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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3133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 15Pcd2S-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 mm8 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 mmASTM 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 70000psi 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合格-1-型号 10STQ3R59CG 简图零件名称阀盖材料牌号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 15Pcd2S-12Pc 1269 mm 2 计算压力Pc 设计给定300 psi 3计算内径 d d d0 26333 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 112 mm 7 筒体实际内径Dn 设计给定395 mm8 理论内径 d Dn15 26333 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33 mmASTM 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 70000psi 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合格-2-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 416 MPa 2 计算密封活塞外径设计给定270 mm 3 阀座密封面内径设计给定2712 mm 4 阀座密封面外径设计给定2762 mm 5 球体的半径R 设计给定1935 mm 6 密封面带轴向宽度h 25 mm 7 球体与密封圈接触点与通道轴法向夹角0707 8 密封圈外径到轴心的距离设计给定2052 mm 9 密封圈内径到轴心的距离设计给定 2077 mm 10 设计压力P 设计给定取公称压力51 MPa14 密封面许用比压[q] 聚四氟乙烯取150Mpa尼龙取300MPa 150MPa 结论q≤[q] 合格-3-型号10STQ3R59CG 简图零件名称阀座弹簧材料牌号INCONEL X750计算内容133倍中腔泄压能力计算根据中腔压力大于进口压力133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ΔP 033P 169 MPa 2 计算压力P 511 MPa 3 密封面平均直径 DM DMWDMN2 2757 mm 4 阀座密封面内径DMN 设计给定2712 mm 5 阀座密封面外径DMW 设计给定2762 mm 6 需要施加的弹簧力QN 07854D2JH –D2M ΔP 3629 N 7 单个弹簧施加的力Qn QMFN 1296 N 8 弹簧的个数N 设计给定28 9单个弹簧载荷Qn 弹簧设计工作范围124～207N取平均值 165 N结论Qn Qn 合格-4-型号10STQ3R59CG 简图零件名称阀杆材料牌号ASTM A276 410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1201516 Nmm 2 固定球球阀的球体与阀座密封面间的摩擦力矩146193 Nmm 3 阀座对球体的预紧力产生的摩擦力矩70288 Nmm 4 阀座密封圈与球体接触面外径设计给定2762 ㎜ 5 阀座密封圈与球体接触面内径设计给定2712 ㎜ 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01P但不小于2Mpa对聚四氟乙烯或卡普隆密封圈大于等于1Mpa 20 MPa 8 球体与密封面间摩擦因数对聚四氟乙烯密封面为005～015对卡普隆密封面为01～015 01 9 球体半径R 设计给定1935 ㎜10 由介质工作压力产生的摩擦力矩75905 Nmm 11 活动套筒阀座外径设计给定27865 ㎜12 设计压力设计给定取公称压力PN 50 MPa 13 填料与阀杆的摩擦力矩82361 Nmm 14 O形圈与阀杆摩擦力矩34902 Nmm 15 阀杆直径设计给定65㎜16 阀杆处O形圈的数量Z 设计给定 2 17 石墨垫片与阀杆摩擦力矩QT2d12 