截止阀基础知识与设计计算
截止阀设计计算说明
截止阀设计计算说明引言：截止阀是一种用于控制管道流体流量的装置，广泛应用于工业生产、建筑和民用水管道系统中。
设计合理的截止阀能够确保系统的正常运行，同时提高管道的可靠性和安全性。
本文将对截止阀的设计进行详细说明，并给出计算方法。
设计要求：在进行截止阀设计之前，我们需要明确以下设计要求：1. 阀内最大压力 P_max 和最小压力 P_min。
2.阀门的公称通径DN。
3.流体的工作温度T和密度ρ。
4. 适用的流量范围 Q_min～Q_max。
计算步骤：1. 首先，根据流量范围 Q_min～Q_max，确定截止阀的流量特性。
一般情况下，截止阀是调节阀的一种，可以分为等百分比和线性两种类型。
等百分比阀是指在截止阀开度为 n 时，流量占全开时流量的百分比保持不变。
线性阀则是指在截止阀开度为 n 时，流量占全开时流量的百分比与开度成正比。
选择合适的流量特性有利于系统流体的稳定控制。
2.根据流体的工作温度T和密度ρ，计算出流体在截止阀内的流速v。
流速可以通过下列公式计算：v=Q/(π*d^2/4)其中，Q是截止阀的流量，d是截止阀的通径。
3.计算截止阀的卡宾数计算。
卡宾数是流体流动特性的无量纲参数，表示了流体在节流过程中发生的压力损失情况。
卡宾数可以通过下列公式计算：C=ΔP/(0.5*ρ*v^2)其中，ΔP是截止阀两端的压力差。
4.根据截止阀的流量特性和卡宾数，选择合适的阀门结构。
截止阀的结构种类繁多，常见的有旋启式、活塞式、角阀式等。
不同结构的截止阀在流量控制和压力损失方面有不同的性能表现，需要根据实际情况进行选择。
5.计算截止阀的阻力系数K。
阻力系数是表示流体通过截止阀时发生的总压力损失的无量纲参数。
可以通过下列公式计算：K=0.033*(β/d)^4其中，β是截止阀开度，d是截止阀的通径。
6.根据截止阀的阻力系数K和流量Q，计算截止阀的压力损失ΔP。
根据下列公式计算：ΔP=K*(ρ*v^2)/27. 根据截止阀的最大压力 P_max 和最小压力 P_min，计算截止阀的耐压能力。
截止阀流量计算
截止阀流量计算概述截止阀是一种常见的管道阀门，用于控制流体的流量和压力。
在工业生产和民用领域中广泛应用。
截止阀的流量计算是为了确定在给定条件下流体通过阀门的实际流量，以便进行工程设计和操作控制。
本文将介绍截止阀流量计算的基本原理和方法。
流量计算原理截止阀的流量计算基于流体力学原理和管道流动方程。
流体经过截止阀时，会产生一定的阻力，流体流速和压力会相应发生变化。
根据连续性方程和能量守恒定律，可以推导出截止阀流量计算的基本公式。
流量计算方法截止阀的流量计算可以通过实验测试或理论计算两种方法来进行。
实验测试方法：实验测试是通过在实际工程中安装截止阀和流量计仪表，进行流量测量和数据记录。
根据测量结果，可以得到截止阀的实际流量。
这种方法比较直观和准确，适用于现场实际操作。
但由于需要实际安装设备和测量仪表，成本较高且时间较长。
理论计算方法：理论计算方法是通过分析截止阀周围的流体流动特性，结合流体力学理论，推导出流量计算的数学模型。
根据不同的截止阀类型和工况条件，可以选择合适的计算公式进行计算。
常见的截止阀流量计算方法有流速-压力法、K值法和流量系数法等。
流速-压力法：流速-压力法是根据流体通过截止阀前后的流速和压力差来计算流量的方法。
根据流体力学原理，可以得到以下公式：流量 = 流速× 截面积其中，流速可以通过流体动力学公式计算，流体的密度、流速和管道截面积之间存在关系。
压力差可以通过压力传感器测量得到。
K值法：K值法是根据截止阀的K值来计算流量的方法。
K值是截止阀的特性参数，表示单位压差下流体通过阀门的流量。
K值与流量之间的关系可以通过实验测试得到，也可以根据阀门的结构和材料计算得到。
流量系数法：流量系数法是根据截止阀的流量系数来计算流量的方法。
流量系数是考虑了阀门的结构、流体性质和工况条件等因素的综合参数。
根据流量系数和压力差，可以通过公式计算出实际流量。
应用与注意事项截止阀流量计算在工程设计和操作控制中具有重要的应用价值。
截止阀基础知识与设计计算
