全焊接固定球閥的設(shè)計(jì)與計(jì)算

1、全焊接固定球閥的設(shè)計(jì)與計(jì)算陸培文根據(jù)GB/T 19672-2005、GB/T 20173-2006和美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) API 6D-2008、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ISO14313:2007標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。固定球球閥為雙閥座閥門(mén)、對(duì)于雙閥座閥門(mén)分：?jiǎn)蜗蛎芊?、雙向密封、雙閥座雙向密封、雙閥座一個(gè)閥座單向密封一個(gè)閥座雙向密封，雙截?cái)?泄放閥，如圖1所示。單向密封閥門(mén)設(shè)計(jì)在一個(gè)方向密封的閥門(mén)。 雙向密封閥門(mén)設(shè)計(jì)在兩個(gè)方向都能密封的閥門(mén)。 雙隔離-泄放閥DIB-1(雙閥座雙向密封)雙閥座、每個(gè)閥座均能達(dá)到雙向密封。 雙隔離-泄放閥DIB-2（雙閥座一個(gè)閥座單向密封一個(gè)閥座雙向密封）雙閥座，一個(gè)為單方向密封閥座，

2、一個(gè)為兩個(gè)方向都能密封的閥座。 雙截?cái)?泄放閥DBB在關(guān)閉位置時(shí)，具有雙密封副的閥門(mén)，當(dāng)兩密封副間的體腔通大氣或排空時(shí)，閥門(mén)體腔兩端的介質(zhì)流動(dòng)應(yīng)被切斷。 標(biāo)準(zhǔn)還要求密封試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)為進(jìn)口端閥座密封。 圖1 固定球球閥閥座密封分類(lèi)1 全焊接固定球球閥通道直徑的確定 在設(shè)計(jì)計(jì)算全焊接固定球球閥時(shí)，首先要確定閥體的通道直徑，以便作為其他部位計(jì)算的基礎(chǔ)。球體通到底最小直徑要符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。設(shè)計(jì)國(guó)標(biāo)全焊接固定球球閥時(shí)，全通徑球閥的最小通徑應(yīng)符合GB/T 19672-2005管線(xiàn)閥門(mén) 技術(shù)條件或GB/T20173-2006石油、天然氣工業(yè)管線(xiàn)輸送系統(tǒng)管線(xiàn)閥門(mén)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。設(shè)計(jì)美標(biāo)全焊接固定球球閥時(shí)，全通徑球

3、閥的最小通徑應(yīng)符合API6D-2008/ISO14313:2007石油、天然氣工業(yè)管道輸送系統(tǒng)管道閥門(mén)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。對(duì)于全焊接縮徑固定球球閥，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)于公稱(chēng)尺寸DN300(NPS12)的球閥，球閥公稱(chēng)尺寸的孔徑縮小一個(gè)規(guī)格，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定內(nèi)徑；對(duì)于公稱(chēng)尺寸DN350（NPS14）DN600(NPS24)的球閥，球閥的公稱(chēng)尺寸的孔徑縮小兩個(gè)規(guī)格，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的內(nèi)徑尺寸；對(duì)于公稱(chēng)尺寸DN600(NPS24)的球閥，應(yīng)和用戶(hù)商定。對(duì)于沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全焊接球閥，通常球體通道的截面積應(yīng)不小于管道額定截面積的60%，設(shè)計(jì)成縮徑形式，這樣可以減小球閥的結(jié)構(gòu)，減輕重量，減小閥座密封面上的作用力和啟、閉轉(zhuǎn)矩。一般采用球

4、閥公稱(chēng)尺寸DN與球體通道直徑之比等于0.78。此時(shí)，球閥的阻力不會(huì)過(guò)大。2 球體半徑的確定設(shè)計(jì)球閥首先應(yīng)根據(jù)球體通道直徑和介質(zhì)工作壓力p來(lái)確定球體外圓半徑R。如圖2所示。當(dāng)=45°時(shí)，, ，所以。如果按此式確定球體半徑，則公稱(chēng)尺寸DN和球體長(zhǎng)度L相等，則DN=L。當(dāng)球閥關(guān)閉時(shí)，A點(diǎn)實(shí)際上仍在密封環(huán)的邊緣，而不能起到密封作用。因此，L尺寸必須增大，而使LDN,使A點(diǎn)移到密封環(huán)的面上起到密封作用。所以，必須對(duì)上式進(jìn)行修改。球閥在達(dá)到密封時(shí)，所需的密封面寬度，如圖3所示。首先依據(jù)密封圈材料的許用比壓，按密封面必須比壓的公式，初步算出密封圈的寬度bM(mm)： （1） 若閥座密封圈的材料為聚

