(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————————————————————1
2.中法兰强度计算———————————————————2
3.法兰螺栓拉应力验算—————————————————7
4.力矩计算——————————————————————8
5.阀杆强度校算————————————————————11
6.密封比压计算————————————————————13
7.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 d
P t c
c +-=)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：
[]5.1302
1=≤=
H i
o
H 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 ＋0.5δ1
12
δ--=
i
b D D S )(785.02
2
i G r D D P F -=
21G
r S S S ++=
δ 2
G
b G D D S -=
F G =W-F (W=Wp) Wp=F+Fp+Q F=0.785D G 2P Fp=2πbD G mP
P D Q m 2
4
π
=
A
T
e f
f δδλ+
+=1
IS
i D F e δ1=
IS i IS D V
U
A 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=1.25
D 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=1
δIS－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 i
f 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 i
f 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 n
d 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 ）。
σL ＜［ σL ］ 故：螺栓满足要求 四、力矩计算：
M F =M QF +M FJ +M FC
式中
M F -浮动球球阀力矩(N.mm)
M QF -浮动球球阀的球体与阀座密封面间的摩擦力矩(N.mm) M FT -填料与阀杆间摩擦力矩（N.mm ） M FC -阀杆头部的摩擦力矩(N.mm)
ϕϕπcos 8)cos 1(2+=R Pf D M M mP QF
2MW
MN mP D D Q += 2
F T FT
d Q M =
P b d Q T F T ψ= FZ D J F FC Q f d M 25.0=
3
212
1)
(2.2R R E R R Q d FZ FJ -=
Q FZ =Q MZ +Q T Q MZ =Q MJ +Q MF
P b D Q M MN MJ 2)(4
+=
π
MF M M MN MF q b b D Q )(+=π
式中
D mP -阀座密封面的平均直径（mm ）
f M-球体与密封面的摩擦因数（对聚四氟乙烯密封面=0.05） -球体与密封圈接触点与通道轴法向夹角(取45°)
R-球体半径(mm)
P-计算压力（Mpa）（取公称压力PN）
ψ-系数
d F-阀杆直径(mm)
b T-填料宽度(mm)
h T-填料深度(mm)
d FJ-阀杆头部接触面直径(mm)
Q FZ-阀杆总轴向力(N)
Q MZ-密封面上总轴向力(N)
Q MJ-密封面处介质作用力(N)
D MN-密封面内径(mm)
D MW-密封面外径(mm)
b M-密封面宽度(mm)
Q MF-密封面上密封力(N)
q MF-密封面上必须比压(Mpa)
f D-阀杆头部摩擦因数（取0.3）
R1-阀杆头部球面半径(mm)
R2-球体槽部圆弧半径(mm)
E-材料弹性模量(Mpa)（2Cr13=2.2×105）
五、阀杆强度校算：
1. 阀杆与球体连接触断面的扭转应力校算： 附图：
[]N F
N M τω
τ≤=
3a βω=
