截止阀基础知识与设计计算

会计学1截止阀基础知识与设计计算截止阀基础知识与设计计算目录目录 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：2.1.1 2.1.1 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1页/共74页n n2.1.22.1.22.1.22.1.2阀瓣设计阀瓣设计阀瓣设计阀瓣设计n n2.1.32.1.32.1.32.1.3阀体设计阀体设计阀体设计阀体设计n n2.1.42.1.42.1.42.1.4阀盖设计阀盖设计阀盖设计阀盖设计n n2.1.52.1.52.1.52.1.5阀杆设计阀杆设计阀杆设计阀杆设计n n2.1.62.1.62.1.62.1.6装配设计装配设计装配设计装配设计n n2.22.22.22.2截止阀设计计算：截止阀设计计算：截止阀设计计算：截止阀设计计算：n n2.2.12.2.12.2.12.2.1阀瓣厚度计算阀瓣厚度计算阀瓣厚度计算阀瓣厚度计算n n2.2.22.2.22.2.22.2.2阀体壁厚计算阀体壁厚计算阀体壁厚计算阀体壁厚计算n n2.2.32.2.32.2.32.2.3阀座密封比压计算阀座密封比压计算阀座密封比压计算阀座密封比压计算n n2.2.42.2.42.2.42.2.4阀杆操作力计算阀杆操作力计算阀杆操作力计算阀杆操作力计算n n2.2.52.2.52.2.52.2.5活接螺栓及填料压板强度计算活接螺栓及填料压板强度计算活接螺栓及填料压板强度计算活接螺栓及填料压板强度计算n n附录：密封原理附录：密封原理附录：密封原理附录：密封原理第2页/共74页1.1.截止阀基础知、典型结构及工作原理截止阀基础知、典型结构及工作原理截止阀基础知、典型结构及工作原理截止阀基础知、典型结构及工作原理n n1.11.1阀门的定义阀门的定义n n用来控制管道内介质的，具有可用来控制管道内介质的，具有可动的机械产品的总体（动的机械产品的总体（见见GB/T21465-2008 2.1GB/T21465-2008 2.1）n n阀门是在流体系统中，用来控制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。流体的方向、压力、流量的装置。n n阀门是使配管和设备内的介质阀门是使配管和设备内的介质（液体、气体、粉末）流动或停（液体、气体、粉末）流动或停止、并能控制其流量的装置。止、并能控制其流量的装置。第3页/共74页1.2截止阀结构特点截止阀结构特点 一般来说，截止阀由阀体、阀一般来说，截止阀由阀体、阀瓣、阀盖、阀杆等组成。如下图，瓣、阀盖、阀杆等组成。如下图，阀体、阀盖为承压件，阀瓣、阀阀体、阀盖为承压件，阀瓣、阀杆为内件。典型的螺栓连接阀盖杆为内件。典型的螺栓连接阀盖截止阀结构如下图。截止阀结构如下图。第4页/共74页截止阀典型结构图图图1 J41H150Lb-3”法兰连接手动截止阀法兰连接手动截止阀第5页/共74页1.3截止阀类型截止阀类型n n1.3.11.3.1按流道形状分：直通型、直流型和角式流道按流道形状分：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6页/共74页图4 角式截止阀 J44H25-80第7页/共74页1.3.2 1.3.2 1.3.2 1.3.2 其它分类方式：双阀瓣截止阀、其它分类方式：双阀瓣截止阀、其它分类方式：双阀瓣截止阀、其它分类方式：双阀瓣截止阀、Z Z Z Z型截型截型截型截止阀、针形截止阀、三通截止阀等止阀、针形截止阀、三通截止阀等止阀、针形截止阀、三通截止阀等止阀、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8页/共74页图7 针型阀 图8 三通阀 第9页/共74页1.4截止阀用途截止阀用途n n广泛适用于石油化工、天然气、广泛适用于石油化工、天然气、电厂的水、蒸汽、油品等管路上电厂的水、蒸汽、油品等管路上作为接通或截断介质的启闭装置。作为接通或截断介质的启闭装置。n n如某工厂制造各种阀门比例：如某工厂制造各种阀门比例：n n闸阀闸阀39%，蝶阀，蝶阀24%，截止阀，截止阀16%、调节阀、调节阀8%、止回阀、止回阀7%、球阀球阀3%、其它阀门、其它阀门3%。