47458 Nmm -5- 型号10STQ3R59CG 简图零件名称阀杆材料牌号ASTM A276 410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 QT2 Ψd1btP 14614 N 19石墨垫片的厚度bt 设计给定 3 mm 20 系数Ψ设计给定15 21 O形圈与阀杆间摩擦因数取 08 08 22 O 形圈的直径设计给定65 ㎜23 轴承产生的摩擦力矩972961 Nmm 24 轴承摩擦因数用聚四氟乙烯制的滑动轴承为005～01滚动轴承为0002 01 25 轴颈设计给定75 ㎜26 计算扭矩12012 Nm 27 实际选用扭矩4500 Nm28 轴承摩擦因数用聚四氟乙烯制的滑动轴承为005～01滚动轴承为0002 01 29 轴颈设计给定75 ㎜30 计算扭矩MF 12012 Nm 31 实际选用齿轮箱扭矩MB 4500 Nm结论MB＞MF 合格-6-型号10STQ3R59CG 简图零件名称阀杆材料牌号ASTM A29 4140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191 Mpa 2 阀杆端头所受力矩见阀杆力矩计算1201200 N·M 3 Ⅰ-Ⅰ断面抗转矩端面系数62878 ㎜3 4 系数查表5-153 0385 阀杆头方形端面边长 a 设计给定549 ㎜6 阀杆头矩形端面厚度 b 设计给定88 ㎜7 材料许用扭切应力查表ASME Ⅱ材料 D篇06 9604 Mpa 8 Ⅱ-Ⅱ断面处扭转剪切应力2574 Mpa 11 阀杆直径设计给定648 ㎜12 材料的许用剪切应力查表ASME Ⅱ材料 D篇06 9516 MPa 13 Ⅲ-Ⅲ断面处的扭转应力276 MPa 14 Ⅲ-Ⅲ断面处的抗扭系数435889 ㎜315 阀杆键槽的宽度设计给定18 ㎜16 阀杆键槽的深度t 设计给定707 ㎜17 Ⅲ-Ⅲ断面的阀杆直径设计给定6195 ㎜18 结论≤≤≤合格 -7-型号10STQ3R59CG 简图零件名称阀杆材料牌号ASTM A29 4140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000252 rad 2 转动力矩T 见阀杆力矩计算1201200 N·mm 3 轴受转矩长度L 设计给定 240 mm 4 切变模量G 80000 Mpa 5 轴直径 d 设计给定 618 mm 6 轴截面的极惯性矩Ip πd432 1431310 mm4 7将扭转变形角变为度180314 0144 °8 允许最大角位移设计给定 2 °结论＜合格-8-型号10STQ3R59CG 简图零件名称平键材料牌号ASTM A29 1045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134 MPa 2 总转矩 T 见阀杆计算1201200 N·mm 3 键数n 设计给定 1 4 键的工作长度L 设计给定63 MPa 5 键与轮廓的接触高度K 设计给定h2 46 ㎜ 6 键的高度h 设计给定11 ㎜7 阀杆的直径设计给定618 ㎜8 许用比压查表200 MPa 9 平键剪应力计算342 MPa 10 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120 MPa18 结论≤≤合格-9-型号10STQ3R59CG 简图零件名称中法兰螺栓材料牌号ASTM A193 B7 计算内容中法兰螺栓连接的强度验算根据ASME B1634 序号计算数据名称符号公式数值单位1 ASME B1634计算公式66452 螺栓抗拉应力总有效面积51888 ㎜23 螺栓数量Z 设计给定164 单个螺栓的截面积设计给定3243 ㎜25 螺栓直径设计给定24 ㎜ 6 O型圈的有效外周边面积1301007 ㎜2 7 O型圈的直径设计给定407 ㎜8压力额定植设计给定300 9 系数给定03510 螺栓在38℃时的许用应力查表 ASME Ⅱ材料D篇P384对大于138MPa的许用应力取138MPa 138 Psi 11 ≤652Sa≤9000 7522结论≤652Sa≤ 9000 7522≤9000 合格 -10-型号 10STQ3R59CG 简图零件名称固定球阀材料牌号-计算内容流量系数Cv 根据《阀门设计与计算》序号计算数据名称符号公式数值单位1流量系数CV 1167Kv 10503 2 流量系数KV Q [ρΔP] 05 根据Kv定义9054 3 体积流量Q AV 36216 m3h 4 管道横截面 A πDN24 00503 m2 5 公称通径DN 设计给定0253 m 6 介质每小时的流速V 3600u 7200 mh 7 介质密度ρKv定义给定 1 gcm3 8 压力损失ΔP 098ΔPA 转换成bar 