式中：
τ
N －I －I
断面处扭转应力（Mpa ）;
M F － 阀杆端头所受力矩（N · mm ）; ω－I －I 断面的抗扭转断面系数（见附图）； ［τ
N ］－材料的许用扭转应力（Mpa ）;
β－系数; P457页 a －见上图（mm ）; b －见上图（mm ）;
〔τ
N 〕在
450°C 时95Mpa
因：τN ≤〔τN 〕
故：合格
2.阀杆与手柄连接触断面的扭转应力校算：
附图
[]N F
N M τωτ≤=
2
2
32a βω=
式中：
τ
N2－I －I
断面处扭转应力（Mpa ）;
ω2－I －I 断面的抗扭转断面系数（见附图）；
β－系数; P457页
a－见上图（mm）;
b－见上图（mm）;
因：τN≤〔τN〕故：合格
六、密封比压计算：
附图
[]20)
(4)(=≤-+=
≤q D D P
D D q q MN MW MN MW MF
10
/9.08.1M MF b PN
q +=
式中：
q MF -密封面上必需比压（Mpa ） q-验算的实际比压（Mpa ） 〔q 〕-密封面的许用比压（Mpa ） D MN -密封面内径(mm) D MW -密封面外径(mm)
符合条件合格
七、作用在手柄上的启闭所需力：
L
M Q F
S
式中;
Q S －作用在手柄上启闭的力( N); M F －阀门启闭转矩( N · mm); L －手柄长度（mm);
参考文献：
1、《阀门设计手册》机械工业出版社1992； 主编：杨源泉
2、API 6D 《管道阀门》
3、《实用阀门设计手册》中国知识出版社2006 主编：房汝洲.。
6″Q41F-150Lb球阀设计计算说明书
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。
(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 ）。
4″Q41F-150Bls球阀设计计算
p fM R
υ
取公称压力PN
343706.28 N.mm 26666.348 N.mm 110.25 mm 2 Mpa
对聚四氟乙烯密封面fM=0.05 To PTFE seal surface 0.05
6 球体半径Radius of the ball body
球与密封圈接触点与通道轴法向夹角Radial angle included between 7 the point at which the ball contacts seal ring and passage axes 8 填料与阀杆间的摩擦力矩Friction torque between the stuffing 9 阀杆与填料摩擦力矩Friction torque between the stem and stuffing
MF MQF
DMP
MQF+MFT+MFC
π (DMW+DMN)/2 D2MPpfMR(1+cosυ )/32cosυ
计算压力Calculation pression 球体和密封面的摩擦系数Friction coefficient between the ball and 5 seal surface
QMJ
QMF fD
π (DMN+bM) p π (DMN+bM)bMqMF
2
# # # # # # # #
球体槽部圆弧半径Radius of circular arc of the ball body trough 材料弹性模量Material elastic modulus 阀杆端头扭转剪切应力Torsion cutting stress 断面抗转矩断面系数Section and anti-torsion section factor 系数factor 阀杆头断面宽度Width of the section of valve stem head 材料许用剪切应力Material allowable cutting stress
截止阀设计计算书
WS1I 查表4-14(按退刀槽WT) σ YIII F3 d1 τ N1II WS1II QMZ/F3 3.14/4*d
2 1
3
2
设计给定 M"FD/WSIII
