毕业设计论文计算说明书闸阀

目录

一、设计基本参数 (2)

1、型号 (2)

2、执行标准 (2)

3、阀门结构 (2)

二、计算过程 (2)

1、密封面比压的验算 (2)

2、阀体最小壁厚计算 (3)

①、查表法 (3)

②、计算法 (3)

3、闸板的计算 (3)

4、阀杆得强度计算 (4)

5、阀杆头部强度验算 (6)

6、阀杆稳定性验算 (7)

7、中法兰连接螺栓 (7)

7.1常温时强度验算 (7)

7.2中法兰连接螺栓初加温时强度验算 (9)

7.3中法兰连接螺栓高温时强度验算 (10)

8、阀体(中法兰)强度验算 (11)

9、阀盖的强度验算 (13)

10、阀盖支架（T型加强筋） (14)

11、手轮总扭矩及圆周力......................................................16 参考文献 (18)

一、

设计基本参数：

1、型 号：80Z40H-40

2、执行标准：阀门设计按照GB/T 12234-2007年的规定； 阀门法兰按照GB/T 9113.1-4的规定； 阀门结构长度按照GB/T 12221的规定； 阀门试验与检验按照GB/T 13927的规定；

3、技术参数：

①、公称尺寸DN ：80 ②、公称压力PN ：40 ③、适用温度范围：≤350℃

④、介质化学性能：水、蒸汽、油品。 4、阀门结构：

①、密封副结构：环状密封 ②、中法兰结构：凹凸面 ③、阀杆结构：明杆

二、

计算过程：

1、密封面比压的验算

1、密封面比压计算公式：

)

()(MPa bm

bm d Q q MZ

+=

π

-------④ 式中：

阀座密封面内径d= 80 mm ； 阀座密封面宽度bm= 10 mm ； 2、出口端阀座密封面上的总作用力： 式中：作用在出口密封面上的介质静压力：

2MJ Q =0.785(d+bm)P = 25446.90 N ；① 密封面上达到必需比压时的作用力：

MF MF Q =(d+bm)bmq π= 21205.75 N ；②

代入得：MZ Q = 21205.75 N ； 代入④得：q= 16.5 Mpa ； 查表得：密封面必需比压MF q = 7.5 Mpa ； 密封面许用比压[]q = 45 Mpa ； 则得： MF q

①、查表法：

按GB/T 12234-2007查表的阀体最小壁厚为： 11.4 mm 。 ②、计算法：

按塑性材料薄壁阀体厚度公式计算：

)

(N Q Q Q MJ MF MZ +=

[]2.3pDN

t C p

σ=

+-

式中：设计压力p= 4 Mpa ；

设计内径DN= 80 mm ； 许用拉应力[]σ= 92 Mpa ； 附加裕量C= 4 mm ； 代入上式得：t = 5.54 mm ； 则最小壁厚实际取t = 12 mm.。 3、闸板的计算：

计算厚度： S ′B = R C

K W P

+)(σ

式中：

圆弧过渡外半径密封面平均半径

R=(D MN +b M ) /2= 46mm ； 系数：K=1.24 （自由周边：钢1.24）； 计算压力p ： 设计给定 4.0Mpa ； 许用弯曲应力〔σw 〕= 102MPa ； 腐蚀余量C ： 设计给定 4.5mm ；

代入上式得：S ′B = 14.64mm ； 实际厚度S B ： 设计给定 16mm ； 则得：S ′B

4、阀杆强度计算

关闭时阀杆总轴相力:

Q′FZ=K1Q MJ+K2Q MF+ Q p+Q T= 20091.97 N；①开启时阀杆总轴向力:

Q″FZ=K3 Q MJ +K2 Q MF－Q p+ Q T = 16457.14 N；②阀杆最大轴向力（取Q′F、Q″FZ较大值）：

Q FZ= 20091.97 N ；查表3-28得：

系数: K1=0.29 K2=0.77 K3=0.41 K4=0.62

密封面处介质作用力，由1序号①得:

Q MJ = 25446.90N；密封面上密封力，由1序号②得:

Q MF = 21205.75 N；阀杆径向截面上介质作用力：

Q p=π/4d F2p= 520.53N；

阀杆直径：设计给定

d F= 22mm；计算压力p：设计给定 4.0MPa；阀杆与填料摩擦力：

Q T =ψd F b T p= 1182.72N；③

查表3-15得（按h

T /b

T

）：

系数：ψ= 2.24；

填料深度h T：设计给定42mm；填料宽度b T:设计给定6mm；轴向拉应力：

σL= Q″FZ /F s= 88.48Mpa；轴向压应力：

σY= Q′FZ /F s= 108.02Mpa；查表3-17（按退刀槽处A t）得：

阀杆最小截面积F s：186mm2 ；扭应力：

τN=M′FL/W s= 76.79Mpa；关闭时阀杆螺纹摩擦力矩：

M′FL = M′FL+ W s = 46010.60Nmm；④查表3-16得：

螺纹摩擦半径R FM: 2.79mm；查表3-17（按退刀槽处A t）得：

阀杆最小断面系数W s：730mm3；合成应力：

σ∑=√σY2+4τN2= 187.76Mpa；查表3-7得

许用拉压力：〔σL〕= 225Mpa；

许用压应力：〔σY〕= 200Mpa；

许用扭应力：〔τN〕= 120Mpa；

许用合成应力：〔σ∑〕= 210Mpa；

σL<〔σL〕，τN < 〔τN〕，σY < 〔σY〕，σ∑<〔σ∑〕合格。

5、阀杆头部强度验算

剪应力：

τ=( Q″FZ－Q T)/2bh= 16.16Mpa；开启时阀杆总作用力，由4序号②得：

Q″FZ = 16457.14Mpa；阀杆与填料摩擦力，由4序号③得：

Q T= 1182.72N；图示b：设计给定35.72mm；图示h：设计给定13.23mm；查表3-7得：

许用剪应力：〔τ〕= 120Mpa；注：τ<〔τ〕合格。

6、阀杆稳定性验算

允许细长比λ0：30；

实际细长比：λ=4μλl F/d F= 79.6；

支承型载影响系数：μλ= 1；

阀杆直径d F：设计给定22mm；

计算长度l F: 设计给定438mm；

查表3-22得：

临界细长比：λL= 80；

压应力：

= Q′FZ /F= 114.15Mpa；

σ

Y

关闭时阀杆总轴向力，由4序号①得：

Q′FZ = 20091.96N；

阀杆截面积：F=176mm2

由图3-2得：

实际许压应力：〔σY〕= 140Mpa；

注：1、λ0<λ<λL合格2、σY<〔σY〕合格

7、中法兰连接螺栓

螺栓材料：35CrMo

7.1常温时强度验算：

操作下总作用力：

Q′=Q DJ+Q DF+Q DT+Q′FZ= 190743.27N；①最小预紧力：

Q″=Q YJ= 114353.97N；

螺栓计算载荷（取Q'或Q"中较大值）：

Q L= 190743.27N；②

垫片处介质作用力：

Q DJ= D DP pπ/4= 61575.21N；

垫片平均直径D DP：设计给定140mm；

计算压力p：设计给定 4.0Mpa；

垫片上密封力：

m DP p= 96761.05N；

Q DF=2πD DP B

m

由表3-23（根据b DP）得：

= 10mm；

垫片有效宽度：B

m

垫片宽度b DP：设计给定10mm；

由表3-24得

垫片系数：m DP= 2.75；

垫片弹性力：

QDT=ηQ DJ= 12315.04N；

系数：η=0.2 （按固定法兰取0.2）；

关闭时阀杆总轴向力，由4序号①得：

Q′FZ = 20091.96N；

必须预紧力：

Q YJ=πD DP B N q YJ K DP= 114353.97N；查表3-24得：

密封面预紧比压：q YJ= 26Mpa；

垫片形状系数：K DP=1 （按圆形取1）；

螺栓拉应力：

σL=Q L/F L= 10.30Mpa；

螺栓总截面积：

F L =ZF1= 1729.2mm2；③螺栓数量Z：设计给定12；

由表3-9（根据d L）得：

单个螺栓截面积：F1 = 144.1mm；螺栓直径d L：设计给定16mm；表3-9（根据d L）

许用拉应力：〔σL〕= 200Mpa；螺栓间距与直径比：

L J=πD1/Zd L= 3.14；螺栓孔中心圆直径D1：设计给定192mm；注:1、σL <〔σL〕合格。

2、2.7< L J<4合格

7.2中法兰连接螺栓初加温时强度验算

螺栓计算载荷：

Q′LZ=Q LZ+ Q′t = 270048.62N；①常温时螺栓计算载荷，由7.1序号②得：

Q LZ = 190743.27N；初加温时螺栓温度变形力：

Q′t =△t′

L/（L/F L E L+δDP/F DP E DP) 79305.35N；

a

由表3-25（根据t）得；

