美标楔式闸阀设计计算书.docx
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美标楔式闸阀设计计算书
编号：
LN/JSS-Z-4-150
名称型号口径编制审核批准
设计计算书
美标楔式闸阀
Z40H-150Lb
NPS4"
浙江力诺阀门
目录：
1.阀体壁厚验算T1
2.阀座密封面上总作用力及计算比压M1
3.阀杆强度验算G1-1
4.阀杆头部强度验算G3
5.阀杆稳定性验算G4
6.闸板厚度验算B1
7.中法兰连接螺栓常温时强度验算S1
8.中法兰连接螺栓初加温时强度验算S2
9.中法兰连接螺栓高温时强度验算S3
10.阀体中法兰强度验算F1
11.阀盖强度验算11
12.支架强度验算J2
13.手轮总扭矩及圆周力L1
14.填料压板强度验算Y1
15.阀杆螺母梯形螺纹强度验算W1
16.活节螺栓强度验算
17.螺栓孔销轴剪切强度验算
18.流量系数的计算
19.附录
浙江精嘉阀门
壳体计算壁厚
产品名称
闸阀
第02页
产品型号
Z540Y-600LBNPS24
共13页
N
O:
设计内容
符号
式中符号
公式或索引
数据
单位
备注
01
阀体计算壁厚
T
1.5|（PCd）/（2S-1.2PC）|+CP85-E
6.66
mm
ASMEB16.34中基准应力系数7000PSIG计算材料的应力系数均大于基准应力系数〔见下〕
壁厚校核
1.5|（1.1*PCd）/（2S-1.2*1.1Pc）|+C
6.83
mm
公称通径
d
设计给定
102
mm
额定压力磅级
Pc
设计给定
150
PSI
应力系数
S
P85-E
7000
PSI
附加裕量
C
P361-A
5
mm
最小铸造壁厚
Tmin
设计给定
11.2
mm
WCB在4250C下的屈服强度
［四
查P467-G
取10的屈服强度〔166.5MPa〕19
87.63Mpa=12709.4Psi
12709.4Ps>7000Psi
WCB在20°C下的抗拉强度
［九］
查P465-G
一1
取一的抗拉强度〔482.65MPa〕
3
160.88Mpa=23333.3Psi
23333.3Ps>7000Psi
结论
Tmin>T合格
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
1
密封而上总作用力
Qmz
Qmj+Qmf
kgf
3192
2
密封而上介质静压力
Qmj
0.785（DMN+bM）2*P
kgf
1969
3
阀座密封面内径
Dmn
设计给定
cm
10.7
4
阀座自封卸竟度
bM
设计给定
cm
0.4
5
设计压力
P
设计给定
I21〜2kgf/cm
20
6
介质密封力
Qmf
兀（DMN+bM）*bM*qmf
kgf
1223
7
密封面必须比压
qmf
（35+P）/SQR（bM）
kgf/cm2
87
8
制W计算比压
q
Qmz/[**bM（DMN+bM）]
kgf/cm2
229
9
密封面许用比压
[q]
查?
阀门设计计算手册?
表4-11
kgf/cm2
450
结论qmfDmn94
型号4"Z40H150Lb
零件名称阀杆
材料牌号ASTMA182F6a
计算内容强度、操作力
代号G1-1
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
1
关闭时阀杆总轴向力
Q'fz
0.20Qmj+0.572Qmf+Qp+QT
kgf
1799
2
开启时阀杆总轴向力
Q'fZ
0.31Qmj+0.42Qmf-Qp+QT
kgf
1830
3
阀杆最大轴向力
Qfz
取Q'fz及Q'fZ中较大值
kgf
1830
4
密封面处介质作用力
Qmj
见M1序号2
kgf
1969
5
密封面上密封力
Qmf
见M1序号6
kgf
1223
6
阀杆径向截面上介质作用力
Qp
0.785*df2*P
kgf
106
7
阀杆直径
df
设计给定
cm
2.6
8
计算压力
P
设计给定
kgf/cm2
20
9
阀杆与填料摩擦力
Qt
Pdf*bt*P
kgf
600
10
系数
查?
阀门设计计算手册?
表4-12〔按hT/hT〕
1.65
11
填料深度
hT
设计给定
cm
26
12
填料宽度
bT
设计给定
cm
7
13
轴向应力
（TL
Q'fZ/Fs
i中〜2kgf/cm
507
14
（T丫
Q'fz/Fs
kgf/cm2
498
15
阀杆最小截卸卸积
FS
查?
阀门设计计算手册?
表4-14〔按退刀槽处Ft〕］
2cm
3.61
16
扭应力
TN
M'fl/Ws
i中〜2kgf/cm
275
17
关闭时阀杆螺纹摩擦力矩
M'fl
Q'fz*Rfm
Kfg
540
18
螺纹摩擦半径
Rfm
查?
