Q球阀设计计算说明书.docx
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Q球阀设计计算说明书
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、API6D………………………………………………………………管道阀门
2、ASMEB16.34…………………………………阀门—法兰、螺纹和焊端连接的阀门
3、ASMEB16.5…………………………………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、ASMEVIII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
型号
4"Q41F-150Lb
简
图
零件名称
阀体、阀盖
材料牌号
ASTMA216WCB
计算内容
阀体壁厚验算
根据
ASME16.34-Pg110
序号
计算数据名称
符号
公式
数值
单位
1
壳体计算壁厚1
6.5
mm
2
壳体计算壁厚2
6.6
mm
3
计算压力
Pc
设计给定
150
psi
4
计算内径
d
设计给定
4
inch
5
基本应力系数
SF
ASME16.34Pg160
7000
psi
6
阀体标准厚度
tm
ASTMB16.34（表3A-Pg96）
6.5
mm
7
阀体实际壁厚
设计给定
8
㎜
＞
，
＞
，
＞tm，合格
-1-
型号
4"Q41F-150Lb
简
图
零件名称
阀座
材料牌号
PTFE
计算内容
密封面比压验算
根据
《实用阀门设计手册》
序号
计算数据名称
符号
公式
数值
单位
1
密封面外径
DMW
设计给定
119
mm
2
密封面内径
DMN
设计给定
108
mm
3
密封面宽度
bm
设计给定
5.5
mm
4
计算压力
P
PN设计给定
2.0
MPa
5
密封面必须比压
qMF
查手册表3-13
4.85
MPa
6
密封面计算比压
q
10.318
MPa
7
密封面许用比压
[q]
查手册表4-66（阀门设计手册Pg428）
15
MPa
结论：
〔q〕≥q≥qMF
合格
-2-
型号
4"Q41F-150Lb
简
图
零件名称
阀杆
材料牌号
ASTMA182F6a
计算内容
阀杆总转矩及圆周力
根据
《实用阀门设计手册》
序号
计算数据名称
符号
公式
数值
单位
1
球阀阀杆力矩
MF
MQF+MFT+MFC
47790.38
N·mm
2
球体与阀座密封
面的摩擦力矩
MQF
πpDMP2fMR（1+cosα）
32cosα
24413.89
N·mm
3
阀座密封面平均直径
DMP
见上页DMN+bm
113.5
mm
4
球与密封面摩擦系数
fM
对PTFE取0.05
0.05
5
球体半径
R
设计给定
80
mm
6
计算压力
P
设计给定
2.0
Mpa
7
球体与阀座接触点与通道轴法向角
α
设计选定=sin-1（DMP/2R）
45.4
（°）
8
填料与阀杆摩擦力矩
MFT
FTdF/2
13639.68
N·mm
9
填料与阀杆摩擦力
FT
ψdFbTP
852.48
N
10
系数
ψ
查表3-15按hT/bT确定
2.22
11
阀杆直径
dF
设计选定
32
mm
12
填料宽度
bT
设计选定
6
mm
13
填料深度
hT
设计选定
29.8
mm
14
阀杆头部
的摩擦力矩
MFC
FFZfTdFJ/4
9736.81
N·mm
15
阀杆头部接触面直径
dFj
37.398
mm
16
材料弹性模量
E
表3-6
2.12x105
Mpa
17
阀杆头部摩擦系数
fT
表3-26（3）
0.3
18
阀杆头部球面半径
R1
设计给定
60
mm
19
球体槽部圆弧半径
R2
设计给定
75
mm
--3-
20
阀杆总轴向力
FFZ
取
与
较大值
3471.42
N
21
关闭时阀杆总轴向力
3471.42
N
22
开启时阀杆总轴向力
2279.56
N
232
系数
K1-K4
查表3-31
24
密封面处介质作用力
20225.13
N
25
密封面上密封力
9506.70
N
26
阀杆径向截面上介质作用力
1607.68
N
27
弯曲应力
σW
MF/W
59.5
Mpa
28
弯曲截面积
W
803.84
mm2
29
许用弯曲应力
[σW]
阀门设计入门与精通表6-26
165
Mpa
30
手柄长度
L2
设计给定
423
mm
31
手轮圆周力
FS
API6D规定
360
N
32
L1
2MF/Fs
265.502
mm
：
[σW]≥σWL2＞L1合格
-4-
型号
4"Q41F-150Lb
简
图
零件名称
阀杆
材料牌号
ASTMA182F6a
计算内容
阀杆头部强度验算
根据
《实用阀门设计手册》
序号
计算数据名称
符号
公式
数值
单位
1
阀杆头部扭转切应力
τN
MF/Ws
9.9914
MPa
2
球阀阀杆力矩
MF
见前页
47790.38
N·mm
3
Ⅰ—Ⅰ断面系数
Ws
β*a3
4783.104
Mm3
4
系数
β
由b/a确定（查表5-164）
0.346
5
头部断面长
c
设计选定
34
mm
6
头部断面厚度
a
设计选定
24
mm
7
材料许用扭切应力
〔τN〕
0.6SM
110
MPa
8
额定工作压力下的设计应力强度
SM
2SY/3
183.33
MPa
9
最大操作力矩
M
取设计数值的2倍：
2MF
95580.76
N·mm
10
最大扭转切应力
τN“
2MF/Ws
17.278
MPa
11
材料规定的最小屈服强度
SY
ASME第二卷D篇Pg43
275
