美标600lb截止阀设计计算书

'截止阀设计计算书JSS-2″~12″J41H-600Lb编制:侯工审核:总经理2015年永嘉宏业高中压阀门有限公司16 目录1.阀体壁厚计算————————————————————12.阀杆总轴向力计算——————————————————13.阀杆关闭和开启力矩计算———————————————34.作用在手轮上启闭力—————————————————45.中法兰螺栓强度校核—————————————————46.中法兰强度校算———————————————————67.支架的合成应力计算—————————————————118.阀杆的强度校算———————————————————1416 一、阀体壁厚计算：计算公式：式中：t－阀体计算壁厚（英寸）；Pc－额定压力等级（磅）；Pc=150d－公称通径（英寸）；S－材料需要用的应力（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″t0.26(6.6)0.17(6.87)0.28(7.11)0.30(7.62)0.33(8.38)0.36(9.14)查ANSIB16.34得壁厚0.24(6.3)0.27(6.90)0.31(8.0)0.36(9.30)0.50(12.7)0.63(16.1)实际确定壁厚0.43(11.1)0.46(11.9)0.50(12.7)0.62(15.2)0.74(19.0)1.00(25.4)实际确定壁厚≥计算壁厚为合格二、阀杆总轴向力计算1、阀杆直径设计给定dF（参照BS1873选取）口径2″2.5″3″4″6″8″dF3032343842462、阀门关闭或开启时的总轴向力Q′FZ=QMF+QMJ+QTsinαLQ″FZ＝QMJ＋QTsinαL－QP式中：Q′FZ—阀门关闭时阀杆总轴向力(N)Q″FZ—阀门开启时阀杆总轴向力(N)QMF－密封力（N）;16 QMJ－关闭时作用在阀瓣上的介质力（N）;QT－阀杆与填料间的摩擦力（N）;QP－介质作用于阀杆上的轴向力（N）；αL－阀杆螺纹升角。式中：Dmp－阀座密封面平均值（mm);bm－密封面宽度（mm);qMF－密封必需比压（Mpa）;α－半锥角（°）；(α=30°)fm－锥形密封面摩擦系数。(fm=0.15)dF－阀杆直径（mm);hT－填料层的总高度（mm）;uT－阀杆与填料间的摩擦系数。(uT=0.15)口径2″2.5″3″4″6″8″Q′FZ6453965414056206864423774642Q″FZ350459359465148583453461840QMF2321295836874597809510766QMJ4086663710306160243605363778QT660726860105613571696αL4°03′4°39′4°14′3°34′3°46′3°19′QP628760905123216082036bm222233qMF11.511.511.511.599Dmp516581101151.5201.5dF202224283236hT35353840455016 三：阀杆关闭和开启力矩计算：M′F=M′FL＋M′FT＋M′FDM″F＝M″FL＋MFC式中：M′F－关闭时阀杆力矩(N·mm)；M′FT－阀杆与填料间的摩擦力矩(N·mm)；M′FL－关闭时的阀杆螺纹摩擦力矩(N·mm)；M′FD－关闭时阀杆头部与阀瓣接确面间的摩擦力矩(N·mm)；M″F－开启时阀杆力矩(N·mm)；M″FL－开启时的阀杆螺纹摩擦力矩(N·mm)；MFC－开启时的阀杆头部上平面与阀瓣间的摩擦力矩(N·mm)；M′FL=Q′FZ·R′FM式中：R′FM－关闭时阀杆螺纹的摩擦半径（mm);R0－阀杆头部球面半径（mm）；E－阀杆材料的弹性模数（Mpa）（E=2.2×105）;R″FM－开启时阀杆螺纹的摩擦半径（mm);d1－阀杆头部小径（mm）；d2－阀杆头部大径（mm）；fc－接触面间的摩擦系数取fc=0.15口径2″2.5″3″4″6″8″M′F269504235264374105540246686457598M″F14692268894649986840233846472393M′FL18973318584989983780205703384407M′FT6581795710286147492166830485M′FD13962538418870111931642705M″FL7043123452252644128120178236230MFC7649145442397342712113668236164R′FM2.943.33.554.054.655.15R″FM2.012.082.382.973.483.82R0506060606080d1263030344044d233363843485816 四.作用在手轮上启闭力：式中：MS－作用在手轮上的关闭力（N);DO－手轮直径（mm);MS1－作用在手轮上的开启力（N)。口径2″2.5″3″4″6″8″MS27033951570414102034MS114721537257913362100D0200250250300350450五、中法兰螺栓强度校核：1、栓载荷计算1）操作状态下螺栓载荷(N)Wp=F+Fp（见设P368）式中Wp—在操作状态下螺栓所受载荷（N）F—流体静压总轴向力（N）Fp—操作状态下需要的最小垫片压紧力（N）式中DG—为垫片压紧力作用中心圆直径(mm)b—垫片有效密封宽度（mm）bo—垫片基本密封宽度（mm）m—为垫片系数,m=3.0(查表)16 