閘閥基礎(chǔ)知識(shí)及設(shè)計(jì)計(jì)算

閘閥基礎(chǔ)知識(shí)及設(shè)計(jì)計(jì)算永嘉科技中心胡老師2009-11-27日電話通知：2009.12.2~3日（周三~周四）為閥門培訓(xùn)班講課。內(nèi)容有閘閥基礎(chǔ)知識(shí)閘閥設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)間：1~1.5天，上下午各3小時(shí)，共6~9課時(shí)。上午8：30~11：30，下午14：00~17：00課時(shí)計(jì)劃第一部分：閘閥基礎(chǔ)知識(shí)，參數(shù)、型號(hào)類別、典型結(jié)構(gòu)及工作原理第二部分：閘閥設(shè)計(jì)計(jì)算。重點(diǎn)：閘閥類別、原理及計(jì)算難點(diǎn)：承壓件及閥桿計(jì)算目錄第一部分：閘閥基礎(chǔ)知識(shí)，參數(shù)、典型結(jié)構(gòu)及工作原理閥門的定義流體力學(xué)基本概念與術(shù)語閘閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)閘閥類型閘閥用途第二部分：閘閥設(shè)計(jì)計(jì)算零件設(shè)計(jì)：閥座設(shè)計(jì)閘板設(shè)計(jì)閥體設(shè)計(jì)閥蓋設(shè)計(jì)閥桿設(shè)計(jì)裝配設(shè)計(jì)閘閥設(shè)計(jì)計(jì)算：閘板厚度計(jì)算閥體壁厚計(jì)算密封比壓計(jì)算閥桿操作力計(jì)算1.閥門基礎(chǔ)知、典型結(jié)構(gòu)及工作原理閥門的定義用來控制管道內(nèi)介質(zhì)的，具有可動(dòng)的機(jī)械產(chǎn)品的總體（見GB/T21465-20082.1）閥門是在流體系統(tǒng)中，用來控制流體的方向、壓力、流量的裝置。閥門是使配管和設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)（液體、氣體、粉末）流動(dòng)或停止、并能控制其流量的裝置流體力學(xué)基本概念與術(shù)語流動(dòng)——物質(zhì)在外力（如重力、離心力、壓差等）作用下，發(fā)生宏觀運(yùn)動(dòng)。流體——能夠流動(dòng)的物質(zhì) 液體、氣體液體可以發(fā)生形變，其形狀取決于所盛裝的容器的形狀，在理想狀態(tài)下，液體不可壓縮。氣體可以改變大小，在密閉的容器中氣體總是充滿容器空間，氣體可以壓縮。理想流體與實(shí)際流體：流動(dòng)時(shí)沒有粘滯性的流體為理想流體，流動(dòng)時(shí)有粘滯性的流體為實(shí)際流體。很顯然，理想流體并不存在，只是為了研究某些問題的方便而提出的假設(shè)。流體力學(xué)——研究流體平衡狀態(tài)規(guī)律的科學(xué)為流體靜力學(xué)，研究流體運(yùn)動(dòng)力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)為流體動(dòng)力學(xué)，綜合稱流體力學(xué)。粘度——流體在流動(dòng)時(shí)，在其分子間產(chǎn)生內(nèi)摩擦的性質(zhì)，稱為流體的粘性。流體的粘性與溫度有關(guān)，對(duì)于液體，溫度升高粘度減小，氣體溫度升高粘度增加。粘性的大小用粘度表示，粘度又分為運(yùn)動(dòng)粘度與動(dòng)力粘度。運(yùn)動(dòng)粘度U單位是m2/S，簡稱斯。動(dòng)力粘度n單位是N?s/m2,或Pa.s（帕.秒）密度與比容單位容積物質(zhì)的質(zhì)量稱為密度，單位為“千克/米3。常用符號(hào)P表示。單位質(zhì)量的物質(zhì)所占有的容積稱為比容，用符號(hào)表示單位為“米3/千克（iWkg）”。