4.7 內(nèi)壓自密封閥蓋的計(jì)算校核

閥蓋和楔形密封墊之間按先接觸密封設(shè)計(jì)，楔形密封墊的外錐面上開有1～2條環(huán)形溝槽。楔形密封墊的錐角分別為：；；。

4.7.1 載荷計(jì)算

內(nèi)壓引起的總軸向力為：

　　（4-27）

式中 F —內(nèi)壓引起的總軸向力，N；

—密封接觸圓直徑，mm；

p —設(shè)計(jì)壓力，MPa。

預(yù)緊狀態(tài)時(shí)，楔形密封墊的軸向分力，即預(yù)緊螺栓的載荷為：

　?。?-28）

式中—楔形密封墊密封力的軸向力，N；

—線密封比壓，對碳素鋼、低合金鋼取；

—摩擦角，鋼與鋼接觸；鋼與鋁接觸。

代入數(shù)據(jù)得

4.7.2 支承環(huán)的設(shè)計(jì)計(jì)算

支承環(huán)結(jié)構(gòu)如圖4-6所示。

支承環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸確定后，需對作用于縱向截面的彎曲應(yīng)力和a—a環(huán)向截面的當(dāng)量應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。

（1）縱向截面的彎曲應(yīng)力校核

　?。?-29）

式中—彎曲應(yīng)力，MPa；

—a—a截面的直徑，mm；

—螺栓孔中心圓直徑，mm；

—支承環(huán)外徑，mm；

—支承環(huán)內(nèi)徑，mm；

—螺栓孔直徑，mm；

—支承環(huán)厚度，mm；

—設(shè)計(jì)溫度下，元件材料的許用壓力，MPa。

（2）a—a環(huán)向截面的當(dāng)量應(yīng)力校核

　?。?-30）

式中—當(dāng)量應(yīng)力，MPa；

—a—a環(huán)向截面的彎曲應(yīng)力，MPa；

—a—a環(huán)向截面的切應(yīng)力，MPa；

h —厚度，mm。

4.7.3 四合環(huán)的設(shè)計(jì)計(jì)算

四合環(huán)由四塊元件組成，每塊元件均有一個(gè)徑向螺孔，計(jì)算式視為一個(gè)圓。

四合環(huán)結(jié)構(gòu)如圖4-7所示。

對作用于a—a環(huán)向截面的切應(yīng)力校核：

　?。?-31）

式中—a—a截面直徑，mm；

—拉緊螺栓孔直徑，mm；

—拉緊螺栓數(shù)量，個(gè)；

—厚度，mm。

代入數(shù)據(jù)得

4.7.4 預(yù)緊螺栓的設(shè)計(jì)計(jì)算

預(yù)緊螺栓光桿部分直徑計(jì)算：

　?。?-32）

式中—預(yù)緊螺栓光桿部分直徑，mm；

—常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力，MPa；

—螺栓數(shù)量，個(gè)。

代入數(shù)據(jù)得

4.7.5 閥蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算

閥蓋的結(jié)構(gòu)尺寸確定后，對作用于縱向截面的彎曲應(yīng)力和a—a環(huán)向截面的當(dāng)量應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。

（1）縱向截面的彎曲應(yīng)力校核

　　（4-33）

式中 —縱向截面的彎矩，；

—縱向截面抗彎矩系數(shù)，。

按式（4-34）計(jì)算：

　?。?-34）

按下述方法確定：

當(dāng)時(shí)，；

當(dāng)時(shí)，。

式中—縱向截面形心離截面最外端距離，mm；

—閥蓋高度，mm；

—密封接觸圓直徑，mm。

（2）a—a環(huán)向截面的當(dāng)量應(yīng)力校核

　?。?-35）

式中—彎曲應(yīng)力，MPa；

—切應(yīng)力，MPa。

按式（4-36）計(jì)算：

　?。?-36）

式中 —a—a環(huán)向截面的平均直徑，mm。

按式（4-37）計(jì)算：

　?。?-37）

　　（4-38）

4.7.6 閥體頂部的設(shè)計(jì)計(jì)算

閥體頂部結(jié)構(gòu)示意如圖4-8所示。

閥體頂部的結(jié)構(gòu)尺寸確定后，需對作用于a—a和b—b環(huán)向截面的當(dāng)量應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。

（1）a—a環(huán)向截面的當(dāng)量應(yīng)力校核

　?。?-39）

式中—a—a環(huán)向截面的當(dāng)量應(yīng)力，MPa；

—拉應(yīng)力，MPa；

—彎曲應(yīng)力，MPa。

按式（4-40）計(jì)算：

　　（4-40）

式中—外直徑，mm；

—直徑，mm。

代入數(shù)據(jù)得

按式（4-41）計(jì)算：

　?。?-41）

式中 —a—a環(huán)向截面處厚度，mm；

　?。?-42）

—作用于a—a環(huán)向截面單位長度上的最大彎矩，。

按下列步驟計(jì)算：

① 引起的彎矩按式（4-43）計(jì)算

　?。?-43）

式中 M —引起的彎矩，；

H —力臂，mm，；

—閥體頂部中性面Y—Y離直徑的距離，mm。

當(dāng)時(shí)，；

當(dāng)時(shí)，。

② 中性面單位長度的彎矩

　　（4-44）

式中—中性面單位長度的彎矩，；

—閥體頂部中性面Y—Y的直徑，，。

③ 計(jì)算系數(shù)β

　?。?-45）

式中 —計(jì)算系數(shù)，；

—平均壁溫下，材料的泊松比。當(dāng)缺乏數(shù)據(jù)時(shí)，可取。

根據(jù)值查圖4-9，得值和值。

④ 計(jì)算系數(shù)C

　　（4-46）

根據(jù)及C值查圖4-10得的值。

⑤ 沿中性面Y—Y單位長度上的徑向載荷

　　（4-47）

式中—沿中性面Y—Y單位長度上的徑向載荷，；

—密封反力引起的徑向載荷，。

　　（4-48）

⑥ 計(jì)算彎矩

　　（4-49）

式中 —計(jì)算彎矩，。

最大彎矩取如下等式中絕對值較大者：

，

（2）b—b環(huán)向截面的當(dāng)量應(yīng)力

　?。?-50）

式中—b—b環(huán)向截面的當(dāng)量應(yīng)力，；

—彎曲應(yīng)力，；

—切應(yīng)力，。

按式（4-51）計(jì)算：

　?。?-51）

代入數(shù)據(jù)得

按式（4-52）計(jì)算：

　?。?-52）

代入數(shù)據(jù)得

4.7.7 低溫密封比壓計(jì)算

密封面上的密封力

　?。?-53）

式中—密封面的外徑，mm，；

—密封面的內(nèi)徑，mm，；

—密封面的摩擦系數(shù)，。

代入數(shù)據(jù)得

密封面的必需比壓

密封面上的介質(zhì)靜壓力

密封面上的總作用力

密封面上比壓

結(jié)論：，滿足條件。