球阀计算书模板.doc

编号: JS/2″150Lb -10

设 计 计 算 书

项目名称: API 6D钢制球阀
规格型号: Q41F-150Lb DN2″
编 制:
审 核:
批 准:

安阳益和阀业有限企业

目 录

一、 阀体壁厚计算
二、 密封面总作用力及计算比压
三、 总扭矩及圆周力
四、 阀杆强度计算
五、 球体直径计算
六、 球阀密封力计算
七、 球阀阀杆与填料之间摩擦力计算
八、 阀杆台肩与止推垫片之间摩擦力计算
九、 填料及止推片摩擦转矩计算
十、 球阀转矩计算
十一、 阀体中法兰设计与计算
十二、 阀门流量系数计算
附录 参考文件

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
ASTM A216-WCB
计算内容
阀体壁厚计算
序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
计算厚度
S’B

mm
6.0
2
计算压力

P
设计给定
MPa
2.0
3
计算内径

Dn
设计给定
mm
90
4
许用拉应力

[δL]
查表4-3（或4-5）
MPa
82
5
腐蚀余量

C
设计给定
mm
5
6
实测厚度
SB

设计给定
mm
8
依据ASTM B16.34标准计算

1
阀体壁厚计算值
tm

tm =0.020d+4.5

mm
5.5

2
流道内径

d
设计给定
mm
50
3
实际壁厚
t

设计给定
mm
8

ASTM B1634
要 求
设计壁厚 SB >S’B t > tm (考虑腐蚀余量)
结 论
经计算 t > tm 合格 注: 管路标准温度压力级是依据材
SB >S’B 料在对应温度下许用应力而
制订, 故不进行高温核实。

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
PTFE
计算内容
密封面总作用力及计算比压
序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
密封面总作用力
QMZ

QMJ
N
12308.8
2
密封面处介质作用力
QMJ

π/4(DMN+bM)².P
N
12308.8
3
密封面内径

DMN
设计给定
mm
50
4
密封面宽度

bM
设计给定
mm
6
5
计算压力

p
PN设计给定
MPa
2.0
6
密封面必需比压
qMF

查表4-10
MPa

qMF=(4+0.6PN)/

2.12
7
密封面计算比压
q

QMZ/π(DMN+bM) bM
MPa
4.67
8
密封面许用比压
[q]

查设计手册4-66
MPa
20

要求
qMF≤q≤[q], 为合格
结论
经计算, 结果符合要求, 合格。

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
2Cr13
计 算
内 容
总扭矩及圆周力
序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
阀杆总扭矩
MF

MQF+ MFT+ MFC
N·mm
123282

查设计手册 P449 (4-206)

2
体座间摩擦力矩
MQF

{πD2mpPfMR(1+cosφ)}/8cosφ
/8 cosφ
N·mm
75130

3
阀座密封面平均直径

Dmp
1/2*( DMW+ DMN)
mm
57
4
计算压力

P
PN设计给定
MPa
2.0
5
球与密封面摩擦系数

fM
查设计手册 P449

0.05
6
球体半径

R
设计给定
mm
44
7
密封角

φ
设计给定

45°
8
填料与阀杆摩擦力矩
MFT

1/2*QTdF
N·mm
2983
9
阀杆与填料摩擦力

QT
πdFhTμTP
N
298.3
10
阀杆直径

dF
设计给定
mm
20
11
填料层总高度

hT
设计给定
mm
19
12
阀杆与填料摩擦系数

μT
查设计手册 P442

0.05
13
阀杆头部摩擦力矩
MFC

MFC= M′FD
N·mm

要求

结论

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
2Cr13
计 算
内 容
总扭矩及圆周力
序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果

M′FD
0.25dFJ·fD·Q′FZ
N·mm
45169
14
阀杆头部接触面直径

dFJ
设计给定
mm
28
15
阀杆头部摩擦系数

fD
查表4-23

0．05
16
关闭时阀杆总轴向力
Q′FZ

QMZ+ QT
N
12905.4
17
密封面上总作用力

QMZ
已计算
N
12308.8
18
阀杆与填料摩擦力

QT
已计算
N
596.6
19
圆周力
Q′S

MF/L
N
352
20
扳手力臂

L
设计给定
mm
350

要求
脱开圆周力<360N
结论
经计算 脱开圆周力为352N 故符合要求、 合格!

