球阀设计计算书格式（20240610王一翔）

设计计算说明书产品名称：钢制软密封固定球球阀型号规格：200Q347F-16C＂班级：阀门2354学号：23237010000编制：某某某审核：王一翔批准：潘淑微温州职业技术学院阀门教研室二○二四年五月

目录一、结构选型、零件材料与基础数据查询二、阀体壁厚计算三、阀座作用力和密封比压验算四、阀杆转矩计算和强度验算五、中法兰螺栓确定

温州职业技术学院设计计算书产品名称钢制软密封固定球球阀型号规格200Q347F-16C零件名称钢制软密封固定球球阀零件图号200Q347F-16C-00材料/计算项目结构选型、零件材料与基础数据查询设计说明与计算过程结果结构选型公称压力PN16/CL150符合公称口径DN200/NPS8壳体形式固定球、两片式、全通径、整体式法兰阀座密封面软密封零件材料左、右阀体WCB符合支架WCB填料压板WCB底盖WCB阀座支撑圈A105+ENP球体A105+ENP阀座密封面PTFE（RPTFE）填料PTFE上、下阀杆20Cr13（调质处理，200～275HB）填料函A105填料压套06Cr19Ni10中法兰垫片06Cr19Ni10+柔性石墨上、下轴套QAL9-4铝青铜弹簧InconelX-750键45O型圈氟橡胶螺柱35CrMo六角螺母45内六角螺钉45基础数据查询结构长度（mm）长系列403GB/T12221阀体最小壁厚（mm）9GB/T12224流道最小尺寸（mm）151表3GB/T12237法兰密封面型式突面（RF）GB/T9124.1密封面直径R（mm）230密封面突出高度f1（mm）2密封面凹面直径Y（mm）/密封面凹面深度f3（mm）/法兰外径D（mm）320螺栓孔中心圆直径K（mm）269螺栓孔数量-直径n-L（mm）8-18法兰厚度C（mm）28

温州职业技术学院设计计算书产品名称钢制软密封固定球球阀型号规格200Q347F-16C零件名称阀体零件图号200Q347F-16C-02材料WCB计算项目阀体壁厚计算设计说明与计算过程结果一、阀体壁厚查询查询GB/T12237标准，引用GB/T12224表3BPN系列阀门壳体最小壁厚，体腔内径d取318mm，利用线性插值查表法可得最小壁厚tb：9.5mm。二、壁厚校验根据GB26640壁厚计算公式验算[7]t式中：tm—计算壳体壁厚，mm；P—数值为0.1倍的公称压力，MPa；d--阀体体腔内径（设计给定），mm；n--系数，当P≤2.5MPa，n=3.8；当P＞2.5MPa，n=4.8；S-应力系数,S=48.3MPa；C—腐蚀裕量，根据tm-C计算值tm-C≤5＞5～10＞10～20＞20～30＞30C54321三、结论tb＜tm取tm=10.9mm，实际设计壁厚t取11mm。或tb＞tm取tb=9.5mm，实际设计壁厚t取10mm。tb=9.6mmtm=10.9mmP=1.6MPad=75mmn=2.5S=48.3MPaC=5mmt=10mm

