球阀计算书.docx
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球阀计算书
设计计算书
项目名称：
API6D钢制球阀
规格型号：
Q41F-150LbDN2
编制：
审核：
批准：
安阳益和阀业有限公司
一、阀体壁厚计算
二、密封面总作用力及计算比压
三、总扭矩及圆周力
四、阀杆强度的计算
五、球体直径的计算
六、球阀密封力的计算
七、球阀阀杆与填料之间的摩擦力计算
八、阀杆台肩与止推垫片之间的摩擦力计算
九、填料及止推片的摩擦转矩计算
十、球阀转矩的计算
十一、阀体中法兰的设计与计算
十二、阀门流量系数计算
附录参考文献
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
ASTMA216-WCB
计算内容
阀体壁厚计算
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
计算厚度
S'
S'B—PDnC
2.3[l]P
mm
2
计算压力
P
设计给定
MPa
3
计算内径
Dn
设计给定
mm
90
4
许用拉应力
[i]
查表4-3（或4-5）
MPa
82
5
腐蚀余量
C
设计给定
mm
5
6
实测厚度
Sb
设计给定
mm
8
依据ASTM标准计算
1
阀体壁厚的计算值
tm
tm=+
mm
2
流道内径
d
设计给定
mm
50
3
实际壁厚
t
设计给定
mm
8
要求
设计壁厚Sb>Sbt>tm（考虑腐蚀余量）
结论
经计算t>tm合格注：
管路标准温度压力级是根据材
Sb>S'料在相应温度下的许用应力而
制定的，故不进行高温核算。
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
PTFE
计算内容
密封面总作用力及计算比压
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
密封面总作用力
Qmz
Qmj
N
2
密封面处介质作用力
Qmj
n4（DMN+bM）2P
N
3
密封面内径
Dmn
设计给定
mm
50
4
密封面宽度
bM
设计给定
mm
6
5
计算压力
P
PN设计给定
MPa
6
密封面必需比压
qMF
查表4-10
MPa
qMF=（4+/JbM
7
密封面计算比压
q
Qmz/n（MN+bM）bM
MPa
8
密封面许用比压
[q]
查设计手册4-66
MPa
20
要求
qMF结论
经计算，结果符合要求，合格。
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
2Cr13
计算内容
总扭矩及圆周力
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
阀杆总扭矩
Mf
Mqf+Mft+Mfc
Nmm
123282
查设计手册P449（4-206）
2
体座间摩擦力矩
Mqf
{dD2mpPfMR（1+C0S
Nmm
75130
©）}/8cos©
3
阀座密封面平均直径
Dmp
/8COS©
1/2*（Dmw+Dmn）
mm
57
4
计算压力
P
PN设计给定
MPa
5
球与密封面摩擦系数
fM
查设计手册P449
6
球体半径
R
设计给定
mm
44
7
密封角
©
设计给定
45°
8
填料与阀杆摩擦力矩
Mft
1/2*QTdF
Nmm
2983
9
阀杆与填料摩擦力
Qt
TtdFhTP，tP
N
10
阀杆直径
dF
设计给定
mm
20
11
填料层总高度
hT
设计给定
mm
19
12
阀杆与填料摩擦系数
卩T
查设计手册P442
13
阀杆头部摩擦力矩
MFC
/
Mfc=MFD
Nmm
要求
结论
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
2Cr13
计算内容
总扭矩及圆周力
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
MFD
/
•fD•QFZ
Nmm
45169
14
阀杆头部接触面直径
dFJ
设计给定
mm
28
15
阀杆头部摩擦系数
fD
查表4-23
0.05
16
关闭时阀杆总轴向力
/
QFZ
Qmz+Qt
N
17
密封面上的总作用力
Qmz
已计算
N
18
阀杆与填料摩擦力
Qt
已计算
N
19
圆周力
q"S
Mf/L
N
352
20
扳手力臂
L
设计给定
mm
350
要求
脱开圆周力V360N
结论
经计算脱开圆周力为352N故符合要求、合格！
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
ASTMA216WCB
计算内容
阀门流量系数
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
流量系数
Kv
Kv=（106/28）Av
M3/s
2
流量系数
Av
Av=Qv（p/42P）
M3/s
3
体积流量
Qv
Qv=n/DU
m3/s
4
流量孔直径
D
mm
50
5
流体在管道内的平均流速
U
取1—3的中间值