常用符號(hào)V表示。顯然，p=1/v比重：y=pg。國際單位為：N/m3或kN/m3。n=pu流動(dòng)狀態(tài)：層流和紊流層流：各層之間不相混雜的分層流動(dòng)叫做層流。湍流：流動(dòng)具有混雜、紊亂的特征時(shí)叫做湍流。雷諾數(shù)英國物理學(xué)家雷諾曾作過試驗(yàn)并得到判斷流型的計(jì)算式，稱為雷諾公式：Re二Vd/u，式中，V為流速，m/s，d為管子直徑，m.,u為運(yùn)動(dòng)粘度，單位m2/s。因此，雷諾數(shù)Re是個(gè)無量綱常數(shù)，當(dāng)ReV2320時(shí)為層流，Re>2320為紊流，所以，Re2320稱之為臨界雷諾數(shù)。水錘——當(dāng)管道中介質(zhì)流速因某種外界原因發(fā)生急劇變化時(shí)，將引起液體內(nèi)部壓力產(chǎn)生迅速交替升降，這種交替升降的壓力作用在管壁、閥門或其它管路元件上好像錘擊一樣，故稱為水擊（或水錘）。汽蝕——由液體中逸出的氧氣等活性氣體，借助氣泡凝結(jié)時(shí)放出的熱量，會(huì)對(duì)金屬起化學(xué)腐蝕作用。這種氣泡的形成發(fā)展和破裂以致材料受到破壞的全部過程，稱為汽蝕現(xiàn)象。氣穴、空化。壓力一一液體單位面積上所受的垂直作用壓力稱為壓力。通常用P表示。常用單位有巴、帕斯卡、兆帕、大氣壓等。換算關(guān)系：1bar=1.02kgf/cm2=100000Pa=0.1MPa。絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度以絕對(duì)零壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為絕對(duì)壓力。以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫榛鶞?zhǔn)所表示的壓力，稱為相對(duì)壓力。相對(duì)壓力也稱表壓力。相對(duì)壓力為負(fù)數(shù)時(shí)，工程上稱為真空度。真空度的大小以此負(fù)數(shù)的絕對(duì)值表示。絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力與真空度的相互關(guān)系如下所示：11表壓力（相對(duì)壓力）大氣.壓力1J絕）寸壓力 真;空度絕;11寸壓力絕對(duì)真空絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力與真空度間的相互關(guān)系流阻系數(shù)和壓力損失由于流體存在粘性，流體流動(dòng)中與管道壁面以及流體自身的摩擦所造成的阻力稱為沿程阻力,沿程阻力所造成的流體能量損失稱為沿程損失。沿程阻力系數(shù)常用入表示。局部損失當(dāng)流動(dòng)邊界發(fā)生急劇變化時(shí)，比如在流動(dòng)方向發(fā)生改變的彎管處、管徑改變的變徑處、產(chǎn)生額外阻力的閥門等局部阻力存在而產(chǎn)生的能量損失，稱為局部損失。產(chǎn)生局部損失的原因是：流動(dòng)斷面發(fā)生變化時(shí)，斷面流速分布發(fā)生急劇變化，并產(chǎn)生大量的旋渦。由于流體的粘性作用，旋渦中的部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁沽黧w升溫，從而消耗機(jī)械能。管道進(jìn)口、管道的突縮、突擴(kuò)部分、閥門、彎頭等管件部分均會(huì)發(fā)生局部阻力。局部損失與管長無關(guān)，只與局部管件有關(guān)局部阻力系數(shù)常用E表示。局部阻力的分類：流量系數(shù)Cv流量系數(shù)Cv,指溫度為60°F的水在規(guī)定的開啟位置下壓力損失為1磅時(shí)流經(jīng)閥門的流量，單位是g/min（每分鐘美制加侖）。