截止阀基础知识与设计计算截止阀（Gate Valve）是一种常用的流体控制阀门，广泛应用于石油、化工、电力、冶金等工业领域。
本文将介绍截止阀的基础知识和设计计算。
一、截止阀基础知识1.截止阀的原理和结构截止阀是通过旋转阀门来控制流体的流通。
其主要由阀体、阀盖、阀杆、阀座和阀瓣等组成。
当阀门关闭时，阀瓣与阀座紧密接触，阻断流体的流通；当阀门开启时，阀瓣与阀座分离，使流体得以流通。
2.截止阀的分类截止阀可分为平板式截止阀、单门式截止阀和双门式截止阀。
其中平板式截止阀适用于中小口径的管道，单门式截止阀适用于中大口径的管道，双门式截止阀适用于大口径的管道。
3.截止阀的优缺点截止阀的优点是结构简单、密封性好、流阻小，适用于高温高压条件下的流体控制；缺点是启闭力大、开启维护麻烦，对垂直管道中的流体流动有一定影响。
二、截止阀的设计计算1.阀门的大小选择选择阀门的大小，需要考虑流量系数和压力损失。
流量系数通过实际试验或根据流体的参数计算得出，可根据不同的应用领域选择相应的流量系数。
压力损失可以通过管道阻力计算公式进行估算。
2.阀门的材质选择根据工作介质的性质，选择合适的阀门材质。
常见的材质有碳钢、不锈钢、合金钢等。
对于特殊介质，还需要注意选择耐腐蚀材料。
3.阀门密封面设计阀瓣与阀座的密封面设计要保证良好的密封性，减小泄漏量。
常见的密封方式有金属对金属密封、金属对弹性材料密封和弹性材料密封。
4.阀门的操作力计算设计阀门的操作力是为了保证正常的开启和关闭操作。
操作力的计算应考虑阀门的结构参数以及对流体产生的作用力。
5.阀门的安装与维护阀门的安装应根据施工要求进行，注意阀门的定位和固定，防止阀门因震动而松动。
平时要注意阀门的维护保养，定期检查阀门的密封性和操作性。
总结：截止阀是一种常用的流体控制阀门，其基础知识包括原理结构、分类和优缺点等；设计计算包括阀门大小选择、阀门材质选择、密封面设计、操作力计算以及安装与维护等。
截止阀计算书
目录
阀体壁厚验算 (2)
密封面上总作用力及计算比压 (3)
阀杆强度验算 (4)
阀杆头部强度验算 (6)
阀瓣强度验算 (7)
中法兰螺栓强度验算 (8)
阀盖强度验算 (9)
参考资料
1、GB/T12235-2007………………………………………………………截止阀标准
2、GB/T12221-2005……………………………………………………阀门结构长度
3、化学工业出版社…………………………………………………《机械设计手册》
4、机械工业出版社……………………………………………《实用阀门设计手册》
说明
1、以公称压力作为计算压力
2、对壳体壁厚的选取，在满足计算壁厚的前提下，按相关标准取壳体最小壁厚且圆整整
数，以及裕度。
3、涉及的材料许用应力值按-29～425℃时选取
4、适用介质为水、油、气等介质
5、不考虑地震载荷、风载荷等自然因数
6、瞬间压力不得超过使用温度下允许压力的1.1倍
7、管路中应安装安全装置，以防止压力超过使用下的允许压力。
截止阀设计计算书
WS1I 查表4-14(按退刀槽WT) σ YIII F3 d1 τ N1II WS1II QMZ/F3 3.14/4*d
2 1
3
2
设计给定 M"FD/WSIII
3.14/16*d3F 〔σ L〕 查表4-7 39 许用拉应力 〔σ Y〕 查表4-7 40 许用压应力 〔τ N〕 查表4-7 41 许用扭应力 〔σ ∑〕 查表4-7 42 许用合成应力 结论：σ L＜〔σ L〕， τ N＜〔τ N）， σ Y ＜〔σ Y 〕， σ ∑＜〔σ
N N N N mm Mpa N mm mm N N N MPa MPa mm2 个 mm
2
螺栓计算载荷 垫片处介质作用力 垫片平均直径 计算压力 垫片上密封力 垫片有 效宽度 垫片宽度 垫片系数
垫片弹性力
系数 关闭时阀杆总轴向力 必须预紧力 密封面预紧比压 垫片形状系数 螺栓拉应力 螺栓总截面积 螺栓数量 单个螺栓截面积
RFM 查表4-13(或按螺纹计算） R’FM 查表4-13(或按螺纹计算） QT*dF/2*cosα L 0.25*dFJ*fD*QMZ 4/3M'FD dFJ RO E fD
N1 N1
