閘閥基礎(chǔ)知識及設(shè)計計算

閘閥基礎(chǔ)知識及設(shè)計計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)知識閘閥設(shè)計計算時間：1~1.5天，上下午各3小時，共6~9課時。上午8：30~11：30，下午14：00~17：00課時計劃第一部分：閘閥基礎(chǔ)知識，參數(shù)、型號類別、典型結(jié)構(gòu)及工作原理第二部分：閘閥設(shè)計計算。重點：閘閥類別、原理及計算難點：承壓件及閥桿計算目錄第一部分：閘閥基礎(chǔ)知識，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)特點閘閥類型閘閥用途第二部分：閘閥設(shè)計計算零件設(shè)計：閥座設(shè)計閘板設(shè)計閥體設(shè)計閥蓋設(shè)計閥桿設(shè)計裝配設(shè)計閘閥設(shè)計計算：閘板厚度計算閥體壁厚計算密封比壓計算閥桿操作力計算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——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。流體——能夠流動的物質(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。理想流體與實際流體：流動時沒有粘滯性的流體為理想流體，流動時有粘滯性的流體為實際流體。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)動力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)為流體動力學(xué)，綜合稱流體力學(xué)。粘度——流體在流動時，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)動粘度與動力粘度。運(yùn)動粘度U單位是m2/S，簡稱斯。動力粘度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，用符號表示單位為“米3/千克（iWkg）”。常用符號V表示。顯然，p=1/v比重：y=pg。國際單位為：N/m3或kN/m3。n=pu流動狀態(tài)：層流和紊流層流：各層之間不相混雜的分層流動叫做層流。湍流：流動具有混雜、紊亂的特征時叫做湍流。雷諾數(shù)英國物理學(xué)家雷諾曾作過試驗并得到判斷流型的計算式，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)動粘度，單位m2/s。因此，雷諾數(shù)Re是個無量綱常數(shù)，當(dāng)ReV2320時為層流，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，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)時放出的熱量，會對金屬起化學(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。絕對壓力、相對壓力和真空度以絕對零壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為絕對壓力。以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫榛鶞?zhǔn)所表示的壓力，稱為相對壓力。相對壓力也稱表壓力。相對壓力為負(fù)數(shù)時，工程上稱為真空度。真空度的大小以此負(fù)數(shù)的絕對值表示。絕對壓力、相對壓力與真空度的相互關(guān)系如下所示：11表壓力（相對壓力）大氣.壓力1J絕）寸壓力 真;空度絕;11寸壓力絕對真空絕對壓力、相對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)流動邊界發(fā)生急劇變化時，比如在流動方向發(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：流動斷面發(fā)生變化時，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巴的閥門時的流量，單位是m3/h（每小時立方米）。Cv=28Kv/24噪聲噪聲是發(fā)生體做無規(guī)則振動時發(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在某些場合“不需要的聲音”，都統(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，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）：一般用PN（Mpa）或磅級（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）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。動件——操作閥門有移動或轉(zhuǎn)動的關(guān)閉件，如閘板，閥瓣。靜件——操作閥門時沒有動作的關(guān)閉件，如閥座。密封面——動、靜關(guān)閉件相互接觸，形成接觸密封的表面。密封副——形成密封的兩個或幾個密封件接觸面。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閘板的動作方式分：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)計計算以300Lb-14”為例零件設(shè)計

閥座設(shè)計按閥座類型有：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——壓力等級數(shù)值。對于8”——300Lb閥門d=203mmPmax=50kgf/cm2NPS=8則，S=3.246kgf/cm2do=224mm閥座圈高度計算：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-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，閥體中部為橢圓結(jié)構(gòu)。兩個設(shè)計原則：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。比壓計算bM已經(jīng)滿足要求，BM取值太大造成浪費。太大，造成浪費。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2遺終*￡力3(XA■tt^wCB^ZS#宇舉邀”滬時?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)計圖例設(shè)計要點：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)計川：，』貝門孔7-日中w丁肥刨廠于；FrlBL枝術(shù)扁求1對科曲陽半應(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)期苛豐由劃迪廠號之5Ai±*A尺寸N-ti^SSC；iilSJD4-92-mS^JRJt1衣注ifiXli(IR?^5圖19閥蓋設(shè)計圖例設(shè)計要點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：本體堆焊，適用于通用閥門；上密封座設(shè)計，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lif*-對+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)計圖例設(shè)計要點：閥桿強(qiáng)度以梯形螺紋根部最弱，拉斷試驗應(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)滿足順時針關(guān)閉閥門，逆時針開啟閥門的規(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)動螺母等相關(guān)零件計算，合理設(shè)計長度，包括梯形螺紋有效長度。2.1.6裝配設(shè)計圖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)計計算：2.2.1閘板厚度計算按單閘板計算其最小厚度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，計算結(jié)果，Hmin=23.5H=47mm閥體壁厚計算t=1.5*d*0.9/([o]-1.2P)式中,t 閥體計算壁厚，mmd 閥體計算內(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密封比壓計算設(shè)計原則：qmfq=qmf+(1+1/(1-ptgQ))*(dm+bm)p/4/bm式中，q——閥座計算比壓，MPaqmf——密封必須比壓，MPa(見《閥門設(shè)計手冊》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