m/s
2
6
密度
P
以水为介质
Kg/m3
1000
7
阀门的压力损
△P
△P=（U2•2）/
Pa
800
8
阀门的流阻系
E
要求
结论
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
2Cr13
计算内
阀杆强度的计算1
容序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
I-1断面的扭转应力
TN
TN=Mm/WW[Tn]
MPa
2
I-1断面抗扭转断面系数
W
W=aba2
3
mm3
3
a
见⑴P349图6-15
mm
15
4
b
见
（1）P349图6-15
mm
28
5
a
见
（1）P349表6-36
6
材料的许用扭转应力
[Tn]
查
（1）P360表6-41
MPa
要求
结论
TnV[Tn]合格
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
2Cr13
计算内容
阀杆强度的计算2
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
n-u断面处的剪切应力
T
t=（D+d）2P/16dHW[t]
MPa
2
D
见⑴P348图6-14
mm
28
3
d
见⑴P348图6-14
mm
20
4
H
见
（1）P349图6-15
mm
4
5
材料许用剪切应力
[T]
查[1]p360表6-41
MPa
要求
T<[t]
结论
合格
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
2Cr13
计算内容
阀杆强度的计算3
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
川-川断面的扭转应力
T'
T'=M/W<[TN]
MPa
2
川-川断面处抗扭转断面系数
W
W=nd3/16
mm
1570
d
设计给定
mm
20
要求
T'<[TN]
结论
合格
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
2Cr13
计算内容
阀杆与球体连接部分的计算
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
挤压应力
Tzy
Tzy=Mm/W[tzy]
MPa
2
a
见
（1）P349图6-15
mm
15
3
h
见
（1）P349图6-15
mm
12
4
[Tzy]
见
（1）P350
MPa
122
5
6
要求
zy<[（Tzy]
结论
合格
安阳益和阀业有限公司设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
PTFE
计算内容
阀杆台肩与止推垫片之间摩擦力
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
止推摩擦力
FU
Fu=n（Dr+dT）2卩tP/16
N
2
止推垫片外径
Dt
设计给定
mm
28
3
止推垫片内径
dT
设计给定
mm
20
4
止推垫片在轴向力作用下所产生的比压
qT
qT=（Dr+dT）P4（DT-dT）
MPa
3
要求
结论
止推垫片在轴向力作用下所产生的比压W15〜20见
（1）P193
qT=3MPa<1»20合格
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
柔性石墨
计算内容
填料及止推垫片的摩擦转矩
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
V型填料及圆形状填料的摩擦转矩
Mt
Mt=naTZhdT2P
N.mm
2
止推垫片的摩擦
Mu
Mu=nat（Dt+cIT）3P64
N.mm
3
摩擦系数
at
见[1]p192
4
阀杆直径
dT
设计给定
mm
20
5
填料圈数
Z
设计给定
3
6
单圈填料高度
h
设计给定
mm
5
7
计算压力
P
设计给定
MPa
2
8
止推垫片外径
Dt
设计给定
mm
28
要求
结论
安阳益和阀业有限公司设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
2Cr13
计算内容
球阀转矩的计算
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
球阀转矩
M
M=Mm+Mt+Mu
2
球体与阀座密封面的摩擦转矩
Mm
Mm=n（D2+Dl）2PRaT（1+cos^）/32cost
3
摩擦系数
at
见[1]p192
4
球体半径
R
设计给定
mm
44
5
密圭寸面对中心的斜角
设计给定
450
6
计算压力
P
设计给定
Mpa
2
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
PTFE
计算内容
球阀密圭寸力的计算
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
