6″Q41F-150Lb球阀设计计算说明书
Q41球阀设计计算说明书
目录
阀体壁厚验算 (1)
密封面比压验算 (2)
阀杆总转矩及圆周力 (3)
阀杆头部强度验算 (5)
中法兰螺栓强度验算 (6)
阀体中法兰强度验算 (9)
参考资料
1、API 6D………………………………………………………………管道阀门
2、ASME B16.34…………………………………阀门—法兰、螺纹和焊端连接的阀门
3、ASME B16.5…………………………………管道法兰和法兰管件—NPS1/2~NPS24
4、机械工业出版社………………………………………《阀门设计手册》
5、机械工业出版社………………………………………《实用阀门设计手册》
6、ASME 第二卷 D篇………………………………………锅炉及压力容器规范材料规范
7、ASME VIII第一册………………………………………压力容器建造规则
8、机械工业出版社………………………………………《阀门设计入门与精通》
说明
1、以公称压力作为计算压力
2、对壳体壁厚的选取，在满足计算壁厚的前提下，按相关标准取壳体最小壁厚且圆整整
数，已具裕度
3、涉及的材料许用应力值按-29～200℃时选取
4、适用介质为水、油、气等介质
5、不考虑地震载荷、风载荷等自然因数
6、瞬间压力不得超过使用温度下允许压力的1.1倍
7、管路中应安装安全装置，以防止压力超过使用下的允许压力
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东一阀门制造（南通）有限公司
东一阀门制造（南通）有限公司
计算书
产品名称：钢制球阀
型号规格：4"Q41F-150Lb
编制：
批准：
日期：。
弹簧自动归位球阀的介绍
TQ41F-150LB美标弹簧自动归位球阀,TQ41F美标弹簧自动归位球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向。
美标球阀的工作原理是靠旋转阀恋来使阀门畅通或闭塞。
球阀开关轻便，体积小，可以做成很大口径，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，在各行业得到广泛的应用。
TQ41F美标弹簧自动归们球阀的工作原理TQ41F美标弹簧自动归位球阀是在弹簧手柄上，在弹簧手柄方面考虑到长期使用可能导致弹簧被拉长或拉死的现状出现，在其内部设计为弹簧可调节拉力和松紧度，这使用一段时间后，可自行将手柄旋下来，把内部的螺帽旋紧，（如需要慢关可以把螺帽松开一点，让弹簧松一点，可达到慢关的效果）其设计是传统的弹簧复位球阀不可逾越的。
弹簧自动复位式球阀在取用、罐底、机械设备中使用非常广泛，跟传统的二片式球阀相比，不仅可以省事省力，在一些设备上还可以防止忘记关阀导致流体的损失。
TQ41F美标弹簧自动归们球阀的主要零件材料名称WCB类CF8类CF3类CF8M类CF3M类阀体A216-WCB A315-CF8 A35-CF3 A351-CF8M A351-CF3M球体B2-B8 A105-1025 A182-F304L A182-F304L A132-F316 A182-F316L B8以上A216-WCB A351-CF8M A351-CF3 A351-CF8M A351-CF3M 阀杆A182-F6a A182-F304 A182-F304L A182-F336 A182-F316L 阀座PTFE/增强PTFE/NYLIN PTFE/Reinforced PTFE/Nyion阀座支承圈A105-1025 A182-F304 A182-F304L A182-F316 A182-F316L 弹簧3yc-7/17-49HO形圈NBR 氟橡胶螺柱A193-B7 A193-B8螺母A194-2H A194-8TQ41F美标弹簧自动复位球阀150LB外形尺寸公称通径NPS单位L D T G C n-φd in mm1/2" 15 mm 108 89 12 35 60.5 4-15 3/4" 20 mm 117 98 12 43 70 4-151" 25 mm 127 108 12 51 79.5 4-15 11/2" 40 mm 165 127 14.3 73 98.5 4-16 2" 50 mm 178 152 15.9 92 120.5 4-19 21/2" 65 mm 190 178 17.5 105 139.5 4-19 3" 80 mm 203 190 19.1 127 152.4 4-19 4" 100 mm 229 229 23.9 157 190.5 8-19TQ41F美标弹簧自动复位球阀300LB外形尺寸公称通径NPS单位L D T G C n-φd in mm1/2" 15 mm 140 95 15 35 66.5 4-15 3/4" 20 mm 152 117 16 43 82.5 4-19 1" 25 mm 165 124 18 51 89 4-19 11/2" 40 mm 190 156 20.7 73 114.5 4-22 2" 50 mm 216 165 22.3 92 127 8-19 21/2" 65 mm 241 190 25.4 105 149 8-22 3" 80 mm 283 210 28.5 127 168.5 8-22 4" 100 mm 305 254 31.8 157 200 8-22。
(整理)150LB球阀设计计算书1.
