Q41球閥設(shè)計(jì)計(jì)算說明書.doc

目 錄閥體壁厚驗(yàn)算1密封面比壓驗(yàn)算2閥桿總轉(zhuǎn)矩及圓周力3閥桿頭部強(qiáng)度驗(yàn)算5中法蘭螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算6閥體中法蘭強(qiáng)度驗(yàn)算9參考資料1、 API 6D管道閥門2、 ASME B16.34閥門法蘭、螺紋和焊端連接的閥門3、 ASME B16.5管道法蘭和法蘭管件NPS1/2NPS244、 機(jī)械工業(yè)出版社閥門設(shè)計(jì)手冊5、 機(jī)械工業(yè)出版社實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊6、 ASME 第二卷 D篇鍋爐及壓力容器規(guī)范材料規(guī)范7、 ASME VIII第一冊壓力容器建造規(guī)則8、 機(jī)械工業(yè)出版社閥門設(shè)計(jì)入門與精通說明1、 以公稱壓力作為計(jì)算壓力2、 對殼體壁厚的選取，在滿足計(jì)算壁厚的前提下，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)取殼體最小壁厚且圓整整數(shù)，已具裕度3、 涉及的材料許用應(yīng)力值按-29200時(shí)選取4、 適用介質(zhì)為水、油、氣等介質(zhì)5、 不考慮地震載荷、風(fēng)載荷等自然因數(shù)6、 瞬間壓力不得超過使用溫度下允許壓力的1.1倍7、 管路中應(yīng)安裝安全裝置，以防止壓力超過使用下的允許壓力 型 號 4Q41F-150Lb 簡 圖零件名稱閥體、閥蓋材料牌號ASTM A216 WCB計(jì)算內(nèi)容閥體壁厚驗(yàn)算根 據(jù)ASME16.34-Pg110 序號計(jì)算數(shù)據(jù)名稱符號公 式數(shù) 值單位1殼體計(jì)算壁厚16.5mm2殼體計(jì)算壁厚26.6mm3計(jì)算壓力Pc設(shè)計(jì)給定150psi4計(jì)算內(nèi)徑d設(shè)計(jì)給定4inch5基本應(yīng)力系數(shù)SFASME 16.34 Pg1607000psi6閥體標(biāo)準(zhǔn)厚度tmASTM B16.34（表3A-Pg96）6.5mm7閥體實(shí)際壁厚設(shè)計(jì)給定8，tm，合格 -1-型 號 4Q41F-150Lb 簡 圖零件名稱閥 座材料牌號PTFE計(jì)算內(nèi)容密封面比壓驗(yàn)算根 據(jù)實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊 序號計(jì)算數(shù)據(jù)名稱符號公 式數(shù) 值單位1密封面外徑DMW設(shè)計(jì)給定119mm2密封面內(nèi)徑DMN設(shè)計(jì)給定108mm3密封面寬度bm設(shè)計(jì)給定5.5mm4計(jì)算壓力PPN設(shè)計(jì)給定2.0MPa5密封面必須比壓qMF查手冊表3-134.85MPa6密封面計(jì)算比壓q10.318MPa7密封面許用比壓q查手冊表4-66（閥門設(shè)計(jì)手冊Pg428）15MPa結(jié)論： qqqMF 合格 -2-型 號 4Q41F-150Lb 簡 圖零件名稱閥 桿材料牌號ASTM A182 F6a計(jì)算內(nèi)容閥桿總轉(zhuǎn)矩及圓周力根 據(jù)實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊 序號計(jì)算數(shù)據(jù)名稱符號公 式數(shù) 值單位1球閥閥桿力矩MFMQF+MFT+MFC47790.38Nmm2球體與閥座密封面的摩擦力矩MQFp DMP2fMR(1+cos)32 cos24413.89Nmm3閥座密封面平均直徑DMP見上頁DMN+bm113.5mm4球與密封面摩擦系數(shù)fM對PTFE取0.050.055球體半徑R設(shè)計(jì)給定80mm6計(jì)算壓力P設(shè)計(jì)給定2.0Mpa7球體與閥座接觸點(diǎn)與通道軸法向角設(shè)計(jì)選定=sin-1 (DMP/2R)45.4()8填料與閥桿摩擦力矩MFTFTdF/213639.68Nmm9填料與閥桿摩擦力FTdFbTP852.48N10系數(shù)查表3-15按hT/bT確定2.2211閥桿直徑dF設(shè)計(jì)選定32mm12填料寬度bT設(shè)計(jì)選定6mm13填料深度hT設(shè)計(jì)選定29.8mm14閥桿頭部的摩擦力矩MFCFFZ fT dFJ/49736.81Nmm15閥桿頭部接觸面直徑dFj37.398mm16材料彈性模量E表3-62.12x105Mpa17閥桿頭部摩擦系數(shù)fT表3-26（3）0.318閥桿頭部球面半徑R1設(shè)計(jì)給定60mm19球體槽部圓弧半徑R2設(shè)計(jì)給定75mm-3-20閥桿總軸向力FFZ取與較大值3471.42N21關(guān)閉時(shí)閥桿總軸向力3471.42N22開啟時(shí)閥桿總軸向力2279.56N232系數(shù)K1-K4查表3-3124密封面處介質(zhì)作用力20225.13N25密封面上密封力9506.70N26閥桿徑向截面上介質(zhì)作用力1607.68N27彎曲應(yīng)力WMF/W59.5Mpa28彎曲截面積W803.84mm229許用彎曲應(yīng)力W閥門設(shè)計(jì)入門與精通 表6-26165Mpa30手柄長度L2設(shè)計(jì)給定423mm31手輪圓周力FSAPI6D規(guī)定360N32L12MF/Fs265.502mm： WW L2L1 合格-4-型 號 4Q41F-150Lb 簡 圖零件名稱閥 桿材料牌號ASTM A182 F6a計(jì)算內(nèi)容閥桿頭部強(qiáng)度驗(yàn)算根 據(jù)實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊 序號計(jì)算數(shù)據(jù)名稱符號公 式數(shù) 值單位1閥桿頭部扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力NMF/Ws9.9914MPa2球閥閥桿力矩MF見前頁47790.38Nmm3斷面系數(shù)Ws*a34783.104Mm34系數(shù)由b/a確定(查表5-164)0.3465頭部斷面長c設(shè)計(jì)選定34mm6頭部斷面厚度a設(shè)計(jì)選定24mm7材料許用扭切應(yīng)力N0.6SM110MPa8額定工作壓力下的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度SM2 SY /3 183.33MPa9最大操作力矩M取設(shè)計(jì)數(shù)值的2倍：2 MF95580.76Nmm10最大扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力N “2MF/Ws17.278MPa11材料規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度SYASME 第二卷 D篇Pg43275MPa結(jié)論： N”N” 合格 -5-型 號 4Q41F-150Lb 簡 圖零件名稱中法蘭螺柱材料牌號A193 B7計(jì)算內(nèi)容中法蘭螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算根 據(jù)ASME VIII第一冊附錄2 序號計(jì)算數(shù)據(jù)名稱符號公 式數(shù) 值單位1墊片反力載荷作用位置處的直徑G設(shè)計(jì)給定170mm2墊片有效寬度b2.534mm3墊片基本密封寬度b0表2-5.22.5mm4墊片系數(shù)m表2-5.135最小設(shè)計(jì)比壓y表2-5.131MPa6螺栓圓直徑C設(shè)計(jì)給定207.6mm7法蘭頸部直邊厚度g0設(shè)計(jì)給定12mm8g1設(shè)計(jì)給定27.5mm9法蘭外徑A設(shè)計(jì)給定5432.2mm10法蘭內(nèi)徑B設(shè)計(jì)給定10mm11法蘭盤厚t設(shè)計(jì)給定1mm12操作狀態(tài)下所需的最小載荷Wm1Wm1=H+Hp70995.4N預(yù)緊墊片狀態(tài)下所需的最小載荷Wm23.14Gby66191.2N13總的端部靜壓力HH=0.785G2P45373N14連接接觸表面總壓緊力HPHP=2bx3.14GmP25622.4N15常溫下螺栓許用應(yīng)力SaASME