5、四氟乙烯，則許用比壓為q=17.5MPa；c為與密封面材料有關(guān)的系數(shù)，對(duì)于聚四氟乙烯，c=1.8；K為在給定密封面條件下，考慮為質(zhì)壓力對(duì)比壓值的影響系數(shù)，對(duì)于聚四氟乙烯，K=0.9。把以上數(shù)值代入式(1),經(jīng)過(guò)運(yùn)算，得 bM =0.027p2 +0.1p+0.1 (2) 上式中p為設(shè)計(jì)壓力，通常取公稱(chēng)壓力PN數(shù)值的（MPa）。 對(duì)于閥座密封圈用金屬圈加固時(shí)，許用擠壓應(yīng)力可適當(dāng)加大。 所以不管球閥處于開(kāi)啟狀態(tài)還是處于關(guān)閉狀態(tài)，密封面與球體接觸面的寬度，都不應(yīng)小于bM，L應(yīng)增加兩倍密封面的投影寬度，球體半徑也應(yīng)增大a，如圖4所示。 因?yàn)?所以2a=bM,因此球體的直徑應(yīng)增加bM,則球體半徑，此值為

6、達(dá)到密封時(shí)的球體最小直徑。如球體強(qiáng)度需加大，可適當(dāng)加大球體直徑。3 全焊接固定球球閥中體最小壁厚的計(jì)算（1）全焊接固定球球閥的結(jié)構(gòu)形式通常有兩種，即圓筒式殼體（如圖5所示）和球形殼體(如圖6所示)。不過(guò)這兩種結(jié)構(gòu)的中體和左、右體的最小壁厚計(jì)算方法是相同的。依據(jù)API6D-2008和GB/T 20173-2006標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于全焊接固定球球閥的角焊縫強(qiáng)度有效系數(shù)取0.75。按GB/T 150-1998鋼制壓力容器和美國(guó)ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范BPVC第卷 第1冊(cè)UG-27受內(nèi)壓容器的壁厚,結(jié)合ASME B16.34-2009法蘭、螺紋和焊連接的閥門(mén)的最小壁厚計(jì)算式。筆者認(rèn)為焊縫強(qiáng)度有效系數(shù)取0

7、.75，即是局部無(wú)損檢測(cè)，也就是中體和頸部的焊接，屬于角焊縫，只能做表面無(wú)損檢測(cè)，即MT或PT，不能做射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)，也不能做超聲波無(wú)損檢測(cè)。因此，角焊縫的強(qiáng)度有效系數(shù)才取0.75，也就是用加厚壁厚，增加焊縫深度，來(lái)彌補(bǔ)由于焊縫不能進(jìn)行全面100%的射線(xiàn)檢測(cè)可能出現(xiàn)的缺陷。因此，全焊接球閥中體和左、右體的最小壁厚的計(jì)算，按ASME B16.34-2009中的公式，分母中的應(yīng)力系數(shù)應(yīng)乘以0.75。即： 圖5 圖 6 （3） t計(jì)算得出的壁厚，in； PCclass數(shù)值，如class600，PC=600；class900，PC=900； dC 中腔內(nèi)徑，in； SF基本應(yīng)力系數(shù)，取7000 E焊縫強(qiáng)

8、度有效系數(shù)，取0.75 C附加裕量，in，見(jiàn)表表1 附加裕量C in classdC150300600900150025004500100.1870.1800.1120.0950.0960.1010.101120.1850.1840.1070.0960.0970.0990.101130.1880.1810.1090.1020.1030.0980.097140.1820.1780.1110.0970.0980.0970.102150.1860.1850.1030.1030.1040.0960.097160.1900.1820.1060.0980.0990.0960.102170.1830.179

