2.4 阀杆的初步设计

2.4.1 LNG蝶阀阀杆的常规设计

阀前后压差按式（2-7）计算：

　　（2-7）

式中 —介质密度，kg/m³；

ζV —阀流阻系数；

—介质流速，m/s。

动水力矩按式（2-8）计算：

　　（2-8）

式中 —动水力矩系数；

—蝶板直径，mm；

Δp —阀前后压差，MPa。

摩擦力矩按式（2-9）计算：

　　（2-9）

式中 —蝶板直径，mm；

—阀前后压差，MPa；

—阀杆直径，mm；

—摩擦系数。

密封力矩按式（2-10）计算：

　　（2-10）

式中 —密封水压，MPa；

—密封面宽度，mm；

D —蝶板直径，mm。

静水力矩按式（2-11）计算：

　　（2-11）

式中 ρ —介质密度，kg/m3；

D —蝶板直径，mm。

全闭式阀杆力矩按式（2-12）计算：

　　（2-12）

式中 —摩擦力矩，；

—密封力矩，；

—静水力矩，。

中间开度时阀杆力矩（开向）按式（2-13）计算：

　　（2-13）

式中 —摩擦力矩，；

—动水力矩，。

中间开度时阀杆力矩（闭向）按式（2-14）计算：

　　（2-14）

式中 —摩擦力矩，；

—动水力矩，。

阀杆最大力矩按式（2-15）计算：

　　（2-15）

式中 —全闭式阀杆力矩，；

—中间开度时阀杆力矩（开向），；

—中间开度时阀杆力矩（闭向），。

轴套端至轴套载荷支点的距离按式（2-16）计算：

　　（2-16）

式中 —阀杆直径，mm。

阀杆弯矩按式（2-17）计算：

　　（2-17）

式中 D —蝶板直径，mm；

Δp —阀前后压差，MPa；

a —轴套端至轴套载荷支点的距离，mm；

c —蝶板端至轴套距离，mm。

阀杆合成力矩按式（2-18）计算：

　　（2-18）

式中 T —全闭式阀杆力矩，；

M —阀杆弯矩，。

计算扭应力（MPa）按式（2-19）计算：

　　（2-19）

式中 —阀杆合成力矩，；

—阀杆直径，mm 。

2.4.2 阀杆的选材

当阀门在启闭过程中，阀杆将受到上拉、下压和扭转的作用力，同时还承受介质自身压力，以及与填料之间产生的摩擦力，所以阀杆材料的选择必须满足在规定温度下保证足够的强度、韧性、抗腐蚀性、抗擦伤性，以及良好的工艺性。

2.4.3 阀杆的结构

LNG超低温阀阀杆结构简图如图2-4所示。

2.4.4 阀杆设计条件

工作介质：液化天然气；

设计压力：4.6MPa；

公称通径：40mm；

设计温度：-162℃；

介质密度：400kg/m3；

介质流速：7.4m/s；

阀座密封面宽度：15mm；

蝶阀类型：卧式；

蝶板直径：385mm；

阀杆直径：90mm；

阀流阻系数：1599；

动水力矩系数：；

摩擦系数：0.3；

密封水压：2.3MPa；

蝶板端至轴套距离：245mm。

2.4.5 LNG阀杆设计计算

阀流阻系数ζV=1599，介质密度ρ=400kg/m3，介质流速υ=7.4m/s，代入式（2-7），故阀前后压差为：

动水力矩系数，蝶板直径D=385mm，阀前后压差Δp=1.787MPa，代入式（2-8），则动水力矩为：

将蝶板直径D=385mm，阀前后压差Δp=1.787MPa，阀杆直径df=90mm，摩擦系数μb=0.3代入式（2-9），则摩擦力矩为：

密封水压ps=2.3MPa，蝶板直径D=385mm，阀座密封面宽度bM=15mm，代入式（2-10），故密封力矩为：

将蝶板直径D=385mm，介质密度ρ=400kg/m3代入式（2-11），则静水力矩为：

将摩擦力矩，密封力矩，静水力矩，代入式（2-12），则全闭式阀杆力矩为：

将摩擦力矩，动水力矩代入式（2-13），则中间开度时阀杆力矩（开向）为：

将摩擦力矩，动水力矩代入式（2-14），则中间开度时阀杆力矩（闭向）为：

将全闭式阀杆力矩，中间开度时阀杆力矩（开向），中间开度时阀杆力矩（闭向）代入式（2-15），则阀杆最大力矩为：

将阀杆直径df=90mm代入式（2-16），则轴套端至轴套载荷支点的距离（mm）为：

将蝶板直径D=385mm，阀前后压差Δp=1.787MPa，轴套端至轴套载荷支点的距离a=30mm，蝶板端至轴套距离c=245mm代入式（2-17），则阀杆弯矩为：

将全闭式阀杆力矩，阀杆弯矩代入式（2-18），则阀杆合成力矩为：

将阀杆合成力矩，阀杆直径代入式（2-19），则计算扭应力为：

计算扭应力，许用扭应力。因为，故合格。