畢業(yè)設(shè)計計算說明書閘閥.doc

目 錄一、設(shè)計基本參數(shù)21、型號 22、執(zhí)行標準23、閥門結(jié)構(gòu)2二、計算過程21、密封面比壓的驗算22、閥體最小壁厚計算3、查表法3、計算法33、閘板的計算34、閥桿得強度計算45、閥桿頭部強度驗算66、閥桿穩(wěn)定性驗算77、中法蘭連接螺栓7 7.1常溫時強度驗算7 7.2中法蘭連接螺栓初加溫時強度驗算9 7.3中法蘭連接螺栓高溫時強度驗算108、閥體(中法蘭)強度驗算119、閥蓋的強度驗算1310、閥蓋支架（T型加強筋）1411、手輪總扭矩及圓周力16參考文獻18一、 設(shè)計基本參數(shù)：1、型 號：80Z40H-402、執(zhí)行標準：閥門設(shè)計按照GB/T 12234-2007年的規(guī)定； 閥門法蘭按照GB/T 9113.1-4的規(guī)定； 閥門結(jié)構(gòu)長度按照GB/T 12221的規(guī)定； 閥門試驗與檢驗按照GB/T 13927的規(guī)定；3、技術(shù)參數(shù)： 、公稱尺寸DN：80 、公稱壓力PN：40 、適用溫度范圍：350 、介質(zhì)化學性能：水、蒸汽、油品。4、閥門結(jié)構(gòu)： 、密封副結(jié)構(gòu)：環(huán)狀密封 、中法蘭結(jié)構(gòu)：凹凸面 、閥桿結(jié)構(gòu)：明桿二、 計算過程：1、 密封面比壓的驗算 1、密封面比壓計算公式： - 式中： 閥座密封面內(nèi)徑d= 80 mm； 閥座密封面寬度bm= 10 mm； 2、出口端閥座密封面上的總作用力： 式中：作用在出口密封面上的介質(zhì)靜壓力： = 25446.90 N；密封面上達到必需比壓時的作用力：= 21205.75 N；代入得：= 21205.75 N；代入得：q= 16.5 Mpa；查表得：密封面必需比壓= 7.5 Mpa； 密封面許用比壓= 45 Mpa；則得： q驗算合格2、閥體最小壁厚計算：、查表法：按GB/T 12234-2007查表的閥體最小壁厚為： 11.4 mm。、計算法：按塑性材料薄壁閥體厚度公式計算： 式中：設(shè)計壓力p= 4 Mpa；設(shè)計內(nèi)徑DN= 80 mm；許用拉應(yīng)力= 92 Mpa；附加裕量C= 4 mm；代入上式得：= 5.54 mm； 則最小壁厚實際取= 12 mm.。3、閘板的計算： 計算厚度：SB= R式中：圓弧過渡外半徑密封面平均半徑R=(DMN+bM) /2= 46mm；系數(shù)：K=1.24 （自由周邊：鋼1.24）；計算壓力p： 設(shè)計給定 4.0Mpa；許用彎曲應(yīng)力w= 102MPa；腐蝕余量C： 設(shè)計給定 4.5mm；代入上式得：SB= 14.64mm；實際厚度SB： 設(shè)計給定 16mm；則得：SB SB 合格。4、 閥桿強度計算關(guān)閉時閥桿總軸相力 :QFZ=K1QMJ+K2QMF+ Qp+QT= 20091.97 N；開啟時閥桿總軸向力:QFZ=K3 QMJ +K2 QMF Qp+ QT = 16457.14 N；閥桿最大軸向力（取 QF、QFZ較大值）：QFZ= 20091.97 N ； 查表3-28得： 系數(shù): K1=0.29 K2=0.77 K3=0.41 K4=0.62密封面處介質(zhì)作用力，由1序號得:QMJ = 25446.90N；密封面上密封力，由1序號得:QMF = 21205.75 N；閥桿徑向截面上介質(zhì)作用力：Qp=/4dF2p= 520.53N；閥桿直徑：設(shè)計給定dF= 22mm；計算壓力p： 設(shè)計給定 4.0MPa；閥桿與填料摩擦力：QT =dFbTp= 1182.72N；查表3-15得（按h/b）：系數(shù)：= 2.24； 填料深度hT： 設(shè)計給定 42mm；填料寬度bT: 設(shè)計給定 6mm；軸向拉應(yīng)力：L= QFZ /Fs= 88.48Mpa；軸向壓應(yīng)力：Y= QFZ /Fs= 108.02Mpa；查表3-17（按退刀槽處At）得：閥桿最小截面積Fs ： 186mm2 ； 扭應(yīng)力：N=MFL/Ws= 76.79Mpa；關(guān)閉時閥桿螺紋摩擦力矩：MFL = MFL+ Ws = 46010.60Nmm； 查表3-16得：螺紋摩擦半徑RFM: 2.79mm；查表3-17（按退刀槽處At）得： 閥桿最小斷面系數(shù)Ws： 730mm3；合成應(yīng)力：=Y 2+4N 2 = 187.76Mpa；查表3-7得許用拉壓力：L= 225Mpa；許用壓應(yīng)力：Y= 200Mpa； 許用扭應(yīng)力：N= 120Mpa； 許用合成應(yīng)力：= 210Mpa；LL，N N， Y Y， 合格。5、 閥桿頭部強度驗算 剪應(yīng)力： =( QFZQT)/2bh= 16.16Mpa；開啟時閥桿總作用力，由4序號得： QFZ = 16457.14Mpa； 閥桿與填料摩擦力，由4序號得： QT= 1182.72N；圖示b： 設(shè)計給定 35.72mm；圖示h： 設(shè)計給定 13.23mm；查表3-7得： 許用剪應(yīng)力：= 120Mpa； 注：合格。6、 閥桿穩(wěn)定性驗算 允許細長比0： 30；實際細長比：=4lF/dF= 79.6；支承型載影響系數(shù)：= 1；閥桿直徑dF： 設(shè)計給定 22mm；計算長度lF: 設(shè)計給定 438mm； 查表3-22得： 臨界細長比：L= 80；壓應(yīng)力：= QFZ /F= 114.15Mpa；關(guān)閉時閥桿總軸向力，由4序號得：QFZ = 20091.96N；閥桿截面積：F=176mm2由圖3-2得：實際許壓應(yīng)力：Y= 140Mpa； 注：1、0L 合格 2、YY合格7、中法蘭連接螺栓螺栓材料：35CrMo7.1常溫時強度驗算：操作下總作用力： Q=QDJ+QDF+QDT+QFZ= 190743.27N；最小預(yù)緊力： Q=QYJ= 114353.97N；螺栓計算載荷（取Q或Q中較大值）： QL= 190743.27N；墊片處介質(zhì)作用力： QDJ= DDP p/4= 61575.21N；墊片平均直徑DDP： 設(shè)計給定 140mm；計算壓力p： 設(shè)計給定 4.0Mpa；墊片上密封力： QDF=2DDP BmDPp= 96761.05N；由表3-23（根據(jù)bDP）得：墊片有效寬度：B= 10mm；墊片寬度bDP： 設(shè)計給定 10mm；由表3-24得 墊片系數(shù)：mDP= 2.75；墊片彈性力： QDT=QDJ= 12315.04N；系數(shù)： =0.2 （按固定法蘭取0.2）；關(guān)閉時閥桿總軸向力，由4序號得： QFZ = 20091.96N；必須預(yù)緊力： QYJ=DDPBNqYJKDP= 114353.97N；查表3-24得：密封面預(yù)緊比壓：qYJ= 26Mpa；墊片形狀系數(shù)：KDP=1 （按圓形取1）；螺栓拉應(yīng)力： L=QL/FL= 10.30Mpa；螺栓總截面積： FL =ZF1= 1729.2mm2；螺栓數(shù)量Z： 設(shè)計給定 12；由表3-9（根據(jù)dL）得： 單個螺栓截面積： F1 = 144.1mm； 螺栓直徑dL： 設(shè)計給定 16mm；表3-9（根據(jù) dL） 許用拉應(yīng)力：L= 200Mpa；螺栓間距與直徑比： LJ=D1/ZdL= 3.14；螺栓孔中心圓直徑D1： 設(shè)計給定 192mm；注:1、L L合格。 