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
ASTM A216 WCB
计 算
内 容
阀门流量系数
序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
流量系数
KV

KV=(106/28)AV
M3/s
89.1
2
流量系数

AV
AV=QV (ρ/ΔP)-2
M3/s
0.0025
3
体积流量

QV
QV =π/4·D2·U
m3/s
0.0039
4
流量孔直径

D

mm
50
5
流体在管道内平均流速

U
取1—3中间值
m/s
2
6
密度

ρ
以水为介质
Kg/m3
1000
7
阀门压力损失

ΔP
ΔP=ξ·（U2·ρ/2）
Pa
800
8
阀门流阻系数

ξ

0.4

要求

结论

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
2Cr13

计算内容
阀杆强度计算1
序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
Ⅰ-Ⅰ断面扭转应力
τN

τN=Mm/W≤[τN]
MPa
9.72
2
Ⅰ-Ⅰ断面抗扭转
断面系数

W
W=0.9αba2

mm3
1394.82
3

a
见(1)P349图6-15
mm
15
4

b
见(1)P349图6-15
mm
28
5

α
见(1)P349表6-36

0.246
6
材料许用扭转应力
[τN]

查(1)P360表6-41
MPa
142.1

要求

结论
τN< [τN]
合格

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
2Cr13

计 算
内 容
阀杆强度计算2

序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
Ⅱ-Ⅱ断面处
剪切应力
τ

τ=（D+d）2P/16dH≤[τ]
MPa
3.6
2

D
见(1)P348图6-14
mm
28
3

d
见(1)P348图6-14
mm
20
4

H
见(1)P349图6-15
mm
4
5
材料许用剪切应力

[τ]
查[1]p360表6-41

MPa
142.1

要求
τ< [τ]

结论
合格

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号 号
2″Q41F-150Lb
材 料 料
2Cr13

计 算
内 容
阀杆强度计算3
序 号
计算数
据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
Ⅲ-Ⅲ断面扭转应力
τ'

τ'= M/W≤[τN]
MPa
9.7
2
Ⅲ-Ⅲ断面处抗扭转断面系数

W
W=πd3/16
mm3
1570

d
设计给定
mm
20

要求
τ'< [τN]

结论
合格

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
2Cr13
计 算
内 容
阀杆与球体连接部分计算
序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
挤压应力
σzy

σzy=Mm/0.12a2h≤[σzy]

MPa
41.8
2

a
见(1)P349图6-15
mm
15
3

h
见(1)P349图6-15
mm
12
4

[σzy]

见（1）P350
MPa
122
5

6

要求
σzy<[σzy]

结论
合格

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
PTFE
计算内容
阀杆台肩与止推垫片之间摩擦力
序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
止推摩擦力

Fu

Fu=π(DT+dT)2μTP/16
N
45.24
2
止推垫片外径

DT
设计给定
mm
28
3
止推垫片内径

dT
设计给定
mm
20
4
止推垫片在轴向力作
用下所产生比压

qT
qT=(DT+dT)P/4(DT-dT)
MPa
3

要求

结论
止推垫片在轴向力作用下所产生比压≤15～20 见（1）P193
qT =3MPa<15～20 合格

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
柔性石墨
计 算
内 容
填料及止推垫片摩擦转矩
序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
V型填料及圆形状填料摩擦转矩

Mt
Mt=0.6πμTZhdT2P
N．mm
1130.97
2
止推垫片摩擦转矩

Mu
Mu=πμT(DT+dT)3P/64
N．mm
542.87
3
摩擦系数

μT
见[1]p192

0.05
4
阀杆直径

dT
设计给定
mm
20
5
填料圈数

Z
设计给定

3
6
单圈填料高度

h
设计给定
mm
5
7
计算压力

P
设计给定
MPa
2
8
止推垫片外径

DT
设计给定
mm
28

要求

结论

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
2Cr13
计 算
内 容
球阀转矩计算

序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
球阀转矩
M

M=Mm+Mt+ Mu

N.mm
15220.04
2
球体与阀座密封
面摩擦转矩

Mm
Mm=π(D2+D1)2PRμT (1+cosψ)/32 cosψ
N.mm
13546.2
3
摩擦系数

μT
见[1]p192

0.05
4
球体半径

R
设计给定
mm
44
5
密封面对中
心斜角

ψ
设计给定

450
6
计算压力

P
设计给定
Mpa
2

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
PTFE
计 算
内 容
球阀密封力计算
序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
球阀密封力
Q=QMJ

Q=π(D1+D2)2P/16
N
5100.93
2
阀座密封面内径

D1
设计给定
mm
50
3
阀座密封面外径

D2
设计给定
mm
64
4
计算压力

P
设计给定
MPa
2

要求

结论
经计算球阀密封力 Q=5100.93N

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
2Cr13
计 算
内 容
球阀阀杆与填料之间摩擦力
序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
摩擦力
Ft

Ft =1.2πμTdTZhP
N
113.1
2
摩擦系数

μT
见[1]p192

0.05
3
阀杆直径

dT
设计给定
mm
20
4
填料圈数

Z
设计给定

3
5
单圈填料高度

h
设计给定
mm
5
6
计算压力

P
设计给定
MPa
2

要求

结论
经计算阀杆与填料之间摩擦力为113.1N

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
ASTM A193-B7
计算内容
阀体中法兰设计与计算
序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
在操作情况下螺栓载荷

