150LB閘閥設(shè)計(jì)計(jì)算書

閘閥設(shè)計(jì)計(jì)算書2″~16″Z40H-150Lb編制:審核:二○○三年七月三十日浙江永嘉縣科維特閥門制造有限公司目錄1.閥體壁厚計(jì)算————————————————————2.閥桿總軸向力計(jì)算——————————————————3.閥桿關(guān)閉和開啟力矩計(jì)算———————————————4.中法蘭螺栓拉應(yīng)力計(jì)算————————————————5.中法蘭強(qiáng)度校算———————————————————6.支架的合成應(yīng)力計(jì)算—————————————————7.閥桿的強(qiáng)度校算———————————————————8.閘板厚度驗(yàn)算————————————————————閥體壁厚計(jì)算：計(jì)算公式：式中：t－閥體計(jì)算壁厚（英寸）；Pc－額定壓力等級(jí)（磅）；Pc=150d－公稱通徑（英寸）；S－材料需要用的應(yīng)力（磅/平方英寸）S=7000C－附加余量（英寸）按ANSIB16.34C=0.1英寸英寸(毫米)d2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″t0.13(3.3)0.14(3.57)0.15(3.81)0.17(4.32)0.2(5.08)0.23(5.84)0.26(6.6)0.3(7.5)0.33(8.33)0.36(9.15)查ANSIB16.34得壁厚0.22(5.59)0.22(5.59)0.22(5.59)0.25(6.35)0.28(7.11)0.31(7.87)0.34(8.64)0.38(9.65)0.41(10.41)0.44(11.18)實(shí)際確定壁厚0.34(8.6)0.38(9.7)0.41(10.4)0.44(11.2)0.47(11.9)0.50(12.7)0.56(14.2)0.63(16)0.66(16.8)0.69(17.6)實(shí)際確定壁厚≥計(jì)算壁厚為合格二、閥桿總軸向力計(jì)算1、閥桿直徑設(shè)計(jì)給定dF（參照API600選?。┛趶?″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″dF202022262832363842442、閥門關(guān)閉或開啟時(shí)的總軸向力QFZ=Q′+Qp+QTQFZ=Q″+Qp+QT式中：QFZ—閥門關(guān)閉時(shí)閥桿總軸向力(N)Q″FZ—閥門開啟時(shí)閥桿總軸向力(N)Q′,Q″—關(guān)閉和開啟時(shí)閥桿密封力,即閥桿與閘板間的軸向作用力(N)根據(jù)楔式閘板半楔角Ψ=5o密封面材料為13Cr/13Cr關(guān)閉時(shí)的摩擦系數(shù)fM’=0.3開啟時(shí)的摩擦系數(shù)fM”=0.4及雙面強(qiáng)制密封,采用公式Q′=0.77（QMF+QMJ）-QGQ″=0.62(QMF+QMJ)+QG其中QG為閘板組件的重量(N),口徑2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″QG212830.539.260.3101152180215286QMF為密封面上達(dá)到必需比壓時(shí)的作用力(N)QMF=л(d+bm)bmqMFQMJ作用在出口密封面上的介質(zhì)靜壓力(N)QMJ=0.785(d+bm)2P其中d為密封面內(nèi)徑(mm),(設(shè)計(jì)給定)bm為密封面寬度(mm),(設(shè)計(jì)給定)qMF為密封面上必需的比壓(MPa)口徑QMFQMJdbmqMFQ′Q″Qp介質(zhì)作用于閥桿上的軸向力(N)Qp=0.785dF2PQT閥桿與填料間的摩擦力(N)QT=лdFhTUTP其中hT填料層的總高度(mm),UT閥桿與填料間的摩擦系數(shù)UT=0.15口徑2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″Qp6286287601061123116082035226727693040hT35354044505260606570QT6606608291078131915682036214925732903QFZ928513602173512811448526773955045583816196147229386QFZ776511254143362312539679631194169368674159365186374三：閥桿關(guān)閉和開啟力矩計(jì)算：1．