球阀设计计算书

上海美科阀门有限公司文件号：产品名称固定球阀10STQ3R59CG设计计算书编制审核批准2008年9月上海美科阀门有限公司目录阀体壁厚验算………………………………………………………………………………1阀盖壁厚验算………………………………………………………………………………2密封面上的计算比压………………………………………………………………………31.33倍中腔泄压能力的计算………………………………………………………………4阀杆启闭扭矩的计算………………………………………………………………………5阀杆强度验算………………………………………………………………………………7阀杆扭转变形的计算………………………………………………………………………8阀杆键连接强度验算………………………………………………………………………9中法兰螺栓强度验算………………………………………………………………………10流量系数计算………………………………………………………………………………11吊耳的强度计算……………………………………………………………………………12参考资料1、API6D管道阀门2、ASMEB16.34阀门—法兰、螺纹和焊端连接的阀门3、ASME锅炉与压力容器规范第Ⅱ卷4、ASME锅炉与压力容器规范第Ⅷ卷5、API600钢制闸阀法兰和对焊连接端，螺栓连接阀盖说明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-29～38℃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上海美科阀门有限公司型号10STQ3R59CG简图零件名称阀体材料牌号ASTMA105计算内容壁厚验算根据ASME16.34序号计算数据名称符号公式数值单位1壳体计算壁厚t1'1.5Pcd2S-1.2Pc12.38mm2计算压力Pc设计给定300psi3计算内径dMax（d’d0）254mm4基本应力系数S设计给定7000psi5附加厚度C设计给定4.0mm6阀体标准厚度tmASTMB16.348.4mm7阀座外径DH设计给定270mm8理论内径d'Dn/1.5180mm9公称内径d0设计给定254mm10阀体实际壁厚t'设计给定25mmASTMA216WCB材料许用应力取值1常温下抗拉强度/3.5Re/20/3.520000.0psi2常温下抗拉强度查ASME-Ⅱ-D70000psi3常温下屈服强度/1.5Rm/20/1.524000.0psi4常温下屈服强度查ASME-Ⅱ-D36000psiRe/20/3.5＞7000Rm/20/1.5＞7000取基本应力系数7000满足要求结论：t'＞t1't'＞tm合格-1-+C上海美科阀门有限公司型号10STQ3R59CG简图零件名称阀盖材料牌号ASTMA105计算内容壁厚验算根据ASME16.34序号计算数据名称符号公式数值单位1壳体计算壁厚t1'1.5Pcd2S-1.2Pc12.69mm2计算压力Pc设计给定300psi3计算内径dMax（d’d0）263.33mm4基本应力系数S设计给定7000psi5附加厚度C设计给定4.0mm6阀体标准厚度tmASTMB16.3411.2mm7筒体实际内径Dn设计给定395mm8理论内径d'Dn/1.5263.33mm9公称内径d0设计给定254mm10阀体实际壁厚t'设计给定33mmASTMA216WCB材料许用应力取值1常温下抗拉强度/3.5Re/20/3.520000.0psi2常温下抗拉强度查ASME-Ⅱ-D70000psi3常温下屈服强度/1.5Rm/20/1.524000.0psi4常温下屈服强度查ASME-Ⅱ-D36000psiRe/20/3.5＞7000Rm/20/1.5＞7000取基本应力系数7000满足要求结论：t'＞t1't'＞tm合格-2-+C上海美科阀门有限公司型号10STQ3R59CG简图零件名称阀座材料牌号A105+F4计算内容密封面计算比压根据《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密封面计算比压qcos8)4.06.0(222RhDDDPMWMNJH4.16MPa2计算密封活塞外径JHD设计给定270mm3阀座密封面内径MND设计给定271.2mm4阀座密封面外径MWD设计给定276.2mm5球体的半径R设计给定193.5mm6密封面带轴向宽度h21LL2.5mm7球体与密封圈接触点与通道轴法向夹角cosRLL2210.7078密封圈外径到轴心的距离2L设计给定205.2mm9密封圈内径到轴心的距离1L设计给定207.7mm10设计压力P设计给定，（取公称压力）5.1MPa14密封面许用比压[q]聚四氟乙烯取15.0Mpa，尼龙取30.0MPa15.0MPa结论q≤[q]合格-3-上海美科阀门有限公司型号10STQ3R59CG简图零件名称阀座弹簧材料牌号INCONELX750计算内容1.33倍中腔泄压能力计算根据中腔压力大于进口压力1.33倍要求阀座泄压序号计算数据名称符号公式数值单位1关闭时中腔泄压的压差ΔP0.33P1.69MPa2计算压力P5.11MPa3密封面平均直径DM（DMW+DMN）/2275.7mm4阀座密封面内径DMN设计给定271.2mm5阀座密封面外径DMW设计给定276.2mm6需要施加的弹簧力QN0.7854（D2JH–D2M）ΔP3629N7单个弹簧施加的力Qn’QMF/N129.6N8弹簧的个数N设计给定289单个弹簧载荷Qn弹簧设计工作范围124～207N，取平均值165N结论：QnQn’合格-4-上海美科阀门有限公司型号10STQ3R59CG简图零件名称阀杆材料牌号ASTMA276410计算内容阀杆总摩擦扭矩计算根据《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