球阀计算书_1.pdf

编号：JS/2150Lb-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 安阳益和阀业有限公司 设计计算书 JS/2150Lb-10 型 号 2Q41F-150Lb 材 料 ASTM A216-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 SB CPDPSLnB 3.2 mm 6.0 2 计算压力 P 设计给定 MPa 2.0 3 计算内径 Dn 设计给定 mm 90 4 许用拉应力 L 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 B16.34 标准计算 1 阀体壁厚的计算值 tm tm=0.020d+4.5 mm 5.5 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 SB t 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 SB 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 JS/2150Lb-10 型 号 2Q41F-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 12308.8 2 密封面处介质作用力 QMJ /4(DMN+bM).P N 12308.8 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 2.0 6 密封面必需比压 qMF 查表 4-10 MPa qMF=(4+0.6PN)/bM 2.12 7 密封面计算比压 q QMZ/(DMN+bM)bM MPa 4.67 8 密封面许用比压 q 查设计手册 4-66 MPa 20 要求 qMFqq,为合格 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 JS/2150Lb-10 型 号 2Q41F-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 Nm123282 查设计手册 P449 (4-206)2 体座间摩擦力矩 MQF D2mpPfMR(1+cos)/8cos/8 cos Nmm 75130 3 阀座密封面平均直径 Dmp 1/2*(DMW+DMN)mm 57 4 计算压力 P PN 设计给定 MPa 2.0 5 球与密封面摩擦系数 fM 查设计手册 P449 0.05 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 Nm2983 9 阀杆与填料摩擦力 QT dFhTTP N 298.3 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 T 查设计手册 P442 0.05 13 阀杆头部摩擦力矩 MFC MFC=MFD Nm 要求 结论 安阳益和阀业有限公司 设计计算书 JS/2150Lb-10 型 号 2Q41F-150Lb 材 料 ASTM A216 WCB 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 89.1 2 流量系数 AV AV=QV(/P)-2 M3/s 0.0025 3 体积流量 QV QV=/4D2U m3/s 0.0039 4 流量孔直径 D mm 50 5 流体在管道内的平均流速 U 取 13 的中间值 m/s 2 6 密度 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 0.4 要求 结论 安阳益和阀业有限公司 设计计算书 JS/2150Lb-10 型 号 2Q41F-150Lb 材 料 2Cr13 计算内容 阀杆强度的计算 1 序 号 计算数据名称 符号 式 中 符 号 公 式 单位 结果 1-断面的扭转应力 N N=Mm/WN MPa 9.72 2-断面抗扭转 断面系数 W W=0.9ba2 mm3 1394.82 3 a 见(1)P349 图 6-15 mm 15 4 b 见(1)P349 图 6-15 mm 28 5 见(1)P349 表 6-36 0.246 6 材料的许用扭转应力 N 查(1)P360 表 6-41 MPa 142.1 要求 结论 N N 合格 安阳益和阀业有限公司 设计计算书 JS/2150Lb-10 型 号 2Q41F-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-断面处的 剪切应力 =（D+d）2P/16dH MPa 3.6 2 D 见(1)P348 图 6-14 mm 28 3 d 见(1)P348 图 6-14 mm 20 4 H 见(1)P349 图 6-15 mm 4 5 材料许用剪切应力 查1p360 表 6-41 MPa 142.1 要求 结论 合格 安阳益和阀业有限公司 设计计算书 JS/2150Lb-10 型 号 2Q41F-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-断面的扭转应力 =M/WN MPa 9.7 2-断面处抗扭转断面系数 W W=d3/16 mm3 1570 d 设计给定 mm 20 要求 N 结论 合格 安阳益和阀业有限公司 设计计算书 JS/2150Lb-10 型 号 2Q41F-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 zy zy=Mm/0.12a2hzy MPa 41.8 2 a 见(1)P349 图 6-15 mm 15 3 h 见(1)P349 图 6-15 mm 12 4 zy 见（1）P350 MPa 122 5 6 要求 zyzy 结论 合格 安阳益和阀业有限公司 设计计算书 JS/2150Lb-10 型 号 2Q41F-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=(DT+dT)2TP/16 N 45.24 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=(DT+dT)P/4(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1520 见（1）P193 qT=3MPa1520 合格 安阳益和阀业有限公司 设计计算书 JS/2150Lb-10 型 号 2Q41F-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=0.6TZhdT2P Nmm 1130.97 2 止推垫片的摩擦 Mu Mu=T(DT+dT)3P/64 Nmm 542.87 3 摩擦系数 T 见1p192 0.05 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 JS/2150Lb-10 型 号 2Q41F-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 N.mm 15220.04 2 球体与阀座密封 面的摩擦转矩 Mm Mm=(D2+D1)2PRT(1+cos)/32 cos N.mm 13546.2 3 摩擦系数 T 见1p192 0.05 4 球体半径 R 设计给定 mm 44 5 密封面对中 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 JS/2150Lb-10 型 号 2Q41F-150Lb 材 料 PTFE 计 算 内 容 球阀密封力的计算 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=(D1+D2)2P/16 N 5100.93 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=5100.93N 安阳益和阀业有限公司 设计计算书 JS/2150Lb-10 型 号 2Q41F-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=1.2TdTZhP N 113.1 2 摩擦系数 T 见1p192 0.05 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 113.1N 安阳益和阀业有限公司 设计计算书 JS/2150Lb-10 型 号 2Q41F-150Lb 材 料 ASTM A193-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 28062.18 2 最小螺栓载荷 WP WP=0.785DG2P+2bDGmP+Q 见(1)P316 表 6-24 N 3 预紧螺栓时螺栓载荷 Wa Wa=bDGY+Q1 N 11230.995 4 球体与密封面预紧力 Q1 Q1=qmin（D22-D12）/4 N 2505.72 5 载荷作用位置 处垫片直径 DG 设计给定 mm 97.5 6 垫片有效宽度 b 设计给定 mm 3.75 7 垫片系数 m 见(1)P316表 6-25 1.75 8 垫片单位压紧载荷 Y 见(1)P316表 6-25 MPa 7.6 9 法兰螺栓拉应力 L L=W/AL MPa 48.5 10 螺栓许用拉应力 L 查(1)P320 表 6-23 MPa 230 11 螺栓承受应力下实际 最小总截面积 最小截面积 A 4R2 mm2 578.5 要求 L b1 合格 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