阀门设计计算手册?
表4-13〔按fL=0.17〕
cm
0.30
型号4"Z40H150Lb
零件名称阀杆
材料牌号ASTMA182F6a
计算内容强度、操作力
代号G1-1
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
19
阀杆最小断面系数
Ws
查?
阀门设计计算手册?
表4-13〔按退刀槽处Wt〕
3cm
1.962
20
合成应力
（T万
\,.丫2+4.2
kgf/cm2
1176.6
21
许用拉应力
[«L]
[（Tb]/4
kgf/cm2
1462.5
22
抗拉强度
[①可
查ASTMA182表3
kgf/cm2
5850
23
许用压应力
[r]
[（Tb]/4
2kgf/cm
1462.5
24
许用扭应力
[0.6[（TL]
2kgf/cm
877.5
25
许用合成应力
S]
查?
阀门设计计算手册?
表4-7
kgf/cm2
2300
结论1.erL<[crL],yy<[yy],rN<[rN],〔t万<[crE]故合格.
2.工作压力随工作温度而改变的比值比相应温度下材料许用应力改变的比值为大,故不进行高温核算
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
1
剪应力
T
（Q'fZ-Qt）/2bh
kgf/mm2
2.437
2
开启时阀杆总轴向力
Q'fZ
见G1-1序号2
kgf
2481.3
3
阀杆与填料摩擦力
Qt
见G1-1序号9
kgf
260.92
4
图示
b
设计给定
mm
29.2
5
图示
h
设计给定
mm
13
6
许用剪应力
[^]
查KFD14-89表2
2
kgf/mm
10.92
结论：
1.r<[r],故合格.
2.工作压力随工作温度而改变的比值比相应温度下材料许用应力改变的比值为大,故不进行高温核算
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
1
允许细长比
入0
设计给定〔30〕
30
2
实际细长比
X
4*p入*lf/df
28.3
3
支承型式影响系数
N入
查?
阀门设计计算手册?
表4-17〔按|0/If〕
0.439
4
中间支承到端点长度
|0
设计给定
mm
220
5
计算长度
|F
设计给定
mm
420
6
阀杆直径
df
设计给定
mm
26
7
临界细长比
入L
查?
阀门设计计算手册?
表4-18
77.5
8
压应力
6V
Q'fz/F
kgf/cm2
339
9
关闭时阀杆总轴向力
Q'fz
G1-11
kgf
1799
10
阀杆截面积
F
查?
阀门设计计算手册?
表4-14〔按外径处FW〕
2cm
5.31
11
实际允许压应力
[7]
查?
阀门设计计算手册?
表4-19〔按入〕
kgf/cm2
2450
12
稳定系数
n
Qlj/Q'fz
0.81
13
临界载荷
Qlj
3.142E*I/（n入*If）2
kgf
1458
14
材料弹性系数
E
查?
阀门设计计算手册?
表4-6
kgf/cm2
2.2x106
15
惯性矩
I
查?
阀门设计计算手册?
表4-14〔按外径
处Iw〕
4mm
2.285
16
许用稳定系数
[n]
设计给定〔1.25〕
1.25
17
临界压应力
0-LY
3.142E/入2
kgf/cm2
27084
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
18
材料比例极限
0-BL
查?
阀门设计计算手册?
表4-6
kgf/cm2
3600
结论：
1.入<入0不进行稳定性验算.
2.入0V入<入L,（Ty<[（Ty]为稳定性合格.
3.X>Xl,o-ly[n]为稳定性合格.
注：
1.入<入.时,不进行稳定性验算.
2.入0V入<入L时,稳定性计算到序号11就足够.
3.只有当人>^L时,才按欧拉公式计算（从序号12~序号19）
Q7z
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
1
计算厚度
SB'
rJkp/[Ow]+c
cm
1.18
2
密封间平均半径
R
自由周边：
1/2（DMN+bM）
cm
5.625
3
图示
Dmn
设计给定
cm
10.2
4
图示
bM
设计给定
cm
1.05
5
系数
K
设计给定自由周边：
钢1.24
1.24
6
计算压力
P
设计给定
r2
kgf/cm
20
7
许用弯曲应力
[ww]
查?
阀门设计计算手册?
表4-3
kgf/cm2
1020
8
腐蚀余量
C
设计给定
cm
0.3
9
实际厚度
SB
设计给定
cm
1.8
结论：
1.SB?
SB',故合格.
