2.4 閥桿的初步設計

2.4.1 LNG蝶閥閥桿的常規設計

閥前后壓差按式（2-7）計算：

　?。?-7）

式中 —介質密度，kg/m3；

ζV —閥流阻系數；

—介質流速，m/s。

動水力矩按式（2-8）計算：

　?。?-8）

式中 —動水力矩系數；

—蝶板直徑，mm；

Δp —閥前后壓差，MPa。

摩擦力矩按式（2-9）計算：

　　（2-9）

式中 —蝶板直徑，mm；

—閥前后壓差，MPa；

—閥桿直徑，mm；

—摩擦系數。

密封力矩按式（2-10）計算：

　　（2-10）

式中 —密封水壓，MPa；

—密封面寬度，mm；

D —蝶板直徑，mm。

靜水力矩按式（2-11）計算：

　　（2-11）

式中 ρ —介質密度，kg/m3；

D —蝶板直徑，mm。

全閉式閥桿力矩按式（2-12）計算：

　?。?-12）

式中 —摩擦力矩，；

—密封力矩，；

—靜水力矩，。

中間開度時閥桿力矩（開向）按式（2-13）計算：

　?。?-13）

式中 —摩擦力矩，；

—動水力矩，。

中間開度時閥桿力矩（閉向）按式（2-14）計算：

　?。?-14）

式中 —摩擦力矩，；

—動水力矩，。

閥桿最大力矩按式（2-15）計算：

　?。?-15）

式中 —全閉式閥桿力矩，；

—中間開度時閥桿力矩（開向），；

—中間開度時閥桿力矩（閉向），。

軸套端至軸套載荷支點的距離按式（2-16）計算：

　　（2-16）

式中 —閥桿直徑，mm。

閥桿彎矩按式（2-17）計算：

　?。?-17）

式中 D —蝶板直徑，mm；

Δp —閥前后壓差，MPa；

a —軸套端至軸套載荷支點的距離，mm；

c —蝶板端至軸套距離，mm。

閥桿合成力矩按式（2-18）計算：

　?。?-18）

式中 T —全閉式閥桿力矩，；

M —閥桿彎矩，。

計算扭應力（MPa）按式（2-19）計算：

　?。?-19）

式中 —閥桿合成力矩，；

—閥桿直徑，mm 。

2.4.2 閥桿的選材

當閥門在啟閉過程中，閥桿將受到上拉、下壓和扭轉的作用力，同時還承受介質自身壓力，以及與填料之間產生的摩擦力，所以閥桿材料的選擇必須滿足在規定溫度下保證足夠的強度、韌性、抗腐蝕性、抗擦傷性，以及良好的工藝性。

2.4.3 閥桿的結構

LNG超低溫閥閥桿結構簡圖如圖2-4所示。

2.4.4 閥桿設計條件

工作介質：液化天然氣；

設計壓力：4.6MPa；

公稱通徑：40mm；

設計溫度：-162℃；

介質密度：400kg/m3；

介質流速：7.4m/s；

閥座密封面寬度：15mm；

蝶閥類型：臥式；

蝶板直徑：385mm；

閥桿直徑：90mm；

閥流阻系數：1599；

動水力矩系數：；

摩擦系數：0.3；

密封水壓：2.3MPa；

蝶板端至軸套距離：245mm。

2.4.5 LNG閥桿設計計算

閥流阻系數ζV=1599，介質密度ρ=400kg/m3，介質流速υ=7.4m/s，代入式（2-7），故閥前后壓差為：

動水力矩系數，蝶板直徑D=385mm，閥前后壓差Δp=1.787MPa，代入式（2-8），則動水力矩為：

將蝶板直徑D=385mm，閥前后壓差Δp=1.787MPa，閥桿直徑df=90mm，摩擦系數μb=0.3代入式（2-9），則摩擦力矩為：

密封水壓ps=2.3MPa，蝶板直徑D=385mm，閥座密封面寬度bM=15mm，代入式（2-10），故密封力矩為：

將蝶板直徑D=385mm，介質密度ρ=400kg/m3代入式（2-11），則靜水力矩為：

將摩擦力矩，密封力矩，靜水力矩，代入式（2-12），則全閉式閥桿力矩為：

將摩擦力矩，動水力矩代入式（2-13），則中間開度時閥桿力矩（開向）為：

將摩擦力矩，動水力矩代入式（2-14），則中間開度時閥桿力矩（閉向）為：

將全閉式閥桿力矩，中間開度時閥桿力矩（開向），中間開度時閥桿力矩（閉向）代入式（2-15），則閥桿最大力矩為：

將閥桿直徑df=90mm代入式（2-16），則軸套端至軸套載荷支點的距離（mm）為：

將蝶板直徑D=385mm，閥前后壓差Δp=1.787MPa，軸套端至軸套載荷支點的距離a=30mm，蝶板端至軸套距離c=245mm代入式（2-17），則閥桿彎矩為：

將全閉式閥桿力矩，閥桿彎矩代入式（2-18），則閥桿合成力矩為：

將閥桿合成力矩，閥桿直徑代入式（2-19），則計算扭應力為：

計算扭應力，許用扭應力。因為，故合格。