截止阀基础知识与设计计算.pptx

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1、 欢 迎请自觉遵守和维护课堂秩序第1页/共75页目录目录 1 1 截止阀基础知识、典型结构及工作原理截止阀基础知识、典型结构及工作原理 1.1 1.1 阀门的定义阀门的定义 1.2 1.2 截止阀结构特点截止阀结构特点 1.3 1.3 截止截止阀类型阀类型 1.4 1.4 截止截止阀用途阀用途 2 2 截止阀设计计算截止阀设计计算 2.1 2.1 零件设计：零件设计：阀座密封面设计阀座密封面设计 截止基础知识及设计计算截止基础知识及设计计算第2页/共75页阀瓣设计阀体设计阀盖设计阀杆设计装配设计2.22.2截止阀设计计算：阀瓣厚度计算阀体壁厚计算阀座密封比压计算阀杆操作力计算活接螺栓及填料压板

2、强度计算附录：密封原理第3页/共75页1.截止阀基础知、典型结构及工作原理1.11.1阀门的定义用来控制管道内介质的，具有可动的机械产品的总体（见GB/T21465-2008 GB/T21465-2008 2.12.1）阀门是在流体系统中，用来控制流体的方向、压力、流量的装置。阀门是使配管和设备内的介质（液体、气体、粉末）流动或停止、并能控制其流量的装置。第4页/共75页1.2截止阀结构特点 一般来说，截止阀由阀体、阀瓣、阀盖、阀杆等组成。如下图，阀体、阀盖为承压件，阀瓣、阀杆为内件。典型的螺栓连接阀盖截止阀结构如下图。第5页/共75页截止阀典型结构图图图1 J41H150Lb-3”法兰连接手

3、动截止阀法兰连接手动截止阀第6页/共75页1.3截止阀类型按流道形状分：直通型、直流型和角式流道图2直通式截止阀J41H16C-150图3 直流式截止阀（Y型截止阀）J65Y160P-100 第7页/共75页图4 角式截止阀 J44H25-80第8页/共75页其它分类方式：双阀瓣截止阀、Z Z型截止阀、针形截止阀、三通截止阀等图5 双阀瓣截止阀 J41H25-200 图6 Z型截止阀J62YP54100V-50 第9页/共75页图7 针型阀 图8 三通阀 第10页/共75页1.4截止阀用途广泛适用于石油化工、天然气、电厂的水、蒸汽、油品等管路上作为接通或截断介质的启闭装置。如某工厂制造各种阀门

4、比例：闸阀39%，蝶阀24%，截止阀16%、调节阀8%、止回阀7%、球阀3%、其它阀门3%。第11页/共75页2.2.截止阀设计计算 下面以150Lb-3”150Lb-3”截止阀为例进行设计计算2.1零件设计阀座设计按阀座类型有：本体堆焊阀座、焊接阀座、螺纹阀座。形状如下图图9 本体堆焊阀座 图10 焊接阀座 第12页/共75页图11 螺纹阀座第13页/共75页图12 焊接阀座零件图例 第14页/共75页美标阀门一般采用螺纹阀阀座或焊接阀座，国标阀门大多采用本体堆焊密封面。阀座的受力分析。第15页/共75页阀座圈厚度计算dO=d*SQRT(Pmax/(100s)+1)+5S=0.03NPS+6

5、.3*log(CLASS/100)式中，dO阀座圈外径mmd通道内径径mmPmax常温最大工作压力,kgf/cm2。s许用应力,MPa。NPS英制阀门规格。CLASS压力等级数值。对于3”150Lb阀门d=76mmPmax=20 kgf/cm2。NPS=3则，S=1.994 kgf/cm2dO=88mm第16页/共75页阀座圈高度计算：H=int（a*dO）+式中，H阀座圈高度，mma系数150300Lb，a=0.105600900Lb，a=0.131500Lb，a=0.1820002500Lb，a=0.23500Lb，a=0.25常数，mm。值根据a值反向选取，即a越大值越小=08mm上例中