3.14/16*d3F 〔σ L〕 查表4-7 39 许用拉应力 〔σ Y〕 查表4-7 40 许用压应力 〔τ N〕 查表4-7 41 许用扭应力 〔σ ∑〕 查表4-7 42 许用合成应力 结论：σ L＜〔σ L〕， τ N＜〔τ N）， σ Y ＜〔σ Y 〕， σ ∑＜〔σ
N N N N mm Mpa N mm mm N N N MPa MPa mm2 个 mm
2
螺栓计算载荷 垫片处介质作用力 垫片平均直径 计算压力 垫片上密封力 垫片有 效宽度 垫片宽度 垫片系数
垫片弹性力
系数 关闭时阀杆总轴向力 必须预紧力 密封面预紧比压 垫片形状系数 螺栓拉应力 螺栓总截面积 螺栓数量 单个螺栓截面积
RFM 查表4-13(或按螺纹计算） R’FM 查表4-13(或按螺纹计算） QT*dF/2*cosα L 0.25*dFJ*fD*QMZ 4/3M'FD dFJ RO E fD
N1 N1
阀杆与填料摩擦力矩 MFT 关闭时阀杆头部摩擦力矩 M’FD 开启时阀杆头部摩擦力矩 M”FD 阀杆头部接触面直径 球体半径 材料弹性综合系数 阀杆头部摩擦系数 τ I-I断面扭应力 τ I-I断面扭应力 I-I断面系数 II-II断面合成应力 II-II断面截面积 II-II断面压应力 II-II断面扭应力 II-II断面系数 III-III断面合成应力 III-III断面压应力 III-III断面截面积 图示 III-III断面扭应力 III-III断面系数 σ
球阀设计计算书
球阀设计计算书XXX文件号：10STQ3R59CG产品名称：固定球阀设计计算书编制：审核：批准：2014年9月目录：1.阀体壁厚验算2.阀盖壁厚验算3.密封面上的计算比压4.1.33倍中腔泄压能力的计算5.阀杆启闭扭矩的计算6.阀杆强度验算7.阀杆扭转变形的计算8.阀杆键连接强度验算9.中法兰螺栓强度验算10.流量系数计算11.吊耳的强度计算参考资料：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锅炉与压力规范第Ⅱ卷4.ASME锅炉与压力规范第Ⅷ卷5.API 600钢制闸阀法兰和对焊连接端，螺栓连接阀盖说明：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。
型号：10STQ3R59CG序号零件名称材料牌号计算内容根据1 阀体 ASTMA105 壁厚验算ASME16.342 阀盖 ASTMA105 壁厚验算ASME16.34根据相关标准，以公称压力作为计算压力，计算阀体和阀盖的壁厚。
涉及的材料许用应力值按-29～38℃时选取，适用介质为水、油、气等介质。
瞬间压力不得超过使用温度下允许压力的1.1倍，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。
材料牌号计算内容序号10STQ3R59CG阀盖ASTM A105壁厚验算计算数据名称符号计算压力Pc300 psi基本应力系数C7000 psi阀体标准厚度S11.2 mm公称内径Dn254 mm附加厚度m4.0 mm设计给定Max（d’d0）设计给定ASTM B16.34设计给定Dn/1.5设计给定ASTM A216 WCB材料许用应力取值常温下抗拉强度Rm/20psi常温下屈服强度Re/20psi根据ASME-Ⅱ-D，常温下抗拉强度除以3.5大于7000 psi，常温下屈服强度除以1.5大于7000 psi，取基本应力系数7000 psi，满足要求。
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。
3Z40H-150LB闸阀计算书
公式
计算壁厚
S`B
(1.5Pcd)/(2S-1.2Pc)+C
额定压力 公称通径 应力系数 腐蚀余量
Pc
设计给定
d
设计给定
S
B16.34
C
阀门设计手册（表5-86）
阀体实际壁厚
SB
设计给定
阀体标准壁厚
S
GB/T12224-2015
第1页 共12页
数值 0.218842 5.558593
150 3 7000 0.17 0.409 10.3886 0.24 6.096
S
GB/T12224-2015
数值 0.21884226 5.55859334
150 3 7000 0.17 0.409 10.3886 0.24 6.096
