毕业设计计算说明书闸阀资料.docx

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毕业设计计算说明书闸阀资料

一、设计基本参数……………………………………………………………2

1、型号…………………………………………………………………2

2、执行标准……………………………………………………………2

3、阀门结构……………………………………………………………2

二、计算过程…………………………………………………………………2

1、密封面比压的验算…………………………………………………2

2、阀体最小壁厚计算…………………………………………………3

①、查表法……………………………………………………………3

②、计算法……………………………………………………………3

3、闸板的计算…………………………………………………………3

4、阀杆得强度计算……………………………………………………4

5、阀杆头部强度验算…………………………………………………6

6、阀杆稳定性验算……………………………………………………7

7、中法兰连接螺栓………………………………………………7

7.1常温时强度验算……………………………………………………7

7.2中法兰连接螺栓初加温时强度验算………………………………9

7.3中法兰连接螺栓高温时强度验算…………………………………10

8、阀体（中法兰）强度验算………………………………………………11

9、阀盖的强度验算………………………………………………………13

10、阀盖支架（T型加强筋）……………………………………………14

11、手轮总扭矩及圆周力………………………………………………16

参考文献…………………………………………………………………………18

一、设计基本参数：

1、型号：

80Z40H-40

2、执行标准：

阀门设计按照GB/T12234-2007年的规定；

阀门法兰按照GB/T9113.1-4的规定；

阀门结构长度按照GB/T12221的规定；

阀门试验与检验按照GB/T13927的规定；

3、技术参数：

①、公称尺寸DN：

80

②、公称压力PN：

40

③、适用温度范围：

≤350℃

④、介质化学性能：

水、蒸汽、油品。

4、阀门结构：

①、密封副结构：

环状密封

②、中法兰结构：

凹凸面

③、阀杆结构：

明杆

二、计算过程：

1、密封面比压的验算

1、密封面比压计算公式：

-------④

式中：

阀座密封面内径d=80mm；

阀座密封面宽度bm=10mm；

2、出口端阀座密封面上的总作用力：

式中：

作用在出口密封面上的介质静压力：

=25446.90N；①

密封面上达到必需比压时的作用力：

=21205.75N；②

代入得：

=21205.75N；

代入④得：

q=16.5Mpa；

查表得：

密封面必需比压

=7.5Mpa；

密封面许用比压

=45Mpa；

则得：

验算合格

2、阀体最小壁厚计算：

①、查表法：

按GB/T12234-2007查表的阀体最小壁厚为：

11.4mm。

②、计算法：

按塑性材料薄壁阀体厚度公式计算：

式中：

设计压力p=4Mpa；

设计内径DN=80mm；

许用拉应力

=92Mpa；

附加裕量C=4mm；

代入上式得：

=5.54mm；

则最小壁厚实际取

=12mm.。

3、闸板的计算：

计算厚度：

S′B=R

式中：

圆弧过渡外半径密封面平均半径

R=（DMN+bM）/2=46mm；

系数：

K=1.24（自由周边：

钢1.24）；

计算压力p：

设计给定4.0Mpa；

许用弯曲应力〔σw〕=102MPa；

腐蚀余量C：

设计给定4.5mm；

代入上式得：

S′B=14.64mm；

实际厚度SB：

设计给定16mm；

则得：

S′B

4、阀杆强度计算

关闭时阀杆总轴相力:

Q′FZ=K1QMJ+K2QMF+Qp+QT=20091.97N；①

开启时阀杆总轴向力:

Q″FZ=K3QMJ+K2QMF－Qp+QT=16457.14N；②

阀杆最大轴向力（取Q′F、Q″FZ较大值）：

QFZ=20091.97N；

查表3-28得：

系数:

K1=0.29K2=0.77K3=0.41K4=0.62

密封面处介质作用力，由1序号①得:

QMJ=25446.90N；

密封面上密封力，由1序号②得:

QMF=21205.75N；

阀杆径向截面上介质作用力：

Qp=π/4dF2p=520.53N；

阀杆直径：

设计给定

dF=22mm；

计算压力p：

设计给定4.0MPa；

阀杆与填料摩擦力：

QT=ψdFbTp=1182.72N；③

查表3-15得（按h

/b

）：

系数：

ψ=2.24；

填料深度hT：

设计给定42mm；

填料宽度bT:

设计给定6mm；

轴向拉应力：

σL=Q″FZ/Fs=88.48Mpa；

轴向压应力：

σY=Q′FZ/Fs=108.02Mpa；

查表3-17（按退刀槽处At）得：

阀杆最小截面积Fs：

186mm2；

扭应力：

τN=M′FL/Ws=76.79Mpa；

关闭时阀杆螺纹摩擦力矩：

M′FL=M′FL+Ws=46010.60Nmm；④

查表3-16得：

螺纹摩擦半径RFM:

2.79mm；

查表3-17（按退刀槽处At）得：

阀杆最小断面系数Ws：

730mm3；

合成应力：

σ∑=√σY2+4τN2=

187.76Mpa；

查表3-7得

许用拉压力：

〔σL〕=225Mpa；

许用压应力：

〔σY〕=200Mpa；

许用扭应力：

〔τN〕=120Mpa；

许用合成应力：

〔σ∑〕=210Mpa；

σL

5、阀杆头部强度验算

剪应力：

τ=（Q″FZ－QT）/2bh=16.16Mpa；

开启时阀杆总作用力，由4序号②得：

Q″FZ=16457.14Mpa；

阀杆与填料摩擦力，由4序号③得：

QT=1182.72N；

图示b：

设计给定35.72mm；

图示h：

设计给定13.23mm；

查表3-7得：

许用剪应力：

〔τ〕=120Mpa；

注：

τ

6、阀杆稳定性验算

允许细长比λ0：

30；

实际细长比：

λ=4µλlF/dF=79.6；

支承型载影响系数：

µλ=1；

阀杆直径dF：

设计给定22mm；

计算长度lF:

设计给定438mm；

查表3-22得：

临界细长比：

λL=80；

压应力：

σ

=Q′FZ/F=114.15Mpa；

关闭时阀杆总轴向力，由4序号①得：

Q′FZ=20091.96N；

阀杆截面积：

F=176mm2

由图3-2得：

实际许压应力：

〔σY〕=140Mpa；

注：

1、λ0

7、中法兰连接螺栓

螺栓材料：

35CrMo

7.1常温时强度验算：

操作下总作用力：

Q′=QDJ+QDF+QDT+Q′FZ=190743.27N；①

最小预紧力：

Q″=QYJ=114353.97N；

螺栓计算载荷（取Q'或Q"中较大值）：

QL=190743.27N；②

垫片处介质作用力：

QDJ=DDPpπ/4=61575.21N；

垫片平均直径DDP：

设计给定140mm；

计算压力p：

设计给定4.0Mpa；

垫片上密封力：

QDF=2πDDPB

mDPp=96761.05N；

由表3-23（根据bDP）得：

垫片有效宽度：

B

=10mm；

垫片宽度bDP：

设计给定10mm；

由表3-24得

垫片系数：

mDP=2.75；

垫片弹性力：

QDT=ηQDJ=12315.04N；

系数：

η=0.2（按固定法兰取0.2）；

关闭时阀杆总轴向力，由4序号①得：

Q′FZ=20091.96N；

必须预紧力：

QYJ=πDDPBNqYJKDP=114353.97N；

查表3-24得：

密封面预紧比压：

qYJ=26Mpa；

垫片形状系数：

KDP=1（按圆形取1）；

螺栓拉应力：

σL=QL/FL=10.30Mpa；

螺栓总截面积：

FL=ZF1=1729.2mm2；③

螺栓数量Z：

设计给定12；

由表3-9（根据dL）得：

单个螺栓截面积：

F1=144.1mm；

螺栓直径dL：

设计给定16mm；

表3-9（根据dL）

许用拉应力：

〔σL〕=200Mpa；

螺栓间距与直径比：

LJ=πD1/ZdL=3.14；

螺栓孔中心圆直径D1：

设计给定192mm；

注:

1、σL

2、2.7

7.2中法兰连接螺栓初加温时强度验算

螺栓计算载荷：

Q′LZ=QLZ+Q′t=270048.62N；①

常温时螺栓计算载荷，由7.1序号②得：

QLZ=190743.27N；

初加温时螺栓温度变形力：

Q′t=△t′

L/（L/FLEL+δDP/FDPEDP）79305.35N；

由表3-25（根据t）得；

初加温时温度差：

△t′=35℃；

介质工作温度T：

设计给定350℃；

由表3-8（根据t′L）得：

材料线胀系数：

α=12.60×10

1/℃；

螺栓计算长度：

L=2h+δDP=54mm；

中法兰厚h：

设计给定26mm；

垫片厚度δDP：

设计给定2mm；

中法兰温度：

t′F=0.5t=175℃；②

螺栓温度：

t′L=t′F－△t′=140℃；

螺栓总截面积，由7.1序号③得：

FL=1729.20mm2；

查表3-8（根据t′L）得：

螺栓材料弹性模量：

EL=2.10×105Mpa；

垫片面积：

FDP=πDDPbDP=4398.22mm2；

垫片平均直径DDP：

设计给定140mm；

垫片宽度bDP：

设计给定10mm；

查表3-24得：

垫片材料弹性模量：

EDP=0.03×105Mpa；

螺栓拉应力：

σ′L=Q′LZ/FL=156.16MPa；

安全系数：

n′s=（σs）t′L/σ′L=3.14；

查表3-8（根据t′L）得：

屈服点：

（σs）t′L=490Mpa；

n′s=3.14≥1.25合格

7.3中法兰连接螺栓高温时强度验算

螺栓计算载荷：

Q″LZ=QLZ+Q″t=277816.31N；①

常温时螺栓计算载荷，由7.1序号②得：

QLZ=190743.28N；

高温时螺栓温度变形力：

Q″t=

=87073.03N；

由表3-25（根据t）得：

高温时温度差：

△t″=35℃；

介质工作温度t：

设计给定350℃；

由表3-8（根据t

L）得：

材料线胀系数：

α=13.90×10

1/℃；

由表3-25（根据t）得：

初加温时温度差：

△t′=90℃；

初加温时螺栓温度变形力：

Q′t=79305.30N；

中法兰温度，由7.2序号②得：

t″F=0.9t=315℃；

螺栓温度：

t″L=t″F－△t″=280℃；

螺栓拉应力：

σ″L=Q″LZ/FL=156.16MPa；

螺栓总面积，由7.1序号③得：

FL=1729.20mm2；

安全系数：

n″s=（σs）t″L/σ″L=5.08；

由表3-8（根据t″L）得：

屈服极限：

（σs）t″L=560Mpa；

n″s=5.08≥1.35合格。

8、阀体（中法兰）强度验算

常温时比值系数：

n=QLZ/〔σw〕=1734.03mm

；

初加温时比值系数：

n′=Q′LZ/〔σ′w〕=1687.80mm

；

高温时比值系数：

n″=Q″LZ/〔σ″w〕=1875.26mm

；

计算载荷（取n，n′，n″中最大时的QLZ，Q′LZ，Q″LZ）：

QLZ=270048.63N；

常温时螺栓计算载荷，由7.1序号①：

QLZ=190743.28N；

初加温时螺栓计算载荷，由7.2序号①：

Q′LZ=270048.63N；

高温时螺栓计算载荷，由7.3序号①：

Q″LZ=277816.31N；

由表3-3得：

许用弯曲应力：

〔σw〕=110Mpa；

许用弯曲应力：

〔σ

w〕=（σs）t″F/1.25=160MPa；

屈服点：

（σs）t″F=200Mpa表3-2（根据t′F）；

中法兰温度,由7.2序号②得：

t′F=175℃；

许用弯曲应力：

〔σ″w〕=（σR）t″F/0.9=148.15Mpa；

取（σR）t″F/1.35或（σR）t″F/0.9的最小值

由表3-2得

屈服点：

（σs）t″F=200Mpa；

中法兰温度，由7.2序号②得：

t″F=315℃；

I-I断面弯曲应力：

σWI=Ql1/WI=66.52MPa；

力臂：

l1=（D1－DM）/2=19mm；

螺栓孔中心圆直径D1：

设计给定192mm；

中法兰根径Dm：

设计给定154mm；

断面系数：

WI=（π/6）Dmh2=54481.09mm3；

中法兰厚度h：

设计给定26mm；

II-II断面弯曲应力：

σWII=0.4Ql2/WII=34.13MPa；

力臂：

l2=l1+（Dm－Dn）/4=56.50mm；

计算内径Dn：

设计给定80mm；

断面系数：

WII=（π/6）［（Dm+Dn）/2］［（Dm－Dn）/2］2=83823.87；

注：

＜〔σw〕，σWII＜〔σw〕为合格。

9、阀盖的强度验算

I-I断面拉应力：

σ=pDn/4（SB－C）+Q′FZ/π/Dn/（SB－C）=23.75MPa；

计算压力p：

设计给定4.0MPa；

计算内径Dn：

设计给定80mm；