第10页/共74页2.2.截止阀设计计算截止阀设计计算 下面以下面以下面以下面以150Lb-3”150Lb-3”150Lb-3”150Lb-3”截止阀为例进行设计计算截止阀为例进行设计计算截止阀为例进行设计计算截止阀为例进行设计计算n n2.12.1零件设计零件设计n n2.1.12.1.1阀座设计阀座设计n n按阀座类型有：本体堆焊阀座、焊接阀座、螺纹阀按阀座类型有：本体堆焊阀座、焊接阀座、螺纹阀座。形状如下图座。形状如下图图9 本体堆焊阀座 图10 焊接阀座 第11页/共74页图11 螺纹阀座第12页/共74页图12 焊接阀座零件图例 第13页/共74页n n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。n n阀座的受力分析。第14页/共74页阀座圈厚度计算阀座圈厚度计算n ndO=d*SQRT(Pmax/(100s)+1)+5dO=d*SQRT(Pmax/(100s)+1)+5n nS=0.03NPS+6.3*log(CLASS/100)S=0.03NPS+6.3*log(CLASS/100)n n式中，式中，式中，式中，n ndOdO阀座圈外径阀座圈外径阀座圈外径阀座圈外径mmmmn ndd通道内径径通道内径径通道内径径通道内径径mmmmn nPmaxPmax常温最大工作压力常温最大工作压力常温最大工作压力常温最大工作压力,kgf/cm,kgf/cm2 2。n nss许用应力许用应力许用应力许用应力,MPa,MPa 。n nNPSNPS英制阀门规格。英制阀门规格。英制阀门规格。英制阀门规格。n nCLASSCLASS压力等级数值。压力等级数值。压力等级数值。压力等级数值。n n对于对于对于对于3”150Lb3”150Lb阀门阀门阀门阀门n nd=76mmd=76mmn nPmax=20 kgf/cmPmax=20 kgf/cm2 2 。n nNPS=3NPS=3n n则，则，则，则，n nS=1.994 kgf/cmS=1.994 kgf/cm2 2n ndO=88mmdO=88mm第15页/共74页阀座圈高度计算：阀座圈高度计算：n nH=intH=int（a*dOa*dO）+n n式中，式中，式中，式中，n nHH阀座圈高度，阀座圈高度，阀座圈高度，阀座圈高度，mmmmn naa系数系数系数系数n n150300Lb150300Lb，a=0.105a=0.105n n600900Lb600900Lb，a=0.13a=0.13n n1500Lb1500Lb，a=0.18a=0.18n n20002500Lb20002500Lb，a=0.2a=0.2n n3500Lb3500Lb，a=0.25a=0.25n n常数，常数，常数，常数，mmmm。值根据值根据值根据值根据a a值反向选取，即值反向选取，即值反向选取，即值反向选取，即a a越大越大越大越大 值越值越值越值越小小小小n n=08mm=08mm上例中，上例中，a=0.105dO=88mm取，取，=8则，则，H=18mm第16页/共74页n nint整数函数n nM=int(M)取整数n nM=int(M+0.51)四舍五入取整数n nM=int(M+0.91)向上圆整取整数n nM=2int(M/2)取偶数整数n nM=2int(M/2+0.51)四舍五入取偶数整数n nM=2int(M/2+0.91)向上圆整取偶数整数n nM=5int(M/5)取末尾数为5的整倍数n nM=10int(M/10)取末尾数为0的整数第17页/共74页阀座样图尺寸确定阀座样图尺寸确定第18页/共74页2.1.2阀瓣设计阀瓣设计图13 阀瓣零件图例 第19页/共74页阀瓣设计原则阀瓣设计原则n n 阀瓣密封面角度一般比阀座小阀瓣密封面角度一般比阀座小阀瓣密封面角度一般比阀座小阀瓣密封面角度一般比阀座小000015151515。常见锥。常见锥。常见锥。常见锥角组合如下表：角度越小越容易密封，但是，越角组合如下表：角度越小越容易密封，但是，越角组合如下表：角度越小越容易密封，但是，越角组合如下表：角度越小越容易密封，但是，越容易楔死。反之亦然。容易楔死。反之亦然。容易楔死。反之亦然。容易楔死。反之亦然。