流量系數(shù)Kv,指溫度為5°C~40°C的水流過在規(guī)定的開啟位置下壓力損失為1巴的閥門時(shí)的流量，單位是m3/h（每小時(shí)立方米）。Cv=28Kv/24噪聲噪聲是發(fā)生體做無規(guī)則振動(dòng)時(shí)發(fā)出的聲音。通常是指那些難聽的，令人厭煩的聲音。引起人們煩躁，甚至危害人體健康的聲音。噪音的波形是雜亂無章的。從環(huán)境保護(hù)的角度看，凡是影響人們正常學(xué)習(xí)，工作和休息的聲音凡是人們?cè)谀承﹫龊稀安恍枰穆曇簟保冀y(tǒng)稱為噪聲。如機(jī)器的轟鳴聲，各種交通工具的馬達(dá)聲、鳴笛聲，人的嘈雜聲及各種突發(fā)的聲響等，均稱為噪聲。一般，閥門噪聲在距離閥體1米處測試不超過85分貝。閘閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)閥門的參數(shù)參數(shù)：代表閥門特征的一些數(shù)據(jù)或符號(hào)，稱為閥門的參數(shù)。如，口徑（規(guī)格），壓力（公稱壓力），溫度，介質(zhì)，流量，材料，驅(qū)動(dòng)方式等等。閥門口徑：一般用DN（mm）或NPS（in英寸”）表示，如DN50、DN100、DN600、8”、12”等?？趶绞谴黹y門名義尺寸的重要參數(shù)。公稱壓力（或壓力級(jí)）：一般用PN（Mpa）或磅級(jí)（CLASSpsig/in2）表示。如PN1.6、PN2.0、PN2.5、PN4.0、 PN5.0、 PN6.4、 PN10.0、 PN16.0、 PN25.0、PN32.0、PN42.0，150Lb、300Lb、400Lb、600Lb、 800Lb、 900Lb、 1500Lb、 2500Lb、 4500Lb等。公稱壓力或壓力級(jí)是代表閥門在規(guī)定溫度下承受介質(zhì)工作壓力高低的重要參數(shù)。所有閥門都不應(yīng)該在公稱壓力（或壓力級(jí)）規(guī)定的溫度壓力下使用。閥門零件：組成閥門外部殼體的零件一般有閥體和閥蓋；內(nèi)部零件（簡稱內(nèi)件）一般有關(guān)閉件（閘板或閥瓣）、閥座及閥桿；密封件填料、墊片；操作件手輪等。動(dòng)件——操作閥門有移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)閉件，如閘板，閥瓣。靜件——操作閥門時(shí)沒有動(dòng)作的關(guān)閉件，如閥座。密封面——?jiǎng)?、靜關(guān)閉件相互接觸，形成接觸密封的表面。密封副——形成密封的兩個(gè)或幾個(gè)密封件接觸面。閘閥典型結(jié)構(gòu)見下圖參考圖例：圖2球閥圖3蝶閥閘閥類型按閘板形狀分：楔式閘閥及平板閘閥圖4楔式閘閥圖5平板閘閥按閘閥開啟時(shí)閘板的動(dòng)作方式分：明桿及暗桿閘閥圖6暗桿閘閥按閘板數(shù)量分類：單閘板及雙閘板——圖7平行式雙閘板II5nSis打圖8——圖7平行式雙閘板II5nSis打圖8楔式雙閘板按閘板關(guān)緊時(shí)是否發(fā)生變形分：彈性閘閥和剛性閘閥（死閘板）I1Tn壬I1Tn壬圖9鋼性閘閥圖1、圖8均為彈性閘閥1.5閘閥的作用切斷和導(dǎo)通介質(zhì)。按產(chǎn)值比重，閘閥應(yīng)用最廣。大約占1/2之多。如電廠主蒸汽、主給水系統(tǒng)等。2.閘閥設(shè)計(jì)計(jì)算以300Lb-14”為例零件設(shè)計(jì)