9、0.1080.1040.1050.1050.097180.1870.1760.1100.0990.1000.1040.102190.1710.1830.1020.1050.0960.1030.097200.1840.1800.1050.1000.1020.1020.102210.1880.1770.1070.0960.0970.1010.098220.1820.1840.1090.1010.1030.1000.103230.1860.1810.1010.0970.0980.0990.098240.1890.1780.1040.1020.1040.0980.103250.1730.1850.10

10、60.0980.099260.1770.1820.1080.1030.105270.1800.1790.1000.0990.101280.1740.1760.1020.1040.096290.1780.1830.1050.1000.102300.1720.1800.1070.0950.097320.1790.1840.1010.0960.098340.1770.1780.1060.0970.100350.1800.1850.0980.1030.105360.1740.1820.1000.0980.101380.1710.1760.1050.099400.1790.1800.0990.10141

11、0.1730.1770.1010.096420.1760.1840.1040.102430.1800.1810.0960.097440.1740.1780.0980.103460.1710.1820.1030.104480.1790.1760.0970.105500.1760.1810.1020.0965254565860若按GB/T12224-2005標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算最小壁厚應(yīng)為： (4)式中：tB慮內(nèi)壓的最小計(jì)算壁厚，mm； PN公稱(chēng)壓力數(shù)值； S應(yīng)力系數(shù)，取48.3MPa; DN閥體中腔最大內(nèi)徑，mm； E焊縫強(qiáng)度有效系數(shù)，取0.75； K系數(shù)，見(jiàn)表2； C1附加裕量，見(jiàn)表3表2 K系數(shù)公稱(chēng)壓力

12、PN162025405063100110150160250260420K1.251.251.01.01.00.910.911.00.971.0表3 附加裕量 C1 mmPNDN16202540506310011015016025026042062.932.92.92.842.802.772.602.682.702.76102.872.842.842.742.672.722.622.762.462.39152.812.762.762.712.612.632.282.732.031.79202.742.673.073.183.143.443.143.212.412.08253.683.693.79

13、3.943.983.853.113.792.492.68324.384.284.283.963.743.592.633.562.702.59404.284.154.153.753.483.483.093.422.522.06504.854.794.894.694.654.403.013.082.483.06654.664.544.644.494.264.532.703.012.511.94804.564.304.804.604.464.862.683.142.051.73904.634.935.234.744.434.482.503.192.502.121004.904.775.074.684

14、.605.302.922.952.663.211254.985.075.374.824.484.452.733.842.853.391504.854.665.064.864.754.712.534.233.043.461754.934.755.254.914.634.662.644.113.534.142005.104.645.244.854.604.612.454.203.523.722254.984.745.344.804.484.662.554.393.203.802504.854.535.234.744.454.712.664.483.193.982754.934.625.324.78

15、4.434.862.964.773.084.053005.204.825.624.834.304.813.075.153.374.133255.284.915.815.174.785.162.575.543.564.013505.355.006.005.424.955.312.485.633.754.084005.314.895.995.304.807.412.896.203.934.344505.364.876.175.494.955.622.806.183.915.095005.414.866.265.384.815.723.216.564.095.355505.364.756.355.5

16、74.955.923.137.533.975.506005.614.936.635.564.815.923.048.014.445.766505.564.926.725.744.966.222.958.484.626.017005.714.906.805.634.816.323.368.964.506.467505.564.796.895.824.966.523.279.134.686.728005.814.987.185.814.816.533.489.714.866.978505.864.967.366.004.966.833.4010.185.047.139005.914.956.556

17、.095.117.033.5110.665.227.389505.864.837.536.074.967.433.7211.145.407.6410006.115.027.826.265.117.333.6311.615.578.0910506.165.017.916.254.967.333.7412.095.758.3511006.114.998.096.345.117.643.6512.565.638.5011506.064.888.186.535.267.943.8613.045.818.7612006.325.068.466.515.117.943.7813.415.999.01125

