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 aF 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 OPF 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qq=（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=24400N2.2必须比压q bq 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15MPa2.4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-273.1焊缝必须的最小厚度t HF at 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 =138MPaE-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-beaS 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 ZCT 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 QZT 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 GTT 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0.155.4 阀杆与止推垫片的摩擦力矩T GJT 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0.185.5阀杆的脱开扭矩BTOBTO=T ZC+T QZ+T GT+T GJ =1570+526+475+278=2849N.m6阀杆的强度校核阀杆的危险截面：对边削平截面和铣键槽截面。

6.1阀杆对边削平截面6.1.1此截面承受的扭矩T GDT GD= T ZC+T QZ=1570+526=2096 N.m6.1.2此截面抗扭模量W GDW GD=r3/B=453/1.51=60348mm3B=0.6366+2.5303*(h/r)-11.157*(h/r)2+49.568*(h/r)3-85.886*(h/r)4+69.849*(h/r)5 =1.51式中：B-与h/r有关的系数；r-对边削平截面的半径，设计给定为45mmh=r-w=45-27.5=17.5mm，其中w为对边半厚度 ，设计给定为27.5mm；6.1.3此截面设计的最大扭应力S GD-torS GD-tor=2* T GD/ W GD =2*2096*1000/60348=69.5MPa6.1.4阀杆材料许用扭应力S G-tor aS G-tor a=0.8*S G-y*67%=0.8*205*67%=110MPa式中：S G-y-阀杆材料的屈服强度，设计给定材料是ASTM A182 F316，S G-y=205MPa。

6.1.5此截面设计的平均挤压应力S GD-beaS GD-bea=2 *T GD/(α*A12*h)=2*2096*1000/(0.21*712*40)=104MPa式中：α-挤压面接触系数，α≤0.25，这里取0.21；A1-挤压面有效宽度，设计给定71mm；h-挤压面有效深度，设计给定40mm；6.1.6阀杆材料许用压应力S G-bea aS G-bea a = 1.6*S G a= 1.6*138=220.8MPa式中：S G a-阀杆材料的许用应力, S G a=138MPa6.1.7校核合格条件：S GD-tor≤S G-tor a且S GD-bea≤S G-bea a显然69.5＜110且104＜220.8，满足要求，故阀杆对边削平截面抗扭抗压能力设计合格！6.2阀杆上铣键槽截面6.2.1此截面承受的扭矩T GKT GK=BTO=2849 N.m6.2.2此截面抗扭模量W GKW GK=(π*d GK3 /16)-b *t( d GK -t)2/2* d GK=(3.14*753/16)-22*12.5*(75-12.5)2/2*75=75632mm3式中：d GK-铣键槽截面直径，设计给定为75mm；b-键槽宽度，设计给定为22mm；t-键槽深度，设计给定为12.5mm。

6.2.3此截面设计的最大扭应力S GK-torS GK-tor=2 *T GK / W GK=2*2849*1000/75632=75.3MPa6.2.4校核合格条件：S GK-tor≤S G-tor a显然75.3＜110 ，满足要求，故阀杆铣键槽截面抗扭能力设计合格！6.3阀杆允许最大扭矩MASTMAST=0.8* S G-y*W GD=0.8*205*60348=9897N.m安全系数S a=MAST/BTO=9897/2849=3.477键的强度校核7.1键设计的平均剪应力S K-sheS K-she=(2*BTO/d GK/2)/(n*b*l )=(2*2849/75/2)/(1*22*85)=81.3MPa式中：n-键的数量，设计给定为1；b-键的宽度，设计给定22mm；l-键的抗剪长度，设计给定85mm7.2键材的许用剪切应力S K-she aS K-she a=0.6*S K-y*67%=0.6*205*67%=82.4MPa式中：S K-y-键材的屈服强度，设计给定材料是AISI 316 ，S K-y=205MPa。

7.3键槽的设计平均挤压应力S KC-beaS KC-bea=(2*BTO/d GK/2)/[n*(h/2)* l ]=(2*2849/75/2)/(1*11*85)=162.5MPa式中：h-键的厚度，设计给定22mm7.4键能传递的最大扭矩T KT K=0.6* S K-y*n*b* l* d GK/2=0.6*205*1*22*85*75/2=8625N.mT K/MAST=8625/9897=87.1%7.5校核合格条件：S K-she≤S K-she a且S KC-bea≤S G-bea a且T K/MAST≤90%显然81.3＜82.4且162.5＜220.8且87.1%＜90%，满足要求，故键的设计合格！8压盖与阀体连接螺栓强度校核依据ASME PBVC Ⅷ-12013附录28.1预紧状态下所需螺栓载荷F m1F m1=π*b*G*y=3.14*5*125*69=135413N式中：b-垫片有效密封宽度，当b0≤6.35mm时，b=b0=5mmb0-垫片基本密封宽度， b0=（D GW-D GN）/2=(135-115)/2=5D GW-垫片外径，设计给定135mm；D GN-垫片内径，设计给定115mmG-垫片反力载荷作用位置处的直径，当b0≤6.35mm时，G=垫片接触面的平均直径，即G=（D GW+D GN）/2=（135+115）/2=125mmy-垫片最小设计预紧力，本设计垫片型式为304+石墨缠挠，y取69MPa8.2预紧状态下所需螺栓总截面积A m1A m1=F m1/S b a=135413/172=787.3mm2式中：S b a-常温下螺栓材料的许用应力，本设计栓材为ASTM A193 Ｂ7 M16，S b a＝172ＭＰａ8.3操作状态下所需螺栓载荷F m2F m2=(π/4)* G2*Pｊ+2*b*π*G*m*Pｊ=0.785*1252*7.9+2*5*3.14*125*3*7.９=189921N式中：m-垫片系数，根据垫片型式查取为38.4操作状态下所需螺栓总截面积A m2A m2=F m2/S b a=189921/172=1104.2mm2S b a-操作温度下螺栓材料的许用应力，本设计最高温度200℃，S b a＝172ＭＰａ8.5需要的螺栓总面积A mA m=max｛A m1,A m2｝=1104.2mm28.6设计的螺栓总面积A bA b=n*A=8*157=1256mm2式中：n-螺栓数量，设计给定为8A-螺栓的应力面积，M16为157mm28.7校核合格条件：A b≥A m显然1256＞1104.2，满足条件，故螺栓设计合格！。