1、设计计算说明书名 称：固定球阀型号规格：4”Q47F-600Lb对应图号：4”Q47F-600Lb.（Rev.0）编制: 审核：2007.05.06目录一、壳体壁厚 tm 验算 1二、密封面上总作用力及计算比压 1三、阀杆头部强度验算 2四、中法兰螺栓强度较核 5参考文献 1一、壳体壁厚 tm（mm）验算。1、从表(P808-表 6-245) 1 查出 BS5351-1999 标准中的壁厚，tm 取 9mm，2、壳体壁厚 tm计算：根据外径与内径之比小雨 1.2 时按照薄壁计算,最小壁厚基本公式当 P=2.5mpa,直径 150mm 时,最小壁厚tm=tm+Ctm=pD/2.3（L）-p+C=
2、2.5150/2.381-2.5+C=7.04mm显然：t m tm故：阀体最小壁厚满足要求。二、密封面上总作用力及计算比压。q = P(DJH2-0.6DMN2-0.4DMW2)/8RhCOS（P430-表4-70 1 ）1、浮动阀座的预紧比压。qMO = KXm/(DMW2-DMN2) K螺旋弹簧的屈强系数，K = 42（Nmm）(设计给定) ；X弹簧的加缩量，X =5mm（设计给定） ；m弹簧数量，m = 16 （设计给定） 。qMO = 42516/（162 2-1542） = 3360/1985.49= 1.69MPa 设计说明与计算过程 结果tm=9mmP =2.5mpaD=150
3、mmtm=7.04mmqMO= 2.27 mpa42qM球 阀 最 小 预 紧 比 压 ， qM = 1 MPa（ 查 表 5-150） 1 qMOq M ， 能确保球阀的低压密封。式中：q密封面计算比压；DJH进口密封圈活塞外径，D JH =162 mm ；DMN阀座密封面内径，D MN =154 mm ；DMW阀座密封面外径，D MW =166 mm ；R球体半径，R = 120 mm（设计给定） ；h密封面投影宽度，h =7 mm（设计给定） 球体与密封圈接触点与通道轴法向夹角，= 41 （设计给定） ；P设 计 压 力 ， 在 这 里 取 公 称 压 力 ， PN=25 MPaq =2
4、5(1622-0.61542 -0.41662)/(81207COS41)= 4.89 MPa因 qMO= 1.69 ，q MOq M又因 q = 20 MPa（查表 4-66） 3 所以，q MOqq故：密封面比压合格。三、阀杆头部强度验算：阀杆端头扭转剪切应力按下式校核： N = Mm/W N （见 P351式 6-30） 4 式中：M m阀杆端头所受的扭转剪切应力校核（M Pa） ；设计说明与计算过程 结果DJH =162mmDMN =154 mmDMW =166 mm R = 120mmh = 7 mm= 41 q= 4.89 MPa3I-I 断面的抗扭断面系数（mm 3） ， = a
5、3 1 =0.346x303=9342a=30（设计给定）=0.346(查 P457 表 4-97) 1 MF = MQG+MFT+MZC (查 P196-式 4-49) 4 （1） MQG固定球球阀的球体与阀座密封面间的摩擦力矩：MQG = MQG1+MQG2 M QG1 = （D MW2-DMN2） （1+COS）q MfMRqM球体最小预紧比压，q M1 MPa（ 查 表 5-150） 1 fm球 体 与 密 封 圈 间 摩 擦 因 数 ， fm=0.05(查 表 5-15) 1 MQG1 =/425(166 2-1542)0.05=15079.64(Nmm) M QG2= PfMR(D
6、jH2-0.5DMN2-0.5DMW2)/8 COS= 250.05120(1622-0.51662-0.51542)/8COS45= 47454.22 (Nmm)所以， MQG = MQG1 + MQG2= 15079.64 + 47454.22= 62533.86(Nmm)（2）M FT = QT dF/2 (查表 5-149) 1 式中：M FT填料与阀杆间摩擦力矩；QT阀杆与填料摩擦力矩， QT = dFbTP；bT填料宽度，b T = 8 mm (设计给定)；hT填料深度，h T = 7 mm(设计给定)； 系 数 ，根 据 =1.14 给 出 估 计 值 =1.14设计说明与计算过
