压井节流管汇设计计算书.doc

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1、JG65/70节 流 管 汇YG65/70压 井 管 汇设 计 计 算 书编制： 审核： 批准： 日期： 设计文件名称设计计算书JLK65/70产品型号、名称JG65/70、YG65/70 节流、压井管汇共27 页第1页主要技术规范1、 额定工作压力：70MPa（10000Psi）2、 公 称 通 径：主通径 65.1mm（2 9/16） 旁通径 65.1mm（2 9/16）3、 额 定 温 度：-29121（PU）4、 适 用 介 质：含H2S钻井液5、 执 行 标 准：SY/T5127-2002 NACE MR0175本设备主要由：节流管汇和压井管汇组成节流管汇是由：手动平板阀、可调节流阀

2、、固定节流阀、等径三通、变径五通、法兰、连接短节、底座等组成。压井管汇是由：手动平板阀、单流阀、法兰、变径五通及底座等组成。本计算书主要对可调节流阀、手动平板阀、连接短节、单流阀及连接螺栓承载能力进行计算，其它零件如等径三通、变径五通、连接法兰、盲板法兰、垫环等均严格按照SY/T51272002 NACE MRO 175规范进行设计，故不再另行计算。一、可调节流阀技术参数型 号：JLKY65/70额定工作压力：69Mpa（10000PSI）工称通径：65.1（29、16）节流孔径：30规范级别：PSL3性能级别：PRI温度级别：PU材料级别：EE出口连接：SY/T5127-2002栽丝法兰B1

3、53（一）、阀体强度校核：阀体由中腔和进出口段三部分组成。对该部分进行比较分析： 进口段内外径之比：120：76=1.58；出口段内外径之比：120：65=1.85 中腔内外径之比：158：95=1.66，所以进口段为危险截面，故只需对该处进行强度校核即可。阀体材料：35CrMo锻件； 热处理类型：调质处理197-235HB；机械性能：抗拉强度b586Mpa,屈服强度0.2414Mpa(API60K)a、 按美国国家标准，ANSIB16.34附录G中关于壁厚的计算公式设计文件名称设计计算书JLK65/70产品型号、名称JG65/70 YG65/70节流压井管汇共27页第2页S=1.5+C （1

4、）式中：S计算壁厚（mm） DN内径，DN=76mm PN-额定工作压力。P=69Mpa K1壁厚系数，PN5.0Mpa,K1=1.0根据APISpec16C3.1.1的规定材料许用应力（Mpa）=2/30.2 =2/3414=276(Mpa)C-附加裕量C=2.5mm代入公式（1）得：SJ=1.5+2.5 =13.7mmSmin= =22mmSminS实际壁厚大于计算壁厚，故本体最小壁厚强度足够。b.按阀门设计手册进行最小壁厚计算 容器类型确定 DW:DN=120: 76=1.581.2 故本体属于塑性材料，壁厚容器，应按第四强度理论公式计算： SB= （2） 式中SB计算壁厚（mm） C-

5、附加裕量，见表1 表1SB-CCSB-CC5521-3026-10430111-203设计文件名称设计计算书JLK65/70产品型号、名称JG65/70 YG65/70节流压井管汇共27页第3页材料许用应力=0.2/n n安全系数取2则=414/2=207（Mpa）代入公式（2）得：SB=20.45+1C取1SB=20.45+1=21.45(mm)SSB实际壁厚大于计算壁厚，故强度足够。（二）、阀杆强度校核 材料：2Cr13； 热处理：调质处理1822HRC 机械性能：b655（Mpa）,0.2517(Mpa) （API 75K） 许用应力：=2/30.2=2/3517=344.7(Mpa)1

