2.4 閥桿的初步設(shè)計(jì)

2.4.1 LNG蝶閥閥桿的常規(guī)設(shè)計(jì)

閥前后壓差按式（2-7）計(jì)算：

　　（2-7）

式中 —介質(zhì)密度，kg/m3；

ζV —閥流阻系數(shù)；

—介質(zhì)流速，m/s。

動(dòng)水力矩按式（2-8）計(jì)算：

　　（2-8）

式中 —?jiǎng)铀叵禂?shù)；

—蝶板直徑，mm；

Δp —閥前后壓差，MPa。

摩擦力矩按式（2-9）計(jì)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(shù)。

密封力矩按式（2-10）計(jì)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(jì)算：

　　（2-11）

式中 ρ —介質(zhì)密度，kg/m3；

D —蝶板直徑，mm。

全閉式閥桿力矩按式（2-12）計(jì)算：

　　（2-12）

式中 —摩擦力矩，；

—密封力矩，；

—靜水力矩，。

中間開度時(shí)閥桿力矩（開向）按式（2-13）計(jì)算：

　　（2-13）

式中 —摩擦力矩，；

—?jiǎng)铀兀?img alt="" class="h-pic" src="https://epubservercos.yuewen.com/759A95/14262451404395606/epubprivate/OEBPS/Images/image67.jpeg?sign=1747052396-WPAfsFZ2xurq3TnzaHev7FjPWI2UR2Ms-0-575eff1e03f712f1fe5380c100ac8679">。

中間開度時(shí)閥桿力矩（閉向）按式（2-14）計(jì)算：

　　（2-14）

式中 —摩擦力矩，；

—?jiǎng)铀兀?img alt="" class="h-pic" src="https://epubservercos.yuewen.com/759A95/14262451404395606/epubprivate/OEBPS/Images/image72.jpeg?sign=1747052396-bfWt0Z9oZukqjLsazWcVLWUXR3iY5qtO-0-be73c3a20ead24d03495a44ea74f90b3">。

閥桿最大力矩按式（2-15）計(jì)算：

　　（2-15）

式中 —全閉式閥桿力矩，；

—中間開度時(shí)閥桿力矩（開向），；

—中間開度時(shí)閥桿力矩（閉向），。

軸套端至軸套載荷支點(diǎn)的距離按式（2-16）計(jì)算：

　　（2-16）

式中 —閥桿直徑，mm。

閥桿彎矩按式（2-17）計(jì)算：

　　（2-17）

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(diǎn)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(jì)算：

　　（2-18）

式中 T —全閉式閥桿力矩，；

M —閥桿彎矩，。

計(jì)算扭應(yīng)力（MPa）按式（2-19）計(jì)算：

　　（2-19）

式中 —閥桿合成力矩，；

—閥桿直徑，mm 。

2.4.2 閥桿的選材

當(dāng)閥門在啟閉過程中，閥桿將受到上拉、下壓和扭轉(zhuǎn)的作用力，同時(shí)還承受介質(zhì)自身壓力，以及與填料之間產(chǎn)生的摩擦力，所以閥桿材料的選擇必須滿足在規(guī)定溫度下保證足夠的強(qiáng)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(jié)構(gòu)

LNG超低溫閥閥桿結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-4所示。

2.4.4 閥桿設(shè)計(jì)條件

工作介質(zhì)：液化天然氣；

設(shè)計(jì)壓力：4.6MPa；

公稱通徑：40mm；

設(shè)計(jì)溫度：-162℃；

介質(zhì)密度：400kg/m3；

介質(zhì)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(shù)：1599；

動(dòng)水力矩系數(shù)：；

摩擦系數(shù)：0.3；

密封水壓：2.3MPa；

蝶板端至軸套距離：245mm。

2.4.5 LNG閥桿設(shè)計(jì)計(jì)算

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

動(dòng)水力矩系數(shù)，蝶板直徑D=385mm，閥前后壓差Δp=1.787MPa，代入式（2-8），則動(dòng)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(shù)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(zhì)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(dòng)水力矩代入式（2-13），則中間開度時(shí)閥桿力矩（開向）為：

將摩擦力矩，動(dòng)水力矩代入式（2-14），則中間開度時(shí)閥桿力矩（閉向）為：

將全閉式閥桿力矩，中間開度時(shí)閥桿力矩（開向），中間開度時(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(jì)算扭應(yīng)力為：

計(jì)算扭應(yīng)力，許用扭應(yīng)力。因?yàn)?img alt="" class="h-pic" src="https://epubservercos.yuewen.com/759A95/14262451404395606/epubprivate/OEBPS/Images/image121.jpeg?sign=1747052396-D0bPscTGom7m3u2dIA11irqvhnWWYi4f-0-838b2b4c6f36c1cffb7d8be3e438b3d5">，故合格。