实际厚度SB：

设计给定12mm；

腐蚀余量C：

设计给定4mm；

关闭时阀杆总轴向力：

Q′FZ=20091.97N；

Ⅱ-Ⅱ断面剪应力：

τ=pdr/4（SB－C）+Q′FZ/πdr（SB－C）=21.56MPa；

图示：

dr=设计给定54mm；

由表3-3得：

许用拉应力：

〔σL〕=92Mpa；

许用剪应力：

〔τ〕=55Mpa；

注：

σL＜〔σL〕，τ＜〔τ〕合格。

10、阀盖支架（T型加强筋）

I-I断面弯曲应力

=10Mpa；

关闭时阀杆总轴向力，由4序号①得：

Q'FZ=20091.97N；

框架两重心处距离

L=L1+2Y=84.85mm；

图示L

：

设计给定70mm；

图示：

Y=〔CA2+（B-C）a2〕/（2〔CA+（B-C）a〕）=7.42mm；

图示C：

设计给定16mm；

图示A：

设计给定20mm；

图示B：

设计给定50mm；

图示a：

设计给定10mm；

图示H：

设计给定152mm；

III-III断面惯性矩

I

=（D-d）h3/12=157208.33mm

；

图示D：

设计给定70mm；

图示d：

设计给定26mm；

图示h：

设计给定35mm；

II-II断面惯性矩：

I

=1/3（BY

=17621.21mm

；

I-I断面系数：

W

=

=2343.47mm

；

III-III断面弯曲应力：

σ

=（Q'FZL/4-M2）/W3=44.80Mpa；

III-III断面弯曲力矩：

M

=23700.71N.mm；

III-III断面系数：

W

=8983.33mm；

I-I断面拉应力：

=15.22Mpa；

I-I断面扭矩引起的弯曲应力：

=（（M

=0.32N.mm；

弯曲力矩：

M

=M

=3013.79N.mm；

阀杆螺母凸肩摩擦力矩:

M

=2/3

Q

（r

）=3013.79N.mm；①

由查表3-26（3）得：

凸肩部分摩擦系数:

=0.30；

阀杆螺母凸肩外半径r

：

设计给定24.00mm；

阀杆螺母凸肩内半径r

:

设计给定20.00mm；

I-I断面合成应力:

=25.53Mpa；

由查表3-3得：

许用拉应力：

〔σL〕=82Mpa；

许用弯曲应力：

〔σ

〕=102Mpa；

注：

＜〔σL〕，σ

＜〔σ

〕

11、手轮总扭矩及圆周力

关闭时总矩扭（不带滚珠轴承）:

M

=M

M

49024.40N.mm；

关闭时阀杆螺纹摩擦力矩,由4序号④得：

M

=46010.60N.mm；

阀杆螺母凸肩摩擦力矩，由10序号①得：

M

=3013.79N.mm；

园周力：

Q

=2M

/D

式中：

手轮直径D

：

设计给定250mm；

代入式子的：

Q

=392.20Mpa；

参考文献

[1]陆培文主编.实用阀门设计手册[M].北京：

机械工业出版社，2002

[2]陆培文主编.阀门设计计算手册.中国标准出版社，1994

[3]杨源泉主编.阀门设计手册[M].北京：

机械工业出版社，2000

[4]沈阳高中压阀门厂编著.阀门制造工艺[M].北京：

机械工业出版社，1984.

[5]《英汉阀门工程词汇》编辑委员会编.英汉阀门工程词汇[M].北京：

北京科技出版社，1989.

[6]孙晓霞主编.实用阀门技术问答[M].北京：

中国标准出版社，2001.

[7]冠国清主编.电动阀门选用手册[M].北京：

天津科学技术出版社，1997.

[8]陆培文等编.阀门选用手册[M].北京：

机械工业出版社，2001.

[9]陆培文等编.国内外阀门新结构[M]．北京：

中国标准出版社，1997.

[10]〔美〕J.L.菜昂斯著.阀门技术手册[M]．北京：

机械工业出版社，1991.

[11]C.Yamahata,F.Lacharme,Y.Burri,andM.A.M.Gijs,“ABall.ValveMicropumpinGlassFabricatedbyPowderBlasting,”Sens.Actuators.B（inpress）.DOI:

10.1016/jsnb.2005.01.005.

[12]C.C.Tsai,C.Y.ChangandC.H.Tseng,“Optimaldesignofmetalseatedballvalvemechanism,”StructuralandMultidisciplinaryOptimization26,249–255（2004）DOI：

10.1007/s00158-003-0342-3.

[13]C.Fu,Z.RummlerandW.Schomburg,“MagneticallyDrivenMicroBallValvesFabricatedbyMultilayerAdhesiveFilmBonding,”J.Micromech.Miicroeng.13,S96-Sl02（2003）.