初加温时温度差：△t′= 35℃；

介质工作温度T：设计给定350℃；

由表3-8（根据t′L）得：

材料线胀系数：α= 12.60×106 1/℃；螺栓计算长度：

L=2h+δDP = 54mm；中法兰厚h：设计给定26mm；垫片厚度δDP：设计给定2mm；

中法兰温度：

t′F=0.5t= 175℃；②螺栓温度：

t′L = t′F－△t′= 140℃；螺栓总截面积，由7.1序号③得：

F L = 1729.20mm2；查表3-8（根据t′L）得：

螺栓材料弹性模量：E L= 2.10×105Mpa；垫片面积：

F DP=πD DP b DP = 4398.22mm2；垫片平均直径D DP：设计给定140mm；垫片宽度b DP：设计给定10mm；查表3-24得：

垫片材料弹性模量：E DP= 0.03×105Mpa；螺栓拉应力：

σ′L=Q′LZ/F L= 156.16MPa；

安全系数：

n′s=(σs) t′L /σ′L = 3.14；

查表3-8(根据t′L)得：

屈服点：(σs) t′L = 490Mpa；n′s =3.14≥1.25合格

7.3中法兰连接螺栓高温时强度验算

螺栓计算载荷：

Q ″LZ =Q LZ +Q ″t = 277816.31N ；① 常温时螺栓计算载荷，由7.1序号②得：

Q LZ = 190743.28N ； 高温时螺栓温度变形力：

Q ″t = )///("DP DP DP L L E A E A L aL t δ+?= 87073.03N ； 由表3-25（根据t ）得：

高温时温度差：△t ″= 35℃； 介质工作温度t ： 设计给定 350℃； 由表3-8（根据t "L ）得：

材料线胀系数：α= 13.90×106-1/℃； 由表3-25（根据t ）得：

初加温时温度差：△t ′= 90℃； 初加温时螺栓温度变形力：

Q ′t = 79305.30N ； 中法兰温度，由7.2序号②得：

t ″F =0.9t= 315℃； 螺栓温度：

t ″L =t ″F －△t ″= 280℃； 螺栓拉应力：

σ″L =Q ″LZ /F L = 156.16MPa ； 螺栓总面积，由7.1序号③得：

F L = 1729.20mm2；安全系数：

n″s=(σs)t″L /σ″L= 5.08；

由表3-8(根据t″L)得：

屈服极限：(σs)t″L = 560Mpa；n″s=5.08≥1.35 合格。

8、阀体(中法兰)强度验算

常温时比值系数：

n= Q LZ /〔σw 〕= 1734.03mm2；初加温时比值系数：

n′= Q′LZ /〔σ′w 〕= 1687.80mm2；高温时比值系数：

n″= Q″LZ /〔σ″w 〕= 1875.26mm2；计算载荷(取n，n′，n″中最大时的Q LZ，Q′LZ，Q″LZ)：Q LZ= 270048.63N；常温时螺栓计算载荷，由7.1序号①：

Q LZ= 190743.28N；初加温时螺栓计算载荷，由7.2序号①：

Q′LZ = 270048.63N；高温时螺栓计算载荷，由7.3序号①：

Q″LZ= 277816.31N；

由表3-3得：

许用弯曲应力：〔σw 〕= 110Mpa；许用弯曲应力：

〔σ'w 〕= (σs)t″F /1.25= 160MPa；屈服点：

(σs)t″F =200Mpa 表3-2（根据t′F）；中法兰温度,由7.2序号②得：

t′F = 175℃；许用弯曲应力：

〔σ″w 〕= (σR) t″F /0.9= 148.15Mpa；取(σR) t″F /1.35或(σR) t″F /0.9的最小值

由表3-2得

屈服点：(σs)t″F= 200Mpa；

中法兰温度，由7.2序号②得：

t″F = 315℃；

I-I断面弯曲应力：

σWI =Ql1/ W I= 66.52MPa；力臂：

l1=(D1－D M)/2= 19mm；螺栓孔中心圆直径D1：设计给定192mm；中法兰根径D m：设计给定154mm；断面系数：

W I=(π/6) D m h2= 54481.09mm3；中法兰厚度h：设计给定26mm；

II-II断面弯曲应力：

σWII =0.4Ql2/ W II = 34.13MPa；

力臂：

l2=l1+(D m－D n) /4= 56.50mm；

计算内径D n：设计给定80mm；

断面系数：

W II=(π/6)［(D m+D n)/2］［(D m－D n)/2］2= 83823.87；

注：

＜〔σw 〕，σWII＜〔σw 〕为合格。

1

w

9、阀盖的强度验算

I-I断面拉应力：

σ=p D n /4(S B－C)+ Q′FZ /π/D n /(S B－C)= 23.75MPa；计算压力p：设计给定 4.0MPa；计算内径D n：设计给定80mm；