MPa
结论：
〔τN〕”＞τN”合格
-5-
型号
4"Q41F-150Lb
简
图
零件名称
中法兰螺柱
材料牌号
A193B7
计算内容
中法兰螺栓强度验算
根据
《ASMEVIII第一册附录2》
序号
计算数据名称
符号
公式
数值
单位
1
垫片反力载荷作用位置处的直径
G
设计给定
170
mm
2
垫片有效宽度
b
2.53
4
mm
3
垫片基本密封宽度
b0
表2-5.2
2.5
mm
4
垫片系数
m
表2-5.1
3
5
最小设计比压
y
表2-5.1
31
MPa
6
螺栓圆直径
C
设计给定
207.6
mm
7
法兰颈部直边厚度
g0
设计给定
12
mm
8
g1
设计给定
27.5
mm
9
法兰外径
A
设计给定
5432.2
mm
10
法兰内径
B
设计给定
10
mm
11
法兰盘厚
t
设计给定
1
mm
12
操作状态下所需的最小载荷
Wm1
Wm1=H+Hp
70995.4
N
预紧垫片状态下所需的最小载荷
Wm2
3.14Gby
66191.2
N
13
总的端部静压力
H
H=0.785G2P
45373
N
14
连接接触表面总压紧力
HP
HP=2bx3.14GmP
25622.4
N
15
常温下螺栓许用应力
Sa
ASMEII卷Pg564
631
MPa
16
设计温度下螺栓许用应力
Sb
ASMEII卷Pg564
572
MPa
17
设计温度下阀盖许用应力
Sf
ASMEII卷Pg564
138
MPa
18
操作状态下螺纹根部直径或无螺纹部分最小直径处的螺栓横截面积
Am1
Wm1/Sb
514.72
mm2
19
垫片预紧状态下螺纹根部直径或无螺纹部分最小直径处的螺栓横截面积
Am2
Wm2/Sa
383.72
mm2
20
所需的螺栓总横截面积
Am
Am1、Am2中较大值
514.72
mm2
-6-
21
螺栓根径
d'
设计给定
12.918
mm
22
螺栓个数
n
设计给定
8
23
螺栓根部直径横截面积
Ab
Ab=nπd2/4
1048
mm2
24
法兰设计螺栓载荷
W
（Am+Ab）Sa/2
134784.6
N
25
作用于法兰内截面的端部静压力
HD
0.785B2P
16334.28
N
26
总的端部静压力与作用于法兰内截面的端部静压力之差
HT
HT=H-HD
290.38.7
N
27
垫片压紧力
HG
HG=W-H
89411.6
N
28
从螺栓中心圆到法兰颈部与背面的交点间的径向距离
R
R=（C-B）/2-g1
25.3
mm
29
螺栓中心圆至HD作用圆的径向距离
hD
hD=R+0.5g1
39.05
mm
30
垫片压紧力作用位置至螺栓圆的径向距离
hG
（C+G）/2
18.8
mm
31
系数
h0
53
32
中心圆至HT作用圆的径向距离
hT
（R+g1+hG）
46
mm
33
由HD产生的力矩分量
MD
HDxhD
637853.6
N·mm
34
由HG产生的力矩分量
MG
HGxhG
1680938.08
N·mm
35
由HT产生的力矩分量
MG
HTxhT
1335780.2
N·mm
36
操作状态下或预紧垫片时作用在法兰上的总力矩
M0
MD+MG+MG
3654571.88
N·mm
-7-
37
系数
K
A/B
2.23
38
系数
T
图2-7.1
1.65
39
系数
Z
图2-7.1
1.75
40
系数
U
图2-7.1
3.2
41
系数
Y
图2-7.1
2.9
42
系数
F
图2-7.2
0.815
43
系数
V
图2-7.3
0.175
44
系数
f
图2-7.6
1.25
45
系数
L
0.73
46
法兰厚度
t
设计给定
12.5
mm
47
系数
e
F/h0
0.015
48
系数
d
Uh0g2/V
139556.6
49
颈部纵向应力
SH
80.9
N
50
法兰径向应力
SR
68.13
N
51
法兰切向应力
ST
80.4
N
52
（SH+SR）/2
74.5
N
53
（SH+ST）/2
80.65
N
结论：
Ab>Am,SH<1.5Sf,SR
-8-
型号
4"Q41F-150Lb
简
图
零件名称
阀体中法兰
材料牌号
ASTMA216WCB
计算内容
阀体中法兰强度验算
根据
《阀门设计计算手册》
序号
计算数据名称
符号
公式
数值
单位
1
计算载荷
Q
中法兰螺栓强度验算QL
55637.66
N
2
Ⅰ-Ⅰ处断面弯曲应力
σWⅠ
QX／WⅠ
35.5
MPa
3
力臂
X
（2*D-Dn-Dm）/4
10
mm
4
中法兰孔中心圆直径
D
设计给定
203
mm
5
阀体凹止口直径
Dn
设计给定
175
mm
6
中法兰颈部直径
Dm
设计给定
191
mm
7
断面系数
WⅠ
π（Dm+Dn）hⅠ2／12
15691
mm3
8
断面宽度
hⅠ
设计给定
12.8
mm
9
法兰厚度
H
设计给定
14.5
mm
10
止口深度
h
设计给定
6
mm
11
Ⅱ-Ⅱ处断面弯曲应力
σWⅡ
0.4QY／WⅡ
17.67
MPa
12
力臂
Y
设计给定
12.5
mm
13
内腔直径
d
设计给定
165
mm
14
断面系数
WⅡ
π（Dm+d）（Dm-d）2／48
15742.9
mm3
15
许用弯曲应力
〔σW〕
《阀门设计入门与精通》P217表6-11
133
MPa
结论：
〔σW〕＞σWⅠ〔σW〕＞σWⅡ合格
-9-
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：
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