150LB闸阀设计计算书

闸阀设计计算书2″~16″Z40H-150Lb编制:审核:二○○三年七月三十日浙江永嘉县科维特阀门制造有限公司目录1.阀体壁厚计算————————————————————2.阀杆总轴向力计算——————————————————3.阀杆关闭和开启力矩计算———————————————4.中法兰螺栓拉应力计算————————————————5.中法兰强度校算———————————————————6.支架的合成应力计算—————————————————7.阀杆的强度校算———————————————————8.闸板厚度验算————————————————————阀体壁厚计算：计算公式：式中：t－阀体计算壁厚（英寸）；Pc－额定压力等级（磅）；Pc=150d－公称通径（英寸）；S－材料需要用的应力（磅/平方英寸）S=7000C－附加余量（英寸）按ANSIB16.34C=0.1英寸英寸(毫米)d2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″t0.13(3.3)0.14(3.57)0.15(3.81)0.17(4.32)0.2(5.08)0.23(5.84)0.26(6.6)0.3(7.5)0.33(8.33)0.36(9.15)查ANSIB16.34得壁厚0.22(5.59)0.22(5.59)0.22(5.59)0.25(6.35)0.28(7.11)0.31(7.87)0.34(8.64)0.38(9.65)0.41(10.41)0.44(11.18)实际确定壁厚0.34(8.6)0.38(9.7)0.41(10.4)0.44(11.2)0.47(11.9)0.50(12.7)0.56(14.2)0.63(16)0.66(16.8)0.69(17.6)实际确定壁厚≥计算壁厚为合格二、阀杆总轴向力计算1、阀杆直径设计给定dF（参照API600选取）口径2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″dF202022262832363842442、阀门关闭或开启时的总轴向力QFZ=Q′+Qp+QTQFZ=Q″+Qp+QT式中：QFZ—阀门关闭时阀杆总轴向力(N)Q″FZ—阀门开启时阀杆总轴向力(N)Q′,Q″—关闭和开启时阀杆密封力,即阀杆与闸板间的轴向作用力(N)根据楔式闸板半楔角Ψ=5º密封面材料为13Cr/13Cr关闭时的摩擦系数fM’=0.3开启时的摩擦系数fM”=0.4及双面强制密封,采用公式Q′=0.77（QMF+QMJ）-QGQ″=0.62(QMF+QMJ)+QG其中QG为闸板组件的重量(N),口径2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″QG212830.539.260.3101152180215286QMF为密封面上达到必需比压时的作用力(N)QMF=л(d+bm)bmqMFQMJ作用在出口密封面上的介质静压力(N)QMJ=0.785(d+bm)2P其中d为密封面内径(mm),(设计给定)bm为密封面宽度(mm),(设计给定)qMF为密封面上必需的比压(MPa)口径QMFQMJdbmqMFQ′Q″Qp介质作用于阀杆上的轴向力(N)Qp=0.785dF2PQT阀杆与填料间的摩擦力(N)QT=лdFhTUTP其中hT填料层的总高度(mm),UT阀杆与填料间的摩擦系数UT=0.15口径2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″Qp6286287601061123116082035226727693040hT35354044505260606570QT6606608291078131915682036214925732903QFZ928513602173512811448526773955045583816196147229386QFZ776511254143362312539679631194169368674159365186374三：阀杆关闭和开启力矩计算：1．