00016 bar 9 压力损失ΔPA ξu2 2g ρ10 《阀门设计与计算》00016 Kgfcm2 10 重力加速度g 物理常数98 ms2 11 介质平均流速u 设计给定对水u 2-3取2 2 ms 12 流阻系数ξ根据《阀门设计与计算》表1-95 008结论本计算只是根据流阻系数阀门设计手册查出的近似数据是否准确应有应由试验确定阀门试制结束后由公司安排试验进行验证-11-型号 10STQ3R59CG 简图零件名称吊耳材料牌号A36 计算内容承重能力的计算根据序号计算数据名称符号公式数值单位 1 单只吊耳的起吊力G K S 〔σ〕 9522 N 2 单只吊耳的最小断面面积S 设计给定230 mm2 3 许用拉应力〔σ〕查ASME-Ⅱ-D WCB 138 MPa 4 安全系数K 设计给定03 5 两只吊耳同时起吊G2 设计已定19044 N 5 阀门总重GS 设计已定3600 N结论GS≤G2 合格-12-CC。
式中符号1计算壁厚S B ’P*Dn/(2.3*[σL]-P+C mm 3.3657142862计算压力P 设计给定MPa 1.63计算内径DN 设计给定mm 484许用拉应力[σL ]查《阀门设计计算手册》表3-3MPa 925腐蚀余量C 设计给定mm 36实际壁厚S B设计给定mm67标准壁厚GB/T12245.5式中符号1密封面计算比压qMPa63阀座密封面内径D1设计给定mm 354阀座密封面外径D2设计给定mm 405设计压力q 设计给定MPa 1.66密封必须比压q mf查表MPa 77密封材料许用比压[q]查表MPa20式中符号密封总作用力QN1451.936单位计算数据一.壁厚计算软密封41球阀(DN20)序号计算数据名称符号公式二.密封比压计算序号计算数据名称符号公式单位计算数据结论 qmf<q<[q] 故合格三.密封总作用力计算序号计算数据名称符号公式单位计算数据2阀座密封面内径D1设计给定mm 353阀座密封面外径D2设计给定mm 334设计压力q 设计给定Mpa 1.6式中符号1阀杆力矩MF MQF+MFT+MFCN.mm 3629.129085球体与阀座间的摩擦力矩MQF 3.14Dmp^2*P*fm*R(1+cos)/8cosN.mm 3186.012285摩擦因数fm 0.05密封面平均直径Dmp 设计都给定mm 30.3密封角cos 设计者给定mm 42.67球的半径R 设计者给定mm 22.52阀杆与填料的摩擦力矩MFT QT*Dt/2N.mm 443.1168填料与阀杆之间的摩擦力QT N63.3024阀杆直径Dt 设计都给定mm 14圈数Z 设计者给定3单圈填料高度hmm5式中符号1阀杆端头扭转剪切应力τn Mf/w^1/2Mpa14.46559744断面抗扭系数W βa^3250.88宽度a mm8系数β0.49阀杆许用扭转剪切应力五.阀杆力矩计算序号计算数据名称符号公式单位计算数据九.阀杆头部强度计算序号计算数据名称符号公式单位计算数据。
球阀设计计算书XXX文件号：10STQ3R59CG产品名称：固定球阀设计计算书编制：审核：批准：2014年9月目录：1.阀体壁厚验算2.阀盖壁厚验算3.密封面上的计算比压4.1.33倍中腔泄压能力的计算5.阀杆启闭扭矩的计算6.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锅炉与压力规范第Ⅱ卷4.ASME锅炉与压力规范第Ⅷ卷5.API 600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。
型号：10STQ3R59CG序号零件名称材料牌号计算内容根据1 阀体 ASTMA105 壁厚验算ASME16.342 阀盖 ASTMA105 壁厚验算ASME16.34根据相关标准，以公称压力作为计算压力，计算阀体和阀盖的壁厚。
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。
瞬间压力不得超过使用温度下允许压力的1.1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。
材料牌号计算内容序号10STQ3R59CG阀盖ASTM A105壁厚验算计算数据名称符号计算压力Pc300 psi基本应力系数C7000 psi阀体标准厚度S11.2 mm公称内径Dn254 mm附加厚度m4.0 mm设计给定Max（d’d0）设计给定ASTM B16.34设计给定Dn/1.5设计给定ASTM A216 WCB材料许用应力取值常温下抗拉强度Rm/20psi常温下屈服强度Re/20psi根据ASME-Ⅱ-D，常温下抗拉强度除以3.5大于7000 psi，常温下屈服强度除以1.5大于7000 psi，取基本应力系数7000 psi，满足要求。
