全焊接固定球阀的设计与计算
陆培文
（原北京市阀门总厂）
根据GB/T 19672-2005、GB/T 20173-2006和美国石油学会标准API 6D-2008、国际标准化组织标准ISO14313:2007标准规定。固定球球阀为双阀座阀门、对于双阀座阀门分：单向密封、双向密封、双阀座双向密封、双阀座一个阀座单向密封一个阀座双向密封，双截断-泄放阀，如图1所示。
单向密封阀门——设计在一个方向密封
的阀门。
双向密封阀门——设计在两个方向都能
密封的阀门。
双隔离-泄放阀DIB-1(双阀座双向密
封)——双阀座、每个阀座均能达到双向密封。
双隔离-泄放阀DIB-2（双阀座一个阀座单
向密封一个阀座双向密封）——双阀座，一个
为单方向密封阀座，一个为两个方向都能密封
的阀座。
双截断-泄放阀DBB——在关闭位置时，
具有双密封副的阀门，当两密封副间的体腔通
大气或排空时，阀门体腔两端的介质流动应被
切断。
标准还要求密封试验时，应为进口端阀座
密封。图1 固定球球阀阀座密封分类
1 全焊接固定球球阀通道直径的确定
在设计计算全焊接固定球球阀时，首先要确定阀体的通道直径，以便作为其他部位计算的基础。球体通到底最小直径要符合相应标准的规定。设计国标全焊接固定球球阀时，全通径球阀的最小通径应符合GB/T 19672-2005《管线阀门技术条件》或GB/T20173-2006《石油、天然气工业—管线输送系统—管线阀门》标准规定。设计美标全焊接固定球球阀时，全通径球阀的最小通径应符合API6D-2008/ISO14313:2007《石油、天然气工业—管道输送系统—管道阀门》标准规定。对于全焊接缩径固定球球阀，标准规定对于公称尺寸≤DN300(NPS12)的球阀，球阀公称尺寸的孔径缩小一个规格，按标准规定内径；对于公称尺寸DN350（NPS14）～DN600(NPS24)的球阀，球阀的公称尺寸的孔径缩小两个规格，按标准规定的内径尺寸；对于公称尺寸＞DN600(NPS24)的球阀，应和用户商定。对于没有标准规定的全焊接球阀，通常球体通道的截面积应不小于管道额定截面积的60%，设计成缩径形式，这样可以减小球阀的结构，减轻重量，减小阀座密封面上的作用力和启、闭转矩。一般采用球阀公称尺寸DN与球体通道直径之比等于0.78。此时，球阀的阻力不会过大。
2 球体半径的确定
设计球阀首先应根据球体通道直径和介质工作压力p 来确定球体外圆半径R 。如图2所示。当α=45°时，sin 2D N R
α
=,2sin 2
α
=
,
2=
2
2D N R
则
，所以22
R
D N
=
。如果按此式确定球
体半径，则公称尺寸DN 和球体长度L 相等，则DN=L 。当球阀关闭时，A 点实际上仍在密封环的边缘，而不能起到密封作用。因此，L 尺寸必须增大，而使L ＞DN,使A 点移到密封环的面上起到密封作用。所以，必须对上式进行修改。
球阀在达到密封时，所需的密封面宽度，如图3
所示。
首先依据密封圈材料的许用比压，按密封面必须比压的公式，初步算出密封圈的宽度b M (mm)：
/10
M F M c K P q b +=
（1）
若阀座密封圈的材料为聚四氟乙烯，则许用比压为[q]=17.5MPa ；c 为与密封面材料有
关的系数，对于聚四氟乙烯，c=1.8；K 为在给定密封面条件下，考虑为质压力对比压值的影响系数，对于聚四氟乙烯，K=0.9。
把以上数值代入式(1),经过运算，得
b M =0.027p 2 +0.1p+0.1 (2) 上式中p 为设计压力，通常取公称压力PN 数 值的
110
（MPa ）。
对于阀座密封圈用金属圈加固时，许用挤压应
力可适当加大。 所以不管球阀处于开启状态还是处于关闭状态，密封面与球体接触面的宽度，都不应小于b M ，L 应增加两倍密封面的投影宽度，球体半径也应增大a ，如图4所示。 因为ta n 12a
M b α
==,所以
2a=b M ,因此球体的直径
应增加b M ,则球体半径21b 2
2M
R
D N =
+
，此值为达到
密封时的球体最小直径。如球体强度需加大，可适
当加大球体直径。
3 全焊接固定球球阀中体最小壁厚的计算
（1）全焊接固定球球阀的结构形式通常有两种，即圆筒式壳体（如图5所示）和球形壳体(如图6所示)。不过这两种结构的中体和左、右体的最小壁厚计算方法是相同的。依据API6D-2008和GB/T 20173-2006标准要求，对于全焊接固定球球阀的角焊缝强度有效系数取0.75。按GB/T 150-1998《钢制压力容器》和美国ASME锅炉和压力容器规范BPVC第Ⅷ卷第1册UG-27受内压容器的壁厚,结合ASME B16.34-2009《法兰、螺纹和焊连接的阀门》的最小壁厚计算式。笔者认为焊缝强度有效系数取0.75，即是局部无损检测，也就是中体和颈部的焊接，属于角焊缝，只能做表面无损检测，即MT或PT，不能做射线无损检测，也不能做超声波无损检测。因此，角焊缝的强度有效系数才取0.75，也就是用加厚壁厚，增加焊缝深度，来弥补由于焊缝不能进行全面100%的射线检测可能出现的缺陷。因此，全焊接球阀中体和左、右体的最小壁厚的计算，按ASME B16.34-2009中的公式，分母中的应力系数应乘以0.75。即：
图5
1.52 1.2C C
F C P d t C S E p ???=+ ??-?
? （3）
t —计算得出的壁厚，in ；
P C —class 数值，如class600，P C =600；class900，P C =900； d C — 中腔内径，in ；
S F —基本应力系数，取7000 E —焊缝强度有效系数，取0.75 C —附加裕量，in ，见表
表1 附加裕量C in class d C 150 300 600 900 1500 2500 4500 10 0.187 0.180 0.112 0.095 0.096 0.101 0.101 12 0.185 0.184 0.107 0.096 0.097 0.099 0.101 13 0.188 0.181 0.109 0.102 0.103 0.098 0.097 14 0.182 0.178 0.111 0.097 0.098 0.097 0.102 15 0.186 0.185 0.103 0.103 0.104 0.096 0.097 16 0.190 0.182 0.106 0.098 0.099 0.096 0.102 17 0.183 0.179 0.108 0.104 0.105 0.105 0.097 18 0.187 0.176 0.110 0.099 0.100 0.104 0.102 19 0.171 0.183 0.102 0.105 0.096 0.103 0.097 20 0.184 0.180 0.105 0.100 0.102 0.102 0.102 21 0.188 0.177 0.107 0.096 0.097 0.101 0.098 22 0.182 0.184 0.109 0.101 0.103 0.100 0.103 23 0.186 0.181 0.101 0.097 0.098 0.099 0.098 24 0.189 0.178 0.104 0.102 0.104 0.098 0.103 25 0.173 0.185 0.106 0.098 0.099 26 0.177 0.182 0.108 0.103 0.105 — — 27 0.180 0.179 0.100 0.099 0.101 — — 28 0.174 0.176 0.102 0.104 0.096 — — 29 0.178 0.183 0.105 0.100 0.102 — — 30 0.172 0.180 0.107 0.095 0.097 — — 32 0.179 0.184 0.101 0.096 0.098 — — 34 0.177 0.178 0.106 0.097 0.100 — — 35 0.180 0.185 0.098 0.103 0.105 — — 36 0.174 0.182 0.100 0.098 0.101 — — 38 0.171 0.176 0.105 0.099 — — — 40 0.179 0.180 0.099 0.101 — — — 41 0.173 0.177 0.101 0.096 — — — 42 0.176 0.184 0.104 0.102 — — — 43
0.180
0.181
0.096
0.097
—
—
—
图 6
44 0.174 0.178 0.098 0.103 — — — 46 0.171 0.182 0.103 0.104 — — — 48 0.179 0.176 0.097 0.105 — — — 50 0.176 0.181 0.102 0.096 — — — 52 — — — — — — — 54 — — — — — — — 56 — — — — — — — 58 — — — — — — — 60 — — — — — — —
若按GB/T12224-2005标准计算最小壁厚应为： 161.52907.2N
B K P N D t
C S E K P N
=?
