美标600lb截止阀设计计算书

截止阀设计计算书JSS-2″~12″J41H-600Lb编制: 侯工审核: 总经理2015年永嘉宏业高中压阀门有限公司目录1.阀体壁厚计算————————————————————12.阀杆总轴向力计算——————————————————13.阀杆关闭和开启力矩计算———————————————34.作用在手轮上启闭力—————————————————45.中法兰螺栓强度校核—————————————————46.中法兰强度校算———————————————————67.支架的合成应力计算—————————————————118.阀杆的强度校算———————————————————14一、阀体壁厚计算： 计算公式： C P S dP t cc +-=)2.12.(5.1式中：t －阀体计算壁厚（英寸）； Pc －额定压力等级（磅）；Pc=150 d －公称通径（英寸）；S －材料需要用的应力（磅/平方英寸）S=7000 C －附加余量（英寸）按ANSI B16.34 C=0.1英寸实际确定壁厚≥计算壁厚为合格二、阀杆总轴向力计算1、阀杆直径设计给定d F （参照BS1873选取）2、阀门关闭或开启时的总轴向力 Q ′FZ =Q MF +Q MJ +Q T sin αL Q ″FZ ＝Q MJ ＋Q T sin αL －Q P式中：Q ′FZ —阀门关闭时阀杆总轴向力(N) Q ″FZ —阀门开启时阀杆总轴向力(N) Q MF －密封力 （N ）;Q MJ －关闭时作用在阀瓣上的介质力 （N ）; Q T －阀杆与填料间的摩擦力 （N ）; Q P －介质作用于阀杆上的轴向力（N ）； αL －阀杆螺纹升角。

MF mm mp MF q tg f b D Q )1(sin ααπ+= P D Q mp MJ 24π=P u h d Q T T F T π=P d Q F P 24π=式中：D mp －阀座密封面平均值（mm); b m －密封面宽度 （mm); q MF －密封必需比压（Mpa ）; α－半锥角（°）；(α=30°) f m －锥形密封面摩擦系数。

(f m =0.15) d F －阀杆直径 （mm); h T －填料层的总高度（mm ）;u T －阀杆与填料间的摩擦系数。

(u T =0.15)三：阀杆关闭和开启力矩计算：M ′F =M ′FL ＋M ′FT ＋M ′FD M ″F ＝M ″FL ＋M FC式中：M ′F －关闭时阀杆力矩(N ·mm)；M ′FT －阀杆与填料间的摩擦力矩(N ·mm)； M ′FL －关闭时的阀杆螺纹摩擦力矩(N ·mm)；M ′FD －关闭时阀杆头部与阀瓣接确面间的摩擦力矩(N ·mm)； M ″F －开启时阀杆力矩(N ·mm)；M ″FL －开启时的阀杆螺纹摩擦力矩(N ·mm)；M FC －开启时的阀杆头部上平面与阀瓣间的摩擦力矩(N ·mm)；M ′FL =Q ′FZ ·R ′FML F T FTd Q M αcos 21=' 303132.0ER Q Q M FZ FZ FD''=' FM FZ FLR Q M ''''='' c L T FZFC f d d Q Q M ))(sin (4121+-''=α式中：R ′FM －关闭时阀杆螺纹的摩擦半径（mm); R 0－阀杆头部球面半径（mm ）； E －阀杆材料的弹性模数（Mpa ）（E=2.2×105）; R ″FM －开启时阀杆螺纹的摩擦半径（mm); d 1－阀杆头部小径（mm ）； d 2－阀杆头部大径（mm ）；f c －接触面间的摩擦系数 取f c =0.15四.作用在手轮上启闭力：02D M M F S '=12D M M F S ''= 式中：M S －作用在手轮上的关闭力（N);D O －手轮直径（mm);M S1－作用在手轮上的开启力（N)。

五、中法兰螺栓强度校核： 1、栓载荷计算1）操作状态下螺栓载荷(N)Wp=F+Fp （见设P368） 式中Wp —在操作状态下螺栓所受载荷（N ） F —流体静压总轴向力（N ）Fp —操作状态下需要的最小垫片压紧力（N ）P D F G 24π=mP bD F G P π2= 式中D G —为垫片压紧力作用中心圆直径(mm) b —垫片有效密封宽度（mm ） bo —垫片基本密封宽度（mm ） m —为垫片系数, m=3.0(查表)当b 0≤6.4mm 时，b=b 0 D G =垫片接触面的平均直径当b 0＞6.4mm 时，053.2b b = D G =垫片接触面的平均直径减2b2）预紧状态下螺栓所受载荷Wa （N ）Wa=πbD G Y式中：Y —垫片比压（MPa ） Y=69MPa(查表)2、螺栓面积计算（1）操作状态下需要的最小螺栓截面积(mm 2)[]tWpAp σ=式中：[б]t —425℃下螺栓材料的许用应力（MPa ） t（2）预紧状态下需要的最小螺栓截面积（mm 2） []σWaAa =式中：[б]—常温下螺栓材料的许用应力（MPa ） 查表[б] =[б]t =137.93MPa（3）设计时给定的螺栓总截面积 2m i n 4nd A b π=式中： n —为螺栓数量；d min —每一个螺栓的最小直径（mm ）。