18、06.375.058.556.705.268.143.8913.696.179.46（2）殼體開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的要求 1）不另行補(bǔ)強(qiáng) 設(shè)計(jì)壓力2.5MPa 兩相鄰開(kāi)孔中心間的距離（對(duì)于曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）應(yīng)小于兩孔直徑之和的兩倍； 接管公稱(chēng)外徑89mm； 接管最小壁厚滿(mǎn)足表4要求表4 接管最小壁厚 mm接管公稱(chēng)外 徑253238454857657689最小壁厚3.53.53.54.04.05.05.06.06.0注： 鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值RM540MPa,接管與殼體的連接宜采用全焊透的結(jié)構(gòu)型式。 接管腐蝕裕量為1mm。2）平蓋開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)要求見(jiàn)GB150第8.6節(jié)。 3）通過(guò)開(kāi)孔中心，且垂直于殼體表面

19、的截面上的最小補(bǔ)強(qiáng)面積按下列要求確定：圓筒或球殼開(kāi)孔所需補(bǔ)償面積按式5計(jì)算： （5） 式中：A開(kāi)孔削弱所需要的補(bǔ)強(qiáng)截面積，mm2； d開(kāi)孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)直徑加2倍厚度附加量，橢圓形或長(zhǎng)圓形孔取所考慮平面上的尺寸（弦長(zhǎng)，包括厚度附加量）,mm;殼體開(kāi)孔處的計(jì)算厚度，mm； 對(duì)于圓筒殼體： （6） 對(duì)于球形殼體： （7） 式中：PC計(jì)算壓力，MPa； Di圓筒或球殼的內(nèi)直徑，mm； t設(shè)計(jì)溫度下圓筒或球殼材料的許用應(yīng)力，MPa. 按GB150第4章， 角焊縫強(qiáng)度有效系數(shù)，按API6D,取0.75。 et接管有效厚度，et=nt-C，mm 式中：nt接管名義厚度，mm C厚度附加量，mm C=

20、C1+C2 式中：C1鋼材厚度負(fù)偏差，鋼管的厚度負(fù)偏差按鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)鋼材的厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過(guò)名義厚度6%時(shí)。偏差可以忽略不計(jì)。 C2腐蝕裕量，mm；介質(zhì)為天然氣，C21.5mm fr強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比值，當(dāng)此值不大于1.0時(shí)，取fr=1.0。圓筒或球殼補(bǔ)強(qiáng)厚度：圓筒殼體按式6 球形殼體按式74 全焊接固定球球閥密封比壓的計(jì)算（1）單向密封球閥密封比壓的計(jì)算 如圖7所示。球體5安裝在兩個(gè)滑動(dòng)軸承3中，閥座安裝于活動(dòng)套筒6內(nèi)，活動(dòng)套筒在閥體中靠O形圈14與閥體孔密封，閥座借助彈簧組12預(yù)壓緊球體。介質(zhì)進(jìn)口端閥座，在球體關(guān)閉時(shí)，靠閥座密

21、封圈內(nèi)徑DMN和進(jìn)口密封套筒外徑DJH所形成的環(huán)形面積上的介質(zhì)作用力壓緊球體，以達(dá)到球閥的密封。密封的可靠性在很大程度上取決于密封面平均直徑DMP與套筒外徑DJH之比。如果DJH和DMP的比值不夠大時(shí)，球閥將不能保證可靠密封。另一方面，如果DJH過(guò)大將造成閥座密封圈過(guò)載，而使球閥的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)矩加大，閥門(mén)磨損加快。 1）進(jìn)口端閥座對(duì)球體的壓力（N）： FQ=FZJ+FTH (8)式中 FZJ介質(zhì)經(jīng)閥座壓在球體上的力（N），按式（9）計(jì)算； FTH彈簧組壓緊力（N）,按式（10）計(jì)算。 (9)式中 DJH活動(dòng)套筒外徑（mm）； DMN閥座密封面內(nèi)徑（mm）； p設(shè)計(jì)壓力，取公稱(chēng)壓力的110（MPa）。

