球阀设计计算书

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API6D管道阀门ASMEB1634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API600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 ASTMA105 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 dd0 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 ASTMB1634 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 ASTMA216WCB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＞7000Rm2015＞7000取基本应力系数7000满足要求 结论t＞t1t＞tm合格 -1-型号 10STQ3R59CG 简图 零件名称 阀盖 材料牌号 ASTMA105 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 dd0 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 ASTMB1634 112 mm 7 筒体实际内径 Dn 设计给定 395 mm 8 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 mm ASTMA216WCB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＞7000Rm2015＞7000取基本应力系数7000满足要求 结论t＞t1t＞tm合格 -2-型号 10STQ3R59CG 简图 零件名称 阀座 材料牌号 A105F4 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 MPa 14 密封面许用比压 [q] 聚四氟乙烯取150Mpa尼龙取300MPa 150 MPa 结论 q≤[q]合格 -3-型号 10STQ3R59CG 简图 零件名称 阀座弹簧 材料牌号 INCONELX750 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–D2MΔP 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QnQn合格 -4-型号 10STQ3R59CG 简图 零件名称 阀杆 材料牌号 ASTMA276410 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 ASTMA276410 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 Nm 28 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 ASTMA294140 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5-153 038 5 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ASMEⅡ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ASMEⅡ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 ㎜3 15 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 ASTMA294140 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 ASTMA291045 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 MPa 18 结论 ≤≤合格 -9-型号 10STQ3R59CG 简图 零件名称 中法兰螺栓 材料牌号 ASTMA193B7 计算内容 中法兰螺栓连接的强度验算 根据 ASMEB1634 序号 计算数据名称 符号 公式 数值 单位 1 ASMEB1634计算公式 6645 2 螺栓抗拉应力总有效面积 51888 ㎜2 3 螺栓数量 Z 设计给定 16 4 单个螺栓的截面积 设计给定 3243 ㎜2 5 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 035 10 螺栓在38℃时的许用应力 查表ASMEⅡ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≤90007522≤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 ρ Kv定义给定 1 gcm3 8 压力损失 ΔP 098ΔPA转换成bar 000