单位 in mm psi in psi in in mm
in mm
注： SB﹥S`B 结论： SB>S`B
SB>S 合格
SB>S 为合格
上海罕鼎阀门有限公司 版别
mm
注： SB﹥S`B SB>S 为合格 结论： SB>S`B
SB>S 合格
1
上海罕鼎阀门有限公司 版别
0
设计计算说明书
页次
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型号
3"Z40H-150LB
零件名称
阀体
备
材料牌号
ASTM A216 WCB
计算内容
阀体壁厚验算
注
根据
《实验阀门设计手册3》P1181（T9）
序号
计算数据名称
0
设计计算说明书
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型号 零件名称 材料牌号 计算内容 根据
2G1计算书
阀门设计计算书目录1. 中法兰强度计算 (2)2. 闸阀力计算 (8)3. 闸板、阀杆拉断计算 (10)4. 闸板应力计算 (13)5. 压板、活节螺栓强度计算 (15)1.基本条件:公称通径DN50mm,公称压力PN1.6MPa,阀体材料CF8,闸板材料CF8,阀杆材料0Cr18Ni9,密封面材料CF82.中法兰计算2.1输入参数2.1.1基本参数:口径（DN）=50mm压力等级（CLASS）=150LB阀种（TYPE）=闸阀设计温度（T0）取常温380C。
设计压力（P）按GB/T1224-2005取值15.3 kgf/cm2法兰许用应力（FQB）按ASME第Ⅱ卷(2004版)材料D篇表1A，乘以铸件系数0.8取值138MPa (14Kgf/mm2)螺栓许用应力按GB/T 3098.6-2000 表2抗拉强度为700MPa，根据钢铁材料手册不锈钢卷提供的抗拉许用应力安全系数取3--4，取n=3.5。
抗剪许用应力是抗拉许用应力的0.5--0.8，取0.7。
所以抗剪许用应力为：[ τ ]=700MPa÷3.5×0.7=140MPa=14.29kg f/mm2垫片密封压力，按ASME 第Ⅷ卷(2004版),取值Y=7.03,垫片系数取值M=3.00垫片宽度N=4.5mm, 垫片外径D=98mm,斜度高度H=16.6mm, 壁厚G0=6.5mm, 根部厚G1=G0+H/5=9.82mm法兰内径BB=50mm, 法兰外径A=165mm,螺栓中心距C=125mm,法兰有效厚度T=16mm 螺栓公称直径d=3/4”,螺栓数量n=42.1.3法兰形状系数2.1.3.1法兰斜度修正系数f根据按ASME 第Ⅷ卷第一册(2004版)P304图2-7.6查得,取F=1.002.1.3.2一体形法兰计算系数F按ASME 第Ⅷ卷第一册(2004版)P302图2-7.2,取FF=0.880 2.1.3.3 一体形法兰计算系数V按ASME 第Ⅷ卷第一册(2004版)P302 图2-7.3,取V=0.4102.2计算说明2.2.1考虑腐蚀余量1mm后的参数调态（法兰计算尺寸）中腔直径BB =BB+2=52mm,壁厚G0=G01-1=5.5mm,根部厚G1=G1-1=8.82mm2.2.2垫片有效宽度B,按ASME 第Ⅷ卷第一册(2004版)P300表2-5.2,B=4.5mm2.2.3垫片压紧力作用中心圆直径G=D-2B=98-2×4.5=89mm2.2.4法兰根部应力修正系数f=12.2.5系数G1/G0=9.82/6.5=1.512.2.6系数H/H0=H/（BB×G0）1/2=16.6/(50×5.5) 1/2=12.2.7系数K=A/BB=3.32.2.8系数U=[K2（1+8.55246lgk）-1]/ [1.36136(K2-1)(K-1)]=[3.32×（1+8.55246lg3.3）-1]/ [1.36136×(3.32-1)×(3.3-1)]=1.8792.2.9系数Y=[0.66845+5.7169 K2 lgK/ (K2-1)]/ (K-1)=[0.66845+5.7169×3.32 ×lg3.3/ (3.32-1)]/ (3.3-1)=1.7102.2.10系数Z=（3.32+1）/(3.32-1)=1.2022.2.11系数TT=[K2（1+8.55246lgk）-1]/ [(1.04720+1.9448 