II卷 Pg564631MPa16設(shè)計(jì)溫度下螺栓許用應(yīng)力SbASME II卷 Pg564572MPa17設(shè)計(jì)溫度下閥蓋許用應(yīng)力SfASME II卷 Pg564138MPa18操作狀態(tài)下螺紋根部直徑或無螺紋部分最小直徑處的螺栓橫截面積Am1Wm1/Sb514.72mm219墊片預(yù)緊狀態(tài)下螺紋根部直徑或無螺紋部分最小直徑處的螺栓橫截面積Am2Wm2/Sa383.72mm220所需的螺栓總橫截面積AmAm1、Am2中較大值514.72mm2-6-21螺栓根徑d設(shè)計(jì)給定12.918mm22螺栓個(gè)數(shù)n設(shè)計(jì)給定823螺栓根部直徑橫截面積AbAb=nd2/41048mm224法蘭設(shè)計(jì)螺栓載荷W（Am+Ab）Sa/2134784.6N25作用于法蘭內(nèi)截面的端部靜壓力HD0.785B2P16334.28N26總的端部靜壓力與作用于法蘭內(nèi)截面的端部靜壓力之差HTHT=H-HD290.38.7N27墊片壓緊力HGHG=W-H89411.6N28從螺栓中心圓到法蘭頸部與背面的交點(diǎn)間的徑向距離RR=(C-B)/2-g125.3mm29螺栓中心圓至HD作用圓的徑向距離hDhD=R+0.5g139.05mm30墊片壓緊力作用位置至螺栓圓的徑向距離hG(C+G)/218.8mm31系數(shù)h05332中心圓至HT作用圓的徑向距離hT（R+g1+hG)46mm33由HD產(chǎn)生的力矩分量MDHDxhD637853.6Nmm34由HG產(chǎn)生的力矩分量MGHGxhG1680938.08Nmm35由HT產(chǎn)生的力矩分量MGHTxhT1335780.2Nmm36操作狀態(tài)下或預(yù)緊墊片時(shí)作用在法蘭上的總力矩M0MD+MG+MG3654571.88Nmm-7-37系數(shù)KA/B2.2338系數(shù)T圖2-7.11.6539系數(shù)Z圖2-7.11.7540系數(shù)U圖2-7.13.241系數(shù)Y圖2-7.12.942系數(shù)F圖2-7.20.81543系數(shù)V圖2-7.30.17544系數(shù)f圖2-7.61.2545系數(shù)L0.7346法蘭厚度t設(shè)計(jì)給定12.5mm47系數(shù)eF/h00.01548系數(shù)dUh0g2/V139556.649頸部縱向應(yīng)力SH80.9N50法蘭徑向應(yīng)力SR68.13N51法蘭切向應(yīng)力ST80.4N52(SH+SR)/274.5N53(SH+ST)/280.65N結(jié)論： AbAm, SH1.5 Sf, SR Sf, STSf, (SH+SR)/2Sf, (SH+ST)/2Sf合格-8-型 號 4Q41F-150Lb 簡 圖零件名稱閥體中法蘭材料牌號ASTM A216 WCB計(jì)算內(nèi)容閥體中法蘭強(qiáng)度驗(yàn)算根 據(jù)閥門設(shè)計(jì)計(jì)算手冊 序號計(jì)算數(shù)據(jù)名稱符號公 式數(shù) 值單位1計(jì)算載荷Q中法蘭螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算QL55637.66N2-處斷面彎曲應(yīng)力WQXW35.5MPa3力臂X(2*D-Dn-Dm)/410mm4中法蘭孔中心圓直徑D設(shè)計(jì)給定203mm5閥體凹止口直徑Dn設(shè)計(jì)給定175mm6中法蘭頸部直徑Dm設(shè)計(jì)給定191mm7斷面系數(shù)W(Dm+Dn)h21215691mm38斷面寬度h設(shè)計(jì)給定12.8mm9法蘭厚度H設(shè)計(jì)給定14.5mm10止口深度h設(shè)計(jì)給