（4）比较：需要的螺栓总截面积Am=max （Aa ，Ap ）显然 A b >Am故：螺栓强度校核合格六、中法兰强度校算：1、法兰力矩计算（见设P369） （1）法兰操作力矩Mp(N ·mm)计算Mp=F D S D +F T S T +F G S G式中：Mp －法兰操作力矩（N.mm ）；F D —作用于法兰内直径截面上的流体静压轴向力（N ）F D =0.785Di 2P其中 Di —为阀体中腔内径（mm ）S D —为螺栓中心至F D 作用位置处的径向距离（mm ） S D = S +δ1S —螺栓中心至法兰颈部与法兰背面交点的径向距离（mm ）δ1—法兰颈部大端的有效厚度（mm ）F T —流体静压总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体静压轴向力之差（N ）F T =F-F DS T —螺栓中心至F T 作用位置处的径向距离（mm ） 21GT S S S ++=δ F G —法兰垫片压紧力（N ） F G =FpS G —螺栓中心至F G 作用位置处的径向距离(mm)2Gb G D D S -=D b —螺栓中心圆直径（mm ）（2）法兰预紧力矩Ma （N ·mm ）Ma=WS G其中:W 为螺栓的设计载荷（N ）[]b bm A A W σ2+=（3）法兰设计力矩Mo(N ·mm)计算[][]),max(p ftf o M Ma M σσ=式中 [б]f t—425℃下法兰材料的许用应力（MPa ） [б]f t=82.76MPa （查表）(P255)[б]f —常温下法兰材料的许用应力（MPa ） [б]f =120.69MPa （查表）2、法兰应力计算（1）轴向应力бH （MPa ）计算121i oH D fM λδσ=式中 f —整体法兰颈部应力校正系数f =1(查表)λ—参数 (查表计算) D i1—计算直径（mm ） 因f<1，故D i1=D i +δo（2）径向应力бR (MPa)计算if f R D Moe 2)133.1(λδδσ+=式中 δf —法兰有效厚度（mm ） e —系数， （查表计算）1h F e =00δi D h = F 1按h/h 0和δ1/δ0查表P369 h —法兰颈部高度 （mm ）（3）切向应力бT(MPa)计算R if T Z D YM σδσ-=23、应力校核法兰应力应满足下列条件бH ＜1.5[б]f t =1.5×82.76=124.14 бR ＜[б]f t =82.76 бT ＜[б]f t =82.76[]76.822=+t f RH＜σσσ []76.82=+t f TH ＜σσσ中法兰强度合格七、支架的合成应力计算： 附图1. I －I 截面的合成应力校算：ζΣI =ζWI +ζLI +ζWI N ≤［ζL ］式中： ζΣI －I －I 截面的合成应力（Mpa); ζwI － 弯曲应力（Mpa); ζLI －拉应力（Mpa);ζWI N －力矩引起的弯曲应力（Mpa); ［ζL ］－材料的许用拉应力（Mpa);yII WI W M =σ式中： M I －弯曲力矩（N ·mm ）；M I y －I －I 断面对Y 轴地截面系数（mm 3);yⅡXⅢFZ I I I L H L Q M ..2111.8'44+=式中： Q ′FZ －阀杆的总轴向力（N);I Ⅲx －Ⅲ－Ⅲ截面对X 轴的惯性矩（mm 4); I Ⅱy －Ⅱ－Ⅱ截面对Y 轴的惯性矩（mm 4); H －框架高度（mm);L 4 －见附图及零件图；a 、b －见附图或零件图12)(3b d D I XⅢ'-= 643ba I y Ⅱπ=323ba W yI π= 12F Q FZLI '=σ 41abF π=式中:F 1－I －I 截面积（mm 2)；XINⅠNWI W M =σ式中： M ⅠN －力矩(N ·mm);W I X －I －I 截面对X 轴的截面系数（mm 3);4L HM M FJ NⅠ=322ab W XIπ=式中： M FJ —阀门关闭时阀杆螺母凸肩与支架之间的摩擦力矩（N ·mm ）ζΣI =ζWI +ζLI +ζWI N ≤［ζL ］=82 合格2.Ⅱ－Ⅱ截面的合成应力校算:ζΣⅡ=ζW Ⅱ+ζL Ⅱ+ζW ⅡN ≤［ζL ］ 式中：ζεⅡ－Ⅱ－Ⅱ截面的合成应力(Mpa) ζw Ⅱ －弯曲应力（Mpa) ζL Ⅱ －拉应力（Mpa)［ζL ］－材料许用应力（Mpa ）ζεⅡ=ζεⅠ ζw Ⅱ=ζw Ⅰ ζL Ⅱ=ζL ⅠζΣⅡ=ζW Ⅱ+ζL Ⅱ+ζW ⅡN ≤［ζL ］=823.Ⅲ－Ⅲ截面的弯曲应力校算:[]W xⅢⅢW ⅢW M σσ≤=式中:ζW Ⅲ －Ⅲ－Ⅲ截面的弯曲应力(Mpa);W Ⅲx －Ⅲ－Ⅲ截面对X 轴的截面系数（mm3); M Ⅲ －Ⅲ－Ⅲ截面的弯曲力矩(N ·mm); 〔ζW 〕－材料的许用应力（Mpa ）;ⅠFZ ⅢM L Q M -'=42 6)(2b d D W X Ⅲ'-=[]102=≤=W xⅢⅢW ⅢW M σσ八、阀杆的强度校算：1、拉应力校核：[]σσ≤'=FQ FZ式中：ζ－阀杆所受的拉压应力（MPa ）； F －阀杆的最小截面积（mm 2）；［ζ］－材料的许用拉或压应力（MPa ）；(［ζ］=245Mpa)2min 4d F π=故：ζ＜［ζ］=245Mpa2、扭转剪切应力校核：：[]N N M τϖτ≤=式中：ηN －阀杆所受的扭转剪切应力（MPa ）； M －计算截面处的力矩（关闭时阀杆总力矩）（MPa ）； ϖ－计算截面的抗扭断面系数（mm 3）； ［ηN ］－材料的许用扭转剪切应力（MPa ）。