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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： 对使用温度 300 C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） 当使用温度超过 300 C .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： 整体式阀体一般用于DhK 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，而对口径较大时开云，多采用二体式、三体式或全焊接结构 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 三体式结构由主阀体和左右对称的

　　3、二个阀体组成，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= （0.750.95 ） 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Dm

　　4、in =瓦2 +d2 （mm，应满足 D Dminmm式中：Dmin :球体最小计算直径（mm, D2 :阀座接触面外径（mm）, d:球径通道孔直径（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式中：qMF :密封面上的必须比压（ MPa 可根据工作压力来计算，qMF =1.2 P （适用于中低压通径不大场合） 由试验得出的经验公式计算：qM F=m(a cp、/b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100C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

　　5、料有关的系数，见表所示蜜封面材料ac钢、硬质合金3.51聚四氟乙烯、尼龙1.80.9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=t cos 平 （mmt :密封面宽度（mm,设计给定U :密封面法向与流道中心线的夹角q :球阀密封比压（MPa 对浮动球阀：（见图示）(DMW DM N )p q 4(Dmw -Dmn)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 对进口密封的固定球阀（见图示）进口密封固定球球阀结构222P（D

　　9、杆的接触高度(mm设计给定Z：填料圈数设计给定dF：阀杆直径(mm设计给定p：计算压力(MPa设计给定对橡胶O型图:1.2Mft=jidF 某(0.33 十0.92 fodogp)(N mm2式中：Z:。型圈个数，设计给定fo：橡胶对阀杆的摩擦系数。do: O型圈的横截面直径(Mmj：阀杆台肩与止推垫间的摩擦力矩fo =0.3 0.4mm 设计给定二2M MJ = f (Dt dF) P 64式中:f :摩擦系数Dt：台肩外径或止推垫外径.按材料同前面规定选取选二者中小者(mm设计给定2.3.2 固定球阀总转矩计算在固定球阀中，球体受到的作用力完全传递到支撑轴承上 对进口密封的固定

　　11、矩M ZC = f z Eqj Q ZJ(N mm式中：fz：轴承的摩擦系数对塑料制的滑动轴承对滚动轴承dQj :球体轴颈直径（fz按f选取fz =0.002mm设计给定，对滚动轴承，dQj=轴承中径Qzj :介质作用球体轴颈上的总作用力2Qzj )(N)8Mmj :阀杆台肩膀与止推垫间的摩擦力矩整体Mmj =0）（此项仅用上阀杆与球体分开时的结构，对二_3_，一开云开云、M MJ = 曾（Dt +d）字（N mm642.4 阀杆强度计算2.4.1 浮动球阀杆的强度计算1、阀杆与球体连接部分的计算：阀杆与球体接触按挤压计算，见图示-M qzCZY2 W czy0.12 a h式中：a：见图示（mm设计

　　12、给定；h:阀杆头部插入球体的深度，（mm, 一般取h= （1.82.2 ） a,正方形时，a改为b。注意：h不要取的过大，否则球体活动性减小。czy:球体材料的许用挤压应力（ MPa对奥氏体不锈钢：当Ob 600 MPa时，取（zy=122 MPa或按下式计算：CZY= - 一-（Ob： 材料的抗拉强度）462、阀杆头部强度校核I-I断面处的扭转应力:0 =M Qz/ W 初W式中：Mqz :球体与阀座密封面间的摩擦转矩（ N mm见前面W : I - I断面的抗扭转断面系数见图示对正方形断面： W （ mrri）4 8对近似矩形断面：W=0.9oba （mm）式中:a值根据b/a按表

　　14、用扭转应力（MPa，查资料1表3-7 W-W断面处扭转应力_ m F迥-/W -迥式中：Mf ：浮动球阀总转矩（Nmm,见7-3-1节。W : IV -W断面处的抗扭断面系数（mm）对正方形和矩形断面，按I- I断面的原则计算。tn:材料的许用扭转应力（MPa，查资料1表3-72.4.2 固定球阀阀杆强度计算结构为上阀杆代 O型圈密封的强度计算见图示1. I-I断面处的扭转应力：N =M Q/W V讪式中：Mqz:球体与阀座密封面之间的摩擦转矩（Nl- mm见7.3.1节W: I - I断面处的抗扭系数W _，d_b 上 d1 -t 2.162d1式中：n：键的数量 设计给定b, d

