截止阀基础知识与设计计算1ppt课件

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1、截止阀根底知识及设计计算截止阀根底知识及设计计算 魏玉斌魏玉斌2021年年8月月 欢 迎请自觉遵守和维护课堂次序请自觉遵守和维护课堂次序目录目录 1 1 截止阀根底知识、典型构造及任务原理截止阀根底知识、典型构造及任务原理 1.1 1.1 阀门的定义阀门的定义 1.2 1.2 截止阀构造特点截止阀构造特点 1.3 1.3 截止阀类型截止阀类型 1.4 1.4 截止阀用途截止阀用途 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 截止根底知识及设计计算截止根底知识及设计计算v2.1.22.1.2阀瓣设计阀瓣设计v2.

2、1.32.1.3阀体设计阀体设计v2.1.42.1.4阀盖设计阀盖设计v2.1.52.1.5阀杆设计阀杆设计v2.1.62.1.6装配设计装配设计v2.22.2截止阀设计计算：截止阀设计计算：v2.2.12.2.1阀瓣厚度计算阀瓣厚度计算v2.2.22.2.2阀体壁厚计算阀体壁厚计算v2.2.32.2.3阀座密封比压计算阀座密封比压计算v2.2.42.2.4阀杆操作力计算阀杆操作力计算v2.2.52.2.5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v附录：密封原理附录：密封原理1.截止阀根底知、典型构造及任务原理截止阀根底知、典型构造及任务原理v1.11.1阀门的定义阀门的定义v用来

3、控制管道内介质的，具有可动的机械产用来控制管道内介质的，具有可动的机械产品的总体品的总体 见见GB/T21465-2021 2.1GB/T21465-2021 2.1v阀门是在流体系统中，用来控制流体的方向、阀门是在流体系统中，用来控制流体的方向、压力、流量的安装。压力、流量的安装。v阀门是使配管和设备内的介质液体、气体、阀门是使配管和设备内的介质液体、气体、粉末流动或停顿、并能控制其流量的安装。粉末流动或停顿、并能控制其流量的安装。1.2截止阀构造特点 普通来说，截止阀由阀体、阀瓣、阀盖、普通来说，截止阀由阀体、阀瓣、阀盖、阀杆等组成。如以下图，阀体、阀盖为承压件，阀杆等组成。如以下图，阀体

4、、阀盖为承压件，阀瓣、阀杆为内件。典型的螺栓衔接阀盖截止阀瓣、阀杆为内件。典型的螺栓衔接阀盖截止阀构造如以下图。阀构造如以下图。截止阀典型构造图截止阀典型构造图图图1 J41H150Lb-3 法兰衔接手动截止阀法兰衔接手动截止阀1.3截止阀类型v1.3.1按流道外形分：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 图4 角式截止阀 J44H25-801.3.2 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、Z Z型截型截止阀、针形截止阀、三通截止阀等止阀、针形截止阀、三通截止阀等图5 双阀瓣截止阀 J

5、41H25-200 图图6 Z型截止阀型截止阀J62YP54100V-50 图7 针型阀 图8 三通阀 1.4截止阀用途v广泛适用于石油化工、天然气、电厂的水、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蒸汽、油品等管路上作为接通或截断介质的启闭安装。启闭安装。v如某工厂制造各种阀门比例：如某工厂制造各种阀门比例：v闸阀闸阀39%，蝶阀，蝶阀24%，截止阀，截止阀16%、调理阀、调理阀8%、止回阀、止回阀7%、球阀、球阀3%、其它阀门、其它阀门3%。2.2.截止阀设计计算截止阀设计计算 下面以下面以150Lb-3150Lb-3截止阀为例截止阀为例进展设计计算进展

6、设计计算v2.1零件设计v2.1.1阀座设计v按阀座类型有：本体堆焊阀座、焊接阀座、螺纹阀座。外形如以下图图9 本体堆焊阀座 图图10 焊接阀座焊接阀座 图11 螺纹阀座图12 焊接阀座零件图例 v美标阀门普通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。v阀座的受力分析。阀座圈厚度计算vdO=d*SQRT(Pmax/(100s)+1)+5vS=0.03NPS+6.3*log(CLASS/100)v式中，式中，vdO阀座圈外径阀座圈外径mmvd通道内径径通道内径径mmvPmax常温最大任务压力常温最大任务压力,kgf/cm2。vs许用应力许用应力,MPa。vNPS英制阀门规格。英制

7、阀门规格。vCLASS压力等级数值。压力等级数值。v对于对于3150Lb阀门阀门vd=76mmvPmax=20 kgf/cm2。vNPS=3v那么，那么，vS=1.994 kgf/cm2vdO=88mm阀座圈高度计算：阀座圈高度计算：vH=inta*dO+v式中，vH阀座圈高度，mmva系数v150300Lb，a=0.105v600900Lb，a=0.13v1500Lb，a=0.18v20002500Lb，a=0.2v3500Lb，a=0.25v常数，mm。值根据a值反向选取，即a越大值越小v=08mm上例中，上例中，a=0.105dO=88mm取，取，=8那么，那么，H=18mmvint整数

