固定硬密封球阀扭矩计算DN300-350
扭矩
扭矩
阀门扭矩计算具体是：二分之一阀门口径的平方×3.14得出是阀板的面积，再乘以所承压力（即阀门工作压力）得出轴所承受的静压力，乘以磨擦系数（去查表一般钢铁的磨擦系数取0.1，钢对橡胶的磨擦系数取0.15），乘以轴径除以1000即得阀门的扭矩数，单位为牛·米，电动装置和气动执行器参考安全值取阀门扭矩的1.5倍。
阀门在设计时，选用执行器是靠估算，基本分为三部分：
1、密封件见的摩擦力矩（球体与阀座）
2、填料对阀杆的摩擦力矩
3、轴承对阀杆的摩擦力矩
故计算压力一般取公称压力的0.6倍（约为工作压力），摩擦系数根据材料定。
计算的力矩乘1.3~1.5倍以选执行器。
阀门扭矩计算要兼顾阀板与阀座的摩擦，阀轴与填料的摩擦，介质不同压差下对阀板的推力。
因为阀板、阀座和填料的种类太多了，每一种都有着不同的摩擦力，还有接触面的大小，压紧的程度等等。
所以一般都是用仪表实测而不是计算。
阀门扭矩计算出的数值有很大的参考意义，但并不能完全照搬。
在很多因素的影响下，阀门扭矩计算并没有实验得出的结果更精。
固定球阀力矩计算的探讨
固定球阀力矩计算的探讨浙江三花商用制冷有限公司浙江绍兴 3125002博雷（中国）控制系统有限公司浙江杭州 3112003摘要：固定球阀力矩计算在球阀设计中作为一项至关重要的技术指标，不仅为阀门执行器选型提供了重要的参考依据，也是一项体现阀门性能的重要指标。
其中阀座密封面与球体表面之间的摩擦力矩最为突出，占据总合成力矩的大部分，分析、推演了阀座密封面与球体表面的摩擦转矩的设计及计算方法，并提出了球体与阀座密封面摩擦力矩的计算公式，通过列举典型阀门尺寸计算数值、型式试验数值对比，证实了阀座密封面与球体表面摩擦转矩的计算公式符合阀门实际条件，是可行的。
关键词：固定球阀; 密封面摩擦力矩; 计算公式引言球阀作为一种通用机械设备，具有操作方便、启闭迅速、流体阻力小、密封性好与可靠性高等优点，广泛应用于能源化工、航天军工以及普通民生的各个领域，尤其在石油化工、煤化工行业的应用更为突出。
按密封结构所采用的材料，球阀可分为软密封和硬密封，硬密封球阀更适合高温高压、耐腐蚀的环境中，按球体固定形式，又可分为固定球阀和浮动球阀，由于球体有阀杆支撑，固定式球阀能够承受更高的压力，金属硬密封固定球阀适用温度范围广，并具有耐腐蚀、耐高压、耐磨损等特性，在化工行业广泛应用。
1概述随着现代工业的高速发展，阀门作为工业过程控制的重要组成设备。
精良的设备，先进的制造工艺，大大提高了零部件的表面粗糙度，低扭矩、转动灵活，密封可靠的阀门越来越受到重视。
在球阀设计过程中力矩控制已作为一项至关重要的技术指标。
球阀力矩计算的准确性对阀门结构设计、性能分析、材料选用、执行器选用等方面的影响都比较大。
球阀的开启或关闭，是通过驱动阀杆，从而带动球体的旋转得以实现。
驱动阀杆所需克服力矩主要由以下几部分组成:阀座密封面与球体表面的摩擦力矩;滑动轴承与阀杆的摩擦力矩;止推垫与阀杆的摩擦力矩;O形圈与阀杆的摩擦力矩;填料与阀杆的摩擦力矩。
阀门在启闭过程中，所需要的启闭力和启闭力矩是变化的，其最大值是在关闭的最终瞬时和开启的最初瞬时。
固定球阀扭矩计算
固定球阀扭矩和比压计算阀前阀座密封的固定球阀的扭矩计算总扭矩M：M=M m+M t+M u+M c （N·mm）式中M m—球体与阀座密封圈间的摩擦扭矩（N·mm）；M t—阀杆与填料间的摩擦扭矩（N·mm）；M u—阀杆台肩与止推垫的摩擦扭矩（N·mm）；M c—轴承的摩擦扭矩（N·mm）；（1）M m的计算M m=QR（1+cosφ）μt/2cosφ;Q—固定球阀的密封力（N）,Q=(Q MJ-Q J)+2Q1-Q2；Q MJ—流体静压力在阀座密封面上引起的作用力（N）,Q MJ=πp(d12-D12)/4;d1—浮动支座外径(mm)；D1—浮动支座内径，近似等于阀座密封圈内径(mm)；P—流体压力（MPa）；Q J—流体静压力在阀座密封面余隙中的作用力（N）,Q J=πP J (D22-D12)/4;P J—余隙中的平均压力，当余隙中压力呈线性分布时，可近似地取P J=P/2 （N）;D2—阀座密封圈外径(mm)；Q1—预紧密封力（N）,Q1=πq min (D22-D12)/4；q