K2) (K-1)]=[3.32×（1+8.55246×lg3.3）-1]/ [(1.04720+1.9448×3.32)×(3.3-1)]=1.6892.2.12系数L=[T×FF（BB×G0）1/2+1]/TT+T3/[U×（BB×G0）1/2/V]=[16×0.88×（52×5.5）1/2+1]/1.689+163/[1.879×（52×5.5）1/2/0.41]=194.422.2.13内压力产生的全载荷HH=π×G2×P/400=π×892×15.3/400=951.35N2.2.14 使用状态下，需要的最小垫片压紧力（HP）HP=π×B×G×M×P/50=π×4.5×89×3×15.3/50=1154.45N2.2.15使用状态下，需要的最小螺栓载荷Wm1(WM1)WM1=HH+HP=951.35+1154.45=2105.8N2.2.16紧固状态下，需要的最小螺栓载荷Wm2(WM2)WM2=π×B×G×Y=π×4.5×89×1.710=2150.44N2.2.17使用状态下，需要的最小螺栓有效截面积Am1(AM1)AM1=WM1/BQB=2105.8/14.29=147.36mm22.2.18紧固状态下，需要的最小螺栓截面积Am2(AM2)AM2=WM2/BQB=2150.44/14.29=150.49 mm22.2.19需要的最小螺栓有效截面积（AM），取AM1，AM2中的最大值,即AM=150.49 mm2 2.2.20实际使用螺栓总有效截面积AB=BS×N=230.75×4=923 mm22.2.21使用状态螺栓载荷WO=WM1=2105.8N2.2.22紧固状态螺栓载荷WG=(AM+AB)×BQB/2=(150.49+923)×14.29/2=7670.06N2.2.23内压力作用于法兰内径截面的载荷HHD=π×BB2×P/400=π×522×15.3/400=32.94N2.2.24垫片载荷HHG=WO-HH=2105.8-951.35=1154.45N2.2.25内压力产生的全载荷与内压力作用于法兰内径截面的载荷之差HHT=HH-HHD=951.35-32.94=918.41N2.2.26螺栓中心至HHD作用点的距离HD=（C-BB）/2-0.5G1=(125-50)/2-0.5×9.82=32.59mm2.2.27 螺栓中心至HHG作用点的距离HG=（C-G）/2=（125-89）/2=18mm2.2.28螺栓中心至HHT作用点的距离HT=[（C-BB）/2+HG]/2=[（125-52）/2+18]/2=27.25mm2.2.29内压力作用于法兰内径截面的弯矩MD=HHD×HD=32.94×32.59=1073.51N.mm2.2.30垫片载荷所需的弯矩MMG=HHG×HG=1154.45×18=20780.1N.mm2.2.31HHT产生的弯矩MT=HHT×HT=918.41×27.25=25026.67N.mm2.2.32使用状态下，作用于法兰的全弯矩M0=MD+MMG+MT=1073.51+20780.1+25026.67=46880.28 N.mm2.2.33紧固状态下，作用于法兰的弯矩（MG）MG=WG×（C-G）/2=7467.81×(125-89)=268841.2N.mm2.2.34法兰轴向应力计算内径当BB<20×G1且F1≥1，SS=BB+G0=50+6.5=56.5mm2.2.35使用状态法兰轴向应力QH0=F×MO/（L×G12×SS）==1×46880.28/（194.42×9.822×56.5）=0.044Kgf/mm2≤FQB 合格2.2.36使用状态法兰径向应力QR0=[1.33T×FF/(BB×G0) 1/2+1]×M0/(L×T2×BB)=[1.33×16×1/(52×6.5) 1/2+1]×46880.28 /(194.42×162×52)=0.039 Kgf/mm2≤FQB 合格2.2.37使用状态法兰周向应力QT0=Y×M0/（T2×BB）-Z×QR0=1.71×46880.28/（162×52）-1.202×0.039 =5.975Kgf/mm2≤FQB 合格2.2.38使用状态合成应力Q00=（QH0+QR0）/2=（0.044+0.039）/2=0.0415 Kgf/mm2≤FQB 