6、.阀杆所受力分析：阀杆作旋转升降运动，阀杆最大轴向力在关闭时产生QFZ=QMF+QMJ+QTSinL=21247.4+53772.5+15173.9XSin1.79=75494（N）QFZ 关闭最终时的阀杆总轴向力（N）；QMF密封力，即在密封面上形成密封比压所需的轴向力（N）；QMF=DmpbmSin（1+fm/tg）qMF=21247.4N Dmp=31.5mm （阀座密封面平均直径） bm=8.5mm （阀座密封面宽度） =10 （半锥角） qMF=（3.5+PN）/（bm/10）1/2=（3.5+69）/（8.5/10）1/2=78.6Mpa fm=0.15 （锥形密封面摩擦系数）QM

7、J关闭时作用在阀瓣上的介质作用力（N）； QMJ=D2mpPN/4=X31.52X69/4=53772.5NQT阀杆与填料间的摩擦力（N）； QT=dFhTTPN=X35X20X0.1X69=15173.9(N) dF=35mm （阀杆直径） hT=20mm （填料高度） T=0.1 （填料与阀杆的摩擦系数）L阀杆螺母的升角 tgL =3/30.5 L =1.792.阀杆力矩阀杆的力矩按下式计算：MF=MFL+MFT=650433Nmm设计文件名称设计计算书JLK65/70产品型号、名称JG65/70 YG65/70节流压井管汇共27页第4页MF关闭时阀杆力矩（Nmm）MFL关闭时阀杆螺纹摩擦

8、力矩（Nmm） MFL=QFZRFM=75494X5.1=385019.4Nmm RFM=dFPtg（L+L）/2=30.5Xtg（1.79+16.7）/2=5.1MFT阀杆与填料间的摩擦力矩（Nmm） MFT=QTdFcosL/2=15173.9X35Xcos1.79/2=265413.7Nmm3.阀杆强度校核（1）拉压应力校核拉压应力按下式校核：=QFZ/A阀杆所受的拉压应力A阀杆的最小截面积A=d2/4=28.52/4=638mm2 =QFZ/A=75494/638=118.3MPa固阀杆抗拉压强度足够。（2）扭转剪切应力校核扭转剪切应力按下式校核：N=M/WNN阀杆所受的扭转剪切应力（

9、Mpa）M计算截面处的力矩，等于MFW计算截面的抗扭断面系数（mm3）、对圆形截面：W=0.2d3=4630mm3N材料的许用扭转剪切应力,查阀门设计手册（陆培文）N=145MpaN=M/W=650433/4630.4=140.4MPaN （3）阀杆稳定性计算 阀杆细长比计算 =LF/i 阀杆的柔度 LF阀杆两支承点间的长度，LF=354(mm)i阀杆的惯性半径（mm）， i=dF/4=35/4=8.75 阀杆长度系数 查表得=0.7 =0.7354/8.75 =28.3由表可查得:2Cr13类材料的细长比（柔度）的下限1=40，上限=781阀杆稳定，故不必进行稳定校核。（三）、三爪螺母强度校

10、核材料：35CrMo锻件； 热处理类型：调质处理197-235HB；设计文件名称设计计算书JLK65/70产品型号、名称JG65/70 YG65/70节流压井管汇共27页第5页机械性能：抗拉强度b586Mpa,屈服强度0.2414Mpa(API60K)许用应力：=2/30.2=2/3414=276(Mpa)1. 三爪螺母的厚度按平顶阀盖厚度计算公式：SP=SP-阀盖计算厚度（mm）D阀盖计算直径 D=95（mm）PN设计压力 PN=69(Mpa)许用应力 =2/3414=276(Mpa)C附加裕量 C=2mmSP=95 =25.75mm三爪螺母的实际厚度为32mm，大于25.75mm，固强度足

