闸阀截止阀球阀扭矩计算.docx
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闸阀截止阀球阀扭矩计算
闸阀截止阀操作转矩计算法（热工所/罗托克经验公式）
此计算方法，比“三化”使用计算方法要简便得多，计算结果接近实
际转矩，已由对电厂实测结果证实。
此计算方法主要由以下儿个部分组成：
1、计算介质压力对阀门闸板或阀芯施加推力乘阀门系数，即：
P1=FXPXK
式中：
F二阀门通径面积（cm2）；P二介质工作压力（kg/cm2）；K二阀门系数，视介质种类、温度及阀门行驶而定。
阀门通径面积表
通径
面积
通径
面积
通径
面积
通径
面积
（mm）
（cm2）
（mm）
（cm2）
（mm）
（cm2）
（mm）
（cm2）
6
0.283
65
33.183
300
706.85
1000
7853.982
8
8
0.503
80
50.265
350
962.11
1100
9503.318
3
10
0.785
100
78.540
400
1256.6
1200
11309.31
37
8
15
1.767
125
122.71
450
1596.4
1300
13273.22
8
31
8
20
3.141
150
176.71
500
1963.4
1400
15393.80
5
95
4
25
4.909
175
240.52
600
2827.4
1500
17671.45
8
33
8
32
8.042
200
314.15
9
700
3848.4
51
1600
20106.19
2
40
12.566
225
397.60
800
5026.5
1800
25446.90
8
48
0
50
19.635
250
490.87
900
6361.7
2000
31415.92
4
25
6
阀门系数表
阀门类别
液体
气体
400°C以
下
400°C以
上
540°C以
下
540°C以
上
平行板式闸阀
0.25
0.3
0.35
0.45
刚性楔式闸阀
0.35
0.4
0.45
0.5
50mm以上截止阀
1.15
1.15
1.15
1.15
50mm以下截止阀
1.5
1.5
1.5
1.5
喑杆闸阀和水闸阀
在闸阀基础上乘以1.25
2、计算填料摩擦推力和转矩，以及阀杆活塞效应所产生推力总和P2。
压紧填料压盖，会给明杆闸阀阀杆增加摩擦力，给旋转杆阀门阀杆增加转矩。
管道压力作用于阀杆（通过填料压盖处）截面积上，为开启阀门趋势。
当道压力在64kgf/cm2以上时介质对明杆闸阀阀杆推力是很大，即所
谓活塞效应。
故当介质压力^64kgf/cm2时，对于明杆闸阀应予考虑。
而
对截止阀，其阀杆面积已包括在阀芯面积中，所以活塞效应可忽略。
对于暗杆阀，以上3项均应计算。
填料摩擦推力和转矩以及阀杆活塞效应表
明杆升降式
阀杆直径
25mm以下
25〜50mm
50mm以上
填料摩擦推力
推力
500Kgf
680Kgf
llOOKgf
明杆升降式
阀杆活塞效应
管道压力在64kgf/cm2以上时，
介质对阀杆推力二管道压力X阀杆通过填料处截面
积
旋转杆式填料摩擦转
矩
摩擦转矩二摩擦推力X阀杆通过填料处半径
3、计算阀门阀杆总推力（Kgf）,即SP=P1+P2,再将此推力乘以下表中阀杆系数，获得阀门操作转矩Kgf.M
梯形螺纹阀杆系数（kgf.m/kgf）表（阀杆尺寸二直径X螺距，单
位：
mm）
阀杆尺
寸
阀杆系
数
阀杆尺
寸
阀杆系
数
阀杆尺
寸
阀杆系
数
阀杆尺
寸
阀杆系
数
10X3
0.00111
28X5
0.00266
48X8
0.00449
90X12
0.00804
12X3
0.00125
30X6
0.00294
50X8
0.00464
95X12
0.00840
14X3
0.00140
32X6
0.00308
52X8
0.00478
100X12
0.00876
16X3
0.00154
34X6
0.00323
55X8
0.00500
110X12
0.00948
16X4
0.00167
36X6
0.00337
60X8
0.00536
120X12
0.01072
18X4
0.00181
38X6
0.00351
65X8
0.00598
注：
对于內螺纹阀杆系数要乘以1.5；对于水闸阀阀杆系数要乘以
1.25；并确保估算推力最小为阀门重量三倍。
20X4
0.00195