阀杆与填料摩擦力矩 MFT 关闭时阀杆头部摩擦力矩 M’FD 开启时阀杆头部摩擦力矩 M”FD 阀杆头部接触面直径 球体半径 材料弹性综合系数 阀杆头部摩擦系数 τ I-I断面扭应力 τ I-I断面扭应力 I-I断面系数 II-II断面合成应力 II-II断面截面积 II-II断面压应力 II-II断面扭应力 II-II断面系数 III-III断面合成应力 III-III断面压应力 III-III断面截面积 图示 III-III断面扭应力 III-III断面系数 σ
截止阀基础知识与设计计算共77页
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
截止阀基础知识
要点三
安全切断
石油化工生产中存在潜在的危险，如 火灾和爆炸等。为了确保生产过程的 安全，截止阀需要具有快速安全切断 的能力，以防止事故扩大。
截止阀在水电站中的应用
01
02
水泵控制
水流调节
水电站中，截止阀通常用于控制水泵 的工作。通过改变截止阀的开度，可 以调节水泵的流量和压力，以满足下 游用水需求的变化。
结构和组成
结构
截止阀主要由阀体、阀瓣、阀杆和传动装置等组成。
组成
截止阀的阀体通常采用铸铁、铸钢或不锈钢等材料制成，阀瓣与阀杆连接， 通过旋转阀杆来升降阀瓣。
种类和分类
种类
截止阀根据其工作原理和结构特 点，可分为直通式截止阀、角式 截止阀和直流式截止阀等。
分类
根据截止阀的密封材料和使用介 质的不同，可分为金属密封截止 阀、非金属密封截止阀和金属和 非金属混合密封截止阀等。
截止阀的绿色环保化
环保已成为全球的共识，截止阀 的绿色环保化也是未来的发展趋 势。绿色环保的截止阀可以减少 对环境的影响，降低能源消耗和 资源浪费。
截止阀的未来展望
智能化的截止阀
随着物联网和人工智能技术的发展， 智能化的截止阀将成为未来的发展趋 势。智能化的截止阀可以实现远程监 控、故障诊断和预测维护等功能，提 高阀门运行的安全性和可靠性。
THANKS
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截止阀的缺点
截止阀的启闭时间较长，需要一定的时间才能完成开 启或关闭操作。
截止阀的流体阻力较大，对于高黏度介质和含固体颗 粒的介质不太适用。
截止阀的密封面易受到磨损和腐蚀，需要定期进行维 护和更换。
截止阀的适用范围受到限制，不适合用于高压、高温 、真空等场合。
04
针型截止阀计算书
针型截止阀计算书
一、设计概述
针型截止阀是一种常用的管道阀门，主要用于切断或调节管道中的介质流量。
在本计算书中，我们将对针型截止阀的主要参数进行计算和校核，以确保其性能和安全性。
二、主要参数
1. 阀门型号：针型截止阀
2. 管道规格：DN100
3. 介质：水
4. 工作压力：
5. 工作温度：-20℃~100℃
6. 连接方式：法兰连接
三、计算与校核
1. 阀门口径计算
根据管道规格DN100，选用符合标准的法兰连接方式，确定阀门口径为
Φ108mm。
2. 阀杆直径计算
考虑到阀杆的强度和密封性，选用符合标准的碳钢材料，阀杆直径为
Φ18mm。
3. 阀座直径计算
根据阀门型号和规格，确定阀座直径为Φ102mm。
4. 工作压力校核
阀门的工作压力为，小于标准要求的最大工作压力（），因此阀门能够承受工作压力的要求。
5. 工作温度校核
阀门的工作温度范围为-20℃~100℃，符合标准要求的温度范围（-
40℃~250℃），因此阀门能够承受工作温度的要求。
6. 密封性能校核
根据阀门型号和规格，选用符合标准的密封材料，确保阀门具有良好的密封性能。
同时，对阀门进行气密性试验，确保阀门无泄漏。
7. 强度校核
对阀门进行强度校核，确保阀门在承受工作压力和温度变化时不会发生变形或损坏。
四、结论
通过以上计算和校核，可以得出结论：所选针型截止阀符合设计要求，能够满足使用条件。
在使用过程中，应定期检查和维护阀门，确保其正常工作和安全性。
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上例中，
d=130
mm [σ]=98MPa P=2.0MPa Ma=2.5mm CF=3 mm SR=0 则，T=7.3 mm。图纸取10.5mm，OK。