閥座設(shè)計(jì)按閥座類型有：本體堆焊閥座、脹圈閥座、螺紋閥座、焊接閥座。形狀如下圖圖11螺紋閥座圖12焊接閥座圖圖11螺紋閥座圖12焊接閥座脹圈閥座見圖91/^V.￡.lF^2rTirTie22?230x2-6g技術(shù)要求 /：：'1fl*4的宅學(xué)成分和機(jī)-Wi^^feGBS匚冷的規(guī)定7堆焊層祇HRC30-35.5耒注心蓬尺、「教心差菩駛捋gH13D4—彩一it浚的規(guī)定.?2：--i圖13螺紋閥座零件圖例一般適用于PNIO.OMPa以下，DN250以下。閥座的受力分析。閥座焊縫應(yīng)校核。（參見附圖,閥座2圖例，閥座小于閥體通道；閥座焊縫直徑太小。二者都會(huì)造成閥座脫落失效）寸03.2/-馮札807技術(shù)要求密封面進(jìn)行著色檢驗(yàn)應(yīng)無裂紋及其它有毎缺陷；未注加工尺寸偏差按Hl804規(guī)定的IT14級(jí)精度;銳角倒鈍“圖14焊接閥座零件圖閥座密封面最小寬度：PNIO.OMPa以下閥門，bmin卡4.5mmPN16.0MPa以上閥門，bmin卡7.0mm閥座圈厚度計(jì)算：do=d*SQRT(Pmax/(100s)+1)+5S=0.03NPS+6.3*log(CLASS/100)式中，do 閥座圈外徑mmd 通道內(nèi)徑徑mmPmax 常溫最大工作壓力，kgf/cm2。s 許用應(yīng)力，kgf/cm2。NPS——英制閥門規(guī)格。CLASS——壓力等級(jí)數(shù)值。對(duì)于8”——300Lb閥門d=203mmPmax=50kgf/cm2NPS=8則，S=3.246kgf/cm2do=224mm閥座圈高度計(jì)算：H=int(a*dO)+△式中，H 閥座圈高度，mma 系數(shù)150~300Lb，a=0.075600~900Lb，a=0.131500Lb，a=0.182000~2500Lb，a=0.23500Lb，a=0.25 常數(shù)，mm=0~8mm上例中，a=0.075do=224mm取，△=5則，H=22mm2.1.2閘板設(shè)計(jì)-II-II肢求*束1越』和屯字敢凈■書堿社粽戎A216毗汕沁.7垃型*JE^r30D,#*hVUHK7LF?Mfit*片柯;？決晴迪廠觀疋0戒汪習(xí)逋31卻7c-：q騎在*N寸肖益#S?SE^GA180q-5?-rr*的祖圖15中低壓閘板零件圖例1力r"I訐昨曲叱芋施井七機(jī)*W+-It蠱罟令A(yù)^TMA2O肚g的虎克廉蚊由純對(duì)卡仏軼宦力單鞭履縣￡哺事尊巧；3構(gòu)卞不宜右業(yè)咬世盧耶縈范注常讒兒丸軌站％4r它為宸4箱?和衣怡牛竝怖：I挾*二來注讒建姿|門5朝-圖16高壓閘板圖例閘板楔角一般為3°~5°。3°適于低壓力級(jí)，閥體中部為橢圓結(jié)構(gòu)。兩個(gè)設(shè)計(jì)原則：一是，密封面中徑相等原則：即閘板與閥座的密封面直徑相等。二是，閘板密封面設(shè)計(jì)要保證1/2~2/3寬度與閥座密封面相吻合。即，0.5832T原則。閘板密封面寬度一般取BM=bM+(4~8)mm即可。比壓計(jì)算bM已經(jīng)滿足要求，BM取值太大造成浪費(fèi)。太大，造成浪費(fèi)。但應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的最小磨損余量。閘板的加工：aILa圖17閘板斜抬2.1.3閥體設(shè)計(jì)2遺終*￡力3(XA■tt^wCB^ZS#宇舉邀”滬時(shí)?序山枷劃臥立.：卡辻金盪咼寸的心:i進(jìn)聯(lián)戎&三’呂I-3：-I誤勺M定I耕聯(lián)H馭2?5圖18中低壓閥體設(shè)計(jì)圖例設(shè)計(jì)要點(diǎn)：閥體中腔內(nèi)徑確定結(jié)構(gòu)長度最小壁厚閥座開檔尺寸中法蘭閥體中心高

