150LB球阀设计计算书1.docx
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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：
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ANSIB16.34C=0.1英寸
英寸（毫米）
口径
2″
2.5″
3″
4″
6″
8″
t
0.13
（3.3）
0.14
（3.57）
0.15
（3.81）
0.17
（4.32）
0.2
（5.08）
0.23
（5.84）
查ANSIB16.34得壁厚
0.22
（5.59）
0.22
（5.59）
0.22
（5.59）
0.25
（6.35）
0.28
（7.11）
0.31
（7.87）
实际确定壁厚
0.28
（7.0）
0.28
（7.0）
0.2841
（7.0）
0.31
（8.0）
0.35
（9.0）
0.39
（10.0）
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：
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）;
Di－为阀体中腔内径（mm）;
λ－系数；
［σH］－法兰颈许用轴向应力（Mpa）;
MO=FDSD＋FrSr＋FGSG
式中：
FD－作用在法兰内径面积上的流体静压轴向力（N）;
SD－从螺栓孔中园致力FD作用位置处的径向距离（mm）;
Fr－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）;
Sr－从螺栓孔中心园致力于Fr作用位置处的径向距离（mm）;
FG－用于窄面法兰垫片载荷（N）;
SG－从螺栓孔中心园致力FG作用位置处的径向距离（mm）;
FD=0.785Di2P
SD=S＋0.5δ1
FG=W-F（W=Wp）
Wp=F+Fp+Q
F=0.785DG2P
Fp=2πbDGmP
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）;
Db－法兰螺栓孔中心园直径（mm）;
DG－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
Dm－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）；
口径
2″
2.5″
3″
4″
6″
8″
σH
47
51
78
36
38
70
M0
312785
474250
1072954
1288437
3659284
9005078
FD
11343
17309
27772
41713
98125
170973
SD
12.5
13.5
20
15.5
21
31.25
Fr
1093
1344
3000
3660
8007
10519
Sr
16
16
22
19
25
35
FG
9922
14112
22613
32706
62155
101354
SG
15.5
15.5
20
17.5
22.5
32.5
Di
85
105
133
163
250
330
S
9
10
16.5
10.5
14.5
25
δ1
7
7
7
10
13
12.5
Db
120
140
180
205
305
405
DG
89
109
140
170
260
340
Wp
22358
32765
53385
78079
168287
282846
F
12436
18653
30772
45373
106132
181492
Fp
5592
6849
10996
13352
20420
26704
Q
4330
7263
11618
19354
41734
74651
b
4
4
5
5
5
5
Dm
52.5
68
86
111
163
218
δf
14
17
17
20
22
36
e
0.0410
0.0369
0.0328
0.0277
0.0211
0.0174
T
1.59
1.65
1.66
1.72
1.76
1.78
A
8693
10869
12233
35603
107581
111700
δIS
7
7
7
8
9
10
U
4
4.5
4.5
5.7
7
7
V
0.55
0.55
0.55
0.37
0.25
0.36
λ
1.6
1.8
2.1
2.2
2.3
2.5
D0
152
172
216
241
345
445
D0/Di
1.79
1.64
1.62
1.48
1.38
1.35
σH≤〔σH〕=130.5
合格
2.中法兰的径向应力计算:
式中：
σR－法兰的径向应力（Mpa）;
［σR］－法兰许用的径向应力（Mpa）;
口径
2″
2.5″
3″
4″
6″
8″
σR
21
16
23
16
21
15
σR≤〔σR〕=108
合格
3.中法兰的切向应力计算:
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）;
口径
2″
2.5″
3″
4″
6″
8″
σT
41
36
56
46
81
56
Y
3.51
4.11
4.18
5.14
6.19
6.65
Z
1.91
2.19
2.22
2.69
3.21
3.44
σT≤〔σT〕=108
合格
三、.法兰螺栓拉应力验算：
式中：
σL－法兰螺栓断面积所承受的拉应力（Mpa）;
dm－螺栓断面有效面积（mm2）;
n－螺栓数量；
［σL］－螺栓材料的拉应力（MPa）。
口径
2″
2.5″
3″
4″
6″
8″
σL
49
48
43
63
74
94
dm
113
113
154
154
189
189
n
4
6
8
8
12
16
σL＜［σL］
故：
螺栓满足要求