8、函数vM=int(M)取整数vM=int(M+0.51)四舍五入取整数vM=int(M+0.91)向上圆整取整数vM=2int(M/2)取偶数整数vM=2int(M/2+0.51)四舍五入取偶数整数vM=2int(M/2+0.91)向上圆整取偶数整数vM=5int(M/5)取末尾数为5的整倍数vM=10int(M/10)取末尾数为0的整数阀座样图尺寸确定dDhHdwaw2.1.2阀瓣设计图13 阀瓣零件图例 阀瓣设计原那么v 阀瓣密封面角度普通比阀座小015。常见锥角组合如下表：角度越小越容易密封，但是，越容易楔死。反之亦然。v原那么上阀瓣密封面中径等于阀座的密封面中径，并坚持足够宽度，使得阀

9、瓣密封面完全覆盖阀座密封面。阀瓣尺寸确定d 2d 1d 4H1H4H3H2H5d 3阀瓣尺寸阀瓣压盖尺寸确定DFLFLF1LF22.1.3 阀杆设计ds2L2L1LhLLL3L4SS19x192.1.3阀体设计图14 阀体设计图例 设计要点：v阀体中腔内径确定v构造长度v最小壁厚v阀座组装尺寸v中法兰v阀体中心高 中腔内径确定中腔内径确定阀瓣最大外径阀瓣最大外径+815mm阀体尺寸确定fCLddDD TDD ZhXXD 2HTC+D 0XXXL 1XnLKH1H0XD GXn Z L ZK Z阀体尺寸构造长度见 ASME B16.10-2021 表1阀体通道直径、最小壁厚及阀杆直径见BS187

10、3 附录A 表32.1.4阀盖设计图15 阀盖设计图例阀盖设计要点v阀盖壁厚等于阀体壁厚阀盖壁厚等于阀体壁厚v上密封设计：本体堆焊，适用于通用阀门；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、电站阀门上密封座设计，适用于石化阀门、电站阀门及其他重要阀门。及其他重要阀门。v上密封的作用。不得借助上密封带压改换填上密封的作用。不得借助上密封带压改换填料。料。阀盖尺寸LG3M S+0.5sdg1LsD WD ZX hLbdhLGD G 2LG2LG1C+nZ LZLH2LH1K ZD G 1L1L0 xxBAX XX上密封座图图16 上密封座上密封座填料压套尺寸图图17填料压

11、套填料压套填料压板尺寸图图18 填料压板填料压板活接螺栓尺寸图图19 活结螺栓活结螺栓dh=10h=1 4Lh1=30Lh=602.1.6装配设计图20 装配顺序图例 装配尺寸链校核图21 装配尺寸链校核HHo2.2截止阀设计计算：v2.2.1阀瓣强度计算v=1+2 ，合格v1=6*PF*a2/h2，v2=0.75*Pa2/h2vPF=F/(b2)v式中，v阀瓣应力，MPa v1阀杆作用力在垫块产生的应力，MPa v2介质压力在阀瓣上产生的应力，MPa v6系数 vPF 阀杆作用力在垫块是上的压力，MPavP阀门任务压力，MPavF阀杆总作用力，N。见阀杆操作力计算va阀座支撑面半径，mmvb

12、垫块半径，mmv资料许用应力，MPav上例中，上例中，v6=0.36，vP=2.0MPavF=16049.6Nva=38 mmvb=10 mmv=104MPav计算结果，计算结果，1=34.76MPa,2=4.475MPav=39.24MPa OK阀瓣受力分析2.2.2阀体壁厚计算vt=1.5*d*0.9/(-1.2P)v式中式中,vt阀体计算壁厚阀体计算壁厚,mmvd阀体计算内径，阀体计算内径，mmv资料许用应力，资料许用应力，MPavP阀门任务压力，阀门任务压力，MPavT=t+Ma+CF+SRv式中式中,vMa铸造偏向，铸造偏向，mmvCF腐蚀余量，腐蚀余量，mmvSR特殊要求添加壁厚，

13、特殊要求添加壁厚，mmv上例中，上例中，vd=130 mmv=98MPavP=2.0MPavMa=2.5mmvCF=3 mmvSR=0v那么，那么，T=7.3 mm。图纸取。图纸取10.5mm，OK。2.2.3阀座密封比压计算v设计原那么：设计原那么：vqmfqqvq=Qmz/(d+bm bm，MPavQmz=Qmf+Qmj，NvQmf=Dmn+bmbm*sina*(1+fm/tga)*qmf，NvQmj=/4Dmn+bm2P，Nvqmf=3.5+P/SQRTbmv式中，式中，vQmz阀座密封面总作用力，阀座密封面总作用力，NvQmf阀座密封必需作用力，阀座密封必需作用力，NvQmj阀座密封面