6、，上例中，a=0.105dO=88mm取，取，=8则，则，H=18mm第17页/共75页int整数函数M=int(M)取整数M=int(M+0.51)四舍五入取整数M=int(M+0.91)向上圆整取整数M=2int(M/2)取偶数整数M=2int(M/2+0.51)四舍五入取偶数整数M=2int(M/2+0.91)向上圆整取偶数整数M=5int(M/5)取末尾数为5的整倍数M=10int(M/10)取末尾数为0的整数第18页/共75页阀座样图尺寸确定第19页/共75页阀瓣设计图13 阀瓣零件图例 第20页/共75页阀瓣设计原则 阀瓣密封面角度一般比阀座小001515。常见锥角组合如下表：角度

7、越小越容易密封，但是，越容易楔死。反之亦然。原则上阀瓣密封面中径等于阀座的密封面中径，并保持足够宽度，使得阀瓣密封面完全覆盖阀座密封面。第21页/共75页阀瓣尺寸确定第22页/共75页阀瓣尺寸第23页/共75页阀瓣压盖尺寸确定第24页/共75页阀杆设计第25页/共75页第26页/共75页第27页/共75页阀体设计图14 阀体设计图例 第28页/共75页设计要点：阀体中腔内径确定结构长度最小壁厚阀座组装尺寸中法兰阀体中心高第29页/共75页 中腔内径确定阀瓣最大外径阀瓣最大外径+（815）mm第30页/共75页阀体尺寸确定第31页/共75页第32页/共75页第33页/共75页阀体尺寸第34页/共

8、75页第35页/共75页第36页/共75页第37页/共75页结构长度（见 ASME B16.10-2009 表1）第38页/共75页阀体通道直径、最小壁厚及阀杆直径（见BS1873 附录A 表3）第39页/共75页阀盖设计图15 阀盖设计图例第40页/共75页阀盖设计要点阀盖壁厚等于阀体壁厚上密封设计：本体堆焊，适用于通用阀门；上密封座设计，适用于石化阀门、电站阀门及其他重要阀门。上密封的作用。不得借助上密封带压更换填料。第41页/共75页 阀盖尺寸第42页/共75页第43页/共75页第44页/共75页上密封座图图16 上密封座上密封座第45页/共75页填料压套尺寸图17填料压套第46页/共7

9、5页填料压板尺寸图18 填料压板第47页/共75页活接螺栓尺寸图19 活结螺栓第48页/共75页第49页/共75页装配设计图20 装配顺序图例 第50页/共75页装配尺寸链校核图21 装配尺寸链校核第51页/共75页2.2截止阀设计计算：阀瓣强度计算=1+2 ，合格1=6*PF*a2/h2，2=0.75*Pa2/h2PF=F/(b2)式中，阀瓣应力，MPa 1阀杆作用力在垫块产生的应力，MPa 2介质压力在阀瓣上产生的应力，MPa 6系数 PF 阀杆作用力在垫块是上的压力，MPaP阀门工作压力，MPaF阀杆总作用力，N。（见阀杆操作力计算）a阀座支撑面半径，mmb垫块半径，mm材料许用应力，M

10、Pa第52页/共75页上例中，6=0.36，P=2.0MPaF=16049.6Na=38 mmb=10 mm=104MPa计算结果，1=34.76MPa,2=4.475MPa=39.24MPa OK第53页/共75页阀瓣受力分析第54页/共75页阀体壁厚计算式中,t阀体计算壁厚,mmd阀体计算内径，mm材料许用应力，MPaP阀门工作压力，MPaT=t+Ma+CF+SR式中,Ma铸造偏差，mmCF腐蚀余量，mmSR特殊要求增加壁厚，mm第55页/共75页上例中，d=130 mm=98MPaP=2.0MPaMa=2.5mmCF=3 mmSR=0则，T=7.3 mm。图纸取10.5mm，OK。第56

