球阀设计计算说明书

JS/6’Q41F-150Lb API 6D球阀
设
计
计
算
书
编制：
审批：
日期：
XXXXX有限公司
目录
阀体壁厚验算 (3)
密封面比压验算 (4)
阀杆总转矩及圆周力 (5)
阀杆强度验算 (7)
中法兰螺栓强度验算 (9)
中法兰螺栓面积验算 (10)
流量系数计算 (11)
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、ASME B16.10……………………………………………………阀门结构长度
5、机械工业出版社………………………………………《机械设计师手册》
6、机械工业出版社………………………………………《实用阀门设计手册》
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。

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： C P S dP t cc +-=)2.12.(5.1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)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：[]5.13021=≤=H ioH D fM σλδσ 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); D i －为阀体中腔内径（mm); λ－系数；［σH ］－法兰颈许用轴向应力（Mpa);M O =F D S D ＋F r S r ＋F G S G式中：F D －作用在法兰内径面积上的流体静压轴向力（N); S D －从螺栓孔中园致力FD 作用位置处的径向距离（mm);F r －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);S r －从螺栓孔中心园致力于Fr 作用位置处的径向距离（mm); F G －用于窄面法兰垫片载荷（N);S G －从螺栓孔中心园致力FG 作用位置处的径向距离（mm);F D =0.785D i 2P S D =S ＋0.5δ112δ--=ib D D S )(785.022i G r D D P F -=21Gr S S S ++=δ 2Gb G D D S -=F G =W-F (W=Wp) Wp=F+Fp+Q F=0.785D G 2P Fp=2πbD G mPP D Q m 24π=ATe ff δδλ++=1ISi D F e δ1=IS i IS D VUA δδ2=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); D b －法兰螺栓孔中心园直径（mm);D G －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=1.25D m－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）；σH ≤〔σH 〕=130.5合格2.中法兰的径向应力计算:[]Mpa D M e R if f R 108)133.1(2=≤+=σλδδσ式中：σR －法兰的径向应力（Mpa ）; ［σR ］－法兰许用的径向应力（Mpa ）; σR ≤〔σR 〕=108 合格3.中法兰的切向应力计算:[]Mpa Z D YM T R if T 1082=≤-=σσδσ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 ）;σT ≤〔σT 〕=108 合格三、.法兰螺栓拉应力验算：[]Mpa nd W L m P L 144=≤=σσ式中：σL －法兰螺栓断面积所承受的拉应力（Mpa ）; d m －螺栓断面有效面积（mm2）; n －螺栓数量；［σL ］－螺栓材料的拉应力（MPa ）。

适用于世伟洛克球阀的符合 ISO 5211 的执行机构 A-97A40G, 40, 60, 83 系列和 AFS 球阀■ 气动齿轮、齿条执行机构■ 执行机构符合行业接口标准：ISO 5211, NAMUR 和 VDI/VDE 3845■ 可提供工厂装配好的成品或供现场装配的成套件适用于世伟洛克球阀的符合 ISO 5211 的执行机构A-98 球阀A符合 ISO 5211 的世伟洛克齿条和齿轮气动执行机构适用于一般应用。

提供直通阀和角型阀用弹簧回程和双作用模式的产品。

世伟洛克可提供符合 ISO 5211、NAMUR 和 VDI/VDE 3845 接口标准的带全部执行机构的球阀组件、包括阀门、执行机构、传感器、支架成套件和电磁阀。

本产品目录所列阀门执行机构组件的设计条件是：■ 最高阀门压力■ 环境温度 (10 到 37°C [50 到100°F])■ 设计余量为计算操作扭矩的 20%。

欲获得关于阀门操作扭矩计算的更多信息、请参阅世伟洛克带执行机构的球阀选型指南、符合 ISO 5211 的执行机构安装支架成套件、P A-105。

执行机构工作额定值最大的执行机构压力是 116 psig (8 .0 bar)。

证书对于工厂装配的符合 ISO 5211 的世伟洛克执行机构、可在订单报价时要求提供 ATEX 认证。

现场装配不提供 ATEX 认证。

执行机构结构材料还可以提供更多材料。

请联系您的授权世伟洛克代表。

执行机构安装支架阀门阀门接地弹簧电磁阀安装支架位置指示器接头阀杆螺母锁定片固定螺钉接头面板螺母40G, 40, 83, H83 系列AFS 球阀60 系列 4 螺栓铸造不锈钢墙壁安装支架六角螺栓有头螺钉六角 螺母锁紧垫圈符合 ISO 5211 标准的气动执行机构适用于世伟洛克球阀的符合 ISO 5211 的执行机构 A-99A40G 和 40 系列阀门关于阀门特点、结构材料和技术数据、请参阅世伟洛克产品目录一体式仪表球阀—40G系列和 40 系列, P A-3。