球阀密封力
Q=Qmj
Q=n（D1+D2『P/16
N
2
阀座密封面内径
D1
设计给定
mm
50
3
阀座密封面外径
D2
设计给定
mm
64
4
计算压力
P
设计给定
MPa
2
要求
结论
经计算球阀密封力Q=
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
2Cr13
计算内容
球阀阀杆与填料之间的摩擦力
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
摩擦力
Ft
Ft=niTdTZhP
N
2
摩擦系数
[1T
见[1]p192
3
阀杆直径
dT
设计给定
mm
20
4
填料圈数
Z
设计给定
3
5
单圈填料高度
h
设计给定
mm
5
6
计算压力
P
设计给定
MPa
2
要求
结论
经计算阀杆与填料之间的摩擦力为
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
ASTMA193-B7
计算内容
阀体中法兰的设计与计算
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
在操作情况下螺栓载荷
Wp
Wp=F+Fp+Q
N
2
最小螺栓载荷
Wp
Wp=+2nbDGmP+Q
见
（1）P316表6-24
N
3
预紧螺栓时螺栓载
Wa
Wa=nbDGY+Q
N
4
荷球体与密封面预紧力
Q1
Q1=nqmin（D22-D12）/4
N
5
载荷作用位置处垫片直径
Dg
设计给定
mm
6
垫片有效宽度
b
设计给定
mm
7
垫片系数
m
见
（1）P316表6-25
8
垫片单位压紧载荷
Y
见
（1）P316表6-25
MPa
9
法兰螺栓拉应力
XL
（TL=^V/AW[（TL]
MPa
10
螺栓许用拉应力
[xL]
查
（1）P320表6-23
MPa
230
11
螺栓承受应力下实际最小总截面积
A
4nR2
2
mm2
最小截面积
要求
L<[（XL]
结论
螺栓应力合格
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
ASMEA216-WCB
计算内容
阀体中法兰的设计与计算
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
作用于法兰总力矩
Mo
M0=FDSD+FGSg+FtSt
2
作用在法兰内径上的流体静压轴向力
Fd
Fd=
N
12717
3
总流体静压轴向力
F
F==
N
4
垫片载荷
Fg
Fg=W-F=
N
5
总静压轴向力与法兰内直
径面积上静压轴向力之差
Ft
Ft=（Dg2-D2）
N
6
螺栓孔中心圆至Fg作用位置处的径向距巨离
SG
Ss=（）/2
mm
7
螺栓孔中心圆至Ft作用位置处的径向距离
St
Sr=（5+15+）/2
mm
8
螺栓孔中心圆至Fd作用位置处的径向距离
Sd
5=5+*15
mm
要求
续
结论
续
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
ASMEA216-WCB
计算内容
阀体中法兰的设计与计算
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
9
法兰颈轴向应力
CM
CM二fMo/入S12Di
MPa
10
系数
入
入=（Sfe+1）/T+Sf3/A
11
整体法兰颈部
应力校正系数
f
见
（1）P322查
（1）图6-7
1
12
法兰颈部厚度
S1s=S1
mm
13
系数
e
e=F1/（DiS1）1/2
14
整体法兰形状系数
F1
查
（1）图6-7
15
系数
A
A=US1s2（DiS1）1/2/V
16
法兰盘径向应力
SR
Sr=（Sfe+1）M0/入Sf2Di
MPa
17
法兰盘的切
向应力
ST
St=YMo/Sf2Di-ZSr
MPa
要求
查
（1）表6-22[SL]=87Mpa、[Sm]=、[Sr]=、[St]=
结论
Sm<[Sm]Sr<[Sm]St<[St]
合格
安阳益和阀业有限公司
设计计算书
JS2〃150Lb-10
型号
2〃Q41F-150Lb
材料
PTFE
计算内容
法兰密封结构的设计
序号
计算数据名称
符号
式中符号
公式
单位
结果
1
垫片宽度的计算
b
b=（D2-D1）/2
mm
2
垫片外径
D2
设计给定
mm
105
3
垫片内径
D1
设计给定
mm
90
4
垫片上最大比压
qmax
qmax=（D22-D12）
MPa
5
垫片平均直径
Dm
Dm=（D2+D1）/2
mm
要求
结论
对图示结构取[qi]=40Mpa见
（1）P341
qmaxW[q1]
参照[1]p342
b>[q1]
b1=[q1]=
b>b1
合格
附录
机械工业出版社
机械工业出版社
中国标准出版社
参考文
1、实用阀门设计手册
陆培文主编
2、阀门设计手册
杨源泉主编
3、阀门设计计算手册
洪勉成、陆培文、高凤琴主编
4、球阀设计与选用
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