n n原则上阀瓣密封面中径等于阀座的密封面中径，并原则上阀瓣密封面中径等于阀座的密封面中径，并原则上阀瓣密封面中径等于阀座的密封面中径，并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保持足够宽度，使得阀瓣密封面完全覆盖阀座密保持足够宽度，使得阀瓣密封面完全覆盖阀座密保持足够宽度，使得阀瓣密封面完全覆盖阀座密封面。封面。封面。封面。第20页/共74页阀瓣尺寸确定阀瓣尺寸确定阀瓣尺寸确定阀瓣尺寸确定第21页/共74页阀瓣尺寸阀瓣尺寸第22页/共74页阀瓣压盖尺寸确定第23页/共74页2.1.3 阀杆设计第24页/共74页第25页/共74页第26页/共74页2.1.32.1.3阀体设计阀体设计阀体设计阀体设计图14 阀体设计图例 第27页/共74页设计要点：设计要点：n n阀体中腔内径确定阀体中腔内径确定n n结构长度结构长度n n最小壁厚最小壁厚n n阀座组装尺寸阀座组装尺寸n n中法兰中法兰n n阀体中心高阀体中心高第28页/共74页中腔内径确定中腔内径确定阀瓣最大外径阀瓣最大外径+（815）mm第29页/共74页阀体尺寸确定阀体尺寸确定第30页/共74页第31页/共74页第32页/共74页阀体尺寸阀体尺寸阀体尺寸阀体尺寸第33页/共74页第34页/共74页第35页/共74页第36页/共74页结构长度结构长度结构长度结构长度（见（见（见（见 ASME B16.10-2009 ASME B16.10-2009 表表表表1 1）第37页/共74页阀体通道直径、最小壁厚及阀杆直径阀体通道直径、最小壁厚及阀杆直径阀体通道直径、最小壁厚及阀杆直径阀体通道直径、最小壁厚及阀杆直径（见（见（见（见BS1873 BS1873 附录附录附录附录A A 表表表表3 3）第38页/共74页2.1.42.1.4阀盖设计阀盖设计阀盖设计阀盖设计图15 阀盖设计图例第39页/共74页阀盖设计要点阀盖设计要点n n阀盖壁厚等于阀体壁厚阀盖壁厚等于阀体壁厚n n上密封设计：本体堆焊，适用于上密封设计：本体堆焊，适用于通用阀门；上密封座设计，适用通用阀门；上密封座设计，适用于石化阀门、电站阀门及其他重于石化阀门、电站阀门及其他重要阀门。要阀门。n n上密封的作用。不得借助上密封上密封的作用。不得借助上密封带压更换填料。带压更换填料。第40页/共74页 阀盖尺寸阀盖尺寸阀盖尺寸阀盖尺寸第41页/共74页第42页/共74页第43页/共74页上密封座上密封座图图16 上密封座上密封座第44页/共74页填料压套尺寸填料压套尺寸图17填料压套第45页/共74页填料压板尺寸填料压板尺寸填料压板尺寸填料压板尺寸图18 填料压板第46页/共74页活接螺栓尺寸活接螺栓尺寸图19 活结螺栓第47页/共74页第48页/共74页2.1.6装配设计装配设计图20 装配顺序图例 第49页/共74页装配尺寸链校核装配尺寸链校核装配尺寸链校核装配尺寸链校核图21 装配尺寸链校核第50页/共74页2.22.2截止阀设计计算：截止阀设计计算：截止阀设计计算：截止阀设计计算：n n2.2.12.2.1阀瓣强度计算阀瓣强度计算阀瓣强度计算阀瓣强度计算n n=11+2 2 ，合格，合格，合格，合格n n1=6*P1=6*PF F*a*a2 2/h/h2 2，n n2=0.75*Pa2=0.75*Pa2 2/h/h2 2n nP PF F=F/(b=F/(b2 2)n n式中，式中，式中，式中，n n阀瓣应力，阀瓣应力，阀瓣应力，阀瓣应力，MPa MPa n n11阀杆作用力在垫块产生的应力，阀杆作用力在垫块产生的应力，阀杆作用力在垫块产生的应力，阀杆作用力在垫块产生的应力，MPa MPa n n22介质压力在阀瓣上产生的应力，介质压力在阀瓣上产生的应力，介质压力在阀瓣上产生的应力，介质压力在阀瓣上产生的应力，MPa MPa n n 6 6系数系数系数系数n nP PF F 阀杆作用力在垫块是上的压力，阀杆作用力在垫块是上的压力，阀杆作用力在垫块是上的压力，阀杆作用力在垫块是上的压力，MPa MPan nPP阀门工作压力，阀门工作压力，阀门工作压力，阀门工作压力，MPa MPan nFF阀杆总作用力，阀杆总作用力，阀杆总作用力，阀杆总作用力，N N。（见阀杆操作力计算）。（见阀杆操作力计算）。（见阀杆操作力计算）。