+-? (4)
式中：t B —虑内压的最小计算壁厚，mm ； PN —公称压力数值；
S —应力系数，取48.3MPa; D N —阀体中腔最大内径，mm ； E —焊缝强度有效系数，取0.75； K —系数，见表2； C 1—附加裕量，见表3
表2 K 系数 公称压力PN
16 20 25 40 50 63 100 110 150 160 250 260 420 K
1.25
1.25
1.0
1.0
1.0
0.91
0.91
1.0
0.97
1.0
表3 附加裕量 C 1 mm PN D N 16 20 25 40 50 63 100 110 150 160 250 260 420 6 2.93 2.9 2.9 2.84 2.80 2.77 2.60 2.68 2.70 2.76 10 2.87 2.84 2.84 2.74 2.67 2.72 2.62 2.76 2.46 2.39 15 2.81 2.76 2.76 2.71 2.61 2.63 2.28 2.73 2.03 1.79 20 2.74 2.67 3.07 3.18 3.14 3.44 3.14 3.21 2.41 2.08 25 3.68 3.69 3.79 3.94 3.98 3.85 3.11 3.79 2.49 2.68 32 4.38 4.28 4.28 3.96 3.74 3.59 2.63 3.56 2.70 2.59 40 4.28 4.15 4.15 3.75 3.48 3.48 3.09 3.42 2.52 2.06 50 4.85 4.79 4.89 4.69 4.65 4.40 3.01 3.08 2.48 3.06 65 4.66 4.54 4.64 4.49 4.26 4.53 2.70 3.01 2.51 1.94 80
4.56
4.30
4.80
4.60
4.46
4.86
2.68
3.14
2.05
1.73
90 4.63 4.93 5.23 4.74 4.43 4.48 2.50 3.19 2.50 2.12
100 4.90 4.77 5.07 4.68 4.60 5.30 2.92 2.95 2.66 3.21 125 4.98 5.07 5.37 4.82 4.48 4.45 2.73 3.84 2.85 3.39 150 4.85 4.66 5.06 4.86 4.75 4.71 2.53 4.23 3.04 3.46 175 4.93 4.75 5.25 4.91 4.63 4.66 2.64 4.11 3.53 4.14 200 5.10 4.64 5.24 4.85 4.60 4.61 2.45 4.20 3.52 3.72 225 4.98 4.74 5.34 4.80 4.48 4.66 2.55 4.39 3.20 3.80 250 4.85 4.53 5.23 4.74 4.45 4.71 2.66 4.48 3.19 3.98 275 4.93 4.62 5.32 4.78 4.43 4.86 2.96 4.77 3.08 4.05 300 5.20 4.82 5.62 4.83 4.30 4.81 3.07 5.15 3.37 4.13 325 5.28 4.91 5.81 5.17 4.78 5.16 2.57 5.54 3.56 4.01 350 5.35 5.00 6.00 5.42 4.95 5.31 2.48 5.63 3.75 4.08 400 5.31 4.89 5.99 5.30 4.80 7.41 2.89 6.20 3.93 4.34 450 5.36 4.87 6.17 5.49 4.95 5.62 2.80 6.18 3.91 5.09 500 5.41 4.86 6.26 5.38 4.81 5.72 3.21 6.56 4.09 5.35 550 5.36 4.75 6.35 5.57 4.95 5.92 3.13 7.53 3.97 5.50 600 5.61 4.93 6.63 5.56 4.81 5.92 3.04 8.01 4.44 5.76 650 5.56 4.92 6.72 5.74 4.96 6.22 2.95 8.48 4.62 6.01 700 5.71 4.90 6.80 5.63 4.81 6.32 3.36 8.96 4.50 6.46 750 5.56 4.79 6.89 5.82 4.96 6.52 3.27 9.13 4.68 6.72 800 5.81 4.98 7.18 5.81 4.81 6.53 3.48 9.71 4.86 6.97 850 5.86 4.96 7.36 6.00 4.96 6.83 3.40 10.18 5.04 7.13 900 5.91 4.95 6.55 6.09 5.11 7.03 3.51 10.66 5.22 7.38 950 5.86 4.83 7.53 6.07 4.96 7.43 3.72 11.14 5.40 7.64 1000 6.11 5.02 7.82 6.26 5.11 7.33 3.63 11.61 5.57 8.09 1050 6.16 5.01 7.91 6.25 4.96 7.33 3.74 12.09 5.75 8.35 1100 6.11 4.99 8.09 6.34 5.11 7.64 3.65 12.56 5.63 8.50 1150 6.06 4.88 8.18 6.53 5.26 7.94 3.86 13.04 5.81 8.76 1200 6.32 5.06 8.46 6.51 5.11 7.94 3.78 13.41 5.99 9.01 1250 6.37 5.05 8.55 6.70 5.26 8.14 3.89 13.69 6.17 9.46
（2）壳体开孔补强的要求
1）不另行补强
①设计压力≤2.5MPa
②两相邻开孔中心间的距离（对于曲面间距以弧长计算）应小于两孔直径之和的两倍；
③接管公称外径≤89mm；
④ 接管最小壁厚满足表4要求
表4 接管最小壁厚 mm 接管公称外
径 25 32 38 45 48 57 65 76 89 最小壁厚
3.5
3.5
3.5
4.0
4.0
5.0
5.0
6.0
6.0
注：○
a 钢材的标准抗拉强度下限值R M ＞540MPa,接管与壳体的连接宜采用全焊透的结构型式。
○
b 接管腐蚀裕量为1mm 。 2）平盖开孔补强要求见GB150第8.6节。
3）通过开孔中心，且垂直于壳体表面的截面上的最小补强面积按下列要求确定：
圆筒或球壳开孔所需补偿面积按式5计算：
()et 21r A d f δδδ=+- （5）
式中：A —开孔削弱所需要的补强截面积，mm 2； d —开孔直径，圆形孔取接管内直径加2倍厚度附加量，椭圆形或长圆形
孔取所考虑平面上的尺寸（弦长，包括厚度附加量）,mm; δ—壳体开孔处的计算厚度，mm ； 对于圆筒壳体：
[]
2C i
t
C
P D P δσ
φ=
- （6）
对于球形壳体：
[]
4C i
t
C
P D P δσ
φ=
- （7）
式中：P C —计算压力，MPa ；
D i —圆筒或球壳的内直径，mm ；
[σ]t —设计温度下圆筒或球壳材料的许用应力，MPa. 按GB150第4章，
φ—角焊缝强度有效系数，按API6D,取0.75。 δet —接管有效厚度，δet =δnt -C ，mm 式中：δnt —接管名义厚度，mm
C —厚度附加量，mm C=C 1+C 2
式中：C 1—钢材厚度负偏差，钢管的厚度负偏差按钢材标准规定，当钢材的
厚度负偏差不大于0.25mm ，且不超过名义厚度6%时。偏差可以忽略不计。
C 2—腐蚀裕量，mm ；介质为天然气，C 2≥1.5mm
f r —强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之
比值，当此值不大于1.0时，取f r =1.0。
圆筒或球壳补强厚度：圆筒壳体按式6
球形壳体按式7 4 全焊接固定球球阀密封比压的计算
（1）单向密封球阀密封比压的计算 如图7所示。球体5安装在两个滑动轴承3中，
阀座安装于活动套筒6内，活动套筒在阀体中靠O 形圈14与阀体孔密封，阀座借助弹簧组12预压紧球体。介质进口端阀座，在球体关闭时，靠阀座密封圈内径D MN 和进口密封套筒外径D JH 所形成的环形面积上的介质作用力压紧球体，以达到球阀的密封。密封的可靠性在很大程度上取决于密封面平均直径D MP 与套筒外径D JH 之比。如果D JH 和D MP 的比值不够大时，球阀将不能保证可靠密封。另一方面，如果D JH 过大将造成阀座密封圈过载，而使球阀的开关转矩加大，阀门磨损加快。
1）进口端阀座对球体的压力（N ）：
F Q =F ZJ +F TH (8)
式中 F ZJ —介质经阀座压在球体上的力（N ），按式（9）计算； F TH —弹簧组压紧力（N ）,按式（10）计算。
()224
JH
M N
Z J p D
D
F π-=
(9)
式中 D JH —活动套筒外径（mm ）； D MN —阀座密封面内径（mm ）；
p —设计压力，取公称压力的1／10（MPa ）。
T H M Y M M
F F F =+ (10)
式中 F MY —阀座密封圈对球体的预紧力（N ）、按式（11）计算； F MM —阀座密封圈上的O 形圈与阀体孔之间的摩擦力（N ），按式（12）计算。 ()m in
224
M Y M Y M W
M N
F D
D
q
π
=
- （11）
式中 D MW —阀座密封面外径（mm ）；
q MY min —阀座预紧密封的最小比压，对于PTFE ，q MY min =1.6MPa 。 则式()m in
224
M Y M Y M W
M N
F D
D
q
π
=
-改写成：()220.4M Y M W
M N
F D
D
π=-。
q f M M JH m m F F D b Z π'=? （12）
式中 D JH —活动套筒外径（mm ）；
b m '
—O 形圈与阀体内孔的接触宽度（mm ）；取O 形圈断面半径的
13
；
Z —O 形圈个数；取两个； q m F —密封比压(MPa), o
0.40.6p q /10
m F m b +=
'；若O 形圈断面取φ5.3mm ，O 形
圈密封与压力关系不大，故体腔内压力取p o =0MPa,则：q MF =1.35MPa ；
f 为橡胶O 形圈与阀体孔的摩擦系数，取f=0.4。
则 3.140.8832 1.350.43M M JH JH F D D =????= (13) 因此
()
()
2
22
2
+
0.785p D 0.4
D 3
Q Z J T H Z J
M Y M M
J
H
M N
M W
M N
J H
F F F F F F
D
D
D
π=+=+=-+
-+
()()22
0.785p 3 1.2560.785p+1.256JH JH M W
M N
D D D
D
=++-
2)阀座密封面上的实际工作比压。 ①阀座密封面工作比压（MPa ）：
q M H
N A =
（14
）
图7 单向密封全焊接固定球球阀结构
1—阀体；2—支撑板；3—滑动轴承；4—轴承；5—阀体；6—阀座支撑圈；
7—键；8—阀杆；9—防静电装置；10—阀座注脂孔；11—注脂管； 12—弹簧；13—防火垫；14—O 形圈；15—卡紧圈
式中 N —阀座密封圈对球体的法向压力（N ）,
Q F N =
C O S ?
；
A MH —密封圈环带面积（mm 2），A MH =()122R l l π-。
则
()()220.785p 3 1.2560.785p 1.256co s q =
22co s 2h co s Q
Q
JH JH M W
M N
M H
F F D D D
D
N A R h
R h R ?ππ?
π?
++-+=
=
=
()()22p 3.82 1.6p 1.68h co s JH JH M W
M N
D D D
D
R ?