2、2.7 LJ4合格7.2中法蘭連接螺栓初加溫時強度驗算螺栓計算載荷： QLZ=QLZ+ Qt = 270048.62N；常溫時螺栓計算載荷，由7.1序號得： QLZ = 190743.27N；初加溫時螺栓溫度變形力： Qt = tL/（L/FLEL+DP/FDPEDP) 79305.35N；由表3-25（根據(jù)t）得；初加溫時溫度差：t= 35；介質(zhì)工作溫度T： 設(shè)計給定 350；由表3-8（根據(jù)tL）得：材料線脹系數(shù)：= 12.60101/；螺栓計算長度： L=2h+DP = 54mm；中法蘭厚h： 設(shè)計給定 26mm；墊片厚度DP： 設(shè)計給定 2mm；中法蘭溫度：tF=0.5t= 175；螺栓溫度： tL = tFt= 140；螺栓總截面積，由7.1序號得：FL = 1729.20mm2；查表3-8（根據(jù)tL）得：螺栓材料彈性模量：EL= 2.10105Mpa；墊片面積： FDP=DDP bDP = 4398.22mm2；墊片平均直徑DDP： 設(shè)計給定 140mm；墊片寬度bDP： 設(shè)計給定 10mm；查表3-24得：墊片材料彈性模量：EDP= 0.03105Mpa；螺栓拉應(yīng)力： L=QLZ/FL= 156.16MPa；安全系數(shù)： ns=(s) tL /L = 3.14；查表3-8(根據(jù)tL)得：屈服點：(s) tL = 490Mpa；ns =3.141.25合格 7.3中法蘭連接螺栓高溫時強度驗算螺栓計算載荷： QLZ=QLZ+Qt= 277816.31N；常溫時螺栓計算載荷，由7.1序號得： QLZ = 190743.28N；高溫時螺栓溫度變形力： Qt= = 87073.03N；由表3-25（根據(jù)t）得：高溫時溫度差：t= 35；介質(zhì)工作溫度t： 設(shè)計給定 350；由表3-8（根據(jù)tL）得：材料線脹系數(shù)：= 13.90101/；由表3-25（根據(jù)t）得：初加溫時溫度差：t= 90；初加溫時螺栓溫度變形力： Qt= 79305.30N；中法蘭溫度，由7.2序號得： tF=0.9t= 315；螺栓溫度： tL=tFt= 280；螺栓拉應(yīng)力： L=QLZ/FL= 156.16MPa；螺栓總面積，由7.1序號得： FL = 1729.20mm2；安全系數(shù)： ns=(s)tL /L= 5.08；由表3-8(根據(jù)tL)得：屈服極限：(s)tL = 560Mpa；ns=5.081.35 合格。 8、閥體(中法蘭)強度驗算常溫時比值系數(shù)： n= QLZ /w = 1734.03mm；初加溫時比值系數(shù)： n= QLZ /w = 1687.80mm；高溫時比值系數(shù)： n= QLZ /w = 1875.26mm；計算載荷(取n， n，n中最大時的QLZ ，QLZ ，QLZ)： QLZ= 270048.63N； 常溫時螺栓計算載荷，由7.1序號： QLZ= 190743.28N；初加溫時螺栓計算載荷，由7.2序號： QLZ = 270048.63N；高溫時螺栓計算載荷，由7.3序號： QLZ= 277816.31N；由表3-3得：許用彎曲應(yīng)力：w = 110Mpa；許用彎曲應(yīng)力： w = (s)tF /1.25= 160MPa；屈服點： (s)tF =200Mpa 表3-2（根據(jù)tF）； 中法蘭溫度,由7.2序號得： tF = 175； 許用彎曲應(yīng)力 ：w = (R) tF /0.9= 148.15Mpa；取(R) tF /1.35或(R) tF /0.9的最小值 由表3-2得屈服點：(s)tF= 200Mpa； 中法蘭溫度，由7.2序號得： tF = 315；I-I斷面彎曲應(yīng)力： WI =Ql1/ WI= 66.52MPa；力臂： l1=(D1DM)/2= 19mm；螺栓孔中心圓直徑 D1： 設(shè)計給定 192mm；中法蘭根徑Dm： 設(shè)計給定 154mm；斷面系數(shù)： WI=(/6) Dm h2= 54481.09mm3；中法蘭厚度h： 設(shè)計給定 26mm；II-II斷面彎曲應(yīng)力： WII =0.4Ql2/ WII = 34.13MPa；力臂： l2=l1+(DmDn) /4= 56.50mm；計算內(nèi)徑Dn ： 設(shè)計給定 80mm；斷面系數(shù)： WII=(/6)(Dm+Dn)/2(DmDn)/22= 83823.87；注：w ， WII w 為合格。