球阀设计计算书2″~8″Q41F-150Lb编制:审核:二○○三年五月二十三日浙江阀门制造有限公司目录1.阀体壁厚计算————————————————————12.中法兰强度计算———————————————————23.法兰螺栓拉应力验算—————————————————74.力矩计算——————————————————————85.阀杆强度校算————————————————————116.密封比压计算————————————————————137.作用在手柄上的启闭所需力——————————————15一、 阀体壁厚计算：计算公式： C P S dP t cc +-=)2.12.(5.1式中：t －阀体计算壁厚（英寸）； Pc －额定压力等级（磅）；Pc=150 d －公称通径（英寸）；S －材料需要用的应力（磅/平方英寸）S=7000 C －附加余量（英寸）按ANSI B16.34 C=0.1英寸英寸(毫米)实际确定壁厚≥计算壁厚为合格二.中法兰强度计算： 1.中法兰的轴向应力计算：[]5.13021=≤=H ioH D fM σλδσ 式中：σH －法兰颈的轴向应力（Mpa);Mo －作用平炉钢于法兰的总轴向力矩（N ·mm); f －整体法兰颈部应力校正系数（查表）； δ1－法兰颈部大端有效厚度（mm); D i －为阀体中腔内径（mm); λ－系数；［σH ］－法兰颈许用轴向应力（Mpa);M O =F D S D ＋F r S r ＋F G S G式中：F D －作用在法兰内径面积上的流体静压轴向力（N); S D －从螺栓孔中园致力FD 作用位置处的径向距离（mm);F r －总的流体静压轴向力与作用在法兰直径面积上的流体静压轴向 力之差（N);S r －从螺栓孔中心园致力于Fr 作用位置处的径向距离（mm); F G －用于窄面法兰垫片载荷（N);S G －从螺栓孔中心园致力FG 作用位置处的径向距离（mm);F D =0.785D i 2P S D =S ＋0.5δ112δ--=ib D D S )(785.022i G r D D P F -=21Gr S S S ++=δ 2Gb G D D S -=F G =W-F (W=Wp) Wp=F+Fp+Q F=0.785D G 2P Fp=2πbD G mPP D Q m 24π=ATe ff δδλ++=1ISi D F e δ1=IS i IS D VUA δδ2=式中：S －从螺栓孔中心园至法兰颈部与法兰背面交点的径向距离（mm); D b －法兰螺栓孔中心园直径（mm);D G －法兰垫片中径（mm ）;Wp －在操作情况下所需的最小螺栓负荷（N ）; F －总的流体静压轴向力（N);Fp－连接接确面上的压紧负荷（N）;Q－球体与阀座密封之间的密封力（N）; b－垫片有效密封宽度（mm）;m－垫片系数（查表）；m=1.25D m－为密封面中径（mm）;δf－法兰有效厚度（mm);e－系数；T－系数（查表）;A－系数；F1－整体法兰形状系数；F1=1δIS－法兰颈部小端有效厚度（mm);U－系数（查表）；V －整体法兰形状系数（查图）；σH ≤〔σH 〕=130.5合格2.中法兰的径向应力计算:[]Mpa D M e R if f R 108)133.1(2=≤+=σλδδσ式中：σR －法兰的径向应力（Mpa ）; ［σR ］－法兰许用的径向应力（Mpa ）; σR ≤〔σR 〕=108 合格3.中法兰的切向应力计算:[]Mpa Z D YM T R if T 1082=≤-=σσδσ式中：Y －系数（查表）；Z －系数（查表）；σT －法兰的切向应力（Mpa ）; ［σT ］－法兰材料的切向应力（Mpa ）;σT ≤〔σT 〕=108 合格三、.法兰螺栓拉应力验算：[]Mpa nd W L m P L 144=≤=σσ式中：σL －法兰螺栓断面积所承受的拉应力（Mpa ）; d m －螺栓断面有效面积（mm2）; n －螺栓数量；［σL ］－螺栓材料的拉应力（MPa ）。
球阀的设计与计算
球阀的设计与计算一、球阀的设计 1.1 设计输入即设计任务书。
