毕业设计 阀门的设计

一．阀体的结构形式是浮动球阀 连接形式是法兰连接 结构长度为230
二．阀体厚壁的计算
球阀阀体常用整体铸，段或棒材加工而成。

计算时一般把球阀的阀体当作受内压的薄壁圆筒来考虑。

即当外径与内径之比小于1比2时，按薄壁计算。

大于1比2时按厚壁计算。

1. 薄壁阀体 中低压金属球阀阀体的强度计算通常采用薄壁容器的计算公式
Sb ＝S
式中 考虑附加裕量的厚度
按强度计算的厚壁
设计压力
阀体内腔的最大直径
材料的许用拉力应力
C 考虑铸，锻造偏差，工艺性和流体的腐蚀等因素的附加裕量。

根据经验一般取C ＝3-6mm 。

C 值也可参考表6-5选取
2.厚壁阀体 高压金属球阀阀体厚壁的计算公式如下
Sb ＝S ｀b +C
S ｀b ＝
2
D (Ko-1) 整理上式 Sb ＝2D (Ko-1)+C 其中 Ko ＝[]
[]3p -σσ
式中 []σ-----材料的许用应力。

取 与 两者的较小值
b σ和1σ--------常温下材料的抗拉强度和屈服强度见表6-11表6-19
nb 和 n1---------分别以抗拉强度为指标安全系数和以屈服强度为指标的安全系数。

取nb ＝
4.25,n1＝2.3
[]σ＝1.6 s ｀b ＝2.6 C ＝5 sb ＝7.6 D ＝1.8DN ＝90
Sb+DN/DN<1.2 按薄壁计算 选球墨铸铁QT400-15 阀体最小壁厚的规定铁制球阀的最小壁厚为9.5
三．阀体的材料是球墨铸铁QT400-15
四．法兰的计算
1.法兰螺栓载荷的计算 按以下两种情况进行
()1操作情况 由于流体静压力所产生的轴向力促使法兰分开，而法兰螺栓必须克服此种端面载荷，并且在垫片或接触上必须维持足够的压紧力，以保证密封。

此外，螺栓还承受球体与阀座密封圈之间的密封力作用。

在操作情况下，螺栓受力的载荷为WP
Wp ＝F +Fr +Q ＝0.785Do 2
P +2bmP π+ Q ＝45643.74
式中Wp---------在操作情况下所需要的最小螺栓载荷
F -------- 总的流体惊讶轴向力
Fp -------- 连接接触面上总的压紧载荷
Do -------- 载荷作用位置处垫片的直径，当bo ≤6.4mm 时。

Do 等于垫片接触面的平均直径当 bo ＞6.4mm 时DO 等于垫片接触面的外直径减2b
b------------ 垫片有效密封宽度或法兰接触面压紧宽度
bo--------- 垫片密封基本宽度
P --------- 设计压力
m -------- 垫片系数
Q------------ 球体与阀座密封之间的密封力
为保证密封和安装工艺，L 应满足下列条件。

当PN ≤2.5MPa 时，2.7<L <4
D1＝DN D2＝DN +2b ＝63 b0＝7.3＞6.4 b0<6.4时 b0＝b b ＝7.2 Da ＝91.5
Q ＝4
πDm 2P ＝16π(D1+D2)2P ＝3942.3 m ＝1.25 比压力Y ＝2.8MPa 尺寸最大为10mm
Wp =F +Fp +Q ＝45643.74
(2)预紧力螺栓情况 在安装时须将螺栓拧紧而产生初始载荷，使法兰面压紧垫片。