总摩擦扭矩FMZCFTQGMMM1201516Nmm2固定球球阀的球体与阀座密封面间的摩擦力矩QGM21QGQGQGMMM146193Nmm3阀座对球体的预紧力产生的摩擦力矩1QGM4/)cos1)((22RfqDDMMMNMW70288Nmm4阀座密封圈与球体接触面外径MWD设计给定276.2㎜5阀座密封圈与球体接触面内径MND设计给定271.2㎜6球体与密封圈接触点与通道轴法向夹角设计选定45°7阀体最小预紧比压Mq0.1P但不小于2Mpa；对聚四氟乙烯或卡普隆密封圈大于等于1Mpa2.0MPa8球体与密封面间摩擦因数Mf对聚四氟乙烯密封面为0.05～0.15对卡普隆密封面为0.1～0.150.19球体半径R设计给定193.5㎜10由介质工作压力产生的摩擦力矩2QGM)5.05.0(cos8222MWMNJHMDDDRpf75905Nmm11活动套筒阀座外径JHD设计给定278.65㎜12设计压力p设计给定（取公称压力PN）5.0MPa13填料与阀杆的摩擦力矩FTM21FTFTFTMMM82361Nmm14O形圈与阀杆摩擦力矩1FTM62/)6.04(121bPZfdMFT34902Nmm15阀杆直径1d设计给定65㎜16阀杆处O形圈的数量Z设计给定217石墨垫片与阀杆摩擦力矩2FTMQT2d1/247458Nmm-5-上海美科阀门有限公司型号10STQ3R59CG简图零件名称阀杆材料牌号ASTMA276410计算内容阀杆总摩擦扭矩计算根据《实用阀门设计手册》序号计算数据名称符号公式数值单位18石墨垫片与阀杆摩擦力QT2Ψd1btP1461.4N19石墨垫片的厚度bt设计给定3mm20系数Ψ设计给定1.521O形圈与阀杆间摩擦因数f取f=0.80.822O形圈的直径1b设计给定65㎜23轴承产生的摩擦力矩zcM8/2QJZJHdpfD972961Nmm24轴承摩擦因数Zf用聚四氟乙烯制的滑动轴承为0.05～0.1，滚动轴承为0.0020.125轴颈QJd设计给定75㎜26计算扭矩1201.2Nm27实际选用扭矩4500Nm28轴承摩擦因数Zf用聚四氟乙烯制的滑动轴承为0.05～0.1，滚动轴承为0.0020.129轴颈QJd设计给定75㎜30计算扭矩MF1201.2Nm31实际选用齿轮箱扭矩MB4500Nm结论：MB＞MF合格-6-上海美科阀门有限公司型号10STQ3R59CG简图零件名称阀杆材料牌号ASTMA294140计算内容阀杆强度验算根据《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阀杆端头扭转剪切应力N][/NFM19.1Mpa2阀杆端头所受力矩FM见（阀杆力矩计算）1201200N·M3Ⅰ-Ⅰ断面抗转矩端面系数3a62878㎜34系数查表5-1530.385阀杆头方形端面边长a设计给定54.9㎜6阀杆头矩形端面厚度b设计给定88㎜7材料许用扭切应力][N查表ASMEⅡ材料，D篇（0.6）96.04Mpa8Ⅱ-Ⅱ断面处扭转剪切应力N][)16//(3fFdM25.74Mpa11阀杆直径fd设计给定64.8㎜12材料的许用剪切应力][查表ASMEⅡ材料，D篇（0.6L）95.16MPa13Ⅲ-Ⅲ断面处的扭转应力ⅢN][/NFWMⅡ27.6MPa14Ⅲ-Ⅲ断面处的抗扭系数ⅡW1211312)(16dtdtbd43588.9㎜315阀杆键槽的宽度1b设计给定18㎜16阀杆键槽的深度t设计给定7.07㎜17Ⅲ-Ⅲ断面的阀杆直径1d设计给定61.95㎜18结论ⅠN≤][N，≤][，ⅢN≤][N合格-7-上海美科阀门有限公司型号10STQ3R59CG简图零件名称阀杆材料牌号ASTMA294140计算内容阀杆扭转变形计算根据《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扭转变形角度计算)*(PIGLT0.00252rad2转动力矩T见（阀杆力矩计算）1201200N·mm3轴受转矩长度L设计给定240mm4切变模量G80000Mpa5轴直径d设计给定61.8mm6轴截面的极惯性矩Ipπd4/321431310mm47将扭转变形角变为“度”’180/3.140.144°8允许最大角位移][m设计给定2°结论＜][m合格-8-上海美科阀门有限公司型号10STQ3R59CG简图零件名称平键材料牌号ASTMA291045计算内容键连接的强度验算根据《实用阀门设计手册》序号数据名称符号公式或索引数据单位1平键比压计算P][21PKLndT134MPa2总转矩T见阀杆计算1201200N·mm3键数n设计给定14键的工作长度L设计给定63MPa5键与轮廓的接触高度K设计给定（h/2）4.6㎜6键的高度h设计给定11㎜7阀杆的直径1d设计给定61.8㎜8许用比压][P查表200MPa9平键剪应力计算t][21bLndT34.2MPa10键的宽度b设计给定18㎜11许用剪应力][查表6-37（球阀设计与选用）120MPa18结论P≤][P，t≤][合格-9-上海美科阀门有限公司型号10STQ3R59CG简图零件名称中法兰螺栓材料牌号ASTMA193B7计算内容中法兰螺栓连接的强度验算根据ASMEB16.34序号计算数据名称符号公式数值单位1ASMEB16.34计算公式90002.65abgcSAAP66452螺栓抗拉应力总有效面积bA1ZFAb5188.8㎜23螺栓数量Z设计给定164单个螺栓的截面积1F设计给定324.3㎜25螺栓直径ld设计给定24㎜6O型圈的有效外周边面积gA414.32DPgDA130100.7㎜27O型圈的直径DPD设计给定407㎜8压力额定植cP设计给定3009系数2K给定0.3510螺栓在38℃时的许用应力aS查表ASMEⅡ材料，D篇P384（对大于138MPa的许用应力，取138MPa）138Psi11bgcAAP≤65.2Sa≤900075