LB球阀设计计算书
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————————————————————12.中法兰强度计算———————————————————23.法兰螺栓拉应力验算—————————————————74.力矩计算——————————————————————85.阀杆强度校算————————————————————116.密封比压计算————————————————————137.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ANSI B16.34 C=0.1英寸 英寸(毫米)口径2″2.5″3″4″6″8″t0.13(3.3)0.14(3.57)0.15(3.81)0.17(4.32)0.2(5.08)0.23(5.84)查ANSI B16.34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+QF=0.785DG2PFp=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=1δIS－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″σH47 51 78 36 38 70 M0312785 474250 1072954 1288437 3659284 9005078 FD11343 17309 27772 41713 98125 170973 SD12.513.52015.52131.25Fr1093 1344 3000 3660 8007 10519 Sr16 16 22 19 25 35 FG9922 14112 22613 32706 62155 101354 SG15.515.52017.522.532.5Di85105133163250330S91016.510.514.525δ1777101312.5Db120140180205305405DG89109140170260340Wp22358 32765 53385 78079 168287 282846 F12436 18653 30772 45373 106132 181492 Fp5592 6849 10996 13352 20420 26704 Q4330 7263 11618 19354 41734 74651 b445555Dm52.56886111163218δf141717202236e0.0410 0.0369 0.0328 0.0277 0.0211 0.0174 T1.59 1.65 1.66 1.72 1.76 1.78 A8693 10869 12233 35603 107581 111700 δIS7778910U44.54.55.777V0.550.550.550.370.250.36λ1.61.82.12.22.32.5D0152172216241345445D0/Di1.79 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″σR211623162115σR≤〔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″σT413656468156Y3.514.114.185.146.196.65Z1.912.192.222.693.213.44σT≤〔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″σL494843637494dm113113154154189189n46881216σL＜［ 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+QTQMZ=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″MF184793359768571123436377904851250MQF10919219194407990528292350706374MFJ5112736113359174494123753250MFC2448431611132154594431791626DmP536886.25111162217.5R415062.577.5117.5157.5DMN516580107155207DMW557192.5115169228QT511.2613.44954.241090.561874.42130dF202428324450ψ2.132.132.132.132.132.13bT66881010dFJ3466810QFZ958615203260523425469760120278R150555557.56060R231.531.540404545QMZ907514590250983316367885118148QMJ4412726311685193544122474308QMF4662732613413138092666143840bM236.254710.5qMF141181076五、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″τN16.014.426.129.038.357.7MF184793359768571123436377904851250ω1152233326244259987814746β0.420.40.450.40.450.45a141818222832b242832365058b/a1.71.61.81.61.81.8〔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″τN21.721.929.438.555.558.9MF184793359768571123436377904851250ω851153423333204681014463β0.310.2630.40.3460.3460.31a141818212736b202228324050b/a1.41.21.61.51.51.4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″q13117141210qMF875644DMN516580107155207DMW557192.5115169228bM236.254710.5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″QS80146171247472851L2302304005008001000MF184793359768571123436377904851250参考文献：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.。