無推力球軸承：M′FZ=M′FL＋M′FJM″FZ=M″FL＋M″FS式中：M′FZ－閥桿關(guān)閉的力矩（N·mm);M″FZ－閥桿開啟力矩（N·mm);M′FL－閥桿與填料間的摩擦力矩（N·mm);M′FJ－關(guān)閉時(shí)閥桿螺母凸肩與支架間摩擦力矩（N·mm);M″FL－開啟時(shí)閥桿螺紋摩擦力矩(N·mm):M″FS－開啟時(shí)閥桿螺母凸肩與支架間摩擦力矩（N·mm);M′FL=Q′FZ·R′FMM′FJ=0.5Q′FZ·f′J·dp式中：Q′FZ－關(guān)閉時(shí)閥桿總軸向力（N);R′FM－關(guān)閉時(shí)閥桿螺紋的摩擦半徑（mm);f′J－凸肩與支架的摩擦系數(shù)；（f′J=0.2）dp－凸肩與支架間環(huán)形接確面平均直徑（mm);M″FL=Q″FZ·R″FMM″FS=0.5Q″FZ·fs·dp式中：Q″FZ－開啟時(shí)閥桿總軸向力（N);R″FM－開啟時(shí)閥桿螺紋摩擦半徑（mm);fs－手輪和支架的摩擦系數(shù)；（fs=0.2）口徑2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″R″FM2.452.452.553.243.594.034.725.025.515.6dp5660657070M″FL190242757236556749241424472543701967933447428781011043697M″FS295064276557343110998206329M″FZ4852970337938991859223487762．有推力球軸承：M′FZ=M′FL＋M′gM″FZ=M″FL＋M″g式中：M′FZ－閥桿關(guān)閉的力矩（N·mm)M″FZ－閥桿開啟力矩（N·mm)M′FL－閥桿與填料間的摩擦力矩（N·mm)M′g－關(guān)閉時(shí)推力軸承的摩擦力矩（N·mm)M″FL－開啟時(shí)閥桿螺紋摩擦力矩(N·mm)M″g－開啟時(shí)推力軸承的摩擦力矩（N·mm)M′g=0.5Q′FZfgDgpM″g=0.5Q″FZfgDgp式中:fg－推力軸承的摩擦系數(shù),fg=0.05Dgp－推力軸承的平均直徑(mm)口徑8″10″12″14″16″Dgp66.572.582.592.592.5M′g12866991450172871453590530455M″g10493575569141640368532430990M′FZ49397336945666738717089292035227M″FZ35930527236148638212466331474687四、中法蘭螺栓拉應(yīng)力計(jì)算：式中：PF－閥蓋螺栓斷面積所承受的拉應(yīng)力（Mpa);P－公稱壓力（Mpa);P=2Mpan－螺栓數(shù)量；A－通道截面積（mm2);df－墊片接確面積（mm2);Pc－關(guān)閉閥門所需力通過閥蓋傳到螺栓身上的軸向力（N);Pc=Q′dm－螺栓斷面有限面積（mm2);m－墊片系數(shù)（查表）；m=2.5式中：a－閥體中道內(nèi)腔長軸半徑（mm);b－閥體中道內(nèi)腔短軸半徑（mm);a1－墊片外徑長軸半徑（mm);b1－墊片外徑短軸半徑（mm)口徑2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″25.327.025.530.041.052.057.849.952.452.9n688101012161616203142415654197697134611924229899361915015663225476988110173239289364408446106061576519893298925467185701結(jié)論：要求閥蓋螺栓斷面積所受的拉應(yīng)力不超過62（Mpa);實(shí)際計(jì)算閥蓋螺栓斷面積拉應(yīng)力都符合螺栓負(fù)荷安全性能。五、中法蘭強(qiáng)度校算：式中：te－中法蘭計(jì)算厚度（mm);Wb－螺栓的合力（N);x－螺栓中心園到法蘭根部的距離（mm)；［σ1］－材料徑向許用彎曲應(yīng)力（Mpa)；an－墊片壓緊作用中心長軸半徑（mm)；bn－墊片壓緊作用中心短軸半徑（mm)。式中：Pn－作用在每個(gè)螺栓上的負(fù)荷（N);n－螺栓數(shù)量;Pb－作用在每個(gè)螺栓上的總負(fù)荷（N);口徑2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″6779111215171921Wb68810101216161620476988110173239289364408446314241565419769713461192422989936191501566322557.776.673.7104.2138.2197.4304.7236.3269.3338.61825.42047.22560.33093.45605.37339.28104.411271.813770.514010.7中法蘭強(qiáng)度合格六.