2.2.3阀座密封比压计算
设计原则： qmf<q<[q]
上例中，
dm=76 bm=3 a
=30° P=2.0 MPa 则， q=19.93 MPa qmf=10.04 MPa [q]=45 MPa（见《阀门设计手册》P428，焊 马氏体不锈钢，HRc35～40） qmf<q<[q]，合格
许用比压（见《阀门设计手册》P426~427）
1.2截止阀结构特点
一般来说，截止阀由阀体、阀瓣、阀盖、 阀杆等组成。如下图，阀体、阀盖为承压件， 阀瓣、阀杆为内件。典型的螺栓连接阀盖截止 阀结构如下图。
截止阀典型结构图
图1 J41H150Lb-3” 法兰连接手动截止阀
1.3截止阀类型
1.3.1按流道形状分：直通型、直流型和角式流道
图2直通式截止阀 J41H16C-150
填料系数（阀杆单位面积压力与填料摩擦系数的积）Pu MPa
150 石墨石棉 柔性石墨 PTFE 0.8 1.6 0.4 300 0.8 1.6 0.4 600 0.8 1.8 0.4 900 0.8 1.8 0.4 1500 1.0 2.2 0.5 2000 1.3 2.5 0.65 2500 1.4 2.7 0.7 3500 1.6 3.1 0.8 4500 1.6 3.1 0.8
M=5int(M/5)——取末尾数为5的整倍数
M=10int(M/10)——取末尾数为0的整数
阀座样图尺寸确定
a dw
w
h
d D
H
2.1.2阀瓣设计
图13 阀瓣零件图例
阀瓣设计原则
阀瓣密封面角度一般比阀座小0°～15°。常见锥 角组合如下表：角度越小越容易密封，但是，越容 易楔死。反之亦然。 原则上阀瓣密封面中径等于阀座的密封面中径，并 保持足够宽度，使得阀瓣密封面完全覆盖阀座密封 面。
阀杆受力分析
Fg FC P1
2.2.6 活接螺栓及填料压板强制计算
练习题
一、参照设计。根据3”—150Lb例子，设计
2”—150Lb和4”—150Lb截止阀。 设计数据：阀体流道直径，51、102mm 阀体最小壁厚8.7、11.1mm 阀杆直径20、30mm 结构长度203、292mm 试确定：阀座、阀瓣、阀体、阀盖、阀杆主 要设计尺寸 二、绘制2”—150Lb截止阀阀座、阀瓣、阀 体、阀盖零件图。
截止阀基础知识及设计计算
魏玉斌
2011年8月
欢
迎
请自觉遵守和维护课堂秩序
截止基础知识及设计计算
目录 1 截止阀基础知识、典型结构及工作原理
1.1 1.2 1.3 1.4 阀门的定义 截止阀结构特点 截止阀类型 截止阀用途
2
截止阀设计计算
2.1 零件设计： 2.1.1 阀座密封面设计
2.1.2阀瓣设计 2.1.3阀体设计 2.1.4阀盖设计 2.1.5阀杆设计 2.1.6装配设计 2.2截止阀设计计算： 2.2.1阀瓣厚度计算 2.2.2阀体壁厚计算 2.2.3阀座密封比压计算 2.2.4阀杆操作力计算 2.2.5活接螺栓及填料压板强度计算 附录：密封原理
2.1.4阀盖设计
图15 阀盖设计图例
阀盖设计要点
阀盖壁厚等于阀体壁厚 上密封设计：本体堆焊，适用于通用阀门；
上密封座设计，适用于石化阀门、电站阀门 及其他重要阀门。 上密封的作用。不得借助上密封带压更换填 料。
阀盖尺寸
DG2 L1
LG2
L0
Lb
LG
xx
X
DW
LG1
dh MS+0.5
上例中，
β6=0.36， P=2.0MPa F=16049.6N a=38
mm b=10 mm [σ]=104MPa 计算结果，σ1=34.76MPa, σ2=4.475MPa σ=39.24MPa ＜ [σ] OK
阀瓣受力分析
2.2.2阀体壁厚计算
t=1.5*d*0.9/([σ]-1.2P) 式中, t——阀体计算壁厚, mm d——阀体计算内径，mm [σ]——材料许用应力，MPa P——阀门工作压力，MPa T= t+Ma+CF+SR 式中, Ma——铸造偏差，mm CF——腐蚀余量，mm SR——特殊要求增加壁厚，mm
图9 本体堆焊阀座
图10 焊接阀座
图11 螺纹阀座
图12 焊接阀座零件图例
美标阀门一般采用螺纹阀阀座或焊接阀座，