40X6
0.00366
70X10
0.00634
22X5
0.00223
42X6
0.00380
75X10
0.00670
24X5
0.00238
44X8
0.00420
80X10
0.00706
26X5
0.00252
46X8
0.00435
85X12
0.00768
采用此方法计算，应知道以下参数，即：
阀门前后压差（最小用
2.5kgf/cm2,如果管道压力高，则釆用管道压力），阀门形式、介质种类、阀杆直径及螺距。
现以下列示例来说明计算方法及步骤。
有一明杆楔式闸阀，公称直径为100mm,管道压力为40kgf7cm2，阀杆为Tr28*5mm,介质为520°C蒸汽，求阀门操作转矩。
1•由表1査得阀门通道面积:
78.540cm2；
2.取压差，阀门工作恶劣情况是在管道压力下开启，故，压差：
40kgf/cm2;
3.由表2查得阀门系数：
0.45；
4.净推力为:
P1=FXPXK=
（1）X
（2）（X3）=78.540X40X0.45=1413.72kgf;
5.由表3査得摩擦推力P2：
680kgf；
6.如管道压力为64kgf/cm2以上，应加入介质对阀杆推力，即活塞效应，因此例管道压力为40kgf/cm2,故不加。
7.总推力SP=P1+P2=（4）+（5）=1413.72+680=2093.72kgf；
8.由表4查得阀杆系数：
0.00266；
9.阀门操作转矩二工P*阀杆系数=（7）*（8）=2093.72*0.00266=5.57kgf.m；
10.换算成N.m,因lkgf.m=10N.m,所以5.57kgf.m=55.7N.m,圆整后为60N.mo
附闸阀密封面上总作用力及计算比压公式
密封面上总作用力=密封面处介质作用力+密封面上密封力
密封面处介质作用力=0.785X（密封面内径+密封面宽度）'X公称压力PN值1/10
密封面上密封力=3.14X（密封面内径+密封面宽度）X密封面宽度X
密封面必须比压
密封面必须比压（查表实用阀门设计手册笫三版表3-21）
密封面计算比压=密封面上总作用力/
3.14X（密封面内径+密封面宽度）X密封面宽度
＜密封面许用比压（查表实用阀门设计手册笫三
版表3-22）
浮动球阀总转矩计算
浮动球阀中，所有载荷由介质出口阀座密封圈承受，总转矩由下式计
必=必二+#r+Mj
式中：
姙：
球体在阀座中摩擦力矩
妇込+DMJ.p・R・m+c°s0）叶呗）
32cos0
式中：
于：
球体及阀座摩擦系数对聚四氟乙烯：
&0.05
对增强聚四氟乙烯：
F0.08〜0.15
对尼龙：
F0.1〜0.15
其它符号：
同前
船：
填料及阀杆摩擦力矩
①对聚四氟乙烯成型填料:
Mvv=0.6^•/•P（N
式中：
f:
阀杆及填料摩擦系数。
f=0.05
h:
单圈填料及阀杆接触高度（mm）
设计给定
Z：
填料圈数
设计给定
②对橡胶0型图:
0:
密封面法向及流道中心线夹角
式中：
Z：
0型圈个数，设计给定
设计给定
必j：
阀杆台肩及止推垫间摩擦力矩
o4
式中：
于:
摩擦系数按材料同前面规定选
取
2：
台肩外径或止推垫外径.选二者中小者（mm）
设计给定
固定球阀总转矩计算
在固定球阀中，球体受到作用力完全传递到支撑轴承上，
对进口密封固定球阀，其总转矩计算：
Mp=Mqz+Mpp++A/、"
式中:
姙:
球体在阀座中摩擦力矩
MqzmMqzi+Mqn
式中：
JQ：
由阀座对球体予紧力产生摩擦力矩
Mqzi=+（2肿一久N，）（1+COS0）伽•/（N•mm）4
式中：
0：
最小予紧比压（MPa）
取：
张=0"但不应小于2MPa
其它符号选取见前面规定鬆:
由介质工作压力产生摩擦力矩
兀・P寸・R（D）『一0・5£\（『—O・5qn/）（l+cos0）
8cos0
船：
填料及阀杆摩擦力矩（N・mm）
见浮动球阀计算
脛c:
轴承中摩擦力矩
必冼=£叫2（N•nun）
式中：
£:
轴承摩擦系数
对塑料制滑动轴承忑按产选取
对滚动轴承£=0.002
血：
球体轴颈直径（mm）设计给定,对滚动轴承，血二轴承中
$：
介质作用球体轴颈上总作用力
Q7J=兀如"（N）
8
姙:
阀杆台肩膀及止推垫间摩擦力矩（此项仅用上阀杆及球
体分开时结构，对整体必I二0）
Mw=—./（Dt+〃卜•尸・P（N・mm）
64、
球阀密封设计比压计算
1对浮动球阀：
什（Dm、、+DMn）P
q
4（»MW_»MN）
式中：
%：
阀座密封面外径（mm）设计给定