++-+=
（15）
（2）双向密封球阀密封比压的计算 双向密封球阀和单向密封一样，球阀的进口端和出口端使用同样的单向密封阀座，就得到双向密封固定球球阀。其双向密封球阀的密封比压，同单向密封球阀。
（3）双阀座双向密封球阀阀座密封比压的计算
1）进口端阀座密封比压的计算:其计算方法和计算式同单向密封球阀的阀座计算式。 2）体腔内介质压力对阀座产生的比压的计算:出口端密封的固定球球阀的基本特点是:
当阀门关闭后，密封力是由中腔介质压力产生的，用以保证球阀密封。这样就减少了球体支承轴承的载荷。
图8
双向密封全焊接固定球球阀
1—阀体；2—支撑板；3—滑动轴承；4—轴承；5—球体；6—阀座支承圈；7—键；8—阀杆；9—防静电装置；10—阀座注脂孔；11—O 形圈；12—弹簧
其结构如图8所示，与进口密封相比，结构上的主要区别在于活动套筒阀座密封直径D HW 小于阀座密封面的平均直径D MP 。
○1阀座对球体的压力： F Q = F ZJ+ F TH (16)
式中 F ZJ —介质经阀座压在球体上的力（N ），按式（17）计算； F TH —弹簧组压紧力（N ），按式（18）计算。
()
()2222p p 4
4
JH
H W JH
M W
Z J D
D
D
D
F ππ--=
-
()2222p
4JH
H W
JH
M W
D D
D D
π=
--+
()22p
4
M W
H W
D
D
π=
- (17)
式中 D JH —活动套筒外径（mm ）； D HW —密封外径（mm ）； D MW —密封面外径(mm)。
F TH = F MY + F MM (18) 式中 F MY —阀座密封圈对球体的预紧力(N)，按式(l9)计算；
F MM —阀座支承圈上的O 形圈与活动套之间的摩擦力(N)，按式(20)计算； ()22M Y m in
F q
4
M W
M N
M Y D
D
π
=
- （19）
式中 D MN —阀座密封面内径(mm)；
q MYmin —阀座预紧密封的最小比压，对于PTFE, q MYmin =1.6MPa,则式（19）改
写成()22M Y
F 0.4M W
M N
D
D
π
=-。
M M m F b q H W M F D Z f
π'= （20）
式中 D HM —密封外径(mm)；
m b '—O
形圈与阀座密封外径的接触宽度(mm)；取O 形圈断面半径的13
；
Z —O 形圈个数，取一个； q MF —密封比压(MPa )，0.40.6p q /10
o
M F m b +=
'；若O 形圈断面积取φ5.3mm ，O 形
圈密封与压力关系不大，故取p o =0MPa,则：q MF =1.35MPa ；
f —橡胶O 形圈与阀座密封套的摩擦系数。 若取f=0.4,
则 3.140.8831 3.360.4 1.5M M H W H W F D D =????= 所以 Q M J T H M J
M Y
F F F F F
F =+=++
()()22220.785 1.256 1.5M W
H W
H W
M N
H W
p D
D
D
D
D
=-+-+
()()220.785 1.2560.785 1.5 1.256M W H W H W M N
D
p D pD D
=+--- (21)
②阀座密封面的实际工作比压（MPa ）：
q M H
N A =
式中 N —密封圈对球体的法向压力(N)，N co s Q F ?
=
；
A MH —密封圈环带面积(mm 2)，()122M H
A R l l π=-
()()220.785p +1.2560.785p 1.5 1.256co s 22co s Q
M W H W
H W
M N
M H
F D
D D D
N q A R h
R h ?ππ?
-
--=
=
=
()()22p +1.6p 1.91 1.68co s M W H W
H W M N
D
D D D
R h π?
-
--=
5 体腔内介质压力超过1. 33p 时，阀座自动泄压的计算
根据国家标准GB/T 19672-2005, GB/T 20173-2006和美国石油学会标准API6D-2008及
国际标准化组织标准ISO14313:2007要求，当输送的介质为烃类介质，在阀门关闭或开启后，有可能把介质截留在阀体中腔，当温度升高时，压力会上升，当压力升高到额定压力的1.33倍时，中腔应有自动泄压装置。 实现自动泄压的方法有三种：
1） 中腔安装安全泄压阀，安全阀的整定压力为额定压力的1.33倍。当中腔压力超过
额定压力的1.33倍时，安全阀自动开启，排放多余介质，当中腔压力降到1.33倍额定压力后，安全阀自动关闭。 2） 在球体上安装一个止回阀，当中腔压力超过1.33倍额定压为时，止回阀自动开启，
排放多余介质，当中腔压力降到1.33倍额定压力以下时，止回阀自动关闭。该止回阀开启压差较小，难以设计，又止回阀需安装在球体上，在球体上需铣出平面，若球面和平面相交处加工不圆滑,在球阀启闭过程中，会划伤密封面。
3）按标准要求，该球阀设计成一个阀座单向密封，一个阀座双向密封。单向密封阀座设计为当中腔介质压力上升到1.33倍额定压力时，单向密封阀座被自动推开，排放多余介质，当压力下降到1.33倍额定压力以下时，阀座自动复位，仍起到密封作用。又因为出口端阀座为双向密封阀座，介质肯定不会泄漏到出口端。中腔介质泄放到进口端或出口端按用户要求，因在阀体上有单向密封阀座和双向密封阀座的标牌，只要用户按标牌位置安装，一定能满足要求。 腔体内介质压力超过1.33倍时，自动泄压阀座计算式如下：
()
()
()222222M Y m in 1.33p p D
q +
4
4
4
JH
M W
JH
M N
M W
M N
D
D
D
D
D
πππ?---?
()()()222222M Y m in
1.33p D
D
p D
D
+q
D
D
JH
M W
JH
M N
M W
M N
-?--
对于聚四氟乙烯密封圈，当设计CL600球阀时，q MYmin =0.2p 。 则 1.33（D 2JH - D 2MW ）〉（D 2JH - D 2MN ）+0.2（D 2MW - D 2MN ） 1.33D 2JH -1.33 D 2MW 〉D 2JH - D 2MN +0.2D 2MW - 0.2D 2MN
0.33D 2JH 〉1.53 D 2MW -1.2D 2
MN
221.53 1.2D
0.33
M W
M N
JH D
D -?
(23)
6 固定球球阀转矩的计算
（1）单向密封阀座
M= M m + M T + M u + M c
式中 M m —阀座密封圈与球体间的摩擦转矩（N·
mm ）； M T —阀杆与填料间的摩擦转矩（N·mm ）； M u —阀杆台肩与止推垫间的摩擦转矩（N·mm ）； M c —轴承的摩擦转矩（N·mm ）。
1）阀座密封圈与球体间的摩擦转矩的计算: M m =M m0+M m1
式中 M m0—进口端阀座密封圈与球体间的摩擦力矩（N·mm ）； M m1—出口端阀座密封圈与球体间的摩擦力矩（N·mm ）；考虑出口端阀座弹簧组
的预紧比压。
()
()()()
220
p 3.82 1.6p 1.61co s 1co s 2co s 8co s JH JH M W
M N
Q m T T
R D D D
D
F R M
π??
μμ?
?
??++-+++??=
=
式中 F Q —进口端阀座密封圈对球体的作用力(N)；
R —球体的半径(mm)；
?—密封面对球体中心的倾角（°）；
μT —密封圈与球体间的摩擦系数，对于PTFE 取μT =0.05，RPTFE 取
μT =0.07～0.12，尼龙取μT =0.10～0.15，填充尼龙取μT =0.32～0.37，
MOLON 取μT =0.06～0.10，DEVLON 取μT =0.06～0.12，PEEK 取 μT =0.10～0.15，橡胶（无润滑）μT =0.3～0.4，橡胶（有润滑）μT =0.15。
1
()(1co s )
2co s M Y M M m T
F F R M
?μ?
++=
220.4() 3.0(1co s )2co s M W
M N
JH T
D
D
D R
π?μ?
??-++?
?=
220.40.40.96(1co s )2co s M W
M N
JH T
D
D
D R
π?μ?
-++=
（）
式中 F MY —阀座密封圈的预紧力(N)；
F MM —活动套筒O 形圈与阀体阀座孔间的摩擦力(N)； R —球体半径(mm)；
?—密封面对球体中心的倾角（°）； μT —密封圈与球体间的摩擦系数。 M m = M m0+M m1
()()()2222p 3.82 1.6p 1.61co s 0.40.40.96(1co s )8co s 2co s JH JH M W
M N
T
M W
M N
JH T
R D D D
D
R D
D
D π?μπ?μ?
?
??++-++-++??=
+
（）()
2222() 3.2()7.661co s 8co s T JH
M N
M W
M N
JH R p D
D
D
D
D πμ?
?
???-+-++??=
（24）
2）阀杆与填料间的摩擦转矩的计算：根据密封理论，当被密封部位的实际比压等于或
大于所必须的密封比压时，就能达到密封要求，即：
q=q 0+q p ≥1.2p 0
式中 q 0—填料压盖的压紧力产生初始的密封比压(MPa)； q p —介质压力P 的作用力而产生的比压(MPa)； q —总的密封比压(MPa)。
q p 的大小随压力p 的变化而变化，当q p 增大到一定值时，即使因磨损等原因，使预紧力消失（即q 0=0），只要保证q p =1.2p 0，也能使填料具有良好的密封性能。 ① 填料料与阀杆之间的摩擦力F T (N)，可按下式计算: 1.2d h T T T F Z p πμ=
式中 T μ—阀杆与填料间的摩擦系数；
Z —填料圈数；
h —单圈填料高度(mm)；
p —设计压力，取公称压力PN 数值的1／10 (MPa )； d T —阀杆与填料接触部分直径（mm ）。
② 填料若为O 形橡胶密封圈，其摩擦力的计算如下： T 00d (0.330.92d p )T F πμ=+ ③ 填料与阀杆之间摩擦转矩的计算：
V 形及圆环形填料的摩擦转矩（N·mm ）:
221 1.2d
0.6d
2
2
T
T T T T
T T
M
F d Z h p Z h p
πμπμ=
=
= （25）
O 形密封圈与阀杆之间的摩擦转矩（N·mm ）:
20011d
(0.330.92d p )2
2
T
T T T
M
F d μ=
=
+
（26）
式中 T d —阀杆与O 形密封圈接触部分的直径（mm ）；
0μ—橡胶对金属的摩擦系数，0μ=0.3～0.4；有润滑油时0μ=0.15； d 0—O 形密封圈横截面直径（mm ）。
3）阀杆台肩与止推垫之间摩擦转矩的计算：阀杆在介质压力的作用下，其台肩紧贴并压紧止推垫，当阀杆旋转时，便产生了摩擦力。考虑到止推垫其主要作用是减小摩擦力，增加密封性能，为此按平均直径计算摩擦力，一般止推垫材料为聚四氟乙烯（PTFE ）。
① 阀杆台肩与止推垫间摩擦力F u (N)：
2
(d )p
16
u T T T F D π
μ=
+
式中 D T —台肩外径或止推垫外径（mm ）；取较小者； d T —阀杆直径（mm ）； T μ—摩擦系数。 ② 阀杆台肩与止推垫间摩擦转矩：
2
u d 1()p (
)
2
16
2
T
T T
u
T T T d D M
F D d π
μ++=
?
?