11、够。2. 螺纹强度校核材料许用剪切应力：=0.6=0.6276=165.6Mpa材料许用抗弯应力：W= = 276 Mpa（1） 梯形螺纹剪切应力校核=FZ/KzDbznFZ关闭阀门时三爪螺母所受的总轴向力(N)Fz=D2PN/4=95269/4=489087（N）n为有效牙数 n=58/62=7.7(牙) 取n=7RZ载荷系数 d/P=165/6=27.59 RZ=0.56D内螺纹大径（Tr1656）、DZ=165(mm)bZ中径牙宽、bZ=0.65P=0.656=3.9(mm)=FZ/KzDzbzn=489087/0.561653.97=62（MPa）（2）.梯形螺纹抗弯强度校核w=3FZ

12、.H1/RZDbz2nw螺纹承受的弯曲应力（Mpa）H1 螺纹工作高度 H1=0.5P=0.56=3（ mm） w=34890873/(0.561653.927) =142.4（Mpa）w综合（1）、（2）可知，三爪螺母螺纹螺纹强度足够。设计文件名称设计计算书PFF65/70产品型号、名称JG65/70 YG65/70节流压井管汇共27页第6页二、PFF65/70手动平板阀强度校核主要技术参数：额定工作压力：69Mpa 公称直径：65.1mm 材料级别：EE 规范级别：PSL3 性能级别：PR1 温度级别：PU执行标准：SY/T5127-2002 APISpec6A 第17版出口链接：2 9/

13、1610000Psi BX153（一）阀体强度校核：阀体由中腔和进出口段三部分组成。对该部分进行比较分析： 进出口段内外径之比：120.7：65=1.86 中腔内外径之比：229：128=1.79 1.79SB实际壁厚大于计算壁厚，故本体最小壁厚强度足够。设计文件名称设计计算书PFF65/70产品型号、名称JG65/70 YG65/70节流压井管汇共27页第7页2、按阀门设计手册进行最小壁厚计算 容器类型确定 DW:DN=229:128=1.791.2 故本体属于塑性材料，壁厚容器，应按第四强度理论公式计算： SB= 式中SB计算壁厚（mm） C-附加裕量，见表1材料许用应力=0.2/n n安

14、全系数取2则=414/2=207（Mpa） SB=SB=34.4+1 C取1 SB=34.4+1=35.4实际厚度：S=（229-128）/2=50.5SB实际壁厚大于计算壁厚，故强度足够。（二）、阀杆强度校核 材料：2Cr13； 热处理：调质处理1822HRC 机械性能：b655（Mpa）,0.2517(Mpa) （API 75K） 许用应力：=2/30.2=2/3517=344.7(Mpa)1. 阀杆所受力分析：阀杆作升降运动，阀杆最大轴向力在关闭时产生QFZ=QQPQT QFZ 关闭最终时的阀杆总轴向力（N）； Q关闭时阀杆密封力（N）； QP介质作用在阀杆上的轴向力（N）； QT阀杆与

15、填料间的摩擦力（N）； Q=QmjfmQG=3109600.155.6=31040.4（N） Qmj关闭时介质的用作力（N）Qmj =（DMN+bm）2PN/4=（65.510.25）269/4=310960（N） DMN=65.5mm（密封面内径） bm=10.25mm(密封面宽度) Fm=0.1（关闭时密封面间的摩擦系数） QG闸板组件的重量（N）；55.6N设计文件名称设计计算书PFF65/70产品型号、名称JG65/70 YG65/70节流压井管汇共27页第8页 QP=df2 PN/4=35269/4=66386（N） QT=dFhTTPN=X35X20X0.1X69=15174(N)

16、hT=20mm （填料高度） T=0.1 （填料与阀杆的摩擦系数） dF=35mm （阀杆直径）QFZ=QQPQT=62136.4+66386+15174=112600.4（N）2.阀杆力矩阀杆关闭时的力矩按下式计算MFZ=MFL+Mg=45408152090=396635Nmm MFZ关闭时阀杆力矩（Nmm）MFL关闭时阀杆螺纹的摩擦摩擦力矩（Nmm） MFL=QFZRFM=112600.4X3.16=355817NmmMg关闭时推力轴承的摩擦力矩（Nmm） Mg=QFZfgDgP/2=112600.4X0.01X72.5/2=40818Nmm fg推力轴承的摩擦系数，fg=0.0050.0