2.管路附件温度压力级是根据材料相应温度下的许用应力制定的,故不进行高温核算
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
1
操作下总作用力
Q,
Qdj+Qdf+Qdt+Q'fz
kgf
11088
2
最小预紧力
Q''
Qyj
kgf
5873
3
螺栓计算载荷
Ql
取Q'及Q'中较大值
kgf
11088
4
垫片处介质作用力
Qdj
0.785*Ddp2*P
kgf
2186
5
垫片平均直径
Ddp
设计给定
cm
11.8
6
计算压力
P
设计给定
i21〜2kgf/cm
20
7
垫片上密封力
Qdf
2*3.14*Ddp*Bn*mdp*P
kgf
6669
8
垫片后效宽度
Bn
查?
阀门设计计算手册?
表4-20〔根据bDP〕1
cm
0.5
9
垫片宽度
bDP
设计给定
cm
1
10
垫片系数
mdp
查?
阀门设计计算手册?
表4-21
3.0
11
垫片弹,性力
Qdt
tQdj
kgf
437
12
系数
刀
按固定法兰取〔0.2〕
0.2
13
关闭时阀杆总轴向力
Q'fz
见G1-1序#1
kgf
1799
14
必须预紧力
Qyj
3.14*Ddp*Bn*qYj*Kdp
kgf2
5873
15
密封面必须比压
qYJ
查?
阀门设计计算手册?
表4-21
2kgf/cm
317.0
16
垫片形状系数
Kdp
按圆形取〔1〕
1
17
螺栓拉应力
（TL
Ql/（Z*F1）
2kgf/cm
1059
18
螺栓总截面积
Fl
z*fi
2cm
10.47
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
19
螺栓数量
Z
设计给定
10
20
单个螺栓截面积
F1
查?
阀门设计计算手册?
表4-9〔根据dL〕
2cm
1.047
21
螺栓直径
dL
设计给定
cm
1.4
22
许用拉应力
皿］
查?
阀门设计计算手册?
表4-9〔根据dL〕
kgf/cm2
2220
23
螺栓间距与直径比
Lj
3.14*D1/（Z*dl）
3.68
24
螺栓孔中央圆直径
D1
查?
阀门设计计算手册?
表4-71
cm
16.4
结论1.（TL<[（TL],故合格.
2.2.74.0MPa）,故合格.
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
1
螺栓计算载荷
Q'l
Ql+Q't
kgf
20069
2
常温时螺栓计算载荷
Ql
见S1序号3
kgf
11088
3
初加温时螺栓温度变形力
Q't
?
t'*a*L/[L/（FlEl）+阳p/（FdpEdp）]
kgf
8981
4
初加温时温度差
?
t'
查?
阀门设计计算手册?
表4-22〔根据t〕
C
73.9
5
介质工作温度
t
设计给定
C
427
6
材料线胀系数
a
查?
阀门设计计算手册?
表4-8〔根据t'L〕
1/C
-6
12.6x10
7
螺栓计算长度
L
设计给定〔钻孔取2h+加〕
cm
4.9
8
中法兰厚度
h
设计给定
cm
2.3
9
垫片厚度
（dp
设计给定
cm
0.32
10
中法兰温度
t'F
0.5t
C
213.5
11
螺栓温度
t'L
t'F-?
t'
C
139.6
12
螺栓总截面积
Fl
Z*F1
2cm
10.47
13
螺栓材料弹性系数
El
查?
阀门设计计算手册?
表4-8〔根据t'L〕
i21〜2kgf/cm
2.13x106
14
垫片面积
Fdp
3.14*Ddp*bDP
2cm
37
15
垫片平均直径
Ddp
设计给定
cm
11.8
16
垫片宽度
bDP
设计给定
cm
1.0
17
垫片材料弹性系数
Edp
查?
阀门设计计算手册?
表4-21
i中〜2kgf/cm
3x104
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
18
螺栓拉应力
（T'L
Q'l/Fl
kgf/cm2
1917
19
平安系数
ns
（①s）tl/①'L
3.17
20
屈服极限
（①s）t'l
查?
阀门设计计算手册?
表4-8〔根据t'L〕]
kgf/cm2
6068
结论：
n's>1.25,故合格
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
1
螺栓计算载荷
Q'L,
Ql+Q"'
kgf
13424
2
常温时螺栓计算载荷
Ql
见S1序号3
kgf
11088
3
高温时螺栓温度变形力
Q't'
?
t'*'房L/[L/（FlEl）+那么FdpEdp）]
kgf
2336
4
高温时温度差
?
t,‘
查?
阀门设计计算手册?
表4-22〔根据t〕
c
18.08
5
介质工作温度
t
设计给定
c
427
6
材料线胀系数
a
查?
阀门设计计算手册?