实际厚度S B ： 设计给定 12mm ； 腐蚀余量C ： 设计给定 4mm ； 关闭时阀杆总轴向力：

Q ′FZ = 20091.97N ； Ⅱ-Ⅱ断面剪应力：

τ=pd r /4(S B －C)+Q ′FZ /πd r (S B －C)= 21.56MPa ； 图示：d r = 设计给定 54mm ； 由表3-3得：

许用拉应力：〔σL 〕= 92Mpa ； 许用剪应力：〔τ〕= 55Mpa ； 注：σL ＜〔σL 〕，τ＜〔τ〕 合格。

10、阀盖支架（T 型加强筋）

I-I 断面弯曲应力

1/1)//2/11/(18/23'1W I I L H FZL Q w ???+?=σ= 10 Mpa ；

关闭时阀杆总轴向力，由4序号①得：

Q'FZ= 20091.97N；框架两重心处距离

L=L1+2Y= 84.85mm；图示L

1

：设计给定70 mm；

图示：Y=〔CA2+(B-C)a2〕/（2〔CA+(B-C)a〕）= 7.42 mm；图示C：设计给定16 mm；

图示A：设计给定20 mm；图示B：设计给定50 mm；图示a：设计给定10 mm；图示H：设计给定152 mm；III-III断面惯性矩

I

3

=(D-d)h3/12= 157208.33 mm4；图示D：设计给定70 mm；图示d：设计给定26 mm；

图示h：设计给定35 mm；

II-II断面惯性矩：

I 2=1/3(BY))

(

)

)(

(3

3

3Y

A

C

a

Y

C

B-

+

-

-

-= 17621.21 mm4；

I-I断面系数：

W

1=Y

I

Y

I/

/

1

2

== 2343.47 mm4；

III-III断面弯曲应力：

σ

3

W

=(Q'FZL/4-M2)/W3= 44.80 Mpa；

III-III 断面弯曲力矩：

M )//2/11/(8/232I I L H L Q FZ ??=== 23700.71N. mm ； III-III 断面系数：

W 6/)(23h d D -== 8983.33mm ； I-I 断面拉应力：

)))((2/('1a A C aB Q FZ L -+=σ= 15.22 Mpa ； I-I 断面扭矩引起的弯曲应力：

1N W σ=((M ))(12/()((1)1/)330Y A AB ac H -?+??= 0.32 N. mm ；

弯曲力矩：

M 0= M TJ

= 3013.79 N. mm ；

阀杆螺母凸肩摩擦力矩:

M

TJ

=2/3TJ f ?Q FZ (r 3)/()223N w N w r r r --)= 3013.79 N. mm ；①

由查表3-26（3）得：

凸肩部分摩擦系数:TJ f = 0.30； 阀杆螺母凸肩外半径r w ： 设计给定 24.00 mm ； 阀杆螺母凸肩内半径r N : 设计给定 20.00 mm ； I-I 断面合成应力:

N W L W 111σσσσ++=∑= 25.53 Mpa ；

由查表3-3得：

许用拉应力：〔σL 〕= 82 Mpa ； 许用弯曲应力：〔σW 〕= 102 Mpa ；

注：∑σ＜〔σL 〕，σ3W ＜〔σW 〕

11、手轮总扭矩及圆周力 关闭时总矩扭(不带滚珠轴承):

M ∑'= M +FL 'M TJ 49024.40 N. mm ； 关闭时阀杆螺纹摩擦力矩,由4序号④得：

M FL '= 46010.60 N. mm ； 阀杆螺母凸肩摩擦力矩，由10序号①得：

M TJ = 3013.79 N. mm ； 园周力：Q s =2M ∑'/D 0 式中：

手轮直径D 0： 设计给定 250mm ；

代入式子的：Q s = 392.20 Mpa ；