温州职业技术学院设计计算书产品名称钢制软密封固定球球阀型号规格200Q347F-16C零件名称阀座密封圈零件图号200Q347F-16C-02材料A105+ENP、PTFE计算项目设计说明与计算过程结果一、阀座密封面上所承受的总作用力FMZ（见表3-22）[2]F=式中：P—数值为0.1倍的公称压力，MPa；DJH—阀座进口活塞外径（设计给定），mm；DMN—阀座密封面内径（设计给定），mm；DMW—阀座密封面外径（设计给定），mm。二、密封面上的密封计算比压q（见表3-22）[2]q=式中：P—数值为0.1倍的公称压力，MPa；DJH—阀座进口活塞外径（设计给定），mm；DMN—阀座密封面内径（设计给定），mm；DMW—阀座密封面外径（设计给定），mm；R—球体半径（设计给定），mm；h—密封面投影宽度（设计给定），mm；Φ—球体与密封圈接触点与通道轴法向夹角（设计给定），°。三、必需比压qb（见表4-16）[2]q式中：C--密封面材料相关系数，氟塑料材料取1.8；K--介质压力影响系数，氟塑料材料取0.9；P—数值为0.1倍的公称压力，MPa；bm—密封面宽度（设计给定），mm；四、许用比压[q]（见表4-17）[2]阀座密封面材料为PTFE，许用比压[q]取11.6MPa。RPTFE为15MPa五、结论6.06≤6.96≤11.6，qb≤qFMZ=15266NP=1.6MPaDJH=105mmDMN=86mmDMW=100mmq=6.96MPaP=1.6MPaDJH=105mmDMN=86mmDMW=100mmR=64mmh=8mmΦ=43°qb=6.06MPaC=1.8mmK=0.9mmP=1.6MPabm=10.8mm[q]=11.6MPa合格

温州职业技术学院设计计算书产品名称钢制软密封固定球球阀型号规格200Q347F-16C零件名称阀杆零件图号200Q347F-16C-02材料20Cr13计算项目阀杆转矩计算和强度验算设计说明与计算过程结果一、阀杆转矩计算1.1球体与阀座密封面间的摩擦转矩Mm（见表3-39）[2]M==372200N·mm式中：P—数值为0.1倍的公称压力，MPa；R—球体半径（设计给定），mm；μ--阀座和球体之间摩擦系数，密封面材料为PTFE，取0.05（或密封面材料为RPTFE，取0.10）；DJH—阀座进口活塞外径（设计给定），mm；DMN—阀座密封面内径（设计给定），mm；DMW—阀座密封面外径（设计给定），mm；Φ—球体与密封圈接触点与通道轴法向夹角（设计给定），°。1.2初定阀杆直径dF（见表4-11）[2]dF≥3Mm0.2式中：Mm--球体与阀座密封面间的摩擦转矩，N·mm；[τN]—阀杆材料许用扭应力，20Cr13取145，MPa。1.3填料处与阀杆的摩擦转矩MT（见表3-39）[2]MT=MT1+MT2=17363+2421=19784N·mm填料与阀杆之间的摩擦转矩MT1M=式中：μ--阀座和球体间摩擦系数，密封面材料为PTFE，取0.05（或密封面材料为RPTFE，取0.10）；dF--阀杆直径（设计给定），mm；Z—填料圈数（设计给定）；h—单圈填料高度（设计给定），mm；P—数值为0.1倍的公称压力，MPa。O形圈与阀杆之间的摩擦转矩MT2M==2421N·mm式中：dF--阀杆直径（设计给定），mm；μO—橡胶对金属的摩擦系数，取0.3；dO—O形密封圈横截面直径（设计给定），取2.65或3.55或5.30或7.00；P—数值为0.1倍的公称压力，MPa。1.4阀杆台肩与止推垫片之间的摩擦转矩MD（见表3-39）[2]M=式中：DT—台肩外径（设计给定），mm；dF--阀杆直径（设计给定），mm；μ--阀座和球体间摩擦系数，密封面材料为PTFE，取0.05（或密封面材料为RPTFE，取0.10）；P—数值为0.1倍的公称压力，MPa。1.5阀杆与衬套间的摩擦转矩MC（见表3-39）[2]M=式中：P—数值为0.1倍的公称压力，MPa；DJH—阀座进口活塞外径（设计给定），mm；μc—阀杆和衬套间摩擦系数，衬套材料为QAL9-4铝青铜，取0.15（或衬套材料为RPTFE，取0.10或衬套材料为PTFE，取0.05）；dF--阀杆直径（设计给定），mm。1.6阀杆总扭矩M（见表3-39）[2]M==二、阀杆强度验算（见表3-39）[2]2.1阀杆下端部和球体配合处断面扭应力τN验算τ=式中：Mm--球体与阀座密封面间的摩擦转矩，N·mm；W--单键抗扭断面系数，mm3；dF--阀杆直径（设计给定），mm；b--单键键槽宽度（设计给定），mm；t--单键键槽深度（设计给定），mm。阀杆材料20Cr13许用扭应力[τN]取145MPa。46≤145，τN≤[τN]，合格。2.2阀杆台肩处断面剪切应力τ验算（见表3-39）[2]τ=