表4-8〔根据t'l〕
1/C
-6
13.9x10
7
螺栓计算长度
L
设计给定〔钻孔取2h+加〕
cm
4.9
8
中法兰厚度
h
设计给定
cm
2.3
9
垫片厚度
（dp
设计给定
cm
0.32
10
中法兰温度
t'F,
0.9t
C
384.3
11
螺栓温度
t'L,
t'F-?
t''
C
366.22
12
螺栓总截面积
Fl
Z*F1
2cm
10.47
13
螺栓材料弹性系数
El
查?
阀门设计计算手册?
表4-8〔根据t'l〕
i21〜2kgf/cm
1.98x106
14
垫片面积
Fdp
3.14*Ddp*bDP
2cm
37
15
垫片平土匀直径
Ddp
设计给定
cm
11.8
16
垫片宽度
bDP
设计给定
cm
1.0
17
垫片材料弹性系数
Edp
查?
阀门设计计算手册?
表4-21
i21〜2kgf/cm
3x104
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
18
螺栓拉应力
（T'L,
Q'l/Fl
kgf/cm2
1282
19
平安系数
n's'
（（Ts）t'l/'L'
3.7
20
屈服极限
（①s）t'l'
f查?
阀门设计计算手册?
表4-8〔根据t'l〕「
kgf/cm2
4737.8
结论：
n's>1.35,故合格
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
1
常温时比值系数
n
Ql/[（Tw]
2cm
10.85
2
初加温时比值系数
n
Q'l/[『w]
2cm
13.2
3
高温时比值系数
n
Q,l7[ct,w]
2cm
9.54
4
计算载荷
Q
取n,n',n'中最大时的Ql,Q,l\Q,l'
kgf
20069
5
常温时螺栓计算载荷
Ql
见S1序号3
kgf
11088
6
初加温时螺栓计算载荷
Q'l
见S2序号1
kgf
20069
7
高温时螺拴计算载荷
Q'L,
见S3序号1
kgf
13424
8
许用弯曲应力
[（Tw]
查?
阀门设计计算手册?
表4-3
kgf/cm2
1020
9
许用弯曲应力
[（Tw]
（（ts）t'F/1.25
kgf/cm2
1520
10
屈服极限
（（TS）t'F
查?
阀门设计计算手册?
表4-2〔根据t'F〕1
2kgf/cm
1900
11
中法兰温度
t'F
见S2序号10
C
213.5
12
许用弯曲应力
[（T'w]
取（（TS）t'F/1.35或（①R）t'F/0.9中的较小值
i中〜2kgf/cm
1407
13
屈服极限
（（TS）t''F
查?
阀门设计计算手册?
表4-2〔根据t'f〕
kgf/cm2
1631.4
14
中法兰温度
t'F
见S3序号10
C
384.3
15
蠕义极限
（（TR）t''f
查?
阀门设计计算手册?
表4-2〔根据t'f〕
kgf/cm2
794.2
16
I-1断向为曲应力
（TWI
Q*Ll/WI
kgf/cm2
1010
17
力臂
L1
（D1-Dm）/2
cm
1.8
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
18
螺栓孔中央圆直径
D1
设计给定
cm
16.4
19
中法兰根径
Dm
设计给定
cm
12.8
20
断面系数
Wi
3.14*Dm*h2/6
3cm
35.4
21
中法兰厚度
h
设计给定
cm
2.3
22
H-II断向为曲应力
（TWII
0.4*Q*L2/WII
2kgf/cm
2549
23
力臂
L2
L1+（Dm-Dn）/4
Cm
2.35
24
计算内径
Dn
设计给定
cm
10.6
25
断面系数
Wii
3.14*（Dm+Dn）*（Dm-Dn）2/48
3cm
7.4
结论：
常温时（TWl<[（TW],o-WlI<[（TW]故合格；
初加温时crwl<[cr,w],CTWIIV[（T'w]故合格;高温时（twI<[ct,w],ctwIIV[（T'w]故合格;
Dm
JD1
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
计算数据
1
I-1断面拉应力
LL
P*DN*Q'fz
4（SB-C）3.14DN（SB-C）
kgf/cm2
130.5
2
计算压力
P
设计给定
kgf/cm2
20
3
计算内径
DN
设计给定
cm
10.6
4
实际壁厚
SB
设计给定
cm
1.12
5
腐蚀余量
C
设计给定
cm
0.3
6
关闭时阀杆总轴向力
Q'fz
见G1-1序号1
kgf
1799
7
n-II断面剪应力
T
P*dr上Q'fz
4（SB-C）3.14dr（SB-C）
kgf/cm2
150.5
8
图示
dr
设计给定
cm
6.2
9
许用拉应力
[5]
查?
阀门设计计算手册?
表4-3
i21〜2kgf/cm
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