合格Q01=（QH0+QT0）/2=（0.044+5.975）/2=3.01 Kgf/mm2≤FQB 合格2.2.39紧固状态法兰轴向应力QHG=F×MG/（L×G12×SS）= 1×268841.2/（194.42×9.822×619.5）=13.6 Kgf/mm2≤1.5FQB 合格2.2.40紧固状态法兰径向应力QRG=[1.33T×FF/(BB×G0) 1/2+1]×MG/(L×T2×BB)= [1.33×16×0.88/(52×6.5) 1/2+1]×268841.2/(194.42×162×52)=1.4 Kgf/mm2≤FQB 合格2.2.41紧固状态法兰周向应力QTG=Y×MG/(T2×BB)-Z×QRG=11.88 Kgf/mm2≤FQB 合格2.2.42紧固状态合成应力QG0=（QHG+QRG）/2=（13.6+8.71）/2=11.16 Kgf/ mm2≤FQB 合格QG1=（QHG+QTG）/2=（13.6+6.49）/2=10.05 Kgf/ mm2≤FQB 合格2.2.43螺栓应力BOLT=0.0703π×CLASS×D2/4AB=0.0703π×600×6482/(4×27561.36)=505 Kgf/ cm2≤633 Kgf/mm2合格2.2.44 垫片最小有效宽度N-MIN=AB×BQB/（2π×G×Y）= 27561.36×17.6/（2π×631.28×4.869）≤22 合格3.闸阀力的计算Fm=π(d1+w)×w×q=π(48+10)×10×7.14=13003.368N3.1.2密封面比压SaSa=[ (d1+w) 2×P]/（4d1×w）=[ (48+10) 2×1.6]/（4×48×10）=2.8MPa≤250 MPa (250MPa为STL.6的许用密封比压)3.2压紧力F t计算3.2.1关闭时闸板上的轴向力F1：θ：闸板楔半角θ=50υ：密封面摩擦角取u=0.2 υ=tg-10.2=11.30°F1= F J tg(θ+υ)= 1815972.7×tg(2.86660+11.30)=487533.8N3.2.2介质作用于阀杆的轴向力阀杆直径d=18mmF2=（π/4）d2×P=（π/4）×182×1.6=406.944N3.2.3阀杆与填料的摩擦力F3：杆与填料摩擦系数u1=0.1; 填料总高h=39mmPp:压套作用于填料的面压力Pp=25MPaF3= u1πdhPp=0.1×π×70×53.9×25=29618.1NF t=F1+F2+F3=487533.8+39272.8+29618.1=529424.6N3.3扭矩的计算3.3.1阀杆与阀杆螺母的摩擦的扭矩T1阀杆螺纹中径d m=65.616mm,阀杆螺纹导程l=16.93mm阀杆螺纹升角β=arctg(l/πd m) =arctg[16.93/(π×65.616)]=4.70°按《阀门设计》表9-5摩擦系数u2=0.15摩擦角ρ=arctg(u2) =arctg(0.15)=8.53°摩擦半径R FM=d M/(2tg(β+ρ))=d m(l+u2πd m)/[2(πd m+u2.l)]=65.616×(16.93+0.15×π×65.616)/ [2×(π×65.616+0.15×16.93)]=7.525mmT1=Ft×R FM/1000=529424.6×7.52/1000=3984N.m3.4阀杆强度计算[σ]：阀杆许用应力，对ASTM A182 F6a即1Cr13阀杆调质200~230HB，根据ASTM A370，σb=650 ~760MPa,取[σ]=σb /3=217MPa阀杆螺纹小径ds=61.47mm阀杆压应力σ=4×Ft/（π×ds×ds）=4×529424.6/（π×61.47×61.47）=178.5MPa σmax =0.5×σ×(1+sqrt(1+16×tg(β+ρ)×tg(β+ρ)))=0.5×178.5×(1+sqrt(1+16×0.195× 0.195))=202.4 MPa≤[σ] 合格阀杆平均直径下的截面积S gS g=π/4×[（d m + d i）/2 ]2=π/4×[（65.616+ d61.47）/2 ]2=3165.3 mm2 P L=S g.σb=3165.3×650=2057445.0N4.1.1I-I断面的拉断力PI-I截面的面积S I =3696.9mm2P I =S I .