四、力矩计算：
MF=MQF+MFJ+MFC
式中
MF-浮动球球阀力矩（N.mm）
MQF-浮动球球阀的球体与阀座密封面间的摩擦力矩（N.mm）
MFT-填料与阀杆间摩擦力矩（N.mm）
MFC-阀杆头部的摩擦力矩（N.mm）
QFZ=QMZ+QT
QMZ=QMJ+QMF
式中
DmP-阀座密封面的平均直径（mm）
fM-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
dF-阀杆直径（mm）
bT-填料宽度（mm）
hT-填料深度（mm）
dFJ-阀杆头部接触面直径（mm）
QFZ-阀杆总轴向力（N）
QMZ-密封面上总轴向力（N）
QMJ-密封面处介质作用力（N）
DMN-密封面内径（mm）
DMW-密封面外径（mm）
bM-密封面宽度（mm）
QMF-密封面上密封力（N）
qMF-密封面上必须比压（Mpa）
fD-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）
口径
2″
2.5″
3″
4″
6″
8″
MF
18479
33597
68571
123436
377904
851250
MQF
10919
21919
44079
90528
292350
706374
MFJ
5112
7361
13359
17449
41237
53250
MFC
2448
4316
11132
15459
44317
91626
DmP
53
68
86.25
111
162
217.5
R
41
50
62.5
77.5
117.5
157.5
DMN
51
65
80
107
155
207
DMW
55
71
92.5
115
169
228
QT
511.2
613.44
954.24
1090.56
1874.4
2130
dF
20
24
28
32
44
50
ψ
2.13
2.13
2.13
2.13
2.13
2.13
bT
6
6
8
8
10
10
dFJ
3
4
6
6
8
10
QFZ
9586
15203
26052
34254
69760
120278
R1
50
55
55
57.5
60
60
R2
31.5
31.5
40
40
45
45
QMZ
9075
14590
25098
33163
67885
118148
QMJ
4412
7263
11685
19354
41224
74308
QMF
4662
7326
13413
13809
26661
43840
bM
2
3
6.25
4
7
10.5
qMF
14
11
8
10
7
6
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：
式中：
τN－I－I断面处扭转应力（Mpa）;
MF－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）；
［τN］－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）;
口径
2″
2.5″
3″
4″
6″
8″
τN
16.0
14.4
26.1
29.0
38.3
57.7
MF
18479
33597
68571
123436
377904
851250
ω
1152
2333
2624
4259
9878
14746
β
0.42
0.4
0.45
0.4
0.45
0.45
a
14
18
18
22
28
32
b
24
28
32
36
50
58
b/a
1.7
1.6
1.8
1.6
1.8
1.8
〔τN〕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
式中：
τN2－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）;
口径
2″
2.5″
3″
4″
6″
8″
τN
21.7
21.9
29.4
38.5
55.5
58.9
MF
18479
33597
68571
123436
377904
851250
ω
851
1534
2333
3204
6810
14463
β
0.31
0.263
0.4
0.346
0.346
0.31
a
14
18
18
21
27
36
b
20
22
28
32
40
50
b/a
1.4
1.2
1.6
1.5
1.5
1.4
因：
τN≤〔τN〕故：
合格
六、密封比压计算：
附图
式中：
qMF-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）
DMN-密封面内径（mm）
DMW-密封面外径（mm）
口径
2″
2.5″
3″
4″
6″
8″
q
13
11
7
14
12
10
qMF
8
7
5
6
4
4
DMN
51
65
80
107
155
207
DMW
55
71
92.5
115
169
228
bM
2
3
6.25
4
7
10.5
符合条件合格
七、作用在手柄上的启闭所需力：
式中;
QS－作用在手柄上启闭的力（N）;
MF－阀门启闭转矩（N·mm）;
L－手柄长度（mm）;
口径
2″
2.5″
3″
4″
6″
8″
QS
80
146
171
247
472
851
L
230
230
400
500
800
1000
MF
18479
33597
68571
123436
377904
851250
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、API6D《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.
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