+T D 1
（）=
2
2
3
(d )p
64
T T T D π
μ=
+ （27）
4）阀杆轴承摩擦转矩的计算：固定球球阀的轴承承受着较大的径向作用力，旋转时会
产生大的摩擦力，为降低此摩擦力，在球体轴颈处或阀杆支承套外径处可以安装滑动轴承或滚动轴承，以减小摩擦力，降低开启或关闭时的转矩。
① 在介质压力作用下，上下轴承受到的总推力Fc(N):
2c p
4JH
F D
π
=
式中 D JH —活动套筒外径（mm ）；
p —进口端介质工作压力（MPa ）。
对于进口密封阀座，弹簧组产生的预紧力对轴承的径向作用力，可忽略不计。 ② 阀杆轴承摩擦转矩（N·mm ）：
22
c c 11=
d 2
248
c Z J JH Z J c JH Z J c M F D p
d D p d ππμμμ=
???=? （28）
式中 d ZJ —球体轴颈或支承套外径（mm ）；
c μ—摩擦系数。对于FS-1自润滑轴承，c μ=0.04～0.20；JDB 固体镶嵌式润
滑轴承，c μ=0.16，对于滚动轴承c μ=0.002。
（2）双向密封阀座
若出口端阀座结构和进口端阀座结构设计相同，即进出口端阀座为同一设计结构，则为双向密封阀座固定球球阀，其阀杆转矩计算同单向密封阀座球阀。 （3）双阀座双向密封球阀
1) 双方向进口端阀座密封转矩的计算，同单向密封阀座计算式。 2) 双方向出口端阀座密封的转矩计算(N·mm): M=M m + M T + M u +M c
① 出口端阀座密封圈与球体间的摩擦转矩(N· mm)
m 1
(1co s )
2co s Q T
F R M
?μ?
+=
22( 1.6)( 3.82) 1.6(1co s )42co s M W
H W H W M N
T
D
p D p D D
R π
?μ?
??+---??+??
=
22
( 1.6)( 3.82) 1.6(1co s )
8co s T M W H W H W M N R D p D p D D πμ??
??+---+??=
在两个阀座同时密封时：
M m =2M m1,则22
( 1.6)( 3.82) 1.6(1co s )
4co s T M W H W H W M N m
R D p D p D D M πμ??
??+---+??=
（29）
② 阀杆与填料间的摩擦转矩M T :同单向密封阀座计算式。
③ 阀杆台肩与止推垫之间的摩擦力矩M u :其计算式同单向密封阀座计算式。 ④ 轴承摩擦转矩M c :其计算式同单向密封阀座计算式。 (4) 双阀座，一个阀座单向密封，一个阐座双向密封球阀。 1) 单向密封阀座的转矩计算式同单向密封阀座计算式。
2) 双阀座双向密封阀座的转矩计算式同双阀座双向密封球阀转矩计算式。
(5) 双截断排放阀
当阀门关闭时，进口端与出口端同时加介质压力，体腔通大气时的转矩计算式: M=M m + M T + M u M c
1) 阀座密封圈对球体的摩擦转矩Mm （N·mm ）： M m =2M m0
22m 0
( 3.82) 1.6( 1.6)(1co s )8co s JH JH M W
M N
T
R D p D D
D
p M
π?μ?
??++-++??=
22m
m 0
( 3.82) 1.6( 1.6)(1co s )M
=2 4co s JH JH M W
M N
T
R D p D D
D
p M
π?μ?
??++-++??=
(30)
2）阀杆与填料间的摩擦转矩M T (N·mm):若填料为V 形填料或圆环形填料，其计算式为M T =0.6
2T T
d
Z hp
πμ，由于中腔的介质压力为零。因此摩擦转矩为零。
若填料为O 形密封圈填料，其摩擦转矩的计算式为2001
(0.330.92)
2
T
d
d p πμ+,由于中
腔的介质压力为零。则摩擦转矩为
222T 0011M (0.330.92)0.330.1652
2
T
T
T
d
d p d
d
πμππ=
+=
?= (31)
3）阀杆台肩与止退垫间的摩擦转矩Mu ：由于双截断排放阀中腔没有介质压力，根据
转矩计算式: 3
u M ()64T T T D d p
π
μ=
+,因此摩擦转矩为零。
4）轴承的摩擦转矩Mc (N·mm)：对于双截断排放阀，是两个阀座同时受两个方向的力，理论上讲作用力等于零。但实际上，由于制造精度等原因，还会存在一定的摩擦转矩，可按0.1p 计算，因此：
2c M 0.18
JH
Z J T
D
p d πμ=
???
280
JH
Z J T
D
p d π
μ=
??? (32)
7 固定球球阀滑动轴承的承载能力
固定球球阀球体轴颈和支承套外径上的滑动轴承在工作中承受着较大的径向力，轴承设计时应使面压值q c (MPa)小于许用面压值[q c ](MPa)： q c ＜[q c ]
设计面压值按一个轴承计算，受压面为轴承的投影面积，即d F H ，这样设计面压值为
[]2c 28JH
c c F F F D
p
q q d H
d H
π=
=
<
(33)
式中 d F —球体轴颈和支承套外径(mm)；
D JH —活动套筒外径(mm)；
H —轴承长度(mm)；H=(1～1.2)d F ；
[q c ]—许用面压值(MPa)，对于SF-1自润滑轴承[q c ]=100MPa ；对于JDB 固体镶
嵌式润滑轴承[q c ]=60.0MPa 。
8 固定球球阀阀杆与球体连接部分强度计
由于阀杆与球体的连接部分是间隙配合，因此，在接触面上的比压分布是不均匀的，如图9所示。由分析可知，计算时，可近似地采用挤压长L ZY =0.3a(mm)。 而作用力矩的臂长K=0.8amm, 则挤压应力ZY σ按式(34)计算：
[]m 2
0.12a Z Y
Z Y M h
σσ=
≤
（34）
式中 a —如图9所示，正方形边长，矩形的边长
（mm ）；
h —阀杆头部插入球体的深度(mm)；
[]Z Y σ—材料许用挤压应力(MPa)，按球 图9 阀杆与球体连接部分的应力分布
体材料； a)正方形阀杆头部 b)矩形阀杆头部
M m —阀体密封圈对球体的摩擦力矩(N·mm)。
按等强度条件考虑，即挤压应力等于扭转应力，一般取h=1.8amm 。但实际设计时，受到球体尺寸的限制，h 不能过大，为了减小挤压应力，往往加大接触面的尺寸，即加大尺寸a 。
零件中a 和h 尺寸的比例应选择适当。当h 过大时影响球体尺寸，当头部插入过浅时，孔就迅速磨损，最好比例是，当零件受挤压和扭转时，按等强度条件选取，即:
[M FJ ]=[M FN ]
或[]23
0.12a 0.208zy h a στ??=??
结果[]zy 1.74h a
τσ=
??
??
式中 [M FJ ]—按挤压条件，球体方孔的许用力矩(N·mm)； [M FN ]—按扭转强度条件，方形头部传递的许用力矩(N·mm)； h —方头插入球槽深度(mm)； a —方头边长(mm)；
zy σ????—球体材料许用挤压应力(MPa)，按下式计算: zy σ????
=R m /n, R m 为材料抗拉强度(MPa );n 为安全系数，取n=2.3；
[]τ—许用切应力(MPa)。
9 固定球球阀阀杆强度验算
如图10所示。为固定球球阀阀杆的典型结构，根据受力况，需校验Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、
Ⅳ-Ⅳ四个截面。
（1）Ⅰ-Ⅰ断面处的扭应力[]τ的计算Ⅰ-Ⅰ断面形状如图11
所示：
[]m
1
N
N
M
W τ
τ=
≤ (35)
式中 M m —阀座密封圈与球体之间的摩擦转矩(N·mm)； []N τ—材料的许用扭转应力(MPa)，见表4；
W 1—Ⅰ-Ⅰ断面的抗扭截面系数(mm 3
)；对于正方形断面(mm 3
)
3
1b
W 4.8
=
；
对于矩形断面(mm 3)：21W 0.9a b α=；式中α值根据b/a 的比值按
表5选取。
图10 固定球球阀阀杆典型结构
表4 材料的许用扭转应力
材料 []N τ/MPa
35 120 40Cr 180 38CrMoAL 190 25Cr2MoV 180 14Cr17Ni2 165 20Cr13 145 12Cr18Ni9 90 06Cr17Ni12Mo2Ti
95
表5 系数α的值 b/a 1 1.2 1.5 2 2.5 3.0 4.0 6.0 8.0 α
0.208
0.219
0.231
0.246
0.258
0.267
0.282
0.299
0.307
（2）Ⅱ-Ⅱ断面扭转应力N τ (MPa)的计算:
[]II
N
N M W
τ
τ=
≤
（36）
式中 M —固定球球阀总摩擦转矩(MPa)；
II
W —Ⅱ-Ⅱ断面处的抗扭截面系数（mm 3
），II
3=
16
F
W d
π
,d F 为阀杆直径（mm ）。
（3）Ⅲ-Ⅲ断面处扭转应力N τ (MPa)的计算 []N
N
III
M W ττ=≤ （37）
式中 III W —Ⅲ-Ⅲ断面处的抗扭截面系数(mm 3)。 对于单键阀杆:
32
1
11
()
16
2III d
b t d t W d π-=
-
对于双键阀杆：
32
1
11
()
16
III d
b t d t W d π-=
-
式中 d 1—Ⅲ-Ⅲ断面处阀杆直径(mm)；
b —键槽宽度(mm)； t —键槽深度(mm)。 对于花键阀杆:
42
1
11111
()()
16III d
b Z D d D d W D π+-+=
式中 Z —花键键数；
D 1—花键外径(mm)； d 1—花键内径(mm)； b —花键宽度(mm)； t —花键键槽深(mm)。 (4) Ⅳ-Ⅳ断面处切应力(MPa)： ()