氐：
阀座密封面内径（mm）设计给定
P:
介质工作压力（MPa）
2对进口密封固定球阀
_P（琳-0.6DJ-0.4兀“J
q
SRhcos（p
式中：
加进口密封座导向外径（mm）设计给定
R：
球体半径（mm）设计给定
ht密封面接触宽度在水平方向投影（mm）
hH式中厶，厶：
球体中心至密封面距离（mm）
另一种转矩计算方法
固定球阀（阀前阀座密封）扭矩计算
总扭矩M：
M=Ma+Mt+Mu+Mc（N・mm）
式中底一球体及阀座密封圈间摩擦扭矩（N・mm）；
Mt-阀杆及填料间摩擦扭矩（N・mm）；
礼一阀杆台肩及止推垫摩擦扭矩（N・mm）；
此一轴承摩擦扭矩（N•mm）；
（1）比计算
M«=QR（1+cos4>）ut/2cos4>:
Q-固定球阀密封力（N）,Q=（Qmj-Qj）+2Q1-Q2；
Qmj-开
Qj=兀Pj
Qq-流体静压力在阀座密封面上引起作用力（p（dr-D：
:
）/4;
di—浮动支座外径（mm）；
必一浮动支座内径，近似等于阀座密封圈内径（mm）；
P—流体压力（MPa）；
Qj—流体静压力在阀座密封面余隙中作用力（P（D22-Dr）/4;
Pj—余隙中平均压力，当余隙中压力呈线性分布时，可近似地取
Pj=P/2（N）;
D：
—阀座密封圈外径（mm）；
Ql预紧密封力（N）,Qt=nqmP.（D22-Di2）/4；
q^—预紧所必需最小比压2»二0.IP（MPa）,并应保证q*N2MPa,弹性元件应根据Q值大小进行设计；
Q2-阀座滑动摩擦力（N）；
Q：
=ndi（0.33+0.92PodoP）
do-阀座0型圈横截面直径（mm）；
Uo—橡胶对金属摩擦系数,u0=0.3〜0.4；有润滑时,11。
二0.15；
R—球体半径（mm）；
e-密封面对中心斜角C）;
X—球体及密封圈之间摩擦系数，F-4：
4二0.05；填充F-4：
—二0.05〜0.08；尼龙：
"=0.15；填充尼龙：
"=0.32〜0.37；
（2）皿计算
Mt=Mtx+
Mtl-V型填料及圆形片状填料摩擦转矩
Mti=0.6兀UtZhd/P（N.mm）
Z—填料个数；
h-单个填料高度；4-阀杆直径（mm）；
Mt-0型圈摩擦转矩
Mt2=0・5口dT2（0.33+0.92PodoP）（N.mm）:
d。
一阀杆0型圈横截面直径（mm）；
（3）计算
乩二{兀叭（Dt+dT）3P）/64（N.mm）
Dt—止推垫外径（mm）;
（4）匾计算
Mc={JiUcdTdi2P}/8（N.mm）
Uc—轴承及阀杆之间摩擦系数，复合轴承：
nt=0.05〜0.1；
浮动球阀扭矩计算
总扭矩M（N・mm）为:
M=X+Mt+Mu
式中比一球体及阀座密封圈间摩擦扭矩（N・mm）；
皿一阀杆及填料间摩擦扭矩（N・mm）；
曲一阀杆台肩及止推垫摩擦扭矩（N・mm）；
（1）血计算
M„=QR（1+cos少）ut/2cos4）:
Q-浮动球阀密封力（N）；
Q=Qxj+Qi
Q灯一流体静压力在阀座密封面上引起作用力（N）
Q灯二Ji（Di+D〉P/16
Di—阀座密封面内径（mm）；
D：
—阀座密封面外径（mm）；
P—流体压力（MPa）；
Q】一预紧密封力（N）；
Qx=26£卩幻/（Dx+D2）（tg少一密封面对中心斜角「）；
i—阀座预压紧压缩量（mm）；
E—阀座材料弹性模量（MPa）,F-4：
E=470〜800MPa；尼龙:
E=1500MPa；
F«j—阀座横截面积（mm）；
「一球体及密封圈之间摩擦系数，F-4：
Pt=0.05；填充F-4：
—二0.05〜0.08尼龙：
Mt=0.15；填充尼龙：
u产0.32〜0.37；
R—球体半径（mm）；
e-密封面对中心斜角C）;
（2）比计算
Mt=Mti+Mt2
血一V型填料及圆形片状填料摩擦转矩
Mtl=0.6nZhdfP/2（N.mm）
Z—填料个数；h一单个填料高度；
击一阀杆直径（mm）；Mt-0型圈摩擦转矩
Mt2=0.6nd：
2（0.33+0.92UodoiP）/2（N.mm）:
doi—阀杆0型圈横截面直径（mm）；
（5）M3十算
扎二Ji—（Dr+dF）3P/64（N.mm）Df-止推垫外径
（mm）；
球阀密封设计比压计算q—设计比压；q=4Q/n（DLD「）必须保证q«F[q]—密封许用比压；查《实用阀门设计手册》第3版表3-22o
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