17、1 Dgp推力轴承的平均直径，Dgp=（8560）/2=72.5mm3.阀杆强度校核（1）拉压应力校核拉压应力按下式校核：=QFZ/A阀杆所受的拉压应力A阀杆的最小截面积A=d2/4=252/4=491mm2 =QFZ/A=112600.4/491=229.3MPa 固阀杆抗拉压强度足够。（2）扭转剪切应力校核扭转剪切应力按下式校核：N=M/WNN阀杆所受的扭转剪切应力（Mpa）M计算截面处的力矩，等于MFW计算截面的抗扭断面系数（mm3）、对圆形截面：W=0.2d3=3125mm3N材料的许用扭转剪切应力,查阀门设计手册（陆培文）N=145MpaN=M/W=112600.4/3125=127

18、MPaN 所以阀杆抗扭转剪切应力足够。 （3）阀杆稳定性计算 阀杆细长比计算设计文件名称设计计算书PFF65/70产品型号、名称JG65/70 YG65/70节流压井管汇共27页第9页=LF/i 阀杆的柔度 LF阀杆两支承点间的长度，LF=240(mm)i阀杆的惯性半径（mm）， i=dF/4=25/4=6.25 阀杆长度系数 查表得=0.7 =0.7240/6.25 =26.88由表可查得:2Cr13类材料的细长比（柔度）的下限1=40，上限=781阀杆稳定，故不必进行稳定校核。由（1）、（2）、（3）得阀杆强度足够，满足使用要求。（三）阀座密封比压校验材料：钴铬钨合金，硬度：4450HRC

19、，许用比压q=250 Mpa，密封类型：平行闸板自密封为保证密封面密封，又要保证材料不被挤坏，必须满足下列式：qMFqq qMF保证密封所需的比压qMF=（3.5+PN）/（bm/10）1/2=（3.5+69）/（10.25/10）1/2=71.6Mpaq实际比压q= = = =127.5 Mpa满足式：qMFqSB故闸板抗弯强度足够。（五）阀杆螺母强度校核材料：ZCuAl10Fe3，机械性能 ：抗拉强度0.2200Mpa许用弯曲应力：W= 0.2/n n取2，W=200/2=100 Mpa材料许用剪切应力：=0.6=0.6100=60 Mpa材料许用抗弯应力：W= = 100 Mpa1、 梯

20、形螺纹剪切应力校核=FZ/KzDbznFZ关闭阀门时阀杆螺母所受的总轴向力(N) ，FZ=QFZ=112600.4（N）n为有效牙数 n=68/62=9.3(牙) 取n=9 D螺纹大径（Tr326）、D=32(mm)bZ中径牙宽、bZ=0.65P=0.656=3.9(mm)RZ载荷系数 D/P=32/6=5.38 RZ=6p/d=66/32=1.125= FZ/KzDbzn=112600.4/1.125323.99=28.4（MPa）故阀杆螺母螺纹剪切强度足够。2、 梯形螺纹抗弯强度校核w=3FZ.H1/RZDbz2nw螺纹承受的弯曲应力（Mpa）H1 螺纹工作高度 H1=0.5P=0.56=

21、3（ mm） w=3112600.43/(1.125323.929) =65.4（Mpa） SP阀盖实际壁厚大于计算壁厚，故阀盖壁厚强度足够。（七）、阀盖螺栓的强度校核 材料：35CrMo 热处理状态：调质处理235269HB 机械性能 ：0.2725Mpa根据API Spec 6A4.3.4的规定许用应力：=0.830.2 =0.83725=601.8 (Mpa)螺栓承受的总拉力计算 F=PNA0 FZ总拉力(Mpa) A0承压面积（ mm2） A0=D2M/4=1282/4=12868（mm2） DM承压面直径（ mm），DM=128（mm） FZ=6912868=887892(N) 螺栓