驗(yàn)證D、Do、DwD=Do/Dw（一者較大值）+15?25mm（國內(nèi)鑄造水平）D=Do/Dw（二者較大值）+6?10mm（國外先進(jìn)鑄造水平）閘板最大實(shí)體尺寸,Do或Dw二者取較大值.閥體中腔內(nèi)徑閥體外徑=D+2t閥體壁厚（計(jì)算或引用標(biāo)準(zhǔn)值）閥體閥座孔的加工閥座密封面加工2.1.4閥蓋設(shè)計(jì)川：，』貝門孔7-日中w丁肥刨廠于；FrlBL枝術(shù)扁求1對(duì)科曲陽半應(yīng)護(hù)和扭嶽堆屋撩&J5THA?16HUR旳覘琵2或松3. 權(quán)抻WCH同23片宇tt逹"護(hù)期苛豐由劃迪廠號(hào)之5Ai±*A尺寸N-ti^SSC；iilSJD4-92-mS^JRJt1衣注ifiXli(IR?^5圖19閥蓋設(shè)計(jì)圖例設(shè)計(jì)要點(diǎn)連體支架或分體支架：DN200以下，采用連體支架，DN250以上，采用分體支架。閥蓋壁厚等于閥體壁厚閥蓋內(nèi)腔高度應(yīng)與閥體中心高結(jié)合分配，以滿足閥門開啟高度。上密封設(shè)計(jì)：本體堆焊，適用于通用閥門；上密封座設(shè)計(jì)，適用于石化閥門、電站閥門及其他重要閥門。上密封的作用。不得借助上密封帶壓更換填料。2.1.5閥桿設(shè)計(jì)lif*-對(duì)+卻七孚Et掙耳打用甘隹嶽220曲羔K/丹.棗PhH2bU--2tjl：'J 3t^K1**^i**CU'EJDq-92-mftWM■14t4kl4圖20閥桿設(shè)計(jì)圖例設(shè)計(jì)要點(diǎn)：閥桿強(qiáng)度以梯形螺紋根部最弱，拉斷試驗(yàn)應(yīng)在此除斷裂。即不允許閥桿斷在殼體內(nèi)梯形螺紋旋向應(yīng)滿足順時(shí)針關(guān)閉閥門，逆時(shí)針開啟閥門的規(guī)定及常規(guī)習(xí)慣。滿足開啟高度需要。應(yīng)與閥體、閥蓋、閘板、驅(qū)動(dòng)螺母等相關(guān)零件計(jì)算，合理設(shè)計(jì)長度，包括梯形螺紋有效長度。2.1.6裝配設(shè)計(jì)圖21裝配順序圖例裝配尺寸鏈校核H4=「比H3=^I-圖22裝配尺寸鏈校核H：土;二；H5=''-'H6='l^H2=7-7h3=1'-：,-h2=mH”=. ■■■H1=:■苛.h1=■■■"hO=?：?：’Ho=H6-h3=719.5-489.5=230H=h2-h1=358.5-137.5=221Ht='D+d)/2=(235+203)/2=219Ho>H,H>Htok閘閥設(shè)計(jì)計(jì)算：2.2.1閘板厚度計(jì)算按單閘板計(jì)算其最小厚度Hmin=SQR{(nBllPa2+B15Pd2/4)/[o]}式中，Hmin 單閘板最小厚度，mmB11——系數(shù)B15——系數(shù)P 閥門工作壓力，kgf/cm2a 閘板彈性槽根部半徑，mmd 閥座密封面內(nèi)徑，mm[o] 材料許用應(yīng)力，kgf/cm2閘板厚度H=2Hmin，mm上例中，B11=0.427，B15=0.352P=50kgf/cm2a=67.5mmd=209mmt=1.5mmMa=3mmCF=3mm[o]=980kgf/cm2則，計(jì)算結(jié)果，Hmin=23.5H=47mm閥體壁厚計(jì)算t=1.5*d*0.9/([o]-1.2P)式中,t 閥體計(jì)算壁厚，mmd 閥體計(jì)算內(nèi)徑，mm[o]——材料許用應(yīng)力，kgf/cm2P 閥門工作壓力，kgf/cm2T=t+Ma+CF+SR式中，SR 特殊要求增加壁厚，mm上例中，d=203mm[o]=980kgf/cm2P=50kgf/cm2Ma=2.5mmCF=0mmSR=0則，T=17.3mm密封比壓計(jì)算設(shè)計(jì)原則：qmfq=qmf+(1+1/(1-ptgQ))*(dm+bm)p/4/bm式中，q——閥座計(jì)算比壓，MPaqmf——密封必須比壓，MPa(見《閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》P427)M——摩擦系數(shù)(0.3~0.5,用于水，取下限，用于蒸汽取上限)0 閘板半角dm 閥座密封面內(nèi)徑，mmbm 閥座密封