11、页/共75页阀座密封比压计算设计原则：qmfqqq=Qmz/(（d+bm）bm，MPaQmz=Qmf+Qmj，NQmf=（Dmn+bm）bm*sina*(1+fm/tga)*qmf，NQmj=/4（Dmn+bm）2P，Nqmf=（3.5+P）/SQRT（bm）式中，Qmz阀座密封面总作用力，NQmf阀座密封必须作用力，NQmj阀座密封面介质静作用力，Nq 阀座计算比压，MPaqmf密封必须比压，MPa（见阀门设计手册P427）a阀瓣半锥角。dm阀座密封面内径，mmbm阀座密封面有效宽度，mmp工作压力，MPa第57页/共75页上例中，dm=76bm=3a=30P=2.0 MPa则，q=19.9

12、3 MPaqmf=10.04 MPaq=45 MPa（见阀门设计手册P428，焊马氏体不锈钢，HRc3540）qmfqq，合格第58页/共75页许用比压（见阀门设计手册P426427）第59页/共75页密封面许用比压（见阀门设计手册P428）第60页/共75页阀杆操作力计算及强度校核阀杆操作力F=Fg+Fs1+Fc-Fs2Fg=ds*h*puFs1=d*d*P1/4Fc=（d02-d2）K（P1-P2）/4Fs2=（d02-ds2）P2/4式中，Fg填料摩擦力，NFs1阀前压力产生的作用力,NFc密封面所需必须密封力，NFs2 阀后压力产生的作用力，Nds阀杆直径，mmd-阀座密封面内径，mm

13、dO阀座密封面外径，mmh填料函深度，mmK 面压系数pu阀杆单位面积压力与填料摩擦系数的积，MPaP1阀前压力，MPaP2阀后压力，MPa第61页/共75页填料系数（填料系数（阀杆单位面积压力与填料摩擦系数的积）阀杆单位面积压力与填料摩擦系数的积）Pu MPa15030060090015002000250035004500石墨石棉0.80.80.80.81.01.31.41.61.6柔性石墨1.61.61.81.82.22.52.73.13.1PTFE0.40.40.40.40.50.650.70.80.8第62页/共75页在上例中，ds=26mmh=45mmd=76 mmdO=79mmK=

14、1.5pu=1.6MPaP1=20MPaP2=0 第63页/共75页则，F=16050NFg=5881NFs1=9073NFc=1096NFs2=0第64页/共75页阀杆强度校核y=F/A A=Dt2/4 式中，y关闭时阀杆应力，MPaF 阀杆最大操作力，NA 阀杆有效断面积,mm2Dt 梯形螺纹小径，mm上例中，Dt=20.5y=48.6MPay=360 MPa y y ,OK第65页/共75页阀杆操作扭矩阀杆操作扭矩T=F*/1000式中，T阀杆操作扭矩，N-m阀杆梯形螺纹系数，mm（见阀门设计手册P556)上例中，=3.3T=53Nm操作手轮需要的力：Fs=T/DsDs手轮直径，m.上例

15、中，Ds=0.28m则，Fs=53/0.28=189.3N=19kgf第66页/共75页阀杆受力分析第67页/共75页活接螺栓及填料压板强制计算第68页/共75页第69页/共75页练习题一、参照设计。根据3”150Lb例子，设计2”150Lb和4”150Lb截止阀。设计数据：阀体流道直径，51、102mm阀体最小壁厚8.7、11.1mm阀杆直径20、30mm结构长度203、292mm试确定：阀座、阀瓣、阀体、阀盖、阀杆主要设计尺寸二、绘制2”150Lb截止阀阀座、阀瓣、阀体、阀盖零件图。第70页/共75页小结第71页/共75页附录：密封原理附录：密封原理强制密封、半自动密封第72页/共75页强制密封型式强制密封型式第73页/共75页谢谢大家第74页/共75页感谢您的观看。第75页/共75页