22、规格为M273，计算直径为23.7 mm，螺栓数量8根，设计文件名称设计计算书PFF65/70产品型号、名称JG65/70 YG65/70节流压井管汇共27页第12页每根螺栓所受的拉力为： FZ=1.3FZ/8=144282.5（N）每根螺栓所受的拉应力为：= FZ/S（MPa）单个螺栓的拉应力(Mpa)S单个螺栓计算面积（ mm2）,S=23.72/4=441（mm2）= FZ/S=144282.5/441=327.2（MPa） 实际应力小于许用应力。故阀盖螺栓的强度足够。设计文件名称设计计算书PFF52/70产品型号、名称JG65/70 YG/70节流压井管汇共27页第13页三、PFF52

23、/70手动平板阀强度校核主要技术参数：额定工作压力：69Mpa 公称直径：52.4mm 材料级别：EE 规范级别：PSL3 性能级别：PR1 温度级别：PU执行标准：SY/T5127-2002 APISpec6A 第17版出口链接：2 1/1610000Psi BX152（一）阀体强度校核：阀体由中腔和进出口段三部分组成。对该部分进行比较分析： 进出口段内外径之比：100：52.4=1.91 中腔内外径之比：195：107=1.82 1.82SB实际壁厚大于计算壁厚，故本体最小壁厚强度足够。设计文件名称设计计算书PFF52/70产品型号、名称JG65/70 YG65/70节流压井管汇共27页第

24、14页2、按阀门设计手册进行最小壁厚计算 容器类型确定 DW:DN=195:107=1.821.2 故本体属于塑性材料，壁厚容器，应按第四强度理论公式计算： SB= （1） 式中SB计算壁厚（mm） C-附加裕量，见表1材料许用应力=0.2/n n安全系数取2则=414/2=207（Mpa）代入公式（1）得：SB=29+2C取2SB=29+2=31(mm)SSB实际壁厚大于计算壁厚，故强度足够。（二）、阀杆强度校核 材料：2Cr13； 热处理：调质处理1822HRC 机械性能：b655（Mpa）,0.2517(Mpa) （API 75K） 许用应力：=2/30.2=2/3517=344.7(M

25、pa)2. 阀杆所受力分析：阀杆作升降运动，阀杆最大轴向力在关闭时产生QFZ=QQPQT QFZ 关闭最终时的阀杆总轴向力（N）； Q关闭时阀杆密封力（N）； QP介质作用在阀杆上的轴向力（N）； QT阀杆与填料间的摩擦力（N）； Q=QmjfmQG=1963960.134=19606（N） Qmj关闭时介质的用作力（N）Qmj =（DMN+bm）2PN/4=（52.47.8）269/4=196396（N） DMN=52.4mm（密封面内径） bm=7.8mm(密封面宽度) Fm=0.1（关闭时密封面间的摩擦系数） QG闸板组件的重量（N）；34(N)设计文件名称设计计算书PFF52/70产品

26、型号、名称JG65/70 YG65/70节流压井管汇共27页第15页QP=df2 PN/4=28269/4=42487（N） QT=dFhTTPN=X28X20X0.1X69=12139(N)hT=20mm （填料高度） T=0.1 （填料与阀杆的摩擦系数） dF=28mm （阀杆直径）QFZ=QQPQT=19606+42487+12139=74232（N）2.阀杆力矩阀杆关闭时的力矩按下式计算MFZ=MFL+Mg=19226122270=214531Nmm MFZ关闭时阀杆力矩（Nmm）MFL关闭时阀杆螺纹的摩擦摩擦力矩（Nmm） MFL=QFZRFM=74232X2.59=192261(N