22、 (10)式中 FMY閥座密封圈對(duì)球體的預(yù)緊力（N）、按式（11）計(jì)算； FMM閥座密封圈上的O形圈與閥體孔之間的摩擦力（N），按式（12）計(jì)算。 （11）式中 DMW閥座密封面外徑（mm）； qMY min閥座預(yù)緊密封的最小比壓，對(duì)于PTFE，qMY min=1.6MPa。則式改寫(xiě)成：。 （12）式中 DJH活動(dòng)套筒外徑（mm）； O形圈與閥體內(nèi)孔的接觸寬度（mm）；取O形圈斷面半徑的； ZO形圈個(gè)數(shù)；取兩個(gè)； 密封比壓(MPa), ；若O形圈斷面取5.3mm，O形圈密封與壓力關(guān)系不大，故體腔內(nèi)壓力取po=0MPa,則：qMF=1.35MPa；f為橡膠O形圈與閥體孔的摩擦系數(shù)，取f=0.4。

23、則 (13)因此 2)閥座密封面上的實(shí)際工作比壓。 閥座密封面工作比壓（MPa）： （14） 圖7 單向密封全焊接固定球球閥結(jié)構(gòu)1閥體；2支撐板；3滑動(dòng)軸承；4軸承；5閥體；6閥座支撐圈；7鍵；8閥桿；9防靜電裝置；10閥座注脂孔；11注脂管； 12彈簧；13防火墊；14O形圈；15卡緊圈 式中 N閥座密封圈對(duì)球體的法向壓力（N）, ； AMH密封圈環(huán)帶面積（mm2），AMH=。 則 （15）（2）雙向密封球閥密封比壓的計(jì)算 雙向密封球閥和單向密封一樣，球閥的進(jìn)口端和出口端使用同樣的單向密封閥座，就得到雙向密封固定球球閥。其雙向密封球閥的密封比壓，同單向密封球閥。（3）雙閥座雙向密封球閥閥座密

24、封比壓的計(jì)算 1）進(jìn)口端閥座密封比壓的計(jì)算:其計(jì)算方法和計(jì)算式同單向密封球閥的閥座計(jì)算式。 2）體腔內(nèi)介質(zhì)壓力對(duì)閥座產(chǎn)生的比壓的計(jì)算:出口端密封的固定球球閥的基本特點(diǎn)是: 當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉后，密封力是由中腔介質(zhì)壓力產(chǎn)生的，用以保證球閥密封。這樣就減少了球體支承軸承的載荷。 圖8 雙向密封全焊接固定球球閥1閥體；2支撐板；3滑動(dòng)軸承；4軸承；5球體；6閥座支承圈；7鍵；8閥桿；9防靜電裝置；10閥座注脂孔；11O形圈；12彈簧其結(jié)構(gòu)如圖8所示，與進(jìn)口密封相比，結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別在于活動(dòng)套筒閥座密封直徑DHW小于閥座密封面的平均直徑DMP 。閥座對(duì)球體的壓力： FQ= FZJ+ FTH (16) 式中 F

25、ZJ介質(zhì)經(jīng)閥座壓在球體上的力（N），按式（17）計(jì)算； FTH彈簧組壓緊力（N），按式（18）計(jì)算。 (17) 式中 DJH活動(dòng)套筒外徑（mm）； DHW密封外徑（mm）； DMW密封面外徑(mm)。 FTH= FMY+ FMM (18) 式中 FMY閥座密封圈對(duì)球體的預(yù)緊力(N)，按式(l9)計(jì)算； FMM閥座支承圈上的O形圈與活動(dòng)套之間的摩擦力(N)，按式(20)計(jì)算； （19） 式中 DMN閥座密封面內(nèi)徑(mm)； qMYmin閥座預(yù)緊密封的最小比壓，對(duì)于PTFE, qMYmin=1.6MPa,則式（19）改寫(xiě)成。 （20） 式中 DHM密封外徑(mm)； O形圈與閥座密封外徑的接觸寬度