无推力球轴承：M′FZ=M′FL＋M′FJM″FZ=M″FL＋M″FS式中：M′FZ－阀杆关闭的力矩（N·mm);M″FZ－阀杆开启力矩（N·mm);M′FL－阀杆与填料间的摩擦力矩（N·mm);M′FJ－关闭时阀杆螺母凸肩与支架间摩擦力矩（N·mm);M″FL－开启时阀杆螺纹摩擦力矩(N·mm):M″FS－开启时阀杆螺母凸肩与支架间摩擦力矩（N·mm);M′FL=Q′FZ·R′FMM′FJ=0.5Q′FZ·f′J·dp式中：Q′FZ－关闭时阀杆总轴向力（N);R′FM－关闭时阀杆螺纹的摩擦半径（mm);f′J－凸肩与支架的摩擦系数；（f′J=0.2）dp－凸肩与支架间环形接确面平均直径（mm);M″FL=Q″FZ·R″FMM″FS=0.5Q″FZ·fs·dp式中：Q″FZ－开启时阀杆总轴向力（N);R″FM－开启时阀杆螺纹摩擦半径（mm);fs－手轮和支架的摩擦系数；（fs=0.2）口径2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″R″FM2.452.452.553.243.594.034.725.025.515.6dp5660657070M″FL190242757236556749241424472543701967933447428781011043697M″FS295064276557343110998206329M″FZ4852970337938991859223487762．有推力球轴承：M′FZ=M′FL＋M′gM″FZ=M″FL＋M″g式中：M′FZ－阀杆关闭的力矩（N·mm)M″FZ－阀杆开启力矩（N·mm)M′FL－阀杆与填料间的摩擦力矩（N·mm)M′g－关闭时推力轴承的摩擦力矩（N·mm)M″FL－开启时阀杆螺纹摩擦力矩(N·mm)M″g－开启时推力轴承的摩擦力矩（N·mm)M′g=0.5Q′FZfgDgpM″g=0.5Q″FZfgDgp式中:fg－推力轴承的摩擦系数,fg=0.05Dgp－推力轴承的平均直径(mm)口径8″10″12″14″16″Dgp66.572.582.592.592.5M′g12866991450172871453590530455M″g10493575569141640368532430990M′FZ49397336945666738717089292035227M″FZ35930527236148638212466331474687四、中法兰螺栓拉应力计算：式中：PF－阀盖螺栓断面积所承受的拉应力（Mpa);P－公称压力（Mpa);P=2Mpan－螺栓数量；A－通道截面积（mm2);df－垫片接确面积（mm2);Pc－关闭阀门所需力通过阀盖传到螺栓身上的轴向力（N);Pc=Q′dm－螺栓断面有限面积（mm2);m－垫片系数（查表）；m=2.5式中：a－阀体中道内腔长轴半径（mm);b－阀体中道内腔短轴半径（mm);a1－垫片外径长轴半径（mm);b1－垫片外径短轴半径（mm)口径2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″25.327.025.530.041.052.057.849.952.452.9n688101012161616203142415654197697134611924229899361915015663225476988110173239289364408446106061576519893298925467185701结论：要求阀盖螺栓断面积所受的拉应力不超过62（Mpa);实际计算阀盖螺栓断面积拉应力都符合螺栓负荷安全性能。五、中法兰强度校算：式中：te－中法兰计算厚度（mm);Wb－螺栓的合力（N);x－螺栓中心园到法兰根部的距离（mm)；［σ1］－材料径向许用弯曲应力（Mpa)；an－垫片压紧作用中心长轴半径（mm)；bn－垫片压紧作用中心短轴半径（mm)。式中：Pn－作用在每个螺栓上的负荷（N);n－螺栓数量;Pb－作用在每个螺栓上的总负荷（N);口径2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″6779111215171921Wb68810101216161620476988110173239289364408446314241565419769713461192422989936191501566322557.776.673.7104.2138.2197.4304.7236.3269.3338.61825.42047.22560.33093.45605.37339.28104.411271.813770.514010.7中法兰强度合格六.支架的合成应力计算：附图(8~16in)I－I截面的合成应力校算：σΣI=σWI+σLI+σWIN≤［σL］式中：σΣI－I－I截面的合成应力（Mpa);σwI－弯曲应力（Mpa);σLI－拉应力（Mpa);σWIN－力矩引起的弯曲应力（Mpa);［σL］－材料的许用拉应力（Mpa);式中：MI－弯曲力矩（N·mm）；MIy－I－I断面对Y轴地截面系数（mm3);式中：Q′FZ－阀杆的总轴向力（N);L－框架两重心之间的距离（mm);IⅢx－Ⅲ－Ⅲ截面对X轴的惯性矩（mm4);IⅡy－Ⅱ－Ⅱ截面对Y轴的惯性矩（mm4);H－框架高度（mm);L=L1＋2X2式中:L1－见附图及零件图；X2－框架高度（mm);X2=0.5(b1a2＋b2a12)／(b1a＋b2a1)式中：a、a1、b1、b2－见附图或零件图F1=ab1+a1b2式中:F1－I