27、mm)Mg关闭时推力轴承的摩擦力矩（Nmm） Mg=QFZfgDgP/2=74232X0.01X60/2=22270(Nmm) fg推力轴承的摩擦系数，fg=0.0050.01 Dgp推力轴承的平均直径，Dgp=（7050）/2=60mm3.阀杆强度校核（1）拉压应力校核拉压应力按下式校核：=QFZ/A阀杆所受的拉压应力A阀杆的最小截面积A=d2/4=20.52/4=330mm2 =QFZ/A=74232/330=225MPa 固阀杆抗拉压强度足够。（2）扭转剪切应力校核扭转剪切应力按下式校核：N=M/WNN阀杆所受的扭转剪切应力（Mpa）M计算截面处的力矩，等于MFW计算截面的抗扭断面系数（

28、mm3）、对圆形截面：W=0.2d3=1723mm3N材料的许用扭转剪切应力,查阀门设计手册（陆培文）N=145MpaN=M/W=214531/1723=124.5MPaN 所以阀杆抗扭转剪切应力足够。 （3）阀杆稳定性计算 阀杆细长比计算设计文件名称设计计算书PFF52/70产品型号、名称JG65/70 YG65/70节流压井管汇共27页第16页=LF/i 阀杆的柔度 LF阀杆两支承点间的长度，LF=213(mm)i阀杆的惯性半径（mm）， i=dF/4=20.5/4=5.125 阀杆长度系数 查表得=0.7 =0.7213/5.125 =29.1由表可查得:2Cr13类材料的细长比（柔度）

29、的下限1=40，上限=781阀杆稳定，故不必进行稳定校核。由（1）、（2）、（3）得阀杆强度足够，满足使用要求。（三）阀座密封比压校验材料：钴铬钨合金，硬度：4450HRC，许用比压q=250 Mpa，密封类型：平行闸板自密封为保证密封面密封，又要保证材料不被挤坏，必须满足下列式：qMFqq qMF保证密封所需的比压qMF=（3.5+PN）/（bm/10）1/2=（3.5+69）/（7.8/10）1/2=93（Mpa）q实际比压q= = = =133 Mpa满足式：qMFqSB故闸板抗弯强度足够。（五）阀杆螺母强度校核材料：ZCuAl10Fe3，机械性能 ：抗拉强度0.2200Mpa许用弯曲应

30、力：W= 0.2/n n取2，W=200/2=100 Mpa材料许用剪切应力：=0.6=0.6100=60 Mpa材料许用抗弯应力：W= = 100 Mpa1、 梯形螺纹剪切应力校核=FZ/KznAJFZ关闭阀门时阀杆螺母所受的总轴向力(N) ，FZ=QFZ=74232n为有效牙数 n=51/52=8.2(牙) 取n=8AJ单牙螺纹受剪切面积（mm）2AJ=D.bz=263.25=265.5( mm2) D螺纹大径（Tr265）、D=26(mm)bZ中径牙宽、bZ=0.65P=0.655=3.25(mm)RZ载荷系数 D/P=26/5=5.28 RZ=6p/d=65/26=1.15=FZ/Kz

31、nAJ=74232/1.158240=38.7（MPa）故阀杆螺母螺纹剪切强度足够。2、 梯形螺纹抗弯强度校核w=3FZ.H1/RZDbz2nw螺纹承受的弯曲应力（Mpa）H1 螺纹工作高度 H1=0.5P=0.55=2.5（ mm） w=3742322.5/(1.15263.2528) =70.1（Mpa）w综合1、2可知，故阀杆螺母强度足够。设计文件名称设计计算书PFF52/70产品型号、名称JG65/70 YG65/70节流压井管汇共27页第18页（六）、阀盖强度校核材料：35CrMo，热处理状态：调质处理197235HB机械性能 ：b586Mpa,0.2414Mpa (API60K)受力分析：阀盖径向壁厚与阀体一致，已被校验，故只对阀盖端部厚度作强度校核。平顶阀盖厚度