[]2
2
16D d
p d H
τ
τ
+=
?≤ (38)
式中 D 2—阀杆头部直径(mm)； d —阀杆直径(mm)；
H —阀杆头部台肩高度(mm)； p —介质工作压力(MPa )； []τ—材料的许用切应力(MPa)。
机械CAD/CAM课程设计说明书球阀三维数字化造型设计 姓名 班级 学号 指导教师闫航瑞 2015年月日
1、目的和意义 机械CAD/CAM(Pro/E)课程设计是工科院校学生在大学期间利用已学过的知识第一次比较全面的、具有实际内容和意义的课程设计，也是机械CAD/CAM(Pro/E)课程的一个重要的实践教学环节。机械CAD/CAM(Pro/E)课程设计是将知识转化为能力的桥梁，其主要目的是进一步巩固和加深学生所学的理论知识，并将其系统化；培养学生综合运用所学知识独立解决实际问题的能力和初步培养学生进行创新设计的能力；使学生掌握三维实体基本造型设计、三维曲面造型及装配设计，并在实物和三维数字化造型方面受到一次比较全面的训练。 2、课题分析 （一）球阀的结构及工作原理 球阀主要由阀体、球体、阀杆、阀芯、密封圈和省力机构等几部分主要零件构成。下面对上述几个重要零件的设计进行设计计算。图示球阀结构图 球阀的工作原理：以球体作为关闭件的阀门称作球阀。球阀它具有旋转90度的动作，旋塞体为球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。球阀最适宜做开关、切断阀使用，但近来的发展已将球阀设计成使它具有节流和控制流量之用。 （二）球阀的类型 球阀的结构形式和品种规格非常之多，根据其用途和特点大致可分为以下几种：1、按球体的支撑方式分为浮动球球阀和固定球球阀两类：1）浮动球球阀其主
要特点是球体无支撑轴球体以阀门进出口两端的阀座为支撑。阀杆与球体为活动链接，因此这种球阀的球体被两阀座夹持其中而呈“浮动”状态。2）固定球球阀：其特点是球体与上下阀杆连成一体，球体可沿与阀门通道相垂直的轴线自由转动，但不能沿通道轴线移动。因而，固定球球阀的转矩小，阀座变形小，密封性能稳定，使用寿命长，适用于高压，大通径的场合。 2、按球体的安装方式可分为顶装式，底装式，侧装式及斜装式四种。 3、按球阀与管道的连接形式可分为法兰连接球阀，内螺纹和 外螺纹连接球阀和焊接连接球阀四种。其中法兰连接球阀又分为整体法兰连接球阀，螺纹法兰连接球阀，对夹式法兰连接球阀和焊接法兰连接球阀。 4、按驱动方式可分为手动，气动，液动和电动球阀。其中手动球阀又分为带与不带驱动机构两种。气动球阀又分为活塞气缸式和旋转叶片式两种。此外还有组合式球阀，如电液联动和气液联动球阀。 5、按球体结构可分为整体球球阀，半球体球阀，截球体球阀三种。其中截球体球阀又分为弓形和扇形截球体球阀。 （三）球阀的主要特点 球阀是近年来被广泛采用的一种新型阀门，它具有以下优点： 1．流体阻力小，其阻力系数与同长度的管段相等。 2．结构简单、体积小、重量轻。 3．紧密可靠，目前球阀的密封面材料广泛使用塑料、密封性好，在真空系统中也已广泛使用。 4．操作方便，开闭迅速，从全开到全关只要旋转90°，便于远距离的控制。 5．维修方便，球阀结构简单，密封圈一般都是活动的，拆卸更换都比较方便。 6．在全开或全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质通过时，不会引起阀门密封面的侵蚀。 7．适用范围广，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空至高压力都可应用。球阀已广泛应用于石油、化工、发电、造纸、原子能、航空、火箭等各部门，以及人们日常生活中。 其主要缺点： 1）因为球阀最主要的阀座密封圈材料是聚四氟乙烯，它对几乎所有的化学物质都有是惰性的，且具有摩擦系数小、性能稳定、不易老化、温度适用范围广和密封性能优良的综合性特点。但聚四氟乙烯的物理特性，包括较高的膨胀系数，对冷流的敏感性和不良的热传导性，要求阀座密封的设计必须围绕这些特性进行。所以，当密封材料变硬时，密封的可靠性就受到破坏。而且，聚四氟乙烯的耐温等级较低，只能在小于180℃情况下使用。超过此温度，密封材料就会老化。而考虑长期使用的情况下，一般只会在120℃不使用。 2）它的调节性能相对于截止阀要差一些，尤其是气动阀（或电动阀）。（四）球阀的适用原则 1）石油、天然气的输送主管线、需要清扫管线的，又需埋设在地下的，选用全通经、全焊接结构的球阀；埋设在地上的，选择全通经焊接连接或法兰连接的球阀；支管，选用法兰连接、焊接连接，全通经或缩径的球阀。 2）成品油的输送管线和贮存设备，选用法兰连接的球阀。 3）城市煤气和天然气的管路上，选用法兰连接和内螺纹连接的浮动球阀。
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4、密封环本体采用含量20%Carbon（碳素）的RPTFE材质，保障完全无泄漏。 5、直埋式全焊接球阀可以直接埋于地下，不用建高大型阀门井，只需在地面上设置小型浅井，大大节省施工费用及工程时间。 6、可根据管道的施工及设计要求，调整阀体的长短和阀杆的高度。 7、球体的加工过程有先进的计算机检测仪跟踪检测，加工精密度非常精密，操作轻便。 8、不需要维护，调整及润滑，易于安装，阀体不含沉重且不可靠的铸件。 9、与同类行业的同种规格产品相比，阀体更小，而且外型美观。 10、在保证阀门正常操作、使用情况下，使用寿命在15年以上。
陕西上工阀门科技有限公司 全焊接球阀 全焊接球阀的几个主要技术特点： （1）、阀杆的防渗漏结构、阀杆底部有1个PTFE自封密封垫和1个O型密封圈，上面有2个O型密封圈、两个PTFE密封垫组成，确保无泄露； （2）、可根据管道法兰口径选择单法兰全焊接球阀，可按施工及设计要求调整阀体的长短和阀杆高度； （3）、球体的加工精度非常精密操作轻便，无不良干涉； （4）、阀座由PTFE密封环及弹簧组成对压力和温度的变化适应能力强，在使用范围内不会产生任何泄漏； （5）、阀体结构单项法兰，单项焊接，不会有外部泄漏现象。 全焊接球阀在球阀阀门中是比较优秀的产品，且优越的品质和高性能的稳定性是普通球阀所无法比拟的，全焊接球阀能有怎么好的品质和它的生产材料是分不开的。 全焊接球阀的主要材质： 1）：阀体：碳钢ST37.0，A106-B；20号钢 2）：球体：不锈钢304或316 3）：阀杆：2Cr13 4）：阀杆密封：全氟像胶 5）：球体密封：RTFE（PTFE+C） 全焊接球阀结构与特征: 城市燃气：燃气输出管道、主干线及各支线供应管道等。 集中供热：大型供热设备输出管线、主干线、支线。 热交换机：管道及各回路启闭。 钢铁厂：各种流体管道、废气排放管道、煤气和热力供应管道、燃料供应管道。 各种工业设备：各种热处理管道、各种工业煤气和热力管道。 特性： 1.全焊接球阀，不会有外部泄漏等现象。由于阀座是由碳化特氟隆密封环及碟形弹簧构成的，所以对压力和温度的变化适应能力强，在标注压力和温度范围内不会产生任何泄滑。 2.球体的加工过程有先进的计算机检测仪跟踪检测，所以球体的加工精度高。由于阀体材料跟管道材质一样，不会出现应力不均，也不会由于地震及车辆经过地面时而产生变形，管道耐老化。 3.密封环本体采用含量25%Carbon(碳素)的RPTFE材质，保障完全无泄漏(0%)。 4.直埋式焊接球阀可以直接埋于地下，不用建高大型阀门井，只需在地面上设置小型浅井，大大节省施工费用及工程时间。 5.可根据管道的施工及设计要求，调整阀体的长短和阀杆的高度。 6.球体的加工精度非常精密，操作轻便，无不良干涉。 7.采用高级的原材料，能保PN25以上的压力。 8.与同类行业的同种规格产品相比，阀体小，而且外型美观。 9.在保证阀门正常操作、使用情况下，使用寿命在15年以上。 陕西上工阀门科技有限公司是集阀门生产、科研、机械成套设备设计制造、安装、销售、服务、国际贸易等一体的专业性公司。
球阀使用维护说明书
. . .. .资料. . . 浮动球阀结构示意图 固定球阀结构示意图 LOC K
一、用途 本系列阀门安装在水、汽、天然气、煤气、油品等介质管道上作为接通和截断用。 二、特点 （一）浮动球阀 1. 阀门采用中部法兰及PTFE(聚四氟乙烯)或PPL（对位聚苯）垫片的密封结构，浮动球，两端法兰连接，扳 手操作或蜗轮、气动、电动操作，亦可配置信号装置，实现远程控制。 2. 阀座为PTFE(聚四氟乙烯)或PPL（对位聚苯），其摩擦系数小，能有效的降低球阀的开关力矩。 3. 阀杆经调质处理，有良好的机械性能和抗擦伤性。 4. 可根据使用工况或用户要求设置防火防静电结构，还可以带锁，防止误操作。 （二）固定球阀 1. 阀门采用中部法兰及金属石墨缠绕垫片或O形圈的密封结构，固定球，两端法兰连接。 2. 阀座为摩擦系数小且有自润滑和耐腐蚀的PTFE(聚四氟乙烯)或PPL（对位聚苯）。阀座支承圈用浮动结构， 弹簧作用力可使阀门在低压情况下密封。 3. 阀杆经调质处理，有良好的机械性能和抗擦伤性。 4. 有上下阀杆承受主要载荷，所以在关闭位置，球与阀座之间的受载情况得到缓解，保护了密封副免受损伤。 5. 该阀门根据用户要求可设置注脂装置。 6. 双阻断及泄放功能：阀门采用阀前密封，两个阀座能独立切断进口端和出口端的介质，实现双阻断功能； 当球阀关闭时，即使阀门进出口两端同时受压，阀门中腔和两端通道也可以被相互阻断，中腔的剩余介质可以通过泄放阀排出。 三、主要零件材料 四、主要性能规及相关标准 （一）、主要性能规
