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 N1m 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=+- 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=+ 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 ??=+ ?-??
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 ??=+ ?-??
式中:P N :公称压力 (MPa )
D N :计算处的内径 (mm )