－I截面积（mm2)；式中：MⅢN－力矩(N·mm);WIX－I－I截面对X轴的截面系数（mm3);式中：MFJ—阀门关闭时阀杆螺母凸肩与支架之间的摩擦力矩（N·mm)口径8″10″12″14″16″3326282321MI439135416691770490851718971545132651603627163363114666488877128866180984221361279383113122146150153159238286292349124791527378464588795865066711916389477548721613135816121786403033186859511511511513.813.415.717.418.9729010012013016161620224474841001104045556065111216161811241608222428003280404041404346891120790745565373626399649315031974763075611959491138861397011477582335703732805118976460737772767174附图(2~6in)口径2″2.5″3″4″6″2528192223MI1395624361237193402455041567864126815492438118941705321482320325722158606378856270758010032753466569871918024034328128335184823910070182814848506570566.56.57.5101213131534364555653404325857159751720182229222723222743229699761014231432022861051927259243886554105634044057980.277335.2121721.62288846575606679σΣI=σWI+σLI+σWIN≤［σL］=822.Ⅱ－Ⅱ截面的合成应力校算:σΣⅡ=σWⅡ+σLⅡ+σWⅡN≤［σL］式中：σεⅡ－Ⅱ－Ⅱ截面的合成应力(Mpa)σwⅡ－弯曲应力（Mpa)σLⅡ－拉应力（Mpa)［σL］－材料许用应力（Mpa)σεⅡ=σεⅠσwⅡ=σwⅠσLⅡ=σLⅠσΣⅡ=σWⅡ+σLⅡ+σWⅡN≤［σL］=823.Ⅲ－Ⅲ截面的弯曲应力校算:式中:σWⅢ－Ⅲ－Ⅲ截面的弯曲应力(Mpa);WⅢx－Ⅲ－Ⅲ截面对X轴的截面系数（mm3);MⅢ－Ⅲ－Ⅲ截面的弯曲力矩(N·mm);〔σW〕－材料的许用应力（Mpa);式中:D、d、b′－见附图或零件图口径2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″σWⅢWⅢxMⅢb′LMⅠ七.阀杆的强度校算：阀杆端部剪切应力校算：式中：τ－阀杆根部的剪切应力（Mpa);Q″－开启时阀杆与闸板的轴向作用力（N）;QT－阀杆和填料间摩擦力（N）;B－见附图或零件图；h－见附图或零件图；［τ］－材料许用弯曲应力（Mpa);口径2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″τ1117182028324247465085781274416073241404412969188100760142496174325220690QT66066082910781319156820362149257329033030354248505358626812121214162122263032阀杆端部的弯曲应力校算：式中：A－见附图或零件图；α－见附图或零件图；D－见附图或零件图；σω－阀杆端部的弯曲应力（Mpa);［σω］－材料需用应力（Mpa);口径2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″σW1934364237447567465485781274416073241404412969188100760142496174325220690QT660660829107813191568203621492573290330303542485053586268121212141621222630322628323631394853465216161620212426323235141416181922243029323.阀杆的稳定性计算：a)阀杆的柔度：式中：λ－阀杆的柔度；lF－阀杆的计算长度（mm);i－阀杆的惯性半径（mm);u－与阀体两端支承状况有关的长度系数，（查表）取两端铰支u=1口径2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″λ58636361777980807982290317