min—预紧所必需的最小比压，q min=0.1P (MPa),并应保证q min≥2MPa，弹性元件应根据Q1值的大小进行设计；Q2—阀座滑动的摩擦力（N）；Q2=πd1（0.33+0.92μ0d0P）d0—阀座O型圈的横截面直径（mm）；μ0—橡胶对金属的摩擦系数，μ0=0.3～0.4；有润滑时，μ0=0.15；R—球体半径(mm)；φ—密封面对中心斜角（°）；μt—球体与密封圈之间的摩擦系数，F-4：μt=0.05；填充F-4：μt=0.05～0.08；尼龙：μt=0.15；填充尼龙：μt=0.32～0.37；（2）M t的计算M t=M t1+ M t2M t1—V型填料及圆形片状填料的摩擦转矩M t1=0.6πμt Zhd T2P(N.mm)Z—填料个数；h—单个填料高度；d T—阀杆直径（mm）；M t2—O型圈的摩擦转矩M t2=0.5πd T2（0.33+0.92μ0d0 P）(N.mm)；d 0—阀杆O型圈的横截面直径（mm）；(3) M u的计算M u=｛πμt（D T+ d T）3P｝/64(N.mm)D T—止推垫外径（mm）；(4) M C的计算M C=｛πμC d T d12P｝/8(N.mm)μc—轴承与阀杆之间的摩擦系数，复合轴承：μt=0.05～0.1；阀前阀座密封的固定球阀的设计比压计算q—设计比压，必须保证q b＜q＜［q］q=4Q/π(D22-D12)(MPa)q b—必须比压；［q］—许用比压，F-4：［q］=15MPa；尼龙：［q］=30MPa；浮球阀扭矩和比压计算浮动球阀的扭矩计算总扭矩M（N·mm）为：M=M m+M t+M u式中M m—球体与阀座密封圈间的摩擦扭矩（N·mm）；M t—阀杆与填料间的摩擦扭矩（N·mm）；M u—阀杆台肩与止推垫的摩擦扭矩（N·mm）；（1）M m的计算M m=QR（1+cosφ）μt/2cosφ;Q—浮动球阀的密封力（N）；Q= Q MJ+Q1Q MJ—流体静压力在阀座密封面上引起的作用力（N）;Q MJ=π(D1+D2)2P /16D1—阀座内径，近似等于阀座密封面内径(mm)；D2—阀座外径，近似等于阀座密封面外径(mm)；P—流体压力（MPa）；Q1—预紧密封力（N）；Q1=2δ1EF MJ/ (D1+D2) (tgφ-2μt) （N）；φ—密封面对中心斜角（°）；δ1—阀座预压紧的压缩量（mm）；E—阀座材料的弹性模量(MPa)，F-4：E=470～800 MPa；尼龙：E =1500 MPa；F MJ—阀座的横截面积（mm）；μt—球体与密封圈之间的摩擦系数，F-4：μt=0.05；填充F-4：μt=0.05～0.08尼龙：μt=0.15；填充尼龙：μt=0.32～0.37；R—球体半径(mm)；φ—密封面对中心斜角（°）；（2）M t的计算M t=M t1+ M t2M t1—V型填料及圆形片状填料的摩擦转矩M t1=0.6πμt Zhd T2P/2 (N.mm)Z—填料个数；h—单个填料高度；d F—阀杆直径（mm）；M t2—O型圈的摩擦转矩M t2=0.6πd T2（0.33+0.92μ0d 01 P）/2 (N.mm)；d 01—阀杆O型圈的横截面直径（mm）；(5) M u的计算M u=πμt（D T+ d F）3P/64 (N.mm)D T—止推垫外径（mm）；浮动球阀的设计比压计算q—设计比压，必须保证q b＜q＜［q］q=4Q/π(D22-D12)(MPa)q b—必须比压；［q］—许用比压，F-4：［q］=15MPa；尼龙：［q］=30MPa；。
球阀扭矩表,上海巴莎阀门有限公司提供
上海巴莎生产的的球阀硅溶胶精密铸造阀体，带ISO5211标准，与执行器安装方便，互换性好。
球阀阀体与阀芯之间带有防静电装置，阀杆防爆设计，双层填料，双蝶形弹片自动压紧填料设计。
球阀扭矩由球芯与两边密封产生，其扭矩如下：
DN15 9NM
DN20 12NM
DN25 15NM
DN32 25NM
DN40 45NM
DN50 70NM
DN65 140NM
DN80 190NM
DN100 220NM
DN125 400NM
DN150 450NM
DN150 500NM
