全焊接固定球阀的设计与计算

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1、全焊接固定球阀的设计与计算陆培文根据GB/T19672-2005、GB/T20173-2006和美国石油学会标准API6D-2008、国际标准化组织标准ISO14313:2007标准规定。固定球球阀为双阀座阀门、对于双阀座阀门分：单向密封、双向密封、双阀座双向密封、双阀座一个阀座单向密封一个阀座双向密封，双截断-泄放阀，如图1所示。单向密封阀门——设计在一个方向密封的阀门。双向密封阀门——设计在两个方向都能密封的阀门。双隔离-泄放阀DIB-1(双阀座双向密封)——双阀座、每个阀座均能达到双向密封。双隔离-泄放阀DIB

2、-2（双阀座一个阀座单向密封一个阀座双向密封）——双阀座，一个为单方向密封阀座，一个为两个方向都能密封的阀座。双截断-泄放阀DBB——在关闭位置时，具有双密封副的阀门，当两密封副间的体腔通大气或排空时，阀门体腔两端的介质流动应被切断。标准还要求密封试验时，应为进口端阀座密封。图1固定球球阀阀座密封分类1全焊接固定球球阀通道直径的确定在设计计算全焊接固定球球阀时，首先要确定阀体的通道直径，以便作为其他部位计算的基础。球体通到底最小直径要符合相应标准的规定。设计国标全焊接固定球球阀时，全通径球阀的最小通径应符合GB/T1

3、9672-2005《管线阀门技术条件》或GB/T20173-2006《石油、天然气工业—管线输送系统—管线阀门》标准规定。设计美标全焊接固定球球阀时，全通径球阀的最小通径应符合API6D-2008/ISO14313:2007《石油、天然气工业—管道输送系统—管道阀门》标准规定。对于全焊接缩径固定球球阀，标准规定对于公称尺寸≤DN300(NPS12)的球阀，球阀公称尺寸的孔径缩小一个规格，按标准规定内径；对于公称尺寸DN350（NPS14）～DN600(NPS24)的球阀，球阀的公称尺寸的孔径缩小两个规格，按标准规定的

4、内径尺寸；对于公称尺寸＞DN600(NPS24)的球阀，应和用户商定。对于没有标准规定的全焊接球阀，通常球体通道的截面积应不小于管道额定截面积的60%，设计成缩径形式，这样可以减小球阀的结构，减轻重量，减小阀座密封面上的作用力和启、闭转矩。一般采用球阀公称尺寸DN与球体通道直径之比等于0.78。此时，球阀的阻力不会过大。2球体半径的确定18设计球阀首先应根据球体通道直径和介质工作压力p来确定球体外圆半径R。如图2所示。当=45°时，,,，所以。如果按此式确定球体半径，则公称尺寸DN和球体长度L相等，则DN=L。当球阀

5、关闭时，A点实际上仍在密封环的边缘，而不能起到密封作用。因此，L尺寸必须增大，而使L＞DN,使A点移到密封环的面上起到密封作用。所以，必须对上式进行修改。球阀在达到密封时，所需的密封面宽度，如图3所示。首先依据密封圈材料的许用比压，按密封面必须比压的公式，初步算出密封圈的宽度bM(mm)：（1）若阀座密封圈的材料为聚四氟乙烯，则许用比压为[q]=17.5MPa；c为与密封面材料有关的系数，对于聚四氟乙烯，c=1.8；K为在给定密封面条件下，考虑为质压力对比压值的影响系数，对于聚四氟乙烯，K=0.9。把以上数值代入式

6、(1),经过运算，得bM=0.027p2+0.1p+0.1(2)上式中p为设计压力，通常取公称压力PN数值的（MPa）。对于阀座密封圈用金属圈加固时，许用挤压应力可适当加大。所以不管球阀处于开启状态还是处于关闭状态，密封面与球体接触面的宽度，都不应小于bM，L应增加两倍密封面的投影宽度，球体半径也应增大a，如图4所示。因为,所以2a=bM,因此球体的直径应增加bM,则球体半径，此值为达到密封时的球体最小直径。如球体强度需加大，可适当加大球体直径。183全焊接固定球球阀中体最小壁厚的计算（1）全焊接固定球球阀的结构形式

7、通常有两种，即圆筒式壳体（如图5所示）和球形壳体(如图6所示)。不过这两种结构的中体和左、右体的最小壁厚计算方法是相同的。依据API6D-2008和GB/T20173-2006标准要求，对于全焊接固定球球阀的角焊缝强度有效系数取0.75。按GB/T150-1998《钢制压力容器》和美国ASME锅炉和压力容器规范BPVC第Ⅷ卷第1册UG-27受内压容器的壁厚,结合ASMEB16.34-2009《法兰、螺纹和焊连接的阀门》的最小壁厚计算式。笔者认为焊缝强度有效系数取0.75，即是局部无损检测，也就是中体和颈部的焊接，属于

8、角焊缝，只能做表面无损检测，即MT或PT，不能做射线无损检测，也不能做超声波无损检测。因此，角焊缝的强度有效系数才取0.75，也就是用加厚壁厚，增加焊缝深度，来弥补由于焊缝不能进行全面100%的射线检测可能出现的缺陷。因此，全焊接球阀中体和左、右体的最小壁厚的计算，按ASMEB16.34-2009中的公式，分母中的应力系数应乘以0.75。即：图