应明确阀门的具体参数（公称通径、公称压力、温度、介质、驱动方式等），使用的条件和要求（如室内或室外安装、启闭频率等）及相关执行的标准（产品的设计与制造、结构长度、连接型式、产品的检验与试验等） 1.2 确定阀门的主体材料和密封圈材料 1.3 确定阀门承压件的制造工艺方法 1.4 确定阀门的总体结构型式1. 对阀门结构的确定:一般如果压力不高,DN ≤150时,可优先采用浮动式结构,其优点是:结构简单如果浮动球式结构满足不了需要时,应采用固定式结构或其它结构型式(如半球、撑开式…) 2. 对密封的材料的确定由于球阀的使用受温度的影响很大,因此,密封的材料的选定很关键：① 对使用温度≤300℃时,密封面材料可选择塑料类材料(如聚四氟乙烯、增强聚四氟乙烯、尼龙、对位聚苯)② 当使用温度超过300℃.或者介质代颗粒状时,密封面材料应选金属密封。
3．对球阀使用要求的确定主要确定,球阀是否具有防火.防静电要求 4．对阀体型式确定由于球阀公称通径适用的范围很广,其阀体型式也较为多样,一般分为以下三种： ① 整体式阀体一般用于DN ≤50的小通径阀门,此时,其材料多用棒材或厚壁管材直接加工击来,而对口径较大时,多采用二体式、三体式或全焊接结构② 二体式结构由左右不对称的二个阀体组成，多采用铸造工艺方法③ 三体式结构由主阀体和左右对称的二个阀体组成,可采用铸造或锻造工艺方法 5．阀门通道数量(直通、三通、四通…) 6．选择弹性元件的形式1.5 确定阀门的结构长度和连接尺寸 1.6 确定球体通道直径d球体通道直径应根据阀门在管道系统中的用途和性质决定，并要符合相关的设计标准或用户要求。
球体通道直径分为不缩径和缩径二种：不缩径：d 等于相关标准规定的阀体通道直径缩径：一般d=0.78相关标准规定的阀体通道直径，此时，其过渡段最好设计为锥角过渡，以确保流阻不会增大。
4-150LB-截止阀设计计算书
设计计算书JS/SAJ F PG1AAJB截止阀（4”-150lb）编制：批准：2014年9月1日目录一、壳体厚度计算 (1)二、阀盖螺纹计算 (2)三、阀座密封面上总作用力及密封比压计算 (2)四、阀杆强度验算 (3)五、填料螺栓计算 (4)六、填料压板计算 (4)参考文献 (4)附录：阀体的有限元应力分析134附录：4”-4500LB截止阀（F92）阀体热应力分析1．结果阀体应力分布和最大应力见图1。
图1. 阀体应力分布图2． 结论F92在610℃时的最大许用应力是75.4MPa （查阅ASEM 锅炉及压力容器规范ⅡD 部分）。
ANSYS WORKBENCH 分析结果显示阀体的最大应力强度是70.4MPa （排除由于ANSYS WORKBENCH 程序造成的应力异常点，这些节点的应力值远大于附近节点的应力值）见图1，小于最大许用应力强度，据此可证明阀体结构设计合格。
四、阀杆强度验算当介质从阀瓣下方流入时：（1） FZF '….. 关闭时，阀杆最大轴向力 FZF '= MZ T L F F Sin α+ MZ F …密封面上总作用力 MZ MJ MF F F F =+ MJ F …密封面处介质作用力 2()4MJ MN M F D b p π=+MN D …密封面内径 设计给定 MN D =100mm M b …密封面宽度 设计给定 M b =9.7mmp …设计压力 设计给定 p=2Mpa2(1009.7)24MJ F π=⨯+⨯=18903.1NMF F …密封面上密封力 ()MF MN M M MF F D b b q π=+MF q …密封面必须比压 由（三）中计算的MF q =5.58Mpa(1009.7)9.7 5.58MF F π=⨯+⨯⨯=18653.59N MZ MJ MF F F F =+=18903.1+18653.59=37556.7NT F … 阀杆与填料摩擦力 T F T F d b p ψ= ψ…无石棉填料系数 查表取ψ=2.28 F d …阀杆直径 设计给定 F d =32mm T b …填料宽度 设计给定T b =8mm T F =2.28×32×8×2=1167.36NL α…螺纹升角，查表3-24（3） 取值346 3.77L α︒︒'==FZF '=37556.7+1167.36×Sin 346︒'=37633.5N FZM '…关闭时阀杆总力矩，FZ FL FT FD M M M M '''=++ FLM '…关闭时阀杆螺纹摩擦力矩，FL FZ FM M F R ''= FM R …关闭时螺纹摩擦半径，查表3-24（3） 取值FM R =3.47mmFLM '=37633.5×3.47=130588.3N.mm FT M …阀杆与填料摩擦力矩32cos 1167.36cos3.7718637.322F FT