7、程 结果a=30=0.346=9342MQG1=15079.64 (Nmm)MQG2=47454.22 (Nmm)MQG=62533.86 (Nmm)bT = 8 mmhT = 13.0 mm =1.6hTbT4DF阀杆直径，D F = 36 mm （设计给定） 。所以，Q T = 1.143678= 2298.24 N故：M FT = 2298.2436/2 = 41368.32(Nmm)（3）轴承产生的摩擦力矩：MZC = DJH2PfZdQj其中：f Z轴承摩擦因数，f Z = 0.05；dQj轴颈，d Qj = 36 mm (设计给定) 。所以，M ZC = 162250.0536=
8、2862.78(Nmm)故：M F = 62533.86+41368.32+2862.78= 696764.96(Nmm)故所以， N = = 74.58 Mpa因 N =（0.50.6 ） L (见 p231 表 4-11) 3 又因，材料 Cr18Ni12Mo2Ti 的最小抗拉强度，b =462 Mpa (查 p229 表 4-10) 3 L = = 184.8 Mpa所以， N =（0.50.6 ） 184.8= 92.4110.88 Mpa因 N =74.58Mpa N =92.4110.88 Mpa所以符合 N = N 的条件。故：阀杆强度合格。设计说明与计算过程 结果DF = 36
9、 mmQT= 2298.24NMFT=41368.32(Nmm)fZ = 0.05dQj =36mmMZC=2862.78 (Nmm)MF=696765(Nmm) N=74.58 Mpab = 462 Mpa L= 184.8Mpa16869676593424622.5MFs5四、中法兰螺栓强度校核。1、设计时给定：螺栓数量，n =10螺栓名义直径，d B =M242、螺栓载荷计算：（1）操作状态下螺栓载荷（N）：WP = F + FP+Q （见 P314-式 6-7） 4 式中：WP在操作状态下螺栓所受载荷（N） ，F流体静压总轴向力（ N） ，F = 0.785DG2P其中：D G 为垫片
10、压紧力作用中心圆直径（mm） ，DG =254 (设计给定)F = 0.785254225= 1266125.5(N)FP操作状态下需要的最小垫片压紧力（N） ，FP = 2bD GMP其中：b = bo (垫片基本密封宽度) ，b = bo = 3.75 mm（查表 4-18） 1 M垫片系数，M = 3.0(查表 4-17)1 FP = 23.143.75254325= 448627.5 (N)WP = 1266125.5+448627。5= 1714753 (N)（2）预紧状态下螺栓所受载荷 Wa（N） 。Wa =bD GY式中：Y垫片比压（MPa） ，Y = 69（查表 4-17） 1
11、 Wa = 3.143.7525469= 2063686.5 (N)设计说明与计算过程 结果n =10dB =M24F= 1266125.5 (N)b = 3.75 mmM = 3.0FP = 448627.5 (N)WP = 1714753 (N)Y = 69Wa =2063686.5 (N)63、螺栓面积计算：（1）操作状态下需要的最小螺栓截面积（mm 2）AP = （见 P368式 4-19） 1 式中： t350下螺栓材料的许用应力， t = 211（MPa）(见设 P252表 4-13（ 8） ) 3 AP = = 8126.8 mm2（2）预紧状态下需要的最小螺栓截面积，Aa =式
12、中： 常温下螺栓材料的许用应力（MPa ） ， = t =211 MPaAa = = 9780.5 mm2（3）设计时给定的螺栓总截面积，Ab = ndmin2= 10242= 4521.6 mm2（4）比较：需要的螺栓总截面积，AM = max (Aa,Ap)=9780.5mm2因为 Ab =9780.5 mm2,AM = 2545.94 mm2所以，A bA M故：螺栓强度校核合格。设计说明与计算过程 结果AP = 8126.8 mm2 =211 MPaAa = 9780.5 mm2Ab= 7234.56 mm2=AM = 2545.94mm21714753211Wa2063686.5211Wp t44参考文献1 陆培文主编，阀门实用设计手册，第 1 版北京：机械工业出版社 2002.92 杨源泉主编,阀门设计手册,第 1 版北京：机械工业出版社 1992.123 陆培文、高凤琴主编,阀门设计手册,第 2 版北京：中国标准出版社 20094 章华友、晏泽荣、陈元芳、袁玉求著，球阀设计与选用北京:北京科学技术出版社 19945