9、閥蓋的強度驗算 I-I斷面拉應(yīng)力： =p Dn /4(SBC)+ QFZ /Dn /(SBC)= 23.75MPa；計算壓力p： 設(shè)計給定 4.0MPa；計算內(nèi)徑Dn： 設(shè)計給定 80mm；實際厚度SB： 設(shè)計給定 12mm；腐蝕余量C： 設(shè)計給定 4mm；關(guān)閉時閥桿總軸向力： QFZ = 20091.97N；-斷面剪應(yīng)力： =pdr/4(SBC)+QFZ/dr (SBC)= 21.56MPa；圖示：dr= 設(shè)計給定 54mm；由表3-3得：許用拉應(yīng)力：L= 92Mpa；許用剪應(yīng)力：= 55Mpa； 注：LL， 合格。10、閥蓋支架（T型加強筋） I-I斷面彎曲應(yīng)力= 10 Mpa；關(guān)閉時閥桿總軸向力，由4序號得：QFZ= 20091.97N；框架兩重心處距離L= L1+2Y= 84.85mm；圖示L： 設(shè)計給定 70 mm；圖示：Y=CA2+(B-C)a2/（2CA+(B-C)a）= 7.42 mm；圖示C： 設(shè)計給定 16 mm；圖示A： 設(shè)計給定 20 mm；圖示B： 設(shè)計給定 50 mm；圖示a： 設(shè)計給定 10 mm；圖示H： 設(shè)計給定 152 mm；III-III斷面慣性矩I=(D-d)h3/12= 157208.33 mm；圖示D： 設(shè)計給定 70 mm；圖示d： 設(shè)計給定 26 mm；圖示h： 設(shè)計給定 35 mm；II-II斷面慣性矩： I=1/3(BY= 17621.21 mm；I-I斷面系數(shù)：W= 2343.47 mm；III-III斷面彎曲應(yīng)力：=(QFZL/4-M2)/W3= 44.80 Mpa；III-III斷面彎曲力矩：M= 23700.71N. mm；III-III斷面系數(shù)：W= 8983.33mm；I-I斷面拉應(yīng)力：= 15.22 Mpa；I-I斷面扭矩引起的彎曲應(yīng)力：=(M= 0.32 N. mm；彎曲力矩：M = M = 3013.79 N. mm；閥桿螺母凸肩摩擦力矩:M =2/3Q(r)= 3013.79 N. mm；由查表3-26（3）得：凸肩部分摩擦系數(shù):= 0.30； 閥桿螺母凸肩外半徑r： 設(shè)計給定 24.00 mm；閥桿螺母凸肩內(nèi)半徑r: 設(shè)計給定 20.00 mm；I-I斷面合成應(yīng)力:= 25.53 Mpa；由查表3-3得：許用拉應(yīng)力：L= 82 Mpa；許用彎曲應(yīng)力：= 102 Mpa； 注：L，11、手輪總扭矩及圓周力關(guān)閉時總矩扭(不帶滾珠軸承):M= MM 49024.40 N. mm；關(guān)閉時閥桿螺紋摩擦力矩,由4序號得：M= 46010.60 N. mm；閥桿螺母凸肩摩擦力矩，由10序號得：M= 3013.79 N. mm；園周力：Q=2M/D 式中：手輪直徑D： 設(shè)計給定 250mm； 代入式子的：Q= 392.20 Mpa；參 考 文 獻1 陸培文主編.實用閥門設(shè)計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，20022 陸培文主編.閥門設(shè)計計算手冊.中國標準出版社，19943 楊源泉主編.閥門設(shè)計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，20004 沈陽高中壓閥門廠編著.閥門制造工藝M.北京：機械工業(yè)出版社，1984.5 英漢閥門工程詞匯編輯委員會編.英漢閥門工程詞匯M.北京：北京科技出版社，1989. 6 孫曉霞主編.實用閥門技術(shù)問答M.北京：中國標準出版社，2001.7 冠國清主編.電動閥門選用手冊M.