球阀的设计与计算一、球阀的设计 1.1 设计输入即设计任务书。
应明确阀门的具体参数（公称通径、公称压力、温度、介质、驱动方式等），使用的条件和要求（如室内或室外安装、启闭频率等）及相关执行的标准（产品的设计与制造、结构长度、连接型式、产品的检验与试验等） 1.2 确定阀门的主体材料和密封圈材料 1.3 确定阀门承压件的制造工艺方法 1.4 确定阀门的总体结构型式1. 对阀门结构的确定:一般如果压力不高,DN ≤150时,可优先采用浮动式结构,其优点是:结构简单如果浮动球式结构满足不了需要时,应采用固定式结构或其它结构型式(如半球、撑开式…) 2. 对密封的材料的确定由于球阀的使用受温度的影响很大,因此,密封的材料的选定很关键：① 对使用温度≤300℃时,密封面材料可选择塑料类材料(如聚四氟乙烯、增强聚四氟乙烯、尼龙、对位聚苯)② 当使用温度超过300℃.或者介质代颗粒状时,密封面材料应选金属密封。
3．对球阀使用要求的确定主要确定,球阀是否具有防火.防静电要求 4．对阀体型式确定由于球阀公称通径适用的范围很广,其阀体型式也较为多样,一般分为以下三种： ① 整体式阀体一般用于DN ≤50的小通径阀门,此时,其材料多用棒材或厚壁管材直接加工击来,而对口径较大时,多采用二体式、三体式或全焊接结构② 二体式结构由左右不对称的二个阀体组成，多采用铸造工艺方法③ 三体式结构由主阀体和左右对称的二个阀体组成,可采用铸造或锻造工艺方法 5．阀门通道数量(直通、三通、四通…) 6．选择弹性元件的形式1.5 确定阀门的结构长度和连接尺寸 1.6 确定球体通道直径d球体通道直径应根据阀门在管道系统中的用途和性质决定，并要符合相关的设计标准或用户要求。
球体通道直径分为不缩径和缩径二种：不缩径：d 等于相关标准规定的阀体通道直径缩径：一般d=0.78相关标准规定的阀体通道直径，此时，其过渡段最好设计为锥角过渡，以确保流阻不会增大。
球阀计算书-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
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：
安阳益和阀业有限公司
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、阀杆强度的计算
五、球体直径的计算
六、球阀密封力的计算
七、球阀阀杆与填料之间的摩擦力计算
八、阀杆台肩与止推垫片之间的摩擦力计算
九、填料及止推片的摩擦转矩计算
十、球阀转矩的计算
十一、阀体中法兰的设计与计算
十二、阀门流量系数计算
附录参考文献
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、高凤琴主编中国标准出版社 4、球阀设计与选用
章华友、晏泽荣、陈元芳、袁玉求北京科学技术出版社。
式中符号1计算壁厚S B ’P*Dn/(2.3*[σL]-P+C mm 3.3657142862计算压力P 设计给定MPa 1.63计算内径DN 设计给定mm 484许用拉应力[σL ]查《阀门设计计算手册》表3-3MPa 925腐蚀余量C 设计给定mm 36实际壁厚S B设计给定mm67标准壁厚GB/T1224 5.5式中符号1密封面计算比压qMPa63阀座密封面内径D1设计给定mm 354阀座密封面外径D2设计给定mm 405设计压力q 设计给定MPa 1.66密封必须比压q mf查表MPa 77密封材料许用比压[q]查表MPa20式中符号密封总作用力QN1451.936单位计算数据一.壁厚计算软密封41球阀(DN20)序号计算数据名称符号公式二.密封比压计算序号计算数据名称符号公式单位计算数据结论 qmf<q<[q] 故合格三.密封总作用力计算序号计算数据名称符号公式单位计算数据2阀座密封面内径D1设计给定mm 353阀座密封面外径D2设计给定mm 334设计压力q 设计给定MPa 1.6式中符号1阀杆力矩MF MQF+MFT+MFCN.mm 3629.129085球体与阀座间的摩擦力矩MQF 3.14Dmp^2*P*fm*R(1+cos)/8cos N.mm 3186.012285摩擦因数fm 0.05密封面平均直径Dmp 设计都给定mm 30.3密封角cos 设计者给定mm 42.67球的半径R 设计者给定mm 22.52阀杆与填料的摩擦力矩MFT QT*Dt/2N.mm 443.1168填料与阀杆之间的摩擦力QT N63.3024阀杆直径Dt 设计都给定mm 14圈数Z 设计者给定3单圈填料高度hmm5式中符号1阀杆端头扭转剪切应力τn Mf/w^1/2Mpa14.46559744断面抗扭系数W βa^3250.88宽度a mm8系数β0.49阀杆许用扭转剪切应力五.阀杆力矩计算序号计算数据名称符号公式单位计算数据九.阀杆头部强度计算序号计算数据名称符号公式单位计算数据。
