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（整期优先）网络出版时间：2020-10-14

作者: 何顺高陈刚伦

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EXCEL在阀门设计中的应用

何顺高陈刚伦

吉泰阀门有限公司 , 浙江温州 325000

摘要：阀门是压力管道元件的组成部份，作为一个独立的产品，里面十多，甚至几十个零件，安全性性要求比较高，其设计要求比较严格，大部份零件需要严格的核算，如果传统的手工计算，工作量非常大，Excel 表格直观明了,具有较强的可编辑性，便于修改与核查。EXCEL用于阀门设计计算中，可减少重复工作，规范设计行为，缩短设计周期，提高经济效益。因此在平时的工作中，设计好一套实用的计算表格用于阀门设计相得尤为重要。

关键词：Excel；阀门设计

1 概述

随着现代工业的快速发展，为适应现代工业对阀门采购的需要，各阀门制造企业对阀门产品的开发、设计和生产周期要求越来越短。作为阀门设计人员来讲，从查阅阀门相关设计标准，及设计计算都应尽量减少重复工作。传统的手工计算工作量非常大，一旦出现计算的简单错误，检查显得比较困难。如果使用PC语言编程计算虽然比较规范 , 但要求设计者较熟练的掌握编程语言，显得难度较大。然而利用Excel (电子表格)来进行设计计算，能够很好的解决手工计算工作重复性差的缺点，以及PC语言编程计算困难的缺点 , 保证了设计初期根据设计输入初步选定的各设计参数的正确性,在保证设计质量前提下缩短了设计周期，提高了正确性以及可修改性。

2 特点

我们可以利用Excel对公式和函数的有较强的分析处理功能, 完成各种公式的计算。由于阀门设计计算公式多, 常用函数也较多 , 我们通过前期完成基本的格式只需输入公式和基本技术数据 , 即可完成手工计算的基本部分 , 快速确定阀门设计所需的各项参数。

3 应用

我们以闸阀的设计计算为例，谈一下用EXCEL进行设计计算的优势，以及怎样利用EXCEL进行表格的设计计算。我们在设计闸阀时，通常有几种参考文献可以借签，比如杨源泉主编的《阀门设计手册》、陆培文主编的《实用阀门设计手册》等，但条理比较清晰的还是陆培文主编的《阀门设计计算手册》一书里面的格式内容，这里面的所有相关计算都以表格形式呈显给设计人员，我们完全可以借签里面的格式在EXCEL里套用,下面就套用这本书里面的内容，经过整理后，利用EXCEL的优势进行了改编，以下特别加以说明：

（1）关于计算总项目的设计：

闸阀的设计计算内容相对比较多，参考《阀门设计计算手册》里的内容，再加上实际工作中需要考虑的计算校核数据，经过整理后，可编制成如下表格(具体内容各设计人员依据实际情况进行增减，在此只作简要示意总表的设计)：

明杆楔式闸阀典型计算项目
序号	零件名称	计算内容	表格序号	计算校核结果	备注
1	阀体	阀体中部壁厚	一	合格
2	阀体	阀体中部尺寸	二	合格
3	阀座密封面	密封面上总作用力及计算比压	三	合格
4	闸板	中部厚度	四	合格
5	闸板	单面厚度	五	合格
6	阀杆、闸板破坏校核	阀杆、闸板破坏校核	六	合格
7	阀杆	强度验算	七	合格
8	阀杆	稳定性验算	八	合格
9	密封环	强度验算	九	合格
10	四合环	强度验算	十	合格
11	支承环	强度验算	十一	合格
12	中部密封	预紧力校核	十二	合格
13	阀盖	阀盖设计计算	十三	合格
14	阀体与支架连接	连接螺栓强度验算	十四	合格

（2）关于参数的设计：

为了在设计中尽量减少重复输入数据，以及减少不必要的出错，大部份数据可以在单列一张表，输入相关参数，以后各表中需要的数据都可以在参数表中另以引用，如下表：

阀杆材料		2Cr13	支承型式影响系数	μ_λ	0.487
密封面材料		钴基硬质合金	BA齿轮型号	N·M	2940
壳体材料		ZG230-450	闸板密封面内径	D^'_MN	128
阀杆尺寸		60×8	闸板密封面宽度	b^'_m	27
公称通径	DN	200	闸板实际厚度	S_B	42
公称压力	PN	420	闸板头部受剪宽度	b_Z	100
阀座密封面内径	D_MN	149	闸板头部受剪高度	h_Z	35
阀座密封面宽度	b_m	10	阀杆头部受剪宽度	b	87
填料函深度	h_t	130	阀杆头部受剪高度	h	30

对于个别单张表内数据不具有公用的数据，我们可以采用在表格底框加颜色的办法，以提醒设计者不要漏输入数据，如下表中计算压力，中部内径，实际厚度等参数的填写就采用了加底黄色的方法以示提醒：