（二）、相关标准 1、设计制造标准：GB/T 12237-2007；API 6D、BS5351 2、结构长度：QB/YX-2007（企业标准）； GB/T12221-2005 ；ANSI B16.10 -2- 3、法兰的结构型式及尺寸：JB/T 79-1994 ；ANSI B16.5、ANSI B16.47 4、阀门的检验与压力试验：JB/T 9092-1999；API 598 五、安装使用与维护保养 1、安装使用 1.1安装前应仔细核对阀门铭牌容，保证阀门的类型，尺寸、阀座材料、使用温度等额定值符合管道的使用情 况。 1.2安装使用前最好能对球阀所有连接处的螺栓进行检查，保证其已均匀拧紧。并检查填料是否压紧而又密封。 1.3安装前应对管线进行清扫，去除管线中油污，焊渣等杂质。 1.4阀门在搬运中应轻取轻放，禁止抛扔或跌落。 1.5大型阀门应安装固定支架，保证阀门安装后，整条管线的稳定性和安全性。 1.6阀门安装时，应取下阀门两端的防尘盖。 1.7阀门往管道上安装时，在法兰间应垫进合适的垫片，取相应的规格的螺栓把法兰对角均匀拧紧。 1.8如阀门安装后发现阀杆密封处有渗漏，可能是在运输过程中震动和温度变化引起填料松弛，拧紧填料压盖 螺母即可，并注意给填料加润滑油，以减轻操作力矩。 1.9阀门的开启和关闭由手柄（手轮）来控制，当顺时针旋转手柄（手轮）时球体在阀杆的作用下顺时针旋转 运动关闭阀门，逆时针则旋转手柄（手轮）则开启阀门。 1.10阀门可安装在任意位置，介质可从任意端进入。 1.11如阀门为非手动装置，必须设置好执行机构的空间位置，以便在意外情况的人工操作及维修，并在正式投 产前对电动驱动装置进行检查和测试。 2、储存与维护保养 2.1在干燥通风的室，两端应盖上防尘盖，以保证阀门的腔清洁。 2.2长期存放应在阀门密封面涂防锈油，并定期检查。 2.3 大型阀门存放在室外保管时，应将其支撑起来，不要与地面接触，并用塑料薄腊覆盖保护。
本科课程设计 令狐采学 题目：过程流体机械课程设计 学院：机械与自动控制学院 专业班级：过程装备与控制工程 姓名：学号： 二O一六年七月 目录 摘要· ·························································I 第一章工作原理和设计方法 (1) 1.1 工作原理 (1) 1.2 设计方法 (1)
1.2.1 球阀结构 (1) 1.2.2 球阀材料 (2) 1.2.3 阀体 (3) 1.2.4 球体 (4) 1.2.5 阀杆 (4) 第二章球阀尺寸计算 (6) 2.1 阀体 (6) 2.2 阀
杆 (6) 2.2.1 阀杆尺 寸······················· (6) 2.3 球体尺寸计算 (6) 2.4密封比压 (6) 2.5球阀转矩 (9) 2.6法兰螺栓校核 (10) 2.7法兰选型 (11) 第三章数值模拟计算方法··························
(12) 3.1 数学模型 (12) 3.2 网格划分 (13) 3.3 边界条件 (14) 3.4CFD使用步骤 (14) 第四章管道内流体模拟结果分析 (15) 4.1 球阀在不同相对开度时的速度分析 (15) 4.2 球阀在不同相对开度时的压力分析 (16) 4.3 球阀在不同相对开度时的流量系数分
析 (17) 第五章总结······················································· 参考文献··························································
第一章绪论 1.1球阀简介 球阀问世于20世纪50年代，随着科学技术的飞速发展，生产工艺及产品结构的的不断改进，在短短的40年时间里，已迅速发展成为一种主要的阀类。在西方国家工业发达的国家，球阀的使用正在逐年不断的上升，在我国，球阀被广泛的应用在石油炼制、长输管线、化工、造纸、制药、水利、电力、市政、钢铁等行业，在国民经济中占有举足轻重的地位。 球阀主要用于截断或接通管路中的介质，亦可用于流体的调节与控制，其中硬密封V型球阀其V型球芯与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力，特别适用于含纤维、微小固体颗料等介质。而多通球阀在管道上不仅可灵活控制介质的合流、分流、及流向的切换，同时也可关闭任一通道而使另外两个通道相连。 1.2球阀的工作原理 球阀它具有旋转90度的动作，旋塞体为球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。球阀最适宜做开关、切断阀使用，但近来的发展已将球阀设计成使它具有节流和控制流量之用，如V型球阀。 球阀的主要特点是本身结构紧凑，密封可靠，结构简单，维修方便，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，易于操作和维修，适用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质，而且还适用于工作条件恶劣的介质，如氧气、过氧化氢、甲烷和乙烯等，在各行业得到广泛的应用。球阀阀体可以是整体的，也可以是组合式的。 1.3球阀的特点 1．流体阻力小，全通径的球阀基本没有流阻。
2．结构简单、体积小、重量轻。 3．紧密可靠。它有两个密封面，而且目前球阀的密封面材料广泛使用各种塑料，密封性好，能实现完全密封。在真空系统中也已广泛使用。 4．操作方便，开闭迅速，从全开到全关只要旋转90°，便于远距离的控制。 5．维修方便，球阀结构简单，密封圈一般都是活动的，拆卸更换都比较方便。 6．在全开或全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质通过时，不会引起阀门密封面的侵蚀。 7．适用范围广，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空至高压力都可应用。 8．由于球阀在启闭过程中有擦拭性，所以可用于带悬浮固体颗粒的介质中。 1.4球阀的分类 球阀分有：浮动球球阀、固定球球阀、轨道球阀、V型球阀、三通球阀、不锈钢球阀、锻钢球阀、卸灰球阀、抗硫球阀、三通球阀、气动球阀、电动球阀、卡套球阀、焊接球阀。 按壳体/主体材料分类，球阀可分为： 1. 金属材料阀门：如碳钢阀门、合金钢阀门、不锈钢阀门、铸铁阀门、钛合金阀门、蒙乃尔阀门、铜合金阀门、铝合金阀门、铅合金阀门等。 2. 金属阀体衬里阀门：如衬胶阀门、衬氟阀门、衬铅阀门、衬塑阀门、衬搪瓷阀门。 3. 非金属材料阀门：如陶瓷阀门、玻璃阀门、塑料阀门。 国内生产球阀的厂家比较多，连接尺寸也大多不统一。主要分以下几个大类：（1）以JB／T2203－1999《球阀结构长度》为主的通用类。目前国内大多数球阀生产厂家均按本标准设计生产。如上海良众阀门有限公司、浙江罗浮锅炉附件厂、杭州阀门厂、、上海阀门厂、开封高压阀门厂、海安阀门厂等。但本标准也不尽完美，规格不全，浮动式球阀最大公称通径为DN1200，固定式球阀最大公称通径DN2000。根据厂所生产的阀门规格及掌握的资料来看，目前浮动式球阀公称通径最小为DN6，固定式球阀公称通径最小为DN50。经考证，各厂家
2.3.7焊接球阀、法兰球阀 球阀能做到与管道同寿命,能安全无故障运行20年以上,其中阀体内的球体密封结构要求无需检修且寿命不少于25年。球阀的球体应采用实球体锻造加工而成，禁止采用空心组合球体、半球体球阀，不得采用缩颈球阀。 焊接球阀与管道采用焊接连接。各种规格的接口尺寸要符合《普通流体输送管道用埋弧焊钢管》（SYT 5037-2012）、《输送流体用无缝钢管》（GB/T8163-2008）和《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T3091-2015）中的要求。阀门端口接管不得小于相连接管道的壁厚。 采用双活塞效应的阀座圈，具有双向双密封功能。除阀体和阀盖部分以外，阀颈部分也需要采用阀颈焊接的形式，以减少泄露点。固定轴或底板支撑部分需采用焊接的形式，以减少底部外泄露的可能。阀杆部位具有机械的防飞装置，在拆除压盖或顶法兰后，阀杆不会因内部压力而喷出。加长杆最终长度按实际安装位置确定。各阀门的内部结构应适用于阀门的使用条件，保证阀门的开启平稳，介质流动顺畅,可消除或降低汽蚀、冲蚀的产生。阀门的外部结构应美观、紧凑、实用，占地小。 2.3.7.1主要技术参数 连接方式：焊接 压力等级： 2.5MPa 设计温度： 150℃ 耐温：-25.5~150 ℃ 严密性：应为双向密封，在1.1倍设计压力下（2.75 MPa）进行严密性试验，泄漏量应满足ISO 5208或EN 12266-1 B级标准要求。应设置可靠阀轴密