TL d M F α︒==⨯⨯=N.mm FDM '…关闭时阀杆头部摩擦力矩，0.25FD FJ D MZ M d f F '=FJ d …阀杆头部接触面直径， 2.2FJ d = 0R …球面半径，设计给定0R =98mmE …材料弹性模量，查表3-6取 E=2.11×510Mpa2.2FJ d ==5.7mmD f …阀杆头部摩擦因数，查表3-34（3），取D f =0.30mm0.25 5.70.3037556.7FDM '=⨯⨯⨯=16055.5N.mm FZM '=130588.3+18637.3+16055.5=165281.1N.mm1Nτ'…关闭时I-I 断面扭转应力，11FZN S M W τ''= 1S W …I-I 断面截面系数，查表3-25 取1S W =31253mm1165281.13125Nτ'==52.9Mpa II σ∑… II- II断面合成应力， II σ∑=II Y σ…II- II 断面压应力，II 2FZY S F A σ'=2S A …II- II 断面的截面积，查表3-25（1）取2S A =4662mm II 37633.5466Y σ==80.8Mpa II N τ…II- II 断面扭转应力，II II()FT FDN S M M W τ''+=FDM ''…开启时阀杆头部摩擦力矩，4416055.533FD FD M M '''==⨯=21407.3 N.mm II S W …II- II 断面截面系数，查表3-25 取II S W =28223mmII 18637.321407.32822N τ+==14.2MpaII σ∑=σ∑…III-III断面合成应力，σ∑=III Y σ…III-III 断面压应力，III 3MZY F A σ=3A …III-III 断面截面积，2314A d π=1d …阀杆沉槽直径，设计给定1d =32mm23324A π=⨯=804.22mm III 37556.7804.2Y σ==46.7Mpa III N τ…III-III 断面扭转应力，III IIIFDN S M W τ''=III S W …III-III 断面截面系数，33III 1321616S W d ππ==⨯=6434.03mmIII 21407.36434.0N τ==3.3Mpaσ∑==47.2Mpa阀杆选用Q275，查表3-7，其许用应力为[]Y σ=185Mpa, []N σ=105Mpa,[]σ∑=175Mpa ，[]N τ=105MpaII Y σ≤[]Y σ、III Y σ≤[]Y σ、 II σ∑≤[]σ∑、σ∑≤ []σ∑、1N τ'≤[]N τ、II N τ≤[]N τ、III N τ≤[]N τ因此阀杆材料和直径满足要求。
球阀计算书
球阀计算书-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
编号：JS/2″150Lb -10设计计算书
项目名称：API 6D钢制球阀
规格型号：Q41F-150Lb DN2″
编制：
审核：
批准：
安阳益和阀业有限公司
目录
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
附录
参考文献
1、实用阀门设计手册
陆培文主编机械工业出版社
2、阀门设计手册
杨源泉主编机械工业出版社
3、阀门设计计算手册
洪勉成、陆培文、高凤琴主编中国标准出版社 4、球阀设计与选用
章华友、晏泽荣、陈元芳、袁玉求北京科学技术出版社。
球阀详细参数说明
球阀，标准GB/T21465-2008《阀门术语》中定义为：启闭件（球体）由阀杆带动，并绕阀杆的轴线作旋转运动的阀门。
主要用于截断或接通管路中的介质，亦可用于流体的调节与控制，其中硬密封V型球阀其V型球芯与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力，特别适用于含纤维、微小固体颗料等介质。
而多通球阀在管道上不仅可灵活控制介质的合流、分流、及流向的切换，同时也可关闭任一通道而使另外两个通道相连。
本类阀门在管道中一般应当水平安装。
球阀分类：气动球阀，电动球阀，手动球阀。
诞生和应用球阀问世于20世纪50年代，随着科学技术的飞速发展，生产工艺及产品结构的不断改进，在短短的40年时间里，已迅速发展成为一种主要的阀类。