（见阀杆操作力计算）n naa阀座支撑面半径，阀座支撑面半径，阀座支撑面半径，阀座支撑面半径，mmmmn nbb垫块半径，垫块半径，垫块半径，垫块半径，mmmmn n材料许用应力，材料许用应力，材料许用应力，材料许用应力，MPa MPa第51页/共74页n n上例中，上例中，n n6=0.36，n nP=2.0MPan nF=16049.6Nn na=38 mmn nb=10 mmn n=104MPan n计算结果，计算结果，1=34.76MPa,2=4.475MPan n=39.24=39.24MPa OK第52页/共74页阀瓣受力分析阀瓣受力分析阀瓣受力分析阀瓣受力分析第53页/共74页2.2.2阀体壁厚计算阀体壁厚计算n nt=1.5*d*0.9/(-1.2P)t=1.5*d*0.9/(-1.2P)n n式中式中式中式中,n ntt阀体计算壁厚阀体计算壁厚阀体计算壁厚阀体计算壁厚,mm,mmn ndd阀体计算内径，阀体计算内径，阀体计算内径，阀体计算内径，mmmmn n材料许用应力，材料许用应力，材料许用应力，材料许用应力，MPaMPan nPP阀门工作压力，阀门工作压力，阀门工作压力，阀门工作压力，MPaMPan nT=t+Ma+CF+SRT=t+Ma+CF+SRn n式中式中式中式中,n nMaMa铸造偏差，铸造偏差，铸造偏差，铸造偏差，mmmmn nCFCF腐蚀余量，腐蚀余量，腐蚀余量，腐蚀余量，mmmmn nSRSR特殊要求增加壁厚，特殊要求增加壁厚，特殊要求增加壁厚，特殊要求增加壁厚，mmmm第54页/共74页n n上例中，上例中，n nd=130 mmn n=98MPan nP=2.0MPan nMa=2.5mmn nCF=3 mmn nSR=0n n则，则，T=7.3 mm。图纸取。图纸取10.5mm，OK。第55页/共74页2.2.3阀座密封比压计算阀座密封比压计算n n设计原则：设计原则：设计原则：设计原则：n nqmfqqqmfqqn nq=q=Qmz/(Qmz/(（d+bm d+bm）bmbm ，MPaMPan nQmz=Qmf+QmjQmz=Qmf+Qmj，N Nn nQmfQmf=（Dmn+bmDmn+bm）bm*sina*(1+fm/tga)*qmf bm*sina*(1+fm/tga)*qmf，N Nn nQmj=/4Qmj=/4（Dmn+bmDmn+bm）2P2P，N Nn nqmf=qmf=（3.5+P3.5+P）/SQRT/SQRT（bmbm）n n式中，式中，式中，式中，n nQmzQmz阀座密封面总作用力，阀座密封面总作用力，阀座密封面总作用力，阀座密封面总作用力，N Nn nQmfQmf阀座密封必须作用力，阀座密封必须作用力，阀座密封必须作用力，阀座密封必须作用力，N Nn nQmjQmj阀座密封面介质静作用力，阀座密封面介质静作用力，阀座密封面介质静作用力，阀座密封面介质静作用力，N Nn nq q 阀座计算比压，阀座计算比压，阀座计算比压，阀座计算比压，MPaMPan nqmfqmf密封必须比压，密封必须比压，密封必须比压，密封必须比压，MPaMPa（见（见（见（见阀门设计手册阀门设计手册阀门设计手册阀门设计手册P427P427）n naa阀瓣半锥角。阀瓣半锥角。阀瓣半锥角。阀瓣半锥角。n ndmdm阀座密封面内径，阀座密封面内径，阀座密封面内径，阀座密封面内径，mmmmn nbmbm阀座密封面有效宽度，阀座密封面有效宽度，阀座密封面有效宽度，阀座密封面有效宽度，mmmmn npp工作压力，工作压力，工作压力，工作压力，MPaMPa第56页/共74页n n上例中，上例中，n ndm=76n nbm=3n na=30n nP=2.0 MPan n则，则，n nq=19.93 MPan nqmf=10.04 MPan nq=45 MPa（见（见阀门设计手册阀门设计手册P428，焊马氏体不锈钢，焊马氏体不锈钢，HRc3540）n nqmfqq，合格，合格第57页/共74页许用比压许用比压许用比压许用比压（见（见（见（见阀门设计手册阀门设计手册阀门设计手册阀门设计手册P426427P426427）第58页/共74页密封面许用比压密封面许用比压密封面许用比压密封面许用比压（见（见（见（见阀门设计手册阀门设计手册阀门设计手册阀门设计手册P428P428）第59页/共74页2.2.4阀杆操作力计算及强度校核阀杆操作力计算及强度校核n n阀杆操作力阀杆操作力阀杆操作力阀杆操作力n nF=Fg+Fs1+Fc-Fs2F=Fg+Fs1+Fc-Fs2n nFg=ds*h*puFg=ds*h*pun