150LB球阀设计计算书1

球阀设计计算书2″~8″Q41F-150Lb

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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)

?

?πcos 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.