截止阀基础知识与设计计算

上例中，
d=130
mm [σ]=98MPa P=2.0MPa Ma=2.5mm CF=3 mm SR=0 则，T=7.3 mm。图纸取10.5mm，OK。
2.2.3阀座密封比压计算

设计原则： qmf<q<[q]




上例中，
dm=76 bm=3 a
=30° P=2.0 MPa 则， q=19.93 MPa qmf=10.04 MPa [q]=45 MPa（见《阀门设计手册》P428，焊 马氏体不锈钢，HRc35～40） qmf<q<[q]，合格
许用比压（见《阀门设计手册》P426~427）
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。
截止阀典型结构图
图1 J41H150Lb-3” 法兰连接手动截止阀
1.3截止阀类型

1.3.1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
填料系数（阀杆单位面积压力与填料摩擦系数的积）Pu MPa
150 石墨石棉 柔性石墨 PTFE 0.8 1.6 0.4 300 0.8 1.6 0.4 600 0.8 1.8 0.4 900 0.8 1.8 0.4 1500 1.0 2.2 0.5 2000 1.3 2.5 0.65 2500 1.4 2.7 0.7 3500 1.6 3.1 0.8 4500 1.6 3.1 0.8
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
阀座样图尺寸确定
a dw
w
h
d D
H
2.1.2阀瓣设计
图13 阀瓣零件图例
阀瓣设计原则
阀瓣密封面角度一般比阀座小0°～15°。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。 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。
阀杆受力分析
Fg FC P1
2.2.6 活接螺栓及填料压板强制计算
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。
截止阀基础知识及设计计算
魏玉斌
2011年8月
欢
迎
请自觉遵守和维护课堂秩序
截止基础知识及设计计算
目录 1 截止阀基础知识、典型结构及工作原理
1.1 1.2 1.3 1.4 阀门的定义 截止阀结构特点 截止阀类型 截止阀用途
2
截止阀设计计算
2.1 零件设计： 2.1.1 阀座密封面设计
2.1.2阀瓣设计 2.1.3阀体设计 2.1.4阀盖设计 2.1.5阀杆设计 2.1.6装配设计 2.2截止阀设计计算： 2.2.1阀瓣厚度计算 2.2.2阀体壁厚计算 2.2.3阀座密封比压计算 2.2.4阀杆操作力计算 2.2.5活接螺栓及填料压板强度计算 附录：密封原理
2.1.4阀盖设计
图15 阀盖设计图例
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。
阀盖尺寸
DG2 L1
LG2
L0
Lb
LG
xx
X
DW
LG1
dh MS+0.5
上例中，
β6=0.36， P=2.0MPa F=16049.6N a=38
mm b=10 mm [σ]=104MPa 计算结果，σ1=34.76MPa, σ2=4.475MPa σ=39.24MPa ＜ [σ] OK
阀瓣受力分析
2.2.2阀体壁厚计算
t=1.5*d*0.9/([σ]-1.2P) 式中, t——阀体计算壁厚, mm d——阀体计算内径，mm [σ]——材料许用应力，MPa P——阀门工作压力，MPa T= t+Ma+CF+SR 式中, Ma——铸造偏差，mm CF——腐蚀余量，mm SR——特殊要求增加壁厚，mm

图9 本体堆焊阀座
图10 焊接阀座
图11 螺纹阀座
图12 焊接阀座零件图例
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。
阀座圈厚度计算






dO=d*SQRT(Pmax/(100s)+1)+5 S=0.03NPS+6.3*log(CLASS/100) 式中， dO——阀座圈外径mm d——通道内径径mm Pmax——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=76mm Pmax=20 kgf/cm2 。 NPS=3 则， S=1.994 kgf/cm2 dO =88mm
阀座圈高度计算：

H=int（a*dO）+Δ 式中， H——阀座圈高度，mm a——系数 150~300Lb，a= 0.105 600~900Lb，a=0.13 1500Lb，a=0.18 2000~2500Lb，a=0.2 3500Lb，a=0.25 Δ——常数，mm。Δ值根据a 值反向选取，即a越大Δ值越小 Δ=0~8mm
阀杆操作扭矩

阀杆操作扭矩 T=F*β/1000 式中， T——阀杆操作扭矩，N-m





β——阀杆梯形螺纹系数，mm（见《阀门设计手册》P556) 上例中， Β=3.3 T=53Nm 操作手轮需要的力： Fs=T/Ds Ds——手轮直径，m. 上例中，Ds=0.28m 则， Fs=53/0.28=189.3N=19kgf
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%。
2. 截止阀设计计算
下面以150Lb-3”截止阀为例进行设计计算
2.1零件设计 2.1.1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

q= Qmz/(π（d+ bm ） bm ，MPa Qmz=Qmf+Qmj，N Qmf=π（Dmn+bm）bm*sina*(1+fm/tga)*qmf ，N Qmj=π/4（Dmn+bm）2P，N qmf=（3.5+P）/SQRT（bm） 式中， Qmz——阀座密封面总作用力，N Qmf——阀座密封必须作用力，N Qmj——阀座密封面介质静作用力，N q ——阀座计算比压，MPa qmf——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，mm bm——阀座密封面有效宽度，mm p——工作压力，MPa
H
2.2截止阀设计计算：





2.2.1阀瓣强度计算 σ=σ1+σ2 σ＜ [σ]，合格 σ1=β6*PF*a2/h2， σ2=0.75*Pa2/h2 PF=F/(π b2) 式中， σ——阀瓣应力，MPa σ1——阀杆作用力在垫块产生的应力，MPa σ2——介质压力在阀瓣上产生的应力，MPa β6——系数 PF ——阀杆作用力在垫块是上的压力， MPa P——阀门工作压力， MPa F——阀杆总作用力，N。（见阀杆操作力计算） a——阀座支撑面半径，mm b——垫块半径，mm [σ]——材料许用应力， MPa

1.截止阀基础知、典型结构及工作原理



1.1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 2.1） 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。

阀瓣尺寸确定
d4
H3
H4
d3
H5
d1 d2
H1
H2
阀瓣尺寸
阀瓣压盖尺寸确定
DF
LF1
LF2
LF
2.1.3 阀杆设计
S S
ds2
L1
h
LL L
L3
L4
L2
19x19
2.1.3阀体设计
图14 阀体设计图例
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
A
Ls
C+
DG1 DZ s KZ
dg1
LH1
nZ LZ
LH2
B
Xh
LG3
XX
上密封座
图16 上密封座
填料压套尺寸
图17填料压套
填料压板尺寸
图18 填料压板
活接螺栓尺寸
Lh1=30 dh=10
h=14
图19 活结螺栓
Lh=60
2.1.6装配设计
图20 装配顺序图例
装配尺寸链校核