口径2″2.5″3″4″6″8″Wp27371354983966952940100213165603F1134913586156142345655047101421Fp160222191324055294844516764182DG859399.7122.2187.2254.1b056.257.57.57.58.25b56.256.46.46.46.7当b0≤6.4mm时，b=b0DG=垫片接触面的平均直径当b0＞6.4mm时，DG=垫片接触面的平均直径减2b2）预紧状态下螺栓所受载荷Wa（N）Wa=πbDGY式中：Y—垫片比压（MPa）Y=69MPa(查表)口径2″2.5″3″4″6″8″Wa92127125998138317169531259708369044DG859399.7122.2187.2254.1b56.256.46.46.46.72、螺栓面积计算（1）操作状态下需要的最小螺栓截面积(mm2)式中：[б]t—425℃下螺栓材料的许用应力（MPa）[б]t=137.93（MPa）(查表)(P256)口径2″2.5″3″4″6″8″Ap1982572883847271201Wp27371354983966952940100213165603（2）预紧状态下需要的最小螺栓截面积（mm2）式中：[б]—常温下螺栓材料的许用应力（MPa）查表[б]=[б]t=137.93MPa16 口径2″2.5″3″4″6″8″Aa6689131003122918832676Wa92127125998138317169531259708369044（3）设计时给定的螺栓总截面积式中：n—为螺栓数量；dmin—每一个螺栓的最小直径（mm）。口径2″2.5″3″4″6″8″Ab90512321232123222643019n88881216dmin1214141415.515.5（4）比较：需要的螺栓总截面积Am=max（Aa，Ap）口径2″2.5″3″4″6″8″Ab90512321232123222643019Am6689131003122918832676Ap1982572883847271201Aa6689131003122918832676显然Ab>Am故：螺栓强度校核合格六、中法兰强度校算：1、法兰力矩计算（见设P369）（1）法兰操作力矩Mp(N·mm)计算Mp=FDSD+FTST+FGSG式中：Mp－法兰操作力矩（N.mm）；FD—作用于法兰内直径截面上的流体静压轴向力（N）FD=0.785Di2P16 其中Di—为阀体中腔内径（mm）SD—为螺栓中心至FD作用位置处的径向距离（mm）SD=S+δ1S—螺栓中心至法兰颈部与法兰背面交点的径向距离（mm）δ1—法兰颈部大端的有效厚度（mm）FT—流体静压总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体静压轴向力之差（N）FT=F-FDST—螺栓中心至FT作用位置处的径向距离（mm）FG—法兰垫片压紧力（N）FG=FpSG—螺栓中心至FG作用位置处的径向距离(mm)Db—螺栓中心圆直径（mm）口径2″2.5″3″4″6″8″Mp6223109065601259269155530132065495661154FD100481271717309226085373398125SD272930.73032.535Di8090105120185250S111314.71314.617.3δ11616161717.917.7FT13018698684813143296ST242630293234F1134913586156142345655047101421FG160222191324055294844516764182SG202430293133Db125140160180250320DG859399.7122.2187.2254.1（2）法兰预紧力矩Ma（N·mm）Ma=WSG其中:W为螺栓的设计载荷（N）16 口径2″2.5″3″4″6″8″Ma2169639355031846241034921963886593412960937W108482147930154137169723285998392756SG202430293133Ab90512321232123222643019Am6689131003122918832676（3）法兰设计力矩Mo(N·mm)计算式中[б]ft—425℃下法兰材料的许用应力（MPa）[б]ft=82.76MPa（查表）(P255)[б]f—常温下法兰材料的许用应力（MPa）[б]f=120.69MPa（查表）口径2″2.5″3″4″6″8″M0148777324345383170857337510760795818887623148777324345383170857337510760795818887623Mp62231090656012592691555301320654956611542、法兰应力计算（1）轴向应力бH（MPa）计算16 式中f—整体法兰颈部应力校正系数f=1(查表)λ—参数(查表计算)Di1—计算直径（mm）因f<1，故Di1=Di+δo口径2″2.5″3″4″6″8″σH577573555660Mo148777324345383170857337510760795818887623Di188.699.7115.4131.2196.9262.7λ(查表)1.51.551.61.621.721.79Di8090105120185250δ08.69.710.411.211.912.7δ11414.515.31717.917.7（2）径向应力бR(MPa)计算式中δf—法兰有效厚度（mm）e—系数，（查表计算）F1按h/h0和δ1/δ0查表P369h—法兰颈部高度（mm）口径2″2.5″3″4″6″8″σR687880615345M0148777324345383170857337510760795818887623δf182020222426e0.0330.0290.0260.0240.0190.016F1(查表)0.860.870.870.870.890.89Di8090105120185250δ11414.515.31717.917.7δ08.69.710.411.211.912.7h10.51010.510.51010h026.2329.5533.0536.6646.9256.35δ1/δ01.631.491.471.521.501.39h/h00.400.340.320.290.210.1816 （3）切向应力бT(MPa)计算式中Y,Ｚ—系数，查表得口径2″2.5″3″4″6″8″σT416567476570σR687880615345M014877732434537.533170857.443375107.016079581.228887622.58δf182020222426Di8090105120185250Z1.51.61.82.12.22.5Y2.52.82.833.23.5D0150165190210285355D0/Di1.881.831.811.751.541.423、应力校核法兰应力应满足下列条件бH＜1.5[б]ft=1.5×82.76=124.14бR＜[б]ft=82.76бT＜[б]ft=82.76口径2″2.5″3″4″6″8″σH577573555660σT416567476570σR687880615345（σH+σT）/2497070516165（σH+σR）/2637677585553中法兰强度合格16 七、支架的合成应力计算：附图1.I－I截面的合成应力校算：σΣI=σWI+σLI+σWIN≤［σL］式中：σΣI－I－I截面的合成应力（Mpa);σwI－弯曲应力（Mpa);σLI－拉应力（Mpa);σWIN－力矩引起的弯曲应力（Mpa);［σL］－材料的许用拉应力（Mpa);式中：MI－弯曲力矩（N·mm）；MIy－I－I断面对Y轴地截面系数（mm3);式中：Q′FZ－阀杆的总轴向力（N);IⅢx－Ⅲ－Ⅲ截面对X轴的惯性矩（mm4);IⅡy－Ⅱ－Ⅱ截面对Y轴的惯性矩（mm4);H－框架高度（mm);L4－见附图及零件图；a、b－见附图或零件图16 式中:F1－I－I截面积（mm2)；式中：MⅠN－力矩(N·mm);WIX－I－I截面对X轴的截面系数（mm3);式中：MFJ—阀门关闭时阀杆螺母凸肩与支架之间的摩擦力矩（N·mm）口径2″2.5″3″4″6″8″σWI0.640.730.740.911.040.99MI202933952663649106192186818354017WIy318095402186193116377178924359344Q′FZ6453965414056206864423774642L466.57380.58997113H6784.579.589107.5127.5IⅢX5188357344106667135828302083630000IⅡy1590427011430965818989462179672a303438424555b121416162022D505260627585d313140404650b′323240425060F1283374478528707950σL111.4112.9114.7219.6031.2939.27σWIN000000MⅢN00000016 WIX424654955105617672613MFJ000000σ∑I12.0513.6415.4620.5132.3440.26σΣI=σWI+σLI+σWIN≤［σL］=82合格2.Ⅱ－Ⅱ截面的合成应力校算:σΣⅡ=σWⅡ+σLⅡ+σWⅡN≤［σL］式中：σεⅡ－Ⅱ－Ⅱ截面的合成应力(Mpa)σwⅡ－弯曲应力（Mpa)σLⅡ－拉应力（Mpa)［σL］－材料许用应力（Mpa）σεⅡ=σεⅠσwⅡ=σwⅠσLⅡ=σLⅠσΣⅡ=σWⅡ+σLⅡ+σWⅡN≤［σL］=823.Ⅲ－Ⅲ截面的弯曲应力校算:式中:σWⅢ－Ⅲ－Ⅲ截面的弯曲应力(Mpa);WⅢx－Ⅲ－Ⅲ截面对X轴的截面系数（mm3);MⅢ－Ⅲ－Ⅲ截面的弯曲力矩(N·mm);〔σW〕－材料的许用应力（Mpa）;口径2″2.5″3″4″6″8″σWⅢ32.0500469848.90500848.02343664.33671389.79271789.773498WⅢx3242.66666735845333.3333646812083.33321000MⅢ103927.619175275.55256124.99416129.861084995.31885243.5Q′FZ6453965414056206864423774642L2778991101115120MⅠ20293395266364910619218681845720316 八、阀杆的强度校算：1、拉应力校核：式中：σ－阀杆所受的拉压应力（MPa）；F－阀杆的最小截面积（mm2）；［σ］－材料的许用拉或压应力（MPa）；(［σ］=245Mpa)口径2″2.5″3″4″6″8″σ3243505083106Q′FZ6453965414056206864423774642F201227284415531707dmin161719232630故：σ＜［σ］=245Mpa2、扭转剪切应力校核：：式中：τN－阀杆所受的扭转剪切应力（MPa）；M－计算截面处的力矩（关闭时阀杆总力矩）（MPa）；－计算截面的抗扭断面系数（mm3）；［τN］－材料的许用扭转剪切应力（MPa）。口径2″2.5″3″4″6″8″τN172023243849M26950423526437410554024668645759816002129.62764.84390.46553.69331.2dF202224283236故：τN＜［τN］＝14516 3、成应力校核：式中：σΣ－阀杆所受合成应力（MPa）；［σΣ］－材料的许用合成应力（MPa）。口径2″2.5″3″4″6″8″σΣ47586869112144σ3243505083106τN172023243849σΣ＜［σΣ］＝230符合阀杆材料强度要求16'