球阀的主要特点是本身结构紧凑，密封可靠，结构简单，维修方便，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，易于操作和维修，适用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质，而且还适用于工作条件恶劣的介质，如氧气、过氧化氢、甲烷和乙烯等，在各行业得到广泛的应用。
球阀阀体可以是整体的，也可以是组合式的。
球阀不仅结构简单、密封性能好，而且在一定的公称通经范围内体积较小、重量轻、材料耗用少、安装尺寸小，并且驱动力矩小，操作简便、易实现快速启闭，是近十几年来发展最快的阀门品种之一。
球阀是由旋塞阀演变而来的，它的启闭件作为一个球体，利用球体绕阀杆的轴线旋转90°实现开启和关闭的目的。
球阀在管道上主要用于切断、分配和改变介质流动方向，设计成V形开口的球阀还具有良好的流量调节功能。
球阀加工精度高，造价昂贵，高温中不易使用，如管道内有杂质，容易被杂质堵塞，导致阀门无法打开。
阀门扭矩计算
（3）填料与阀杆间摩擦力矩 MFT
MFT=0.5*FT*dF
FT=ψ*dF*bT*P
阀杆与填料摩擦力
FT
N
系数
ψ
查表
阀杆直径
dF
设计给定
mm
填料宽度
bT
设计给定
mm
填料深度
hT
设计给定
mm
计算结果: MFL=5840Nmm
计算结果: MF=78075Nmm
密封带接触面外径
DMW
设计选定
mm
球与座接触面内径
DMN
设计选定
mm
球体最小预紧比压
qM
0.1P
MPa
体球与密封面的摩擦系数
fM
查表
球体半径
R
设计选定
mm
阀座外径
DJH
设计选定
Mm1
球体与密封面接触点与流道轴法向角
θ
设计选定
（°）
计算压力
P
取公称压力
MP192Nmm
1″-600LB阀杆扭矩计算
（1）阀杆总力矩 MF=MQF+MFT
（2）球与阀座的摩擦力矩MQF
MQC=MQF1+MQF2
MQF1阀座对球预紧力产生的摩擦力矩
MQF1=0.3925（D2JH–D2MN）*(1+COSθ)*qM*fM*R
MQF2介质工作压力产生的摩擦力矩
MQF2=π*P* fM*R（D2JH-0.5 D2MN-0.5 D2MW）(1+COSθ)/8COSθ
API球阀理论计算扭矩
Cl 300
Cl 400
Cl 600
Cl 900
Cl 1500
Cl 2500
1 1/2
2
2 1/2
3
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
60
硬密封铸钢固定轴结构球阀的理论计算扭矩（单位：N·m）
NPS（in）
Cl 150
NPS（in）
Cl 150
Cl 300
Cl 400
Cl 600
Cl 900
Cl 1500
Cl 2500
1 1/2
2
2 1/2
3
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5
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12
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22
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26
28
30
32
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42
44
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52
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60
硬密封锻钢固定板结构球阀的理论计算扭矩（单位：N·m）
NPS（in）
Cl 300
Cl 400
Cl 600
Cl 900
Cl 1500
Cl 2500
1 1/2
2
2 1/2
3
4
5
6
8
10
12
14
球阀力矩表
口径(in)
0.5 0.75
1 1.25 1.5
2 2.5 3 4
150Lb 7 10 16 24 35 50 80 120 180
300Lb 10 16 25 35 50 70 100 160 280
力矩(N
125
250
150
490
200
860
250
1400