nFs1=d*d*P1/4Fs1=d*d*P1/4n nFc=Fc=（d0d02 2-d-d2 2）K K（P1-P2P1-P2）/4/4n nFs2=Fs2=（d0d02 2-ds-ds2 2）P2/4P2/4n n式中，式中，式中，式中，n nFgFg填料摩擦力，填料摩擦力，填料摩擦力，填料摩擦力，N Nn nFs1Fs1阀前压力产生的作用力阀前压力产生的作用力阀前压力产生的作用力阀前压力产生的作用力,N Nn nFcFc密封面所需必须密封力密封面所需必须密封力密封面所需必须密封力密封面所需必须密封力，N Nn nFs2 Fs2 阀后压力产生的作用力，阀后压力产生的作用力，阀后压力产生的作用力，阀后压力产生的作用力，N Nn ndsds阀杆直径，阀杆直径，阀杆直径，阀杆直径，mmmmn nd-d-阀座密封面内径，阀座密封面内径，阀座密封面内径，阀座密封面内径，mmmmn ndOdO阀座密封面外径，阀座密封面外径，阀座密封面外径，阀座密封面外径，mmmmn nhh填料函深度，填料函深度，填料函深度，填料函深度，mmmmn nK K 面压系数面压系数面压系数面压系数n npupu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，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，MPaMPan nP1P1阀前压力，阀前压力，阀前压力，阀前压力，MPaMPan nP2P2阀后压力，阀后压力，阀后压力，阀后压力，MPaMPa第60页/共74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61页/共74页n n在上例中，在上例中，n nds=26mmn nh=45mmn nd=76 mmn ndO=79mmn nK=1.5n npu=1.6MPan nP1=20MPan nP2=0 第62页/共74页n n则，则，n nF=16050Nn nFg=5881Nn nFs1=9073Nn nFc=1096Nn nFs2=0第63页/共74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64页/共74页阀杆操作扭矩阀杆操作扭矩n n阀杆操作扭矩阀杆操作扭矩阀杆操作扭矩阀杆操作扭矩n nT=F*/1000T=F*/1000n n式中，式中，式中，式中，n nTT阀杆操作扭矩，阀杆操作扭矩，阀杆操作扭矩，阀杆操作扭矩，N-mN-mn n阀杆梯形螺纹系数，阀杆梯形螺纹系数，阀杆梯形螺纹系数，阀杆梯形螺纹系数，mmmm（见（见（见（见阀门设计手册阀门设计手册阀门设计手册阀门设计手册P556)P556)n n上例中，上例中，上例中，上例中，n n=3.3=3.3n nT=53NmT=53Nmn n操作手轮需要的力：操作手轮需要的力：操作手轮需要的力：操作手轮需要的力：n nFs=T/DsFs=T/Dsn nDsDs手轮直径，手轮直径，手轮直径，手轮直径，m.m.n n上例中，上例中，上例中，上例中，Ds=0.28mDs=0.28mn n则，则，则，则，Fs=53/0.28=189.3N=19kgfFs=53/0.28=189.3N=19kgf第65页/共74页阀杆受力分析阀杆受力分析第66页/共74页2.2.6 活接螺栓及填料压板强制计算第67页/共74页第68页/共74页练习题练习题n n一、参照设计。根据一、参照设计。根据3”150Lb例子，设计例子，设计2”150Lb和和4”150Lb截止阀。截止阀。n n设计数据：阀体流道直径，设计数据：阀体流道直径，51、102mmn n阀体最小壁厚阀体最小壁厚8.7、11.1mmn n阀杆直径阀杆直径20、30mmn n结构长度结构长度203、292mmn n试确定：阀座、阀瓣、阀体、阀试确定：阀座、阀瓣、阀体、阀盖、阀杆主要设计尺寸盖、阀杆主要设计尺寸n n二、绘制二、绘制2”150Lb截止阀阀座、截止阀阀座、阀瓣、阀体、阀盖零件图。阀瓣、阀体、阀盖零件图。第69页/共74页小结小结第70页/共74页附录：密封原理附录：密封原理附录：密封原理附录：密封原理强制密封、半自动密封第71页/共74页强制密封型式强制密封型式强制密封型式强制密封型式第72页/共74页谢谢大家谢谢大家第73页/共74页