阀体壁厚度（钢及合金钢阀体，圆形）
序号	名称	符号	式中符号	公式或索引	计算结果或设计数据	单位
1	计算厚度	t_B		1.5{Pd/(2S-1.2P)}	76.8	㎜
2	计算压力		P	设计给定	2500	psi
3	计算内径		d	(2/3)D	225.3	㎜
4	中部内径		D	设计给定	338	mm
5	应力系数		S	取7000psi	7000	psi
6	实际厚度	S_B		设计给定	86.6	㎜

（3）关于数据库的设计：

阀门设计中，往往对一个材料的选择后，需要涉及该材料的各相关数据，我们可以设计成一个简单的数据库。如对于阀杆材料相关资料，我们可以把常用许用压应力，许用拉应力，许用扭应力等做成一个简单的数据库形式，如下表（当然不限于下表形式，可以有多种方法，在此只提供一种思路）：

A5 185;165;105; 99;175;2.11;250; 91.5;

35 210;185;120;111;195;2.11;310; 80.0;

40Cr 300;280;180;168;290;2.12;640; 58.0;

38CrMoAlA 315;295;190;177;305;2.03;660; 55.0;

25Cr2MoVA 300;280;180;168;290;2.17;640; 57.8;

Cr17Ni2 280;255;165;153;265;1.80;435; 63.7;

2Cr13 245;220;145;132;230;2.20;360; 78.2;

3Cr13 260;240;145;144;250;2.23;380; 78.2;

1Cr18Ni9Ti 155;135; 90; 81;145;2.02;144;117.5;

Cr18Ni12Mo2Ti 170;145; 95; 87;155;2.02;150; 114;

然后我们可以根据数据有效性及数据提取函数等方式，我就可以提取到我所选阀杆材料的相关力学性能等数据，如下表，当阀杆选用2Cr13时，我提取到的数据如下：

阀杆材料		2Cr13	阀杆材料相关参数	许用压应力	[σY]	245
密封面材料		钴基硬质合金		许用拉应力	[σl]	220
壳体材料		ZG230-450		许用扭应力	[τN]	145
阀杆尺寸		60×8		许用剪应力	[τ]	132
公称通径	D_N	200		许用综合应力	[σΣ]	230
公称压力	P_N	42		弹性模量	E	220000
阀座密封面内径	D_MN	223		比例极限	σbl	360
阀座密封面宽度	bm	12		临界细长比	λl	78.2

（4）关于单一表格的设计：

　　　在设计单一表格时，设有序号、名称、符号、式中符号、公式或索引、计算结果或设计数据以及单位等内容，在计算以及检查时也能做到思路清晰，比如在查看某一数据的计算时，可以比对计算公式是否与前面一栏“公式或索引”内容一致，以判断结果的准确性。表中计算的内容，我们可以用到引用，条件判断及其他相关函数知识。对最后是否合格，我们也用了条件判断的方式进行判别：

闸板中部厚度强度核算

序号	名称	符号	式中符号	公式或索引	计算结果或设计数据	单位
1	计算厚度	S'_B		R*(KP/[σ_W])^1/2+C	48.7	mm
2	实际厚度	S_B		设计给定	96	mm
3	密封面平均半径		R	(D^'_MN+b^'m)/2	77.5	mm
4	闸板密封面内径		D^'_MN	设计给定	128	mm
5	闸板密封面宽度		b^'_M	设计给定	27	mm
6	系数		K	设计给定，自由周边：钢1.24。	1.24
7	计算压力		P	PN设计给定	42	MPa
8	许用弯曲压力		[σ_W]	1.1[σ_b]	132	MPa
9	腐蚀余量		C	设计给定	3	mm
10	剪应力	τ		（Q”_FZ-Q_T）/（2bh)	40.2	MPa
11	许用剪应力	[τ]		0.6[σL]	72	MPa
12	开启时阀杆总轴向力		Q^"_FZ	见表：阀杆强度核算序号5	575789	N
13	阀杆与填料摩擦力		Q_T	见表：阀杆强度核算序号16	294118.8	N
14	闸板头部受剪宽度		b_Z	设计给定	100	mm
15	闸板头部受剪高度		h_Z	设计给定	35	mm

	结论：1、S_B≥S"_B，τ＜[τ]，为合格。
	2、所以根据以上计算比较可知,该闸板厚度强度				合格

4 结语

　　EXCEL表格是一个相当方便适用的工具，作为设计人员应当充分学习利用，减少不必要的重复工作。尤其许多客户要求我们提供不同产品的扭矩和推力时，利用EXCEL表格的自动计算功能，我们可以快速的计算出结果。我们也可以根据我们自己的需要，建立适合我们自己的数据库，利用数据有效性及文本提取功能选取我们想要的数据，以及利用条件判断等功能进行结果判断。作为阀门设计人员应该充分利用好这个工具，以提高我们的工作效率，提高企业竞争力。

作者简介：何顺高（1977.7- ）四川自贡市人，阀门设计工程师，现工作于吉泰阀门有限公司；

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