封，防止阀杆处泄漏，在运行期间阀杆密封圈可在不停运时替换。 2.3.7.2设计结构 焊接球阀、法兰球阀为专门为区域供热系统设计的开关型阀门，投标方应依照招标方提出的参数条件，选定满足要求的阀门，并提供阀门的规范。所有阀门必须按ANSI B16.34、B31.1、API、FCI及ASTM等相关标准执行、选材、制造和试验。阀门的设计应满足介质温度、压力、流向及严密性的要求，并满足系统开/关时间的要求。泄漏等级按MSS-SP-61标准执行。 阀门的设计应便于安装，可以自频繁操作，不需要维护调整及润滑的情况下，长寿命运行。 阀门打开或关闭时阀座前后的最大不平衡压差应该是阀门设计压力的基准值。 保证所供阀门开启迅速灵活，不会因为介质温度变化而出现卡死、开启困难等现象。 阀门在设计和制造时应力求降低其启、闭力和启、闭力矩，对启闭速度有要求的阀门应满足其性能要求，并保证其动作的可靠性。 除有特殊说明外，所有阀门必须达到在施工现场安装前不需解体检查就可安装的要求，如因阀门质量原因需要在施工现场解体检修，投标方应承担一切费用。 操作装置：带有一个指示装置，以显示阀门的开关位置，并且需要一个保证阀门"全开"或"全关"的限位机构。DN100以下（不含DN150）为手柄操作；DN100以上（含DN150）为齿轮箱传动。传动装置在操作过程中，无卡滞，使阀门完全开启和关闭。阀门与传动装置的连接必须方便、灵活，传动机构应能安装在阀门的水平或垂直方向。传动装置对阀门的开关位置应有相应的极限位置和标示。每个极限位置要用鲜明的标记进行标示。 开关方向：当面对手轮时，顺时针方向转动手轮阀门应为关。在手轮的轮缘上，要有一个箭头来指示"开、关"的方向，并且"关"应放在箭头的前端。并
球阀设计计算书 产品名称固定球阀 10STQ3R59CG 设计计算书 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3 133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 API 6D 管道阀门 ASME B1634 阀门法兰螺纹和焊端连接的阀门 ASME 锅炉与压力容器规范第Ⅱ卷 ASME 锅炉与压力容器规范第Ⅷ卷 API 600 钢制闸阀法兰和对焊连接端螺栓连接阀盖说明
以公称压力作为计算压力 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 涉及的材料许用应力值按-29～38℃时选取 适用介质为水油气等介质 不考虑地震载荷风载荷等自然因数 瞬间压力不得超过使用温度下允许压力11倍 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 型号 10STQ3R59CG 简 图零件名称阀体材料牌号ASTM A105 计算内容壁厚验算根据ASME1634 序号计算数据名称符号公式数值单位 1 壳体计算壁厚 t1 15Pcd 2S-12Pc 1238 mm 2 计算压力Pc 设计给定300 psi 3计算内径 d d d0 254 mm 4 基本应力系数S 设计给定7000 psi 5 附加厚度 C 设计给定40 mm 6 阀体标准厚度tm ASTM B1634 84 mm 7 阀座外径DH 设计给定270 mm 8 理论内径 d Dn15 180 mm 9 公称内径d0 设计给定 254 mm 10 阀体实际壁厚t 设计给定25 mm ASTM A216 WCB材料许用应力取值 1 常温下抗拉强度35 Re2035 200000 psi 2 常温下抗拉强度查ASME-Ⅱ-D 70000 psi 3 常温下屈服强度15 Rm2015 240000 psi 4 常温下屈服强度查ASME-Ⅱ-D 36000 psi Re2035＞7000 Rm2015＞7000 取基本应力系数7000满足要求结论 t＞t1 t＞tm
. 《工程图学实践》说明书 一、目的和任务 目的： 进行测绘的目的是综合运用工程图学课程的知识，进行比较系统的制图实践，使学生理论联系实际，掌握部件测绘的工作程序，掌握手工绘图、仪器绘图及计算机绘图的能力，熟悉装配图和零件图的表达方案的选择，合理地进行尺寸的标注，合理编写零件图的技术要求，为后续的毕业设计打下良好的基础。 任务： 1、视图表达合理，图样画法符合机械制图国家标准； 2、尺寸标注正确、完整、清晰、合理，字体工整； 3、技术要求（尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、材料等）可参照同类型的生产图样或相关手册进行类比确定； 4、零件草图应按目测徒手绘出； 5、正确地使用测绘工具，计算出有关尺寸，编写技术要求，绘制正规的零件工作图； 6、充分了解球阀的工作原理、结构特点、装配关系，根据装配示意
图，画出球阀的装配图。 二、时间进度安排 （1）球阀的拆卸与安装（组内共4人，小组内轮流拆卸）。 （2）测绘常用件及一般零件中的阀体、阀盖、阀杆、扳手的一些相关尺寸。 专业资料． . （3）绘制各个零件的草图（参照最原始的测量数据） （4）根据自己测量的数据，然后在数据圆整后，完成球阀所有零件的建模（必要时进行数据优化）。 （5）阀体、阀盖、阀杆、扳手等零件图绘制。 （6）部件装配图的绘制。 （7）编写说明书。 三、球阀的工作原理 “阀”是管道系统中用来启闭或调节流体流量的部件，“球阀”是“阀”的一种，它的阀芯是球形的。该球阀由阀体、阀盖、阀芯、阀杆、扳手、螺钉、密封圈等零件组成，其中螺钉是标准件。 球阀的装配关系是：阀体与阀盖均带有方形凸缘，用四个螺钉连接。阀杆下部有凸块，榫接阀芯上的凹槽。 球阀的工作原理：用扳手带动阀杆旋转，从而实现开启、截流和断流。阀体的材料选用铸钢，毛坯是铸件，但其内、外表面都有一部分需要
全焊接固定球阀的设计与计算 陆培文 （原北京市阀门总厂） 根据GB/T 19672-2005、GB/T 20173-2006和美国石油学会标准API 6D-2008、国际标准化组织标准ISO14313:2007标准规定。固定球球阀为双阀座阀门、对于双阀座阀门分：单向密封、双向密封、双阀座双向密封、双阀座一个阀座单向密封一个阀座双向密封，双截断-泄放阀，如图1所示。 单向密封阀门——设计在一个方向密封 的阀门。 双向密封阀门——设计在两个方向都能 密封的阀门。 双隔离-泄放阀DIB-1(双阀座双向密 封)——双阀座、每个阀座均能达到双向密封。 双隔离-泄放阀DIB-2（双阀座一个阀座单 向密封一个阀座双向密封）——双阀座，一个 为单方向密封阀座，一个为两个方向都能密封 的阀座。 双截断-泄放阀DBB——在关闭位置时， 具有双密封副的阀门，当两密封副间的体腔通 大气或排空时，阀门体腔两端的介质流动应被 切断。 标准还要求密封试验时，应为进口端阀座 密封。图1 固定球球阀阀座密封分类 1 全焊接固定球球阀通道直径的确定 在设计计算全焊接固定球球阀时，首先要确定阀体的通道直径，以便作为其他部位计算的基础。球体通到底最小直径要符合相应标准的规定。设计国标全焊接固定球球阀时，全通径球阀的最小通径应符合GB/T 19672-2005《管线阀门技术条件》或GB/T20173-2006《石油、天然气工业—管线输送系统—管线阀门》标准规定。设计美标全焊接固定球球阀时，全通径球阀的最小通径应符合API6D-2008/ISO14313:2007《石油、天然气工业—管道输送系统—管道阀门》标准规定。对于全焊接缩径固定球球阀，标准规定对于公称尺寸≤DN300(NPS12)的球阀，球阀公称尺寸的孔径缩小一个规格，按标准规定内径；对于公称尺寸DN350（NPS14）～DN600(NPS24)的球阀，球阀的公称尺寸的孔径缩小两个规格，按标准规定的内径尺寸；对于公称尺寸＞DN600(NPS24)的球阀，应和用户商定。对于没有标准规定的全焊接球阀，通常球体通道的截面积应不小于管道额定截面积的60%，设计成缩径形式，这样可以减小球阀的结构，减轻重量，减小阀座密封面上的作用力和启、闭转矩。一般采用球阀公称尺寸DN与球体通道直径之比等于0.78。此时，球阀的阻力不会过大。 2 球体半径的确定
解析直埋式全焊接球阀的安装与保养 内容来源自网络 1.1安装前试压管线阀门在安装前应进行压力试验，以确保阀门本身的严密性与安全性。(1)强度试验。强度试验采用水作介质;在阀门两侧袖管上焊接高压—咄帽.将阀门开至45摄氏度位置后，通过袖管上的试压阀门向球阀内注入 1.1安装前试压 管线阀门在安装前应进行压力试验，以确保阀门本身的严密性与安全性。 (1)强度试验。强度试验采用水作介质;在阀门两侧袖管上焊接高压—咄帽.将阀门开至45摄氏度位置后，通过袖管上的试压阀门向球阀内注入水.升压至球阀公称压力的1.5倍，保压15min;无泄漏为合格。 (2)严密性试验。严密睦试验采用氮气作介质;将球阀关闭.从袖管上试压阀门向球阀内注入氮气.压力升至球阀公称压力的1.1倍，中腔放压阀接软管通人盛水容器进行检测.插入深度为1cm;5min内无气泡产生为合格。 1.2安装 (1)吊装。应采用正确的方式吊装阀门，为了保护阀杆，不要将吊链系于手轮、齿轮箱或执行器。阀门袖管两端的保护帽在焊接之前不要摘除. (2)焊接.直埋全焊接球阀与主干管线的连接采取焊接.焊缝质量必须符合《盘屈熔化焊焊接接头射线照相》(GB3323—2005)Ⅱ级片标准，通常一次焊接并不能完全保证全部合格，所以订购阀门时候应当要求厂家在阀门两端增加1.0m长袖管，一旦焊缝不合格还有足够的长度将不合格焊缝割除并重新焊接在球阀与管道焊接时，阀门应处于100%全开位置，以免阀球被飞溅的焊渣损坏，同时确保阀门内部密封件温度不超过140摄氏度，必要时可以采取适当的冷却措施. (3)阀门井砌筑。直埋全焊接球阀采用特殊的 结构设计，具有免维护的特点，埋地前在阀门外侧涂覆Pu特殊防腐涂层，同时将3根分别为阀座和阀杆紧急注脂的注入管，中腔放空管及阀杆根据煌地深度适当延长，以便工作人员在地面上就可以完成各项操作.实现直埋地后，砌筑小型阀门手井即可，如图4所示。而对于常规非全焊接球阀则不可以直接埋地，并需砌筑大型阀门井，结果却形成了危险的密闭空间，不利于安全运营。同时阀体本身及阀体与管道的螺栓连接部位电会受到腐蚀，影响阀门的使用寿命. 2日常操作及维护 为了延长阀门寿命，平时应遵照以下程序对阀门进行操作和维护. 2.1操作 阀门经常操作既可以防止杂质在阀座或阀球表面聚集，也可以避免阀座内嵌体局部过度磨损.