阀门力矩 选取说 明： 1，小于 等于1寸 力矩按浮 动球选取 。 2，关闭 时压降小 于等于 1/2标准 磅级压力 时，力矩 取1/2标 准磅级或 取低一档 标准磅级 力矩较大 值。 3， 关闭 时压降大 于1/2标 准磅级压 力时，力 矩取标准 磅级。 4，当温 度超出 100度 时，力矩 再增大百 分之50， 气装选型 增加百分 之50安全 系数。
1250 1620 2630 3200 4000 6200 8200 9280 10300
力矩(N·m)
2.5MPa 4.0MPa 6.4MPa
65
90
150
120
155
225
145
190
270
240
300
470
300
450
650
980
1050 1200
1380 1420 2640
1880 2050 2930
2
8
9
11
12
13
15
17
12
14
16
18
21
23
27
3
19
21
24
25
31
35
42
4
29
33
40
45
61
球阀扭矩计算书
( DT dT ) 2 U ZT P 16 D dT 1 ) M U = FU ( T 2 2
F U= F C=
4
2 DJH P
输入数据 输入数据 M C=
1 FC d FU C 2
球
阀
计 算 书
雷蒙德（北京）阀门制造有限公司
技
术
参
数
型
号：4″Q347Y-300Lb
公称通径：NPS 4″ 压 力 级：Class300Lb 适用温度：-29～+425℃ 适用介质：油、汽、水、煤浆等 执行标准：API 608/ASME B16.34
固定球球阀扭矩计算书
名称 全压差下启闭扭矩 全压差下启闭扭矩 活塞筒外径 阀座密封面内径 阀座密封面外径 设计压力 阀座预紧密封最小 比压 球体半径 密封面对球体中心 夹角 密封面对球体中心 夹角余弦值 密封面对球体摩擦 系数 进口端阀座密封圈 对球体的作用力 介质经阀座压在球 体上的力 阀座密封圈预紧力 阀座密封圈摩擦力 进口端阀座密封圈 对球体的摩擦力矩 出口端阀座密封圈 对球体的摩擦力矩 阀座密封圈对球体 的摩擦力矩 填料对阀杆的摩擦 系数 阀杆与填料接触部 分直径 符号 M M D JH D MN D MW P 式中符号 公式或索引 M=M M +M T +M U +M C M=M M +M T +M U +M C 输入数据 输入数据 输入数据 输入数据 单位 N.mm N.m mm mm mm MPa MPa 输入数据 输入数据 mm ˚ 黄色需输入数据 688182.55 688.18 128 104 112 5 1 77.5 43.3 0.73 输入数据 F Q =F ZJQ +F MF +F MM F ZJQ = F MY = N N N N
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金属密封球阀密封面摩擦系数f 0.3阀前压力kgf/cm 2轴套摩擦系数fz
0.2
介质
填料摩擦系数ft 0.3计算内容
密封形式进口密封
DN300DN350DN400
阀座密封外径 cm D MW 32.537.52阀座密封内径 cm D MN 31.7736.7球体半径 cm R
23.2526.5最小预紧密封比压kgf/cm 2
q Y 5045密封接触点法线与通道轴夹角(度)
Φ4444阀座活套外径 cm D JH 34.740.5球体轴颈直径 cm d Qj 1215阀杆直径 cm d T 7.47.4填料高度 cm h T 0.80.8填料数量
Z 55凸肩或止推垫外径 cm D T 89阀座预紧力对球体摩擦力矩M QZ122095.1510229401.26678阀座介质压力对球体摩擦力矩M QZ2112146.4191196197.944阀座对球体摩擦力矩M QZ 134241.5702225599.2108填料摩擦力矩M FZ 12386.4201912386.42019轴承摩擦力矩M ZC 113482.8089193237.4006阀杆凸肩摩擦力矩Mu 5378.4026966495.651218总摩擦力矩
M F
265489.202
437718.6828
固定球阀硬密封扭矩计算 (kgf·cm)
口径参数名称
符号
型号
已知条件
100总摩擦力矩M F。