支架的合成應(yīng)力計(jì)算：附圖(8~16in)I－I截面的合成應(yīng)力校算：σΣI=σWI+σLI+σWIN≤［σL］式中：σΣI－I－I截面的合成應(yīng)力（Mpa);σwI－彎曲應(yīng)力（Mpa);σLI－拉應(yīng)力（Mpa);σWIN－力矩引起的彎曲應(yīng)力（Mpa);［σL］－材料的許用拉應(yīng)力（Mpa);式中：MI－彎曲力矩（N·mm）；MIy－I－I斷面對(duì)Y軸地截面系數(shù)（mm3);式中：Q′FZ－閥桿的總軸向力（N);L－框架兩重心之間的距離（mm);IⅢx－Ⅲ－Ⅲ截面對(duì)X軸的慣性矩（mm4);IⅡy－Ⅱ－Ⅱ截面對(duì)Y軸的慣性矩（mm4);H－框架高度（mm);L=L1＋2X2式中:L1－見附圖及零件圖；X2－框架高度（mm);X2=0.5(b1a2＋b2a12)／(b1a＋b2a1)式中：a、a1、b1、b2－見附圖或零件圖F1=ab1+a1b2式中:F1－I－I截面積（mm2)；式中：MⅢN－力矩(N·mm);WIX－I－I截面對(duì)X軸的截面系數(shù)（mm3);式中：MFJ—閥門關(guān)閉時(shí)閥桿螺母凸肩與支架之間的摩擦力矩（N·mm)口徑8″10″12″14″16″3326282321MI439135416691770490851718971545132651603627163363114666488877128866180984221361279383113122146150153159238286292349124791527378464588795865066711916389477548721613135816121786403033186859511511511513.813.415.717.418.9729010012013016161620224474841001104045556065111216161811241608222428003280404041404346891120790745565373626399649315031974763075611959491138861397011477582335703732805118976460737772767174附圖(2~6in)口徑2″2.5″3″4″6″2528192223MI1395624361237193402455041567864126815492438118941705321482320325722158606378856270758010032753466569871918024034328128335184823910070182814848506570566.56.57.5101213131534364555653404325857159751720182229222723222743229699761014231432022861051927259243886554105634044057980.277335.2121721.62288846575606679σΣI=σWI+σLI+σWIN≤［σL］=822.Ⅱ－Ⅱ截面的合成應(yīng)力校算:σΣⅡ=σWⅡ+σLⅡ+σWⅡN≤［σL］式中：σεⅡ－Ⅱ－Ⅱ截面的合成應(yīng)力(Mpa)σwⅡ－彎曲應(yīng)力（Mpa)σLⅡ－拉應(yīng)力（Mpa)［σL］－材料許用應(yīng)力（Mpa)σεⅡ=σεⅠσwⅡ=σwⅠσLⅡ=σLⅠσΣⅡ=σWⅡ+σLⅡ+σWⅡN≤［σL］=823.Ⅲ－Ⅲ截面的彎曲應(yīng)力校算:式中:σWⅢ－Ⅲ－Ⅲ截面的彎曲應(yīng)力(Mpa);WⅢx－Ⅲ－Ⅲ截面對(duì)X軸的截面系數(shù)（mm3);MⅢ－Ⅲ－Ⅲ截面的彎曲力矩(N·mm);〔σW〕－材料的許用應(yīng)力（Mpa);式中:D、d、b′－見附圖或零件圖口徑2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″σWⅢWⅢxMⅢb′LMⅠ七.閥桿的強(qiáng)度校算：閥桿端部剪切應(yīng)力校算：式中：τ－閥桿根部的剪切應(yīng)力（Mpa);Q″－開啟時(shí)閥桿與閘板的軸向作用力（N）;QT－閥桿和填料間摩擦力（N）;B－見附圖或零件圖；h－見附圖或零件圖；［τ］－材料許用彎曲應(yīng)力（Mpa);口徑2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″τ1117182028324247465085781274416073241404412969188100760142496174325220690QT66066082910781319156820362149257329033030354248505358626812121214162122263032閥桿端部的彎曲應(yīng)力校算：式中：A－見附圖或零件圖；α－見附圖或零件圖；D－見附圖或零件圖；σω－閥桿端部的彎曲應(yīng)力（Mpa);［σω］－材料需用應(yīng)力（Mpa);口徑2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″σW1934364237447567465485781274416073241404412969188100760142496174325220690QT660660829107813191568203621492573290330303542485053586268121212141621222630322628323631394853465216161620212426323235141416181922243029323.閥桿的穩(wěn)定性計(jì)算：a)閥桿的柔度：式中：λ－閥桿的柔度；lF－閥桿的計(jì)算長度（mm);i－閥桿的慣性半徑（mm);u－與閥體兩端支承狀況有關(guān)的長度系數(shù)，（查表）取兩端鉸支u=1口徑2″2.5″3″4″6″8″10″12″14″16″λ58636361777980807982290317