闸阀设计与计算的基本内容

闸阀设计与计算的基本内容

一、设计输入

即设计任务书。应明确阀门的具体参数（公称通径、公称压力、温度、介质、驱动方式等），使用的条件和要求（如室内或室外安装、启闭频率等）及相关执行的标准（产品的设计与制造、结构长度、连接型式、产品的检验与试验等） 二、确定阀门的主体材料

应根据设计输入的参数，经综合考虑后确定适用的阀门主体材料。 三、确定阀门承压件的制造工艺方法(铸造、锻造、焊接、铸焊……) 四、确定阀门总体结构型式（即方案设计），为便于讲解，本节内容按明杆，楔式，蝶型开口阀盖，代中法兰，填料压紧的结构设计。 五、确定阀门的结构长度和连接尺寸 六、确定阀体阀座处的流通通道尺寸 七、闸阀的设计与计算

此部份很关键，属于技术设计范畴，应边计算边绘制总图。 1．承压件壁厚的计算

2．密封副的总作用力和比压的计算

3．阀体与阀盖的连接型式和密封结构的确定 4．阀杆的强度计算 5．闸板的强度计算 6．中法兰的强度计算 7．阀盖的强度计算 8．支架的强度计算 9．阀杆螺母的强度计算 10．填料压盖的强度计算 11．活节螺栓的强度计算 12．销轴的强度计算

13．选配电动或气动传动装置及确定手动传动手轮的直径 14．阀门流量系数的计算 7.1 承压件壁厚的计算

承压件壁厚的确定方法有以下三种，即查表法，插入法和计算法。 7.1.1 查表法

若设计输入明确规定了是标准阀门，并且其参数在相应标准规定范围内时，可按指定的相应标准规定的值查出。 7.1.2 插入法

此种情况，适用于设计输入的参数与标准内容的规定值不一致的情况下，亦即不能按设计输入的参数值在标准中直接查出

此时，可按下述方法进行插入计算：

()N N1

m m1m2m1N2N1

P P t t t t P P -=+

--

式中：t m ：需计算和确定的承压件壁厚 t m1：查P N1时的壁厚 t m2：查P N2时的壁厚 P N1：公称压力的小值

P N2：公称压力的大值

7.1.3 计算法：

1、计算壁厚的原则

1）对脆性材料和塑性材料，其适用的公式不同

2）对薄壁容器和厚壁容器，其适用的公式也不同，一般以计算处的外径（D ）和内径（d ）之比来区分：

当D /d ≤1.2时，为薄壁容器 D /d ＞1.2时，为厚壁容器

3）计算时，应以承压件最大内腔尺寸为依据，一般以阀门通道内径为基准计算 4）承压件形状不同，应按不同的公式进行计算 5）阀体与阀盖的壁厚可取同一值。 2、计算壁厚的方法：

目前，承压件壁厚的计算方法基本上分为我国和国外计算法（若无明确规定以下内容均按薄壁容器计算）。

1）国内计算公式：

对圆筒型和腰鼓型承压件：

[]L N

2.3P D t C P

σ=

+-g

式中：P ：设计压力 取PN （MPa ） D N ：计算处的内径 （mm ） [σL ]：许用拉应力 （MPa ） C ：附加余量 （mm ） 对球型承压件：

[]

L 2P R

t C σ=

+g 对非圆筒型承压件：（略） 2）国外计算公式

国际上公认的权威计算公式为ANSI B16.34规定的计算法

Pc d 1.52 1.2Pc t C S ⎛⎫=+ ⎪-⎝⎭

g

式中： t ：计算处的壁厚 （in ）

P C ：用Psi 表示的压力等级符号，用相应的磅级值例150磅级用150Psi 代入 d ：计算处的内径 （in ） S ：应力系数 取S=7000Psi

C ：附加余量，由设计考虑各种因素后的附加值

3）为了与国外的计算公式统一，我国对ANSI B16.34的公式按国际计量单位进行换算

1N N 1N P D 1.52 1.2P k t C S k ⎛⎫=+ ⎪-⎝⎭

g g

式中：P N ：公称压力 （MPa ）

D N ：计算处的内径 （mm ）

k 1：壁厚系数

当 P N =2.0MPa 时，k 1=1.3 P N ≥5.0MPa 时 k 1=1

S ：材料的许用应力，一般取S =118MPa

C ：附加余量 对执行ANSI B16.34时，C =2.5mm

对执行API 600时，C =6.3mm

7.2 密封面比压和密封面上总作用力的计算 7.2.1 密封面比压的计算

1、密封面比压的满足条件 q MF ＜q ＜[q ]

式中：q MF ：密封面上的必须比压 查[资料1]表3-13 q ：实际比压 （MPa ）

[q ] ：密封面的许用比压 查[资料1]表3-14 2、实际密封面比压的计算 ()MZ

m m

b b Q q d π=

+g

式中：q ：实际密封面比压 （MPa ）

Q MZ ：出口端阀座密封面上的总作用力（N ） d ：阀座密封面内径 设计给定 （mm ） b m ：密封面宽度 设计给定 （mm ） 7.2.2 密封面上的总作用力Q MZ 的计算

式中：ψ：闸板楔半角（度）

f ′m ：关闭时密封面间的摩擦系数，可由下式确定

MJ Q MJ =0.785(d +b m )2

·P

Q MF ：密封面上达到必须比压时的作用力（N ）

Q MF =π（d +b m ）b m ·q MF

式中：P ：为允许的最大工作压力 （MPa ）设计给定

d ，b m ，q MF ：见7.2.1规定

7.3 阀体与阀盖连接型式和密封面结构的确定