺栓小径48.75mm2.相关参数：（见阀门设计手册 P364页） b：常温状态下螺栓的许用应力；:设

14、计温度下螺栓材料的许用应力（Mpa）y:垫片比压（见阀门设计手册P366表4-17Ab:实际使用螺栓的总截面积Dg:垫片压紧力作用中心圆直径（mm）N:垫片接触宽度；b0:基本密封宽度；b:垫片的有效密封宽度；m:垫片系数由表4-17查得（3.0）查（阀门设计手册P256页）在-29-204°下Wa：预紧状态下最小螺栓载荷；Wp :操作状态下需要的最小螺栓载荷取69)：137.93MpaDgNmin3.缠绕垫宽度校核：（阀门设计手册P368页） <N6.28DGy_2_2 _2入 n*0.785 d 12*0.785*48.7522387.2mm垫片外径2b 垫片外径 2*2.

15、53 疯 351.720.26 N 22.65垫片宽度够5 .螺栓强度校核：（阀门设计手册P368页）1）预紧状态下需要的最小螺栓面积计算:州3.14DGbyAa 6651.5mm2 Wa917439.8N2）操作状态下需要的最小螺栓面积_ _2_ _ApWP0.785DgP 6.28DGbmPAp 32059.1 WP 4421906N需要螺栓面积Am取A和Ap之大值；实际螺栓面积 入应不小于需要螺栓面积；Ab 22387.2 Ap 32059.1故螺栓面积不足，螺栓强度不够。6 . ASME B16.34-2004 P8关于螺栓连接的阀盖和阀盖板连接螺栓强度校1）参数：Pc:压力额定值（M

16、pa）Ag:由垫片或O形圈的有效外周边或其密封件的有效外周边所限定面积.（mm2）Ab：螺栓抗拉总有效面积（mm2）Sb: 38c时的螺栓许用应力.k1 65.26MPaPc 组 k1 Sb 9000 Ab900*0.785*351.722387.265.26*137.990008008.836 8997.975 9000由该强度计算校核，螺栓强度够6阀盖厚度校核：参照阀门设计手册P391圆形平板阀盖（桦槽面）厚度计 算（该设计计算方法同GB150 P65圆形平盖厚度的计算方法）相关参数：P一阀盖厚度（mm）P设计压力（25MPa）Dc阀盖计算直径（351.7）一常温下材料的许用应力（查阀门设

17、计手册P254 120.69）t设计温度下材料的需用应力（查阀门设计手册P254 120.69）C一附加余量（暂取2）W一预紧状态时或操作状态时螺栓设计载荷。（取Wp :操作状态下需要的最小螺 栓载荷472597.6）SG一螺栓中心至垫片压紧力作用中心线的径向距离（65.4）1）预紧状态p Dc声下 PDc代值计算得49.2mm2）操作状态1.78WSgPDc (0.33 G) C代值计算得197mm1.pdct实际阀盖总厚120，阀盖厚度不够7.受力分析（六）装置的选用（1）装置的选取1 .查阀门设计手册2007 P1449 （压力平衡式旋塞阀力矩参考表 DN300 1500Lb 力矩为18

18、792N.m2 .暂选F35装置，最大力矩为350003 .阀杆最小直径暂取1104 .扭转剪切应力校核MFWsn 查n值73.5 （阀门设计手册P248页187920000.2*110 371.72573.5阀杆强度够（七）注脂结构设计（1）注脂压力计算（压力平衡计算）1 .参数S1:旋塞大端面积（292.21）; S2:旋塞小端面积（d=243.58）; S:面积差；P1: 管线压力；P2:注脂压力F:旋塞重量（116Kg）2 .计算FP2 -LJ 代值计算得（35.95 Mpa）S2P2P1(S1 S) F旋塞重/S2(P1=15.0Mpa 时，P2=30.45 Mpa)(2)注脂阀相关计算P0：管线压力；P1：注脂腔压力；P2：