σb =3696.9×650=2402985.0N4.1.2Ⅱ-Ⅱ断面的剪切力τIIⅡ截面的剪切面积S II=4620mm2τII =2×S II×0.6×σb=2×4620×0.6×650=3603600N 4.1.3 I-I截面的安全系数n I =P I /P L=2402985.0/2057445.0=1.17≥1.1合格4.1.4Ⅱ-Ⅱ断面的安全系数n II =τII /P L=3603600/2057445.0=1.94≥1.5合格闸板头部示意图截面为2ד┫”的拉断计算(见下图)截面为2ד┫”形的闸板梯形槽示意图闸板材料抗拉强度，按ASME 第Ⅱ卷D（2004版）篇表1A，闸板材质WCB(20)取σb=485 MPa4.2.1I-I断面的合成力P We1=(aH2+bd2)/(2×(aH+bd))= (170×55.82+99×502)/[2×(170×55.8+99×50)]=26.91mme2=H- e1=55.8-26.91=28.89mmh= e1-d=26.91-50=-23.09mm惯性矩J X=[B.e13/-bh3+a.e23]/3={269×29.893/[-99×(-23.09)3+]a.e23}/3=3519937.7 mm4力臂L=(C-A)/4+e2=(85-51)/4+28.89=37.39mm截面模量w X 1=J X /e2=3519937.7/28.89=121839.3mm3I-I断面的面积S I =bd+aH =99×50+170×55.8=14436mm2P W=2σb/(L/w X 1+1/S I)= 2×650/(37.39/121839.3+1/14436) =2578752.3N4.3Ⅱ-Ⅱ断面的剪应力Ⅱ-Ⅱ断面的面积S II=（N-M）.B=（88-45）×269=7310mm2P T= 2×S II×0.6×σb=2×7310×0.6×650=4254420N4.4I-I断面的安全系数n I=P w/P L=2578752.3/2057445=1.36≥1.05合格4.5Ⅱ-Ⅱ断面的安全系数n II=Pτ/P L=4254420/2057445=2.17≥1.65合格5.闸板应力计算5.1闸板的应力闸板应力计算示意图设计压力P=10.21MPa;通道半径a=232mm;闸板中轴半径b=150mm;闸板单板厚h=48mm 泊松比v=0.3闸板材料应力强度值，根据ASME第Ⅱ卷D篇(2004版)表2A材质为WCB取S m=161MPa5.2简支，内周边固定（垂直方向可移动），沿内周作用分布载荷A11=1/2×{ (1-v)×a2/[(1+v)a2+(1-v)b2]}[1-(1+2lna/b)(a2/b2)]=1/2×{ (1-0.3)×2322/[(1+0.3) ×2322+(1-0.3) ×1502]} ×{1-[1+2ln(232/150)] ×(2322/1502)} =-0.77B11=2b2/[(1+v)a2+(1-v)b2] [(1+v)lna/b+1]=2×1502/[(1+0.3) ×2322+(1-0.3) ×1502] [(1+0.3) ×ln(232/150)+1]=0.82σ11=3b2P/4h2{2(1+v)(A11+lna/b-(1-v)(1-B11a2/b2)}=3×1502×10.21/4×482×{2×(1+0.3) ×(-0.77+ln(232/150)-(1-0.3) ×[1-0.82×(2322/1502)]} =144.74MPa≤S m合格5.3简支，内周边固定（垂直方向可移动），受均布连续载荷A15=1/4{a2/[(1+v)a 2+(1-v) b2]}{(3+v)a2/b2+(1-v)[(4lna/b+3) a2/b2-2]}=1/4×{2322/[(1+0.3) ×232 2+(1-0.3) ×1502]} ×{(3+0.3) ×2322/1502+(1-0.3)×[(4×ln(232/150)+3) × 2322/1502-2]}=8.05B15= b2/[(1+v)a 2+(1-v) b2]{(3+v)-[(5+v)+4(1+v)lna/b] b2/a2}=1502/[(1+0.3)×232 2+(1-0.3) × 