全焊接球阀设计计算书2014.8.22

12＂Q367F400Lb 全焊接球阀设计计算书

1 弹簧预紧力设计

1.1 弹簧最小预计力F YJ a

F YJ a=（π/4）*( D MW2-D MN2)* q YJ =0.785*(3262-3202) *1.5=4564N

式中：

q YJ-最小预紧比压，q YJ取1.5MPa；

D MW-密封圈外径，设计给定326mm;

D MN-密封圈内径，设计给定320mm。

1.2自泄压阀座超压推力F OP

F OP=（π/4）*0.33*P*( D HW2-D MP2)=0.785*2.2*(3302-3232)=7894N

式中：

P-最大工作压力，设计给定压力等级是400Lb，取MAP@38℃=6.8MPa;

D HW-阀座支撑圈外径，设计给定330mm;

D MP-密封面平均直径，D MP=0.5*(D MW+D MN)= 0.5*(326+320)=323mm;

1.3判定

弹簧预紧力设计既要满足阀座低压密封要求，也不能使阀座丧失自泄压功能，即：F YJ a≤F YJ≤F OP

式中：F YJ-弹簧设计的预紧力，设计给定为6720N

显然4564＜6720＜7894，满足要求，故弹簧预紧力设计合格！

2密封面的比压设计

2.1设计比压q

q=（F MJ+F YJ）/[(π/4)*(D MW2-D MN2)]

=(24400+6720)/[0.785*（3262-3202）]=10.2MPa

式中：

F MJ-介质水平密封力，

F MJ =π/4*(D HW2-D MP2)*P=0.785*（3302-3232）*6.8=24400N

2.2必须比压q b

q b=m*((a+cp/√b))=1.4*(1.8+0.9*6.8)/√3)=6.44 MPa

式中：

m-与流体性质相关的系数，根据设计给定的介质和温度选取m=1.4 ；

a，c-与密封材料有关的系数，设计给定材料为PTFE，此时a=1.8，c=0.9; b-密封面在垂直于流体流动方向上的投影宽度,设计给定3mm。

2.3许用比压q a

根据设计给定的密封材料和结构，q a取15MPa

2.4判定

合格条件：q b≤q≤q a

显然6.44＜10.2＜15, 满足要求，故密封比压设计合格！

3阀体焊缝厚度设计

依据ASME PBVC Ⅷ-1 UG-27

3.1焊缝必须的最小厚度t HF a

t HF a=P j*R/(S T a*E-0.6*P j) +C =7.9*233.5/(138*0.9-0.6*7.9)+3=18.4mm

式中：

P j=计算压力, P j=P*1.5/1.3=1.16*6.8=7.9MPa；

R=中体内半径，设计给定233.5mm;

S T a-壳体材料的许用应力 ，设计给定材料是ASTM A105， S T a =138MPa

E-焊接接头系数，设计采用U型搭接焊缝，UT检查1级水平，此时E取0.9 ;

C-腐蚀余量，设计给定为3mm。

3.2判定

合格条件：t HF≥t HF a

式中：t TH-焊缝的设计厚度，设计给定26.5mm

显然26.5＞18.4, 满足要求，故焊缝厚度设计合格！

4耳轴的径向轴承承压能力验证

4.1轴承的设计平均压应力S ZC-bea

S ZC-bea =（π/4）*D HW2*P/(2*d ZC*h ZC)

=0.785*3302*6.8/(2*135*30)=71.8MPa

式中：

d ZC-轴耳直径，设计给定135mm;

h ZC-轴承高度，设计给定30mm。

4.2判定

合格条件：S ZC-bea ≤S ZC-bea a，

式中：

S ZC-bea a为轴承的许用压应力，

设计给定为SS+PTFE复合轴承，S ZC-bea a =180MPa

显然71.8﹤180，满足要求，故轴承承压能力符合要求！

5阀杆的脱开扭矩BTO计算

5.1 耳轴轴承的摩擦力矩T ZC

T ZC= (π/4)* D HW2*P *μZC*d ZC/2=0.785*3302*6.8*0.04 *135/2=1570N.m

式中：

μZC-摩擦系数，设计给定为复合轴承／ENP，此时μZC=0.04。

5.2密封圈与球体的摩擦力矩T QZ

T QZ=（F MJ+2* F YJ）*μQZ*R Q*(1+COSθ)／（2*COSθ）

=（24400+2*6720）*0.05*230*（1+COS45°）／（2* COS45°）=526N.m 式中：

R Q为球的半径，设计给定230mm;

θ-密封面对中心的斜角，设计给定45°；

μQZ-摩擦系数，设计给定为PTFE／ENP，此时μQZ=0.05。

5.3阀杆与填料的摩擦力矩T GT

T GT=π*d GT*h T*P r*μGT* d GT／2=3.14*80*15*21*0.15*40=475Nm

式中：

d GT-阀杆填料处的直径，设计给定80mm；

h T-填料压缩后高度，设计给定15mm；

P r-填料的径向密封力，取3000psi（21MPa）

μGT-阀杆与填料的摩擦系数，μGT取0.15

5.4 阀杆与止推垫片的摩擦力矩T GJ

T GJ=(π/4)*d GT2*P*μGJ*（1/3）(d GJ3-d GT3) /(d GJ2-d GT2)

=0.785*802*6.8*0.18*（1/3）（1003-803）/(1002-802)=278Nm

式中：

d GJ-阀杆凸肩外径或止推垫外径，取两者中小者，设计给定100mm；

μGJ-凸肩与止推垫的摩擦系数，μGJ取0.18

5.5阀杆的脱开扭矩BTO

BTO=T ZC+T QZ+T GT+T GJ =1570+526+475+278=2849N.m