国标阀门大多采用本体堆焊密封面。 阀座的受力分析。
阀座圈厚度计算
dO=d*SQRT(Pmax/(100s)+1)+5 S=0.03NPS+6.3*log(CLASS/100) 式中， dO——阀座圈外径mm d——通道内径径mm Pmax——常温最大工作压力, kgf/cm2。 s——许用应力,MPa 。 NPS——英制阀门规格。 CLASS——压力等级数值。 对于3”——150Lb阀门 d=76mm Pmax=20 kgf/cm2 。 NPS=3 则， S=1.994 kgf/cm2 dO =88mm
阀座圈高度计算：
H=int（a*dO）+Δ 式中， H——阀座圈高度，mm a——系数 150~300Lb，a= 0.105 600~900Lb，a=0.13 1500Lb，a=0.18 2000~2500Lb，a=0.2 3500Lb，a=0.25 Δ——常数，mm。Δ值根据a 值反向选取，即a越大Δ值越小 Δ=0~8mm
阀杆操作扭矩
阀杆操作扭矩 T=F*β/1000 式中， T——阀杆操作扭矩，N-m
β——阀杆梯形螺纹系数，mm（见《阀门设计手册》P556) 上例中， Β=3.3 T=53Nm 操作手轮需要的力： Fs=T/Ds Ds——手轮直径，m. 上例中，Ds=0.28m 则， Fs=53/0.28=189.3N=19kgf
广泛适用于石油化工、天然气、电厂的水、
蒸汽、油品等管路上作为接通或截断介质的 启闭装置。 如某工厂制造各种阀门比例： 闸阀39%，蝶阀24%，截止阀16%、调节阀 8%、止回阀7%、球阀3%、其它阀门3%。
2. 截止阀设计计算
下面以150Lb-3”截止阀为例进行设计计算
2.1零件设计 2.1.1阀座设计 按阀座类型有：本体堆焊阀座、焊接阀座、螺纹阀 座。形状如下图
q= Qmz/(π（d+ bm ） bm ，MPa Qmz=Qmf+Qmj，N Qmf=π（Dmn+bm）bm*sina*(1+fm/tga)*qmf ，N Qmj=π/4（Dmn+bm）2P，N qmf=（3.5+P）/SQRT（bm） 式中， Qmz——阀座密封面总作用力，N Qmf——阀座密封必须作用力，N Qmj——阀座密封面介质静作用力，N q ——阀座计算比压，MPa qmf——密封必须比压，MPa（见《阀门设计手册》P427） a——阀瓣半锥角。 dm——阀座密封面内径，mm bm——阀座密封面有效宽度，mm p——工作压力，MPa
H
2.2截止阀设计计算：
2.2.1阀瓣强度计算 σ=σ1+σ2 σ＜ [σ]，合格 σ1=β6*PF*a2/h2， σ2=0.75*Pa2/h2 PF=F/(π b2) 式中， σ——阀瓣应力，MPa σ1——阀杆作用力在垫块产生的应力，MPa σ2——介质压力在阀瓣上产生的应力，MPa β6——系数 PF ——阀杆作用力在垫块是上的压力， MPa P——阀门工作压力， MPa F——阀杆总作用力，N。（见阀杆操作力计算） a——阀座支撑面半径，mm b——垫块半径，mm [σ]——材料许用应力， MPa
1.截止阀基础知、典型结构及工作原理
1.1阀门的定义 用来控制管道内介质的，具有可动的机械产 品的总体（ 见GB/T21465-2008 2.1） 阀门是在流体系统中，用来控制流体的方向、 压力、流量的装置。 阀门是使配管和设备内的介质（液体、气体、 粉末）流动或停止、并能控制其流量的装置。
阀瓣尺寸确定
d4
H3
H4
d3
H5
d1 d2
H1
H2
阀瓣尺寸
阀瓣压盖尺寸确定
DF
LF1
LF2
LF
2.1.3 阀杆设计
S S
ds2
L1
h
LL L
L3
L4
L2
19x19
2.1.3阀体设计
图14 阀体设计图例
设计要点：
阀体中腔内径确定
结构长度 最小壁厚 阀座组装尺寸 中法兰 阀体中心高
A
Ls
C+
DG1 DZ s KZ
dg1
LH1
nZ LZ
LH2
B
Xh
LG3
XX
上密封座
图16 上密封座
填料压套尺寸
图17填料压套
填料压板尺寸
图18 填料压板
活接螺栓尺寸
Lh1=30 dh=10
h=14
图19 活结螺栓
Lh=60
2.1.6装配设计
图20 装配顺序图例
装配尺寸链校核