　　15、1, t:见图示（mm 设计给定2.3.4.n:材料的许用扭转应力（MPa查资料1表3-7n - n断面处剪切应力： 按浮动球n -n断面公式计算 m - m断面的扭转应力m F -M FT=工 nWMf :固定球阀的总转矩（Nmm见7.3.2Mft :阀杆与填料之间的摩擦转矩（W: m - m断面处的抗扭断面系数（ 计算方法，同上述n:材料的许用扭转应力（mp W- W断面处的扭转应力N式中:N mm 见 7.3.2 mrri)查表同上述Mf/, V n式中：Mf , n同上述W : IV - W断面处抗扭断面系数（ mmii对正方形、矩形，键连接的 W按上述方法计算。对花键连接：

　　16、42Ttd + bz （ D - d ）（D + d ）16 D式中：Z:花键齿数设计给定其余符号：见图示2.5 阀杆连接件（平键或花键）的强度计算2.5.1 平键的强度计算1. 平键的比压计算2TP =nd 1KL I.P 1式中：T:转矩（N mmT = MfT = Mqz对于阀杆手柄或驱动装置连接部分：对于阀杆与球体连接部分：n:键数设计给定K、d1 :如图所示（mm设计给定L:键的工作长度（mm设计给定P:许用比压（MPa 查下表平键连接的日与3值（MPa许用值连接工作方式轮毂材料载荷情况平稳轻微冲击冲击P固定连接钢060 90铸铁70 8050 6030

　　17、 45导向连接钢60注：对于被连接件表面经过淬火的导向连接,P值可提高23倍2. 平键剪应力计算2TT =式中：T：转距，同前计算（Nmmu：载荷分布不均匀系数，一般取Z:花键齿数h:花键齿的工作高度（mmdm :花键的平均直径（mm）nd 1bL式中：T,d1,L, n：与前相同b:如图所示（mm设计给定a:许用剪切应力（MPa ,按上表查取2.5.2 花键连接的强度计算_ 2T：Zhd mLu=0.7 0.8D - d对矩形化键：h:= - 2C2式中：C:倒角宽度（mm设计给定 Dd对矩形化键:dm =L :花键的工作长度（mm设计给定P:许用比压（MPa 查下表花

　　18、键联接的许用比压（MPa联接工作方式使用和制造情况P齿面未经热处理齿面经热处理不良35 5040 70固定联接中等60 100100140良好80 120120200不良15 2020 35不在载荷作用下中等20 3030 60移动的滑动联接良好25 4040 70不良310在载荷作用下515中等移动的滑动联接良好10 20注：i.使用和制造情况不良系指受变载、有双向冲击、振动频率高和振幅大、润滑不好（对滑动联接）、材料硬度不高和精度不高等。 2. P的较小值用于工作时间较长、载荷变化较频繁或较重要的场合。2.6 法兰的计算2.6.1 法兰螺栓载荷的计算对球阀法兰螺栓计算，当采用塑料密封圈时，

　　19、由于阀门的使用温度300Co此时，只计算常温下的螺栓载荷。球阀法兰的受力不同于闸阀法兰，因为球阀法兰不仅要承受流体静压力产生的轴向力从而使， 法兰分开的载荷以及确保法兰间足够的密封压紧力，同时还要承受球体与阀座密封圈之间的密封力 作用。1. 正常使用条件下螺栓的载荷计算Qlzi =Qdj +Qdf +Qdt +Qmf（N）式中：Qdj:垫片处介质作用力（N）3T Qdj = DDP -P 4式中：符号按闸阀相应规定Qdf：垫片上的密封力（N）Qdf =2 二-Ddp Bn Hdp -P式中：符号按闸阀相应规定QDT=0DJ式中：Y:系数对固定法兰取Y = 0.2Qmf：球体与密封圈之间的密封力

　　24、.8.2 弹性元件的类型1. 圆柱螺旋弹簧2. 碟形弹簧3. 平板弹簧2.8.3 弹性元件的强度计算1. 圆柱螺旋弹簧其计算方法按GB 1239-89圆柱螺旋弹簧技术条件的规定2. 碟形弹簧其计算方法按 GB 1972-80碟形弹簧标准中的附录规定3. 平板弹簧下面介绍的计算方法是根据平板力学理论推导的公式，其边界条件与实际结构有些差异。因此,对于大口径球阀所用平板弹簧，需要进行验证。根据球阀使用条件，圆板形平板周界受集中载荷，内外周界自由支承，其挠度（变形量）及周 界处的应力计算如下（见图示）。1） 预紧变形量（挠度）f （mm）为2QMyR f = C13-Eh式中：C1计算系数，按表6-

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