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。

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~NPS244、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………………………………………锅炉及压力容器标准材料标准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3-134.85 MPa 6 密封面计算比压 q ()4()MW MN MW MN D D PD 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-3--4-图零件名称 阀 杆材料牌号 ASTM A182 F6a计算内容 阀杆头部强度验算 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 阀杆头部扭转切应力τN M F /Ws 9.9914 MPa 2 球阀阀杆力矩M F 见前页 47790.38 N ·mm 3 Ⅰ—Ⅰ断面系数Ws β*a 34783.104 Mm 3 4 系数 β 由b/a 确定(查表5-164)0.346 5 头部断面长 c 设计选定 34 mm 6 头部断面厚度 a 设计选定 24 mm 7 材料许用扭切应力 〔τN 〕 0.6S M 110 MPa 8 额定工作压力下的设计应力强度S M 2 S Y /3183.33 MPa 9 最大操作力矩 M 取设计数值的2倍：2 M F 95580.76 N ·mm 10 最大扭转切应力 τN “ 2M F /Ws17.278 MPa 11 材料规定的最小屈服强度S Y ASME 第二卷 D 篇Pg43 275 MPa结论： 〔τN 〕”＞τN ” 合格6-7--8--9-东一阀门制造〔南通〕东一阀门制造〔南通〕计算书产品名称：钢制球阀型号规格：4"Q41F-150Lb编制：批准：日期：。

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。

过程装备与自动化综合设计说明书题目： 球阀的测绘与设计学 生： 郭耀宗学 号： 201101020210院 （系）： 轻工与能源学院专 业： 过程装备与控制工程指导教师： 侯顺利2014年12月26日陕西科技大学过程装备与自动化综合设计任务书轻工与能源学院过程装备与控制工程专业1102 班学生：郭耀宗题目：球阀的测绘及设计课程设计从2014 年9 月13 日起到2014 年12 月19 日1、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：（1）根据教科书上的图形，结合所收集的资料，独立完成球阀测绘及设计；在计算机上用AutoCAD绘制并打印设计的总装图及部分部件的装配图和零件图。

（2）弄清球阀测绘及设计的工作原理，懂得各零部件的作用以及各零部件间的装配联接关系。

（3）所绘图样要符合机械制图的标准，标准件要按标准画法、简化画法或比例画法绘制，并要标准化。

（4）在图样上要有正确的、较完整的尺寸标注与技术要求。

汉字设置为长仿宋体。

视图选择适当、布局合理，绘图比例适当。

（5）在装配图上要正确表达各零件的装配关系及配合性质，合理编写零部件的名称及图号，按国标填写标题栏及明细表。

（6）独立编制零件加工工艺及装配工艺，既合理又有独到之处。

（7）养成认真负责的工作态度、严谨细致的工作作风和规范的制图习惯，培养自主学习的能力，掌握相关分析问题和解决问题的基本方法。

（8）严格遵守设计纪律，爱护设备，按设计进度要求进行，在设计结束后，能回答与本设计有关的问题，严格作息时间和考勤制度，设计平时表现是成绩考核的重要内容。

2、对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：（1）独立完成球阀测绘及设计的总装图及部分部件的装配图和零件图。

（2）图纸要求用AutoCAD软件绘制，绘图总量为折合A2图纸1.0张以上。

同时上交电子版和打印纸质版一份。

（3）编制装配工艺卡及1个典型零件加工工艺卡。

（4）设计报告：约5000字。

中压球阀FKB 系列世伟洛克 FKB 系列耳轴型球阀采用紧凑型设计，具有扭矩 低、四分之一圈操作的特点，能够在压力最高达 15,000 psig (1034 bar) 的应用场合提供可靠关断。