固定球阀 Q347F-40 产 品 使 用 说 明
尊敬的用户： 非常感谢你选择使用本公司钢制球阀系列产品。本公司集阀门产品的设计、开发、制造、安装和销售服务于一体，对所有阀门产品的质量、售后服务有了全面保障。现对阀门产品的结构特点、工作原理、设计制造标准、技术性能参数等做出详细的说明。请你务必在安装使用本公司产品前详细阅读《使用说明书》，确保你在安装使用时更加便利。如果你在阀门使用过程中有何疑难问题，请致电本公司售后服务部。
1,用途和性能规范 1．1用途 a、本产品主要用于气体、液体介质管路上作启闭器，接通或截断介质，具有流阻 小，启闭较省力等优点。 b、适用范围：化工、石油、冶金、造纸、制药等行业。 1 1．3阀门最大工作压力额定值（压力-温度基准） 表中温度是指工作状态下管路介质的温度，表中压力是持续无冲击压力 2 采用标准 2．1设计制造按GB/T 12237的规定； 2．2检验和试验按GB/T 13927或JB/T9092的规定； 2．3法兰尺寸按JB/T79的规定； 2．4结构长度按GB/T 12221的规定； 3 结构特点和使用原理 3．1结构及主要外形尺寸参见简图 3．2本阀靠旋转手轮使阀杆转动而带动球转动来达到启闭目的。 3．3本阀门关闭时手柄按顺时针方向旋转（操作器上设有开关标记）。 3．4本阀门采用PTFE阀座，工艺简单、密封更换方便。 3．5采用A105套球对PTFE软密封，关闭力矩小，易密封。 3．6采用可换式密封结构，维修方便。 3．7球阀的阀座具有自泄压作用从而保证阀门中腔的泄压。 — 1 —
1 底盖 2 下阀杆 3阀体 4 阀座组件 5 阀盖 6球体 7 滑动轴承 8上阀杆 9 滑动轴承 10螺栓11螺母 12压套 13填料 14连接盘 15执行器 4 阀门主要零件材料 5 阀门主要连接尺寸 — ２ — 零件名称 阀体 阀盖 上阀杆下阀杆 阀座 组件 球体 滑动轴承 螺栓 螺母 平键 所用材料 A105 2Cr13 A105+ PTFE A3+ENP 304+PTFE 35 45 45 口径 L D ?1 n-d ?2 ?3 f f1 b DN150 559 350 290 12-?34 250 204 3 4.5 46
目录 阀体壁厚验算 (1) 密封面比压验算 (2) 阀杆总转矩及圆周力 (3) 阀杆头部强度验算 (5) 中法兰螺栓强度验算 (6) 阀体中法兰强度验算 (9) 参考资料 1、API 6D………………………………………………………………管道阀门 2、ASME B16.34…………………………………阀门—法兰、螺纹和焊端连接的阀门 3、ASME B16.5…………………………………管道法兰和法兰管件—NPS1/2~NPS24 4、机械工业出版社………………………………………《阀门设计手册》 5、机械工业出版社………………………………………《实用阀门设计手册》 6、ASME 第二卷 D篇………………………………………锅炉及压力容器规范材料规范 7、ASME VIII第一册………………………………………压力容器建造规则 8、机械工业出版社………………………………………《阀门设计入门与精通》 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-29～200℃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的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
简 图 零件名称 阀 座 材料牌号 PTFE 计算内容 密封面比压验算 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 密封面外径 D MW 设计给定 119 mm 2 密封面内径 D MN 设计给定 108 mm 3 密封面宽度 bm 设计给定 5.5 mm 4 计算压力 P PN 设计给定 2.0 MPa 5 密封面必须比压 q MF 查手册表3-13 4.85 MPa 6 密封面计算比压 q ()4() MW MN MW MN D D P D D +- 10.318 MPa 7 密封面许用比压 [q] 查手册表4-66（阀门设计手册Pg428） 15 MPa 结论： 〔q 〕≥q ≥q MF 合格
全国阀门标准化技术委员会、全国安全泄压装置标准化技术委员会归口的国家标准目录序号标准号项目名称归口 1 GB/T 29026-201 2 低温介质用弹簧直接载荷式安全阀安全泄压 2 GB/T 12242-2005 压力释放装置性能试验规范安全泄压 3 GB/T 12241-2005 安全阀一般要求安全泄压 4 GB/T 12243-200 5 弹簧直接载荷式安全阀安全泄压 5 GB/T 20910-2007 热水系统用温度压力安全阀安全泄压 6 GB/T 21384-2008 电热水器用安全阀安全泄压 7 GB/T 24921.1-2010 石化工业用压力释放阀的尺寸确定、 选型和安装 第1部分：尺寸的确定和选型 安全泄压 8 GB/T 24921.2-2010 石化工业用压力释放阀的尺寸确定、 选型和安装 第2部分：安装 安全泄压 9 GB/T 24920-2010 石化工业用钢制压力释放阀安全泄压 10 GB/T 32291-2015 高压超高压安全阀离线校验与评定安全泄压 11 GB/T 24918-2010 低温介质用紧急切断阀阀门 12 GB/T 24925-2010 低温阀门技术条件阀门 13 GB/T 32290-2015 供水系统用弹性密封轻型闸阀阀门 14 GB/T 24924-2010 供水系统用弹性密封闸阀阀门 15 GB/T 26146-2010 偏心半球阀阀门
16 GB/T 12246-2006 先导式减压阀阀门 17 GB/T 28778-2012 先导式安全阀阀门 18 GB/T 12244-2006 减压阀一般要求阀门 19 GB/T 12245-2006 减压阀性能试验方法阀门 20 GB/T 12222-2005 多回转阀门驱动装置的连接阀门 21 GB/T 13927-2008 工业阀门压力试验阀门 22 GB/T 24919-2010 工业阀门安装使用维护一般要求阀门 23 GB/T 12220-2015 工业阀门标志阀门 24 GB/T 12239-2008 工业阀门金属隔膜阀阀门 25 GB/T 26479-2011 弹性密封部分回转阀门耐火试验阀门 26 GB/T 26145-2010 排污阀阀门 27 GB/T 24923-2010 普通型阀门电动装置技术条件阀门 28 GB/T 28270-2012 智能型阀门电动装置阀门 29 GB/T 26482-2011 止回阀耐火试验阀门 30 GB/T 21386-2008 比例式减压阀阀门 31 GB/T 26478-2011 氨用截止阀和升降式止回阀阀门 32 GB/T 12238-2008 法兰和对夹连接弹性密封蝶阀阀门 33 GB/T 26144-2010 法兰和对夹连接钢制衬氟塑料蝶阀阀门 34 GB/T 22653-2008 液化气体设备用紧急切断阀阀门 35 GB/T 26147-2010 球阀球体技术条件阀门 36 GB/T 24917-2010 眼镜阀阀门
12＂Q367F400Lb 全焊接球阀设计计算书 1 弹簧预紧力设计 1.1 弹簧最小预计力F YJ a F YJ a=（π/4）*( D MW2-D MN2)* q YJ =0.785*(3262-3202) *1.5=4564N 式中： q YJ-最小预紧比压，q YJ取1.5MPa； D MW-密封圈外径，设计给定326mm; D MN-密封圈内径，设计给定320mm。 1.2自泄压阀座超压推力F OP F OP=（π/4）*0.33*P*( D HW2-D MP2)=0.785*2.2*(3302-3232)=7894N 式中： P-最大工作压力，设计给定压力等级是400Lb，取MAP@38℃=6.8MPa; D HW-阀座支撑圈外径，设计给定330mm; D MP-密封面平均直径，D MP=0.5*(D MW+D MN)= 0.5*(326+320)=323mm; 1.3判定 弹簧预紧力设计既要满足阀座低压密封要求，也不能使阀座丧失自泄压功能，即：F YJ a≤F YJ≤F OP 式中：F YJ-弹簧设计的预紧力，设计给定为6720N 显然4564＜6720＜7894，满足要求，故弹簧预紧力设计合格！ 2密封面的比压设计 2.1设计比压q q=（F MJ+F YJ）/[(π/4)*(D MW2-D MN2)] =(24400+6720)/[0.785*（3262-3202）]=10.2MPa 式中： F MJ-介质水平密封力， F MJ =π/4*(D HW2-D MP2)*P=0.785*（3302-3232）*6.8=24400N 2.2必须比压q b q b=m*((a+cp/√b))=1.4*(1.8+0.9*6.8)/√3)=6.44 MPa 式中： m-与流体性质相关的系数，根据设计给定的介质和温度选取m=1.4 ；
大口径全焊接球阀 大口径全焊接球阀为河北瑞柯斯阀门科技有限公司主要经营产品 之一，该球阀设计结构新颖，密封可靠、使用寿命长、运行费用低、维护简单；正确使用、维护可以使阀门达到最长的使用寿命。保证在规定温度、压力范围内正常安全的使用。 一、设计特点 1、阀体的结构为整体式焊接，不会有外 部泄漏现象。 2、阀座是由PTFE材质的密封环及弹簧 组成的，对压力和温度的变化适应能力强， 在使用范围内不会产生任何的泄漏。 3、阀杆的防渗漏结构、阀杆处设3个密 封环，每组之间还增设PTFE密封垫，最上 端还具有预紧石墨垫片确保无泄漏。 4、进口预紧力扭矩点焊机，球阀力矩把控；确保每个规格阀门开关力矩小，操作轻便。 5、阀体重量轻，使阀门安装变的更为便捷，不仅可以降低工程施工的成本，还可以节省了施工时间，且便于保温。 6、阀件全部采用数控机床加工，加工精度高使阀门操作轻便，无不良干涉。 7、直埋式球阀可以直接埋于地下，不用建高大阀门井，只需地面上设置小型的浅井，就可以在井外操作阀门，使用非常方便，避免人
员在井内操作阀门带来的不安全隐患。 8、直埋型焊接球阀埋地深度，可根据工程的要求，来为您设计不同的阀门高度。 9、可根据用户对阀门连接端口的不同需要，设计多种端口连接方式，供您选择。 二、安装事项 1、应采用正确的方式吊装阀门，为了保护阀杆，不要将吊链系于手轮、齿轮箱或是执行器。阀门袖管两端的保护帽在焊接之前不要摘除。防止杂物进入阀内损伤密封件。 2、阀门焊接端与管道焊接时，阀门必须保证处于100%全开的状态，避免焊接时飞溅杂质损伤阀球及密封面。建议≥DN350口径焊接时，先用氩弧焊打底再焊接，保证焊接质量及牢固性。 3、阀门与管路法兰连接时、应保持自然同轴，避免产生剪切力，连接螺栓应自然锁紧。 4、大口径球阀安装时，阀门的重量不能全都使用于管道上，应该设立固定敦或是支架做支撑。 三、使用及注意事项 1、阀门处于投运状态时，阀门应保证处于全开或是全关的状态，不得处于半开半关位以免介质流动附带的杂质长时间损伤阀球及阀座，使球阀失去关闭的严密性。 2、球阀启闭操作，应按照阀杆或蜗轮驱动装置上箭头指示方向操作，
一、绪论 (1) 二、基本要素分析 (1) 1、球阀结构及参数 (3) 2、作业单位划分情况 (4) 3、工艺过程分析 (9) 三、物流分析 (9) 1、...................................................... 产品工艺过程分析 .9 1.1 分析给定的工艺过程表...................................................... .10 1.2 各个自制零部件工艺过程图.................................................. .12 1.3产品总的工艺过程图.......................................................... .12 1.4产品产量分析................................................................ .13 2、物流强度分析 (13) 2.1 作业单位之间的物流强度.................................................... .14 2.2 各单位之间物流强度统计图.................................................. .14 2.3 绘制从至表................................................................ .15 2.4 作业单位物流相关原始分析.................................................. .15 四、作业单位非物流相关分析 (17) 五、作业单位综合相关分析 (17) 1、选取加权值 (17) 2、相互关系计算 (18) 3、综合物流相关等级表 (19) 4、作业单位综合关系 (20) 六、作业单位相关分析 (20) 1、综合接近程度排序 (21) 2、绘制作业单位位置相关图 (22) 七、作业单位面积相关分析 (23) 1、作业单位面积相关图 (23) 2、方案一 (24) 3、方案二 (25) 4、方案三 (26) 八、评价方案并择优 (26) 1、计算权重 (26) 2、评选方案 (27) 九、总结 (27) 十、参考文献 (27)