在西方工业发达的国家，球阀的使用正在逐年不断的上升，在我国，球阀被广泛的应用在石油炼制、长输管线、化工、造纸、制药、水利、电力、市政、钢铁等行业，在国民经济中占有举足轻重的地位。
工作原理球阀它具有旋转90度的动作，旋塞体为球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。
球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。
球阀最适宜做开关、切断阀使用，但近来的发展已将球阀设计成使它具有节流和控制流量之用，如V型球阀。
主要特点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径范围内体积较小、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。
球阀说明书
球阀说明书1 基本要素分析1.1 球阀结构及参数球阀是由旋塞演变而来的，它的启闭件作为一个球体，利用球体绕阀杆的轴线旋转90o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。
球阀装配图如下图所示：图1 球阀装配图球阀零件明细表如下：表1 球阀零件明细表1.2 作业单位划分情况表2 作业单位建筑物汇总表1.3 工艺过程分析球阀生产工艺流程：(1) 零、组件制作与外购（续表为自制件工艺过程卡）(2) 组装所有零、组件在总装车间集中组装为成品。
(3) 上漆组装完成后，至油漆车间，每件成品需用油漆0.13kg(4) 产品储存所有上漆产品转运至成品库待出厂。
阀体产品名称件号材料单位重量/kg年计划产量总重量/kg阀体qf101 ZG25 5 60000 300000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率/﹪1 原材料库原材料出库1002 热处理车间铸造阀体毛坯903 机加工车间粗铣、粗车80 热处上填料产品名称件号材料单位重量/kg 年计划产量总重量/kg上填料qf11聚四氯乙烯0.12 60000 7200序号作业单位名称工序内容工序材料利用率1 原材料库原材料出库1002 化工车间热挤压成型982 物流分析2.1 产品工艺过程分析2.1.1 分析给定的工艺过程表由于各个部件的年需求量是固定的，也就是说球阀的生产呈理想状态（零库存存），所以全年的物流量就没有必要给出。
工艺过程表计算出各个工序加工前后单件重量及废料重量如下表14所示：表14 各个零件原料重量与成品重量对比2.1.2 各个自制零部件工艺过程图2.1.3 产品总的工艺过程图2.2 物流强度分析2.2.1 作业单位之间的物流强度根据表15即可得到表16最后一列表15 物流强度等级分划表表16 作业单位之间的物流强度2.2.2 各单位之间物流强度统计图2.2.3 作业单位物流相关原始分析由上面的原始物流作定量的分析后，得到原始物流相关表。
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JS/6’Q41F-150Lb API 6D球阀
设
计
计
算
书
编制：
审批：
日期：
XXXXX有限公司
目录
阀体壁厚验算 (3)
密封面比压验算 (4)
阀杆总转矩及圆周力 (5)
阀杆强度验算 (7)
中法兰螺栓强度验算 (9)
中法兰螺栓面积验算 (10)
流量系数计算 (11)
参考资料
1、API 6D………………………………………………………………管道阀门
2、ASME B16.34…………………………………阀门—法兰、螺纹和焊端连接的阀门
3、ASME B16.5…………………………………管道法兰和法兰管件—NPS1/2~NPS24
4、ASME B16.10……………………………………………………阀门结构长度
5、机械工业出版社………………………………………《机械设计师手册》
6、机械工业出版社………………………………………《实用阀门设计手册》
说明
1、以公称压力作为计算压力
2、对壳体壁厚的选取，在满足计算壁厚的前提下，按相关标准取壳体最小壁厚且圆整整
数，已具裕度
3、涉及的材料许用应力值按-29～38℃时选取
4、适用介质为水、油、气等介质
5、不考虑地震载荷、风载荷等自然因数
6、瞬间压力不得超过使用温度下允许压力的1.1倍
7、管路中应安装安全装置，以防止压力超过使用下的允许压力。