1502] ×{(3+0.3)-[(5+0.3)+4(1+0.3)×ln(232/150)]×1502/2322}=0.04σ15=3Pa2/8h2{(3+v) b2/a2+4(1+v)( A15+lna/b) b2/a2-(1-v)( 2b2/a2+ B15×a2/b2)} =3×10.21×2322/8×482{(3+0.3) ×1502/2322+4(1+0.3)( 8.05+ln(232/150)) ×1502/2322-(1-0.3)( 2×1502/2322+ 0.04×2322/1502)}=90.11MPa≤S m总计算应力:σ0=〡σ11〡+〡σ15〡=144.74+90.11=234.85MPa≤1.5S m5.4中腹厚t密封面平均直径C=476mmt=[sqrt(1.24×10.21/ 161)]×476=66.7mm故闸板中腹厚取67mm6.压板与活节螺栓的计算6.1活节螺栓的计算压板与活节螺栓计算示意图填料函直径D S=95.4mm;阀杆直径ds=70mm,活节螺栓孔距L=220mm压套作用于填料的面压力取Pp=25MPa螺栓的许用应力σ1：按ASME 第Ⅱ卷(2004版)材料D篇表3，螺栓材质B7,取σ1=17.6 kgf/mm2. 螺栓内径d so={[(Ds2-ds2).Pp]/(2σ1)}1/2={[(95.42-702) ×25]/(2×17.6)}1/2=17.47mm 故选取1-8活结螺栓.6.2压板计算压板外圆D=134mm;压板内孔直径d 1=74mm压板应力强度值根据ASME第Ⅱ卷D篇(2004版)表2A,材质为WCB(20),取S m =161 MPa由高使用压力决定的载荷P YP Y=(π/4)（(Ds2-ds2).Pp=(π/4) ×（(95.42-702) ×25=82447.8N压板厚度h={6P Y.L/[5(D-d 1) S m]}1/2={6P Y×220/[5×(134-74) ×161]}1/2=47.5mm 实际厚度为52mm,合格.6.3销轴计算销轴剪应力τ=110.4MPa销轴直径d s= [P Y/(π.τ)] 1/2=[82447.8/(π×110.4)] 1/2=15.42mm实际直径为20mm,合格.计算: 日期:校核: 日期:批准: 日期:。
阀门设计计算书
阀门设计计算书一、引言阀门作为流体控制的重要设备，其设计计算是确保其正常运行的关键。
本文将对阀门设计计算的相关内容进行详细介绍。
二、阀门选型计算1. 流量计算根据阀门所处的工况和要求，通过流量计算确定阀门的尺寸和额定流量。
流量计算可以通过根据流体的性质和系统需求，利用公式或者流量计算软件进行求解。
2. 压力损失计算阀门在实际工作中会产生一定的压力损失，因此需要进行压力损失计算。
根据阀门的类型、材料、流体性质、流速等参数，通过经验公式或者阀门厂家提供的数据，计算出阀门的压力损失。
3. 阀门尺寸计算阀门的尺寸设计是根据工作流量和压力损失来确定的。
根据流量和压力损失计算的结果，结合阀门的特性曲线，选择合适的阀门尺寸。
三、阀门材料计算1. 阀门材料选择根据阀门所处的工况和流体性质，选择合适的阀门材料。
常见的阀门材料有铸铁、碳钢、不锈钢等，根据阀门的工作温度和介质的特性，选择适合的材料。
2. 阀门密封材料选择阀门的密封性能对其正常运行起着至关重要的作用。
根据阀门的工作温度、压力和介质的特性，选择合适的阀门密封材料。
常见的阀门密封材料有橡胶、聚四氟乙烯等。
四、阀门强度计算1. 阀门承受的压力计算根据阀门的工作压力和尺寸，计算阀门承受的压力。
可以通过应力分析和弹性力学原理进行计算。
2. 阀门的开启和关闭力矩计算阀门的开启和关闭力矩对其操作起着重要作用。
通过阀门的结构设计和力学计算，计算出阀门的开启和关闭力矩。
五、阀门可靠性计算1. 阀门的寿命计算根据阀门的设计寿命要求和使用环境，通过可靠性计算，预测阀门的使用寿命，并进行合理的设计。
2. 阀门的安全系数计算阀门在使用过程中需要考虑一定的安全系数，以应对突发情况。
通过对阀门的设计参数和工作条件进行计算，确定阀门的安全系数。
六、阀门流体特性计算1. 阀门的流量特性计算阀门的流量特性对其控制性能起着决定性作用。
通过阀门的结构和流体力学计算，确定阀门的流量特性，包括开启度、流量系数等。