球阀的设计与计算

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1、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,

2、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

3、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。1.7确定球体直径球体半径一般按R=（0.75～0.95）d计算对小口径R取相对大值，反之取较小值为了保证球体表面能完全覆盖阀座密封面，选定球径后，须按下式校核（

4、mm），应满足＞式中：：球体最小计算直径（mm），：阀座接触面外径(mm)，d：球径通道孔直径（mm）D：球体实际直径（mm）二、球阀的计算2.1壁厚的确定见闸阀相应的计算2.2球体与阀座之间比压的计算应满足式中：qMF：密封面上的必须比压（MPa）①可根据工作压力来计算，qMF=1.2P（适用于中低压通径不大场合）②由试验得出的经验公式计算：式中：m:与流体性质有关的系数对常温液体：m=1对常温油品和空气、蒸汽以及高于100℃的液体：m=1.4对氢、氮及密封要求高的介质：m=1.8a，c：与密封面材料有关的系数，见表所示密封面材料ac钢、硬质合金3.51聚四氟乙烯、尼龙1

5、.80.9铜、铸铁3.01中硬橡胶0.40.6软橡胶0.30.4P：流体的工作压力（MPa），设计给定b:密封面在垂直于流体流动方向上的投影宽度b=（mm）t:密封面宽度（mm），设计给定φ：密封面法向与流道中心线的夹角：球阀密封比压（MPa）①对浮动球阀：（见图示）式中：DMW：阀座密封面外径（mm）设计给定DMN：阀座密封面内径（mm）设计给定P：介质工作压力（MPa）②对进口密封的固定球阀（见图示）进口密封固定球球阀结构式中：DJH：进口密封座导向外径（mm）设计给定R：球体半径（mm）设计给定h：密封面接触的宽度在水平方向的投影（mm）h=l2-l1式中l2，l1：

6、球体中心至密封面的距离（mm）见图示③其它密封球阀，略[q]：密封面材料的许用比压[MPa]查下表密封面材料的许用比压[q]密封面材料材料硬度[q][MPa]密封面间无滑动密封面间有滑动黄铜CuZn40Pb2，CuZn38Mn2Pb2，CuZn38HB80～958020CuZn16Si4HB95～11010025青铜CuAL10Fe3HB≥1108025CuAL10Fe3Mn2，CuAL9Fe4Ni4Mn2HB120～17010035奥氏体不绣钢1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2TiHB140～17015040马氏体不绣钢2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2

7、HB200～30025045HR35～40氮化钢35CrMoAlA、38CrMoAlAHv800～100030080堆焊合金TDCoCr1-xHR40～4525080TDCr-Ni（含Ni）HB280～32025080中硬橡胶54F-4SFB-1，SFB-2，SFB-3SFBN-1，SFBN-2，SFBN-32015尼龙4030注：钢和铜合金的牌号对于铸态和堆焊均适用。2.3球阀的转矩计算2.3.1浮动球阀总转矩计算浮动球阀中，所有载荷由介质出口的阀座密封圈承受，总转矩由下式计算MF=MQz+MFT+MMJ式中：M