此外，螺栓还承受球体与密封圈之间的预紧力。

此种情况是在大气压力和常温下进行的。

在预紧螺栓承受的载荷为Wa
Wa ＝bDo π+Q1
式中 Wa--------- 在预紧螺栓时所需的最小螺栓载荷
Y---------- 垫片或法兰接触面上的单位压紧载荷
Q --------- 球体与密封之间的预紧力
2.法兰螺栓拉应力的计算
L σ＝A
W ≤［L σ］ 式中L σ--------法兰；螺栓的拉应力
W----------Wp 与Wa 两者中的大者
A---------螺栓承受应力下实际最小总截面积
［L σ］-----螺栓材料在常温的许用拉应力
3.螺栓间距与螺栓直径之比
L ＝ZdB Db
π
式中 L-------螺栓间距与螺栓直径之比
Db------螺栓孔中心圆直径
Z-------螺栓数量 个
dB------螺栓公称直径
为保证密封和安装工艺，L 应该满足下列条件当PN ≤2.5MPa 时，2.7<L<5.当PN ≥4.0MPa 时，2.7<L <4
Wa ＝bDoY π+Q ＝6346
Q1＝()
21224D D qim -π
式中 qim-------预紧力所必需的最小比压，qim ＝0.1P ，并保证qim ≥2
D1,D2------阀座的内径与外径
q ＝2MPa Q1＝1657 L σ＝62.4≤［L σ］
(1) L ＝ZdB Db
π＝3.55 W ＝46124.75
(2) 法兰颈的轴向应力σM
σM ＝1
2D fMo λδ 式中 Mo-------作用手法的总力矩
f--------整体法拉颈部应力校正系数当f<1时f ＝1
系数λ按下列计算
λ＝T fe 1+δ+A f 3
δ
式中 f δ-----法兰有效厚度
e ．T,A-----系数
系数e 按下列公式计算
e ＝ho F 1＝1
11δD F 式中 F1-------整体法兰形状系数
1δ--------法兰颈部小端有效厚度
系数T 根据法兰内外直径的比值K ＝
1D Do 系数A 按下列公式计算
A ＝s D s V
U 1112δδ 式中 U-------系数
V-------整体法兰形状系数
(2)法兰盘的径向应力R σ
R σ＝()Di
Mo fe f 2133.1λδδ+ (3) 法兰盘的切向应力T σ
T σ＝R Z D YMo f σδ-1
2 式中Y,Z------系数
3. 法兰的许用应力 上述三个应力应满足
σM ≤[]M σ
R σ≤[]R σ
T σ≤[]T σ
式中 []M σ-------法兰颈许用轴向应力
[]R σ-------法兰盘许用径向应力
[]T σ-------法兰盘许用切向应力
[]T σ＝1.25［L σ］[]R σ＝1.25［L σ］ []T σ＝1.25 []T σ []M σ＝1.5[]M σ FD ＝0.785D I 2P ＝FT-F-FD ＝12454.546
FG ＝W-F ＝22265.75
SD ＝S+0.51δ＝25.75
S ＝
12
δ--Di Db ＝20.5 ST ＝2
1SG S ++δ＝33.37 SG ＝2DG Db -＝26.75 λ＝T fe 1+δ+A f 3
δ＝1.35 f ＝1
σM ＝1
2D fMo λδ＝4023.44 e ＝ho F 1＝1
11δD F ＝0.25
K ＝
Di
Do ＝2.84 T ＝1.25 Z ＝1.28 Y ＝1.97 U ＝2.17 A ＝s D s V U 1112δδ＝5348.25 R σ＝()Di
Mo fe f 2133.1λδδ+＝65.83 T σ＝R Z D YMo f σδ-1
2＝20.73 法兰密封结构的设计
垫片上最大比压qmax 为
qmax ＝[]15.12222q D D PD i m
≤-
式中 Dm-------平均直径 Dm ＝
221D D +14.25 因 b ＝2
12D D -。

代入上式。

并整理得 b ≥
[]1375.0q DmP 2.紧固件材料的选用 紧固件(包括螺栓，双头螺栓和螺母)选用的材料必须保证在使用条件下有足够的强度与冲韧性
螺栓40钢 螺母35钢
五．球阀阀杆强度的计算
端面处的扭转应力N τ＝[]N W
Mm τ≤ 式中 Mm--------阀座密封面与球体间的摩擦转矩 ［N τ］------材料的许用力
W-------断面的抗扭转断面系数
I 对于矩形断面
W ＝0.9aba 2＝4974.4125
a ＝8.5
b ＝9
τ＝()[]τ≤+P dH
d D 162 式中 D------阀杆头部凸肩的直径
d------阀杆直径
H------阀杆头部凸肩的高度
P------流体工作压力
[]τ-----材料的许用剪切应力
上式中流体压力的作用面积按平均直径计算
II 断面处扭转应力τ的计算
τ＝[]N W
M τ≤ 浮动球球阀的转矩M 按下列计算
M ＝Mm+Mt+Mo
式中 Mm------球体与阀座密封面间的摩擦转矩 Mt------阀杆与填料的摩擦转矩
Mo------阀杆台肩与止推垫肩的摩擦转矩 Mm ＝Fr F ＝N T μ N ＝ϕcos Q r 取半径的平均值r ＝()2cos 1ϕ+R Mm ＝()T QR μϕ
ϕcos 2cos 1+
简化计算 Mm ＝()()ϕ
ϕμπcos 32cos 1212+-T PR D D Mt ＝0.6P Zhd T T 2
πμ＝23464.22
Mo ＝md 3N H γ＝24764.75
式中m------系数 m ＝()φf ， m 取决于球体转动的角度 d N ------球体的通经 γ------流体的重量
H------阀的总压差H ＝Ho+g
V 22
V-------流速
M ＝Mm+Mt+Mo ＝76463.76
τ＝
[]N W M τ≤＝36.854。