其它特点还有：■ 流量系数 (C v ) 为 0.44 到 11.3■ 可测的世伟洛克中压卡套管接头和内螺纹 NPT 端接 ■ 2 通（通-断）和 3 通（切换）流动方式■ 经检测的氮气阀座和经检测的外壳可确保产品完整性■ 位置可调的条形手柄和符合 ISO 5211 标准的气动执行机构■ 可选择手动阀面板和肩式安装。

压力—温度额定值欲了解关于带中压卡套管接头端接阀门压力额定值的更多信息，请参考世伟洛克产品目录中压可检测卡套管接头和转换接头，MS-02-335。

有关世伟洛克球阀的重要说明世伟洛克球阀设计用于全开或全闭位置。

在一段时间内未使用的阀门可能会有较高的初始启动力矩。

世伟洛克® 中压卡套管接头 端接：■ 减少阀门安装时间和费用■ 提供牢固的卡套管抓紧和 抗振动性能。

带有独特止动盘的位置可调 手柄：■ 提供元件布局灵活性，能够 减小系统占用的空间。

底部负载阀杆设计：■ 消除了阀杆冲出，提高了操作员安全性。

创新的阀杆密封设计 （正在申请专利）：■ 在整个工作温度范围内保持全压力额定值耳轴球阀采用创新的直接负载设计：■ 能够在很宽压力范围内（即使在系 统卸压和重新加压条件下）保持一 致的密封■ 确保改善的控制系统执行的可靠 操作。

2 FKB 系列中压球阀结构材料4171015161819202124262930235961113121481722252327282-Way3-WayFKB 系列中压球阀 3测试每一个世伟洛克中压球阀生产厂中都使用氮气在 1000 psig(68.9 bar) 压力下进行测试。

阀座的最大容许泄漏率为0.1 std cm 3/分钟。

壳体测试是使用检漏液进行的，达到未检测到泄漏的要求。

球阀说明书1 基本要素分析1.1 球阀结构及参数球阀是由旋塞演变而来的，它的启闭件作为一个球体，利用球体绕阀杆的轴线旋转90o实现开启和关闭的目的。

球阀在管道上主要用于切断、分配和改变介质流动方向，设计成V形开口的球阀还具有良好的流量调节功能。

球阀不仅结构简单、密封性能好，而且在一定的公称通经范围内体积较小、重量轻、材料耗用少、安装尺寸小，并且驱动力矩小，操作简便、易实现快速启闭。

球阀装配图如下图所示：图1 球阀装配图球阀零件明细表如下：表1 球阀零件明细表1.2 作业单位划分情况表2 作业单位建筑物汇总表1.3 工艺过程分析球阀生产工艺流程：(1) 零、组件制作与外购（续表为自制件工艺过程卡）(2) 组装所有零、组件在总装车间集中组装为成品。

(3) 上漆组装完成后，至油漆车间，每件成品需用油漆0.13kg(4) 产品储存所有上漆产品转运至成品库待出厂。

阀体产品名称件号材料单位重量/kg年计划产量总重量/kg阀体qf101 ZG25 5 60000 300000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率/﹪1 原材料库原材料出库1002 热处理车间铸造阀体毛坯903 机加工车间粗铣、粗车80 热处上填料产品名称件号材料单位重量/kg 年计划产量总重量/kg上填料qf11聚四氯乙烯0.12 60000 7200序号作业单位名称工序内容工序材料利用率1 原材料库原材料出库1002 化工车间热挤压成型982 物流分析2.1 产品工艺过程分析2.1.1 分析给定的工艺过程表由于各个部件的年需求量是固定的，也就是说球阀的生产呈理想状态（零库存存），所以全年的物流量就没有必要给出。

工艺过程表计算出各个工序加工前后单件重量及废料重量如下表14所示：表14 各个零件原料重量与成品重量对比2.1.2 各个自制零部件工艺过程图2.1.3 产品总的工艺过程图2.2 物流强度分析2.2.1 作业单位之间的物流强度根据表15即可得到表16最后一列表15 物流强度等级分划表表16 作业单位之间的物流强度2.2.2 各单位之间物流强度统计图2.2.3 作业单位物流相关原始分析由上面的原始物流作定量的分析后，得到原始物流相关表。