(式中：DT—阀杆台肩外径（设计给定），mm；dF--阀杆直径（设计给定），mm；P—数值为0.1倍的公称压力，MPa；H--阀杆台肩厚度（设计给定），mm。阀杆材料20Cr13许用剪切应力[τ]取132MPa。32≤132，τ≤[τ]，合格。2.3阀杆填料处断面扭应力τN验算（见表3-39）[2]τ式中：M--阀杆总扭矩，N·mm；MT--填料处与阀杆的摩擦转矩，N·mm；W—圆轴抗扭断面系数，mm3；dF--阀杆直径（设计给定），mm；阀杆材料20Cr13许用扭应力[τN]取145MPa。41.2≤145，τN≤[τN]，合格。2.4阀杆与驱动装置配合处断面扭应力τN验算（见表3-39）[2]τ=式中：M--阀杆总扭矩，N·mm；W--单键抗扭断面系数，mm3；dF--阀杆直径（设计给定），mm；b--单键键槽宽度（设计给定），mm；t--单键键槽深度（设计给定），mm。阀杆材料20Cr13许用扭应力[τN]取145MPa。46.9≤145，τN≤[τN]，合格。Mm=372200N·mmP=1.6MPaR=155mmμ=0.05DJH=242mmDMN=208mmDMW=218mmΦ=43°dF=48mmMm=372200N·mm[τN]=145MPaMT=19784N·mmMT1=17363N·mmμ=0.05dF=25mmZ=5h=4P=1.6MPaMT2=2421N·mmdF=25mmμO=0.3dO=5.3P=1.6MPaMD=13060N·mmDT=62mmdF=25mmμ=0.05P=1.6MPaMC=243096N·mmP=1.6MPaDJH=254mmμc=0.15dF=25mmM=648140N·mmMm=372200N·mmdF=48mmb=16mmt=9mmτN=46MPa合格DT=62mmdF=48mmP=1.6MPaH=10mmτ=3.2MPa合格M=648140N·mmMT=19784N·mmdF=48mmM=648140N·mmdF=48mmb=16mmt=9mmτN=46.9MPa合格

温州职业技术学院设计计算书产品名称钢制软密封固定球球阀型号规格200Q347F-16C零件名称中法兰螺栓零件图号200Q347F-16C-02材料35CrMo计算项目中法兰螺栓确定设计说明与计算过程结果一、中法兰螺柱螺母或螺纹的最小横截面积60×P→Ab≥60式中：Sb—38℃(100°F)时的螺栓许用应力，当大于137.9Mpa时，使用137.9Mpa)。P—数值为0.1倍的公称压力，MPa；D—中法兰垫片外直径，mm；Ag——中法兰垫片有效外周边限定的面积；Ab螺栓抗拉应力总有效面积。二、参考公称通径DN200mm查询端部法兰螺栓数量和螺纹规格8-M16，螺栓孔为18三、初定螺栓数量3.1初定中法兰螺栓数量为8个时螺纹底径d==1088×43.2初定中法兰螺栓数量为12个时螺纹底径d==1088×4四、确定螺栓数量规格中法兰螺栓取12-M12，中法兰螺栓孔为14Ab=1088mm2Sb=137.9MpaP=1.6MPaD=328mm12-M12参考文献[1]陆培文主编，《阀门设计入门到精通》北京：机械工业出版社2009[2]陆培文主编，《阀门设计计算手册(第二版)》北京：中国标准出版社2009[3]陆培文主编，《阀门实用设计手册(第二版)》北京：机械