14、介质静作用力，阀座密封面介质静作用力，Nvq 阀座计算比压，阀座计算比压，MPavqmf密封必需比压，密封必需比压，MPa见见P427va阀瓣半锥角。阀瓣半锥角。vdm阀座密封面内径，阀座密封面内径，mmvbm阀座密封面有效宽度，阀座密封面有效宽度，mmvp任务压力，任务压力，MPav上例中，上例中，vdm=76vbm=3va=30vP=2.0 MPav那么，那么，vq=19.93 MPavqmf=10.04 MPavq=45 MPa见见P428，焊，焊马氏体不锈钢，马氏体不锈钢，HRc3540vqmfqq，合格，合格许用比压见P426427密封面许用比压见P4282.2.4阀杆操作力计算及强

15、度校核v阀杆操作力阀杆操作力vF=Fg+Fs1+Fc-Fs2vFg=ds*h*puvFs1=d*d*P1/4vFc=d02-d2KP1-P2/4vFs2=d02-ds2P2/4v式中，式中，vFg填料摩擦力，填料摩擦力，NvFs1阀前压力产生的作用力阀前压力产生的作用力,NvFc密封面所需必需密封力，密封面所需必需密封力，NvFs2 阀后压力产生的作用力，阀后压力产生的作用力，Nvds阀杆直径，阀杆直径，mmvd-阀座密封面内径，阀座密封面内径，mmvdO阀座密封面外径，阀座密封面外径，mmvh填料函深度，填料函深度，mmvK 面压系数面压系数vpu阀杆单位面积压力与填料摩擦系数的积，阀杆单位

16、面积压力与填料摩擦系数的积，MPavP1阀前压力，阀前压力，MPavP2阀后压力，阀后压力，MPa填料系数阀杆单位面积压力与填料摩擦系数的积填料系数阀杆单位面积压力与填料摩擦系数的积Pu MPaPu MPa15030060090015002000250035004500石墨石棉0.80.80.80.81.01.31.41.61.6柔性石墨1.61.61.81.82.22.52.73.13.1PTFE0.40.40.40.40.50.650.70.80.8v在上例中，在上例中，vds=26mmvh=45mmvd=76 mmvdO=79mmvK=1.5vpu=1.6MPavP1=20MPavP2=

17、0 v那么，那么，vF=16050NvFg=5881NvFs1=9073NvFc=1096NvFs2=0阀杆强度校核阀杆强度校核y=F/A A=Dt2/4 式中，式中，y封锁时阀杆应力，封锁时阀杆应力，MPaF 阀杆最大操作力，阀杆最大操作力，NA 阀杆有效断面积阀杆有效断面积,mm2Dt 梯形螺纹小径，梯形螺纹小径，mm上例中，上例中，Dt=20.5y=48.6MPay=360 MPa y y ,OK阀杆操作扭矩v阀杆操作扭矩阀杆操作扭矩vT=F*/1000v式中，式中，vT阀杆操作扭矩，阀杆操作扭矩，N-mv阀杆梯形螺纹系数，阀杆梯形螺纹系数，mm见见P556)v上例中，上例中，v=3.3

18、vT=53Nmv操作手轮需求的力：操作手轮需求的力：vFs=T/DsvDs手轮直径，手轮直径，m.v上例中，上例中，Ds=0.28mv那么，那么，Fs=53/0.28=189.3N=19kgf阀杆受力分析P 1F CF g2.2.6 活接螺栓及填料压板强迫计算活接螺栓及填料压板强迫计算练习题v一、参照设计。根据一、参照设计。根据3150Lb例子，设计例子，设计2150Lb和和4150Lb截止阀。截止阀。v设计数据：阀体流道直径，设计数据：阀体流道直径，51、102mmv阀体最小壁厚阀体最小壁厚8.7、11.1mmv阀杆直径阀杆直径20、30mmv构造长度构造长度203、292mmv试确定：阀座、阀瓣、阀体、阀盖、阀杆主试确定：阀座、阀瓣、阀体、阀盖、阀杆主要设计尺寸要设计尺寸v二、绘制二、绘制2150Lb截止阀阀座、阀瓣、阀截止阀阀座、阀瓣、阀体、阀盖零件图。体、阀盖零件图。小结阀 体阀 盖阀 杆开 始阀 瓣阀 座装 配设 计 流 程 图阀 盖 阀 杆阀 杆 螺 母手 轮结 束活 结 螺 栓填 料 压 套 上 密 封 座 填 料 压 板阀 杆 螺 母 附录：密封原理附录：密封原理强迫密封、半自动密封强迫密封、半自动密封强迫密封型式强迫密封型式谢谢大家谢谢大家