WP

WP=F+FP+Q
N
28062.18
2
最小螺栓载荷
WP

WP=0.785DG2P+2πbDGmP+Q
见(1)P316表6-24
N
3
预紧螺栓时螺栓载荷

Wa

Wa=πbDGY+Q1
N
11230.995
4
球体与密封面预紧力

Q1
Q1=πqmin（D22-D12）/4
N
2505.72
5
载荷作用位置
处垫片直径

DG
设计给定
mm
97.5
6
垫片有效宽度

b
设计给定
mm
3.75
7
垫片系数

m
见(1)P316表6-25

1.75
8
垫片单位压紧载荷

Y
见(1)P316表6-25
MPa
7.6
9
法兰螺栓拉应力

σL
σL=W/A≤[σL]
MPa
48.5
10
螺栓许用拉应力

[σL]
查(1)P320表6-23
MPa
230
11
螺栓承受应力下实际
最小总截面积
最小截面积

A
4πR2
mm2
578.5

要求
σL< [σL]
结论
螺栓应力合格

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
ASME A216-WCB
计 算
内 容
阀体中法兰设计与计算
序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
作用于法兰总力矩
M0

M0=FDSD+FGSG+FTST
N.mm
412472.4
2
作用在法兰内径上流体静压轴向力

FD
FD=0.785Di2P

N
12717
3
总流体静压轴向力
F

F=0.785DG2P=14924.8N

N
14924.8
4
垫片载荷

FG
FG=W-F=13137.38N

N
13137.38
5
总静压轴向力与法兰内直径面积上静压轴向力之差

FT
FT=0.785（DG2-Di2）
N
2207.8
6
螺栓孔中心圆至FG作用位置处径向距离

SG
SG=（130-97.5）/2
mm
16.25
7
螺栓孔中心圆至FT作用位置处径向距离

ST
ST=（5+15+16.25）/2
mm
18.13
8
螺栓孔中心圆至FD作用位置处径向距离

SD
SD=5+0.5*15
mm
12.5

要求
续
结论
续

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号 号
2″Q41F-150Lb
材 料 料
ASME A216-WCB
计 算
内 容
阀体中法兰设计与计算
序 号
计算数
据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
9
法兰颈轴向应力
σM

σM=fM0/λδ12Di
MPa
16.6
10
系数

λ
λ=（δfe+1）/T+δf3/A

0.81
11
整体法兰颈部应力校正系数

f
见(1)P322查(1)图6-7

1
12
法兰颈
部厚度

δ1s=δ1

mm
16.5
13
系数

e
e=F1/（Diδ1）1/2

0.0233
14
整体法兰
形状系数

F1
查（1）图6-7

0.9
15
系数

A
A=Uδ1s2（Diδ1）1/2/V

142347.1
16
法兰盘径向应力
δR

δR=（1.33δfe+1）M0/λδf2Di

MPa
25.09
17
法兰盘切向应力

δT

δT=YM0/δf2 Di-ZδR
MPa
3.34MPa
要求
查（1）表6-22[δL]=87Mpa、 [δM]=130.5Mpa、 [δR]=108.75Mpa、 [δT]=108.75MPa

结论
δM≤[δM] δR≤[δM] δT≤[δT]
合格

安阳益和阀业有限企业

设计计算书
JS/2″150Lb -10
型 号
2″Q41F-150Lb
材 料
PTFE
计 算
内 容
法兰密封结构设计
序 号
计算数据名称
符号
式 中
符 号
公 式
单位
结果
1
垫片宽度计算
b

b=（D2-D1）/2

mm
7.5
2
垫片外径

D2
设计给定
mm
105
3
垫片内径

D1
设计给定
mm
90
4
垫片上最大比压
qmax

qmax=1.5PDm2（D22-D12）
MPa
9.75
5
垫片平均直径

Dm
Dm=（D2+D1）/2
mm
97.5

要求

结论
对图示结构取[q1]=40Mpa见（1）P341
qmax≤[q1]
参考[1]p342
b≥0.375DmP/[q1]
b1=0.375DmP/[q1]=1.83mm
b> b1
合格

附录

参 考 文 献
1、 实用阀门设计手册
陆培文主编 机械工业出版社
2、 阀门设计手册
杨源泉主编 机械工业出版社
3、 阀门设计计算手册
洪勉成、 陆培文、 高凤琴主编 中国家标准准出版社
4、 球阀设计与选择
章华友、 晏泽荣、 陈元芳、 袁玉求 北京科学技术出版社