26、(mm)；取O形圈斷面半徑的； ZO形圈個(gè)數(shù)，取一個(gè)； qMF密封比壓(MPa )，；若O形圈斷面積取5.3mm，O形圈密封與壓力關(guān)系不大，故取po=0MPa,則：qMF=1.35MPa； f橡膠O形圈與閥座密封套的摩擦系數(shù)。 若取f=0.4, 則 所以 (21)閥座密封面的實(shí)際工作比壓（MPa）： 式中 N密封圈對(duì)球體的法向壓力(N)，； AMH密封圈環(huán)帶面積(mm2)， 5 體腔內(nèi)介質(zhì)壓力超過(guò)1. 33p時(shí)，閥座自動(dòng)泄壓的計(jì)算根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19672-2005, GB/T 20173-2006和美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API6D-2008及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ISO14313:2007要求，

27、當(dāng)輸送的介質(zhì)為烴類(lèi)介質(zhì)，在閥門(mén)關(guān)閉或開(kāi)啟后，有可能把介質(zhì)截留在閥體中腔，當(dāng)溫度升高時(shí)，壓力會(huì)上升，當(dāng)壓力升高到額定壓力的1.33倍時(shí)，中腔應(yīng)有自動(dòng)泄壓裝置。 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泄壓的方法有三種：1） 中腔安裝安全泄壓閥，安全閥的整定壓力為額定壓力的1.33倍。當(dāng)中腔壓力超過(guò)額定壓力的1.33倍時(shí)，安全閥自動(dòng)開(kāi)啟，排放多余介質(zhì)，當(dāng)中腔壓力降到1.33倍額定壓力后，安全閥自動(dòng)關(guān)閉。2） 在球體上安裝一個(gè)止回閥，當(dāng)中腔壓力超過(guò)1.33倍額定壓為時(shí)，止回閥自動(dòng)開(kāi)啟，排放多余介質(zhì)，當(dāng)中腔壓力降到1.33倍額定壓力以下時(shí)，止回閥自動(dòng)關(guān)閉。該止回閥開(kāi)啟壓差較小，難以設(shè)計(jì)，又止回閥需安裝在球體上，在球體上需銑出平面，若

28、球面和平面相交處加工不圓滑,在球閥啟閉過(guò)程中，會(huì)劃傷密封面。3）按標(biāo)準(zhǔn)要求，該球閥設(shè)計(jì)成一個(gè)閥座單向密封，一個(gè)閥座雙向密封。單向密封閥座設(shè)計(jì)為當(dāng)中腔介質(zhì)壓力上升到1.33倍額定壓力時(shí)，單向密封閥座被自動(dòng)推開(kāi)，排放多余介質(zhì)，當(dāng)壓力下降到1.33倍額定壓力以下時(shí)，閥座自動(dòng)復(fù)位，仍起到密封作用。又因?yàn)槌隹诙碎y座為雙向密封閥座，介質(zhì)肯定不會(huì)泄漏到出口端。中腔介質(zhì)泄放到進(jìn)口端或出口端按用戶(hù)要求，因在閥體上有單向密封閥座和雙向密封閥座的標(biāo)牌，只要用戶(hù)按標(biāo)牌位置安裝，一定能滿(mǎn)足要求。腔體內(nèi)介質(zhì)壓力超過(guò)1.33倍時(shí)，自動(dòng)泄壓閥座計(jì)算式如下： 對(duì)于聚四氟乙烯密封圈，當(dāng)設(shè)計(jì)CL600球閥時(shí)，qMYmin =0.2

29、p。 則 1.33（D2JH- D2MW）（D2JH- D2MN）+0.2（D2MW- D2MN） 1.33D2JH-1.33 D2MW D2JH- D2MN+0.2D2MW- 0.2D2MN 0.33D2JH 1.53 D2MW-1.2D2MN (23)6 固定球球閥轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 （1）單向密封閥座 M= Mm+ MT+ Mu+ Mc 式中 Mm閥座密封圈與球體間的摩擦轉(zhuǎn)矩（N·mm）； MT閥桿與填料間的摩擦轉(zhuǎn)矩（N·mm）； Mu閥桿臺(tái)肩與止推墊間的摩擦轉(zhuǎn)矩（N·mm）； Mc軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩（N·mm）。1）閥座密封圈與球體間的摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算: Mm

30、=Mm0+Mm1 式中 Mm0進(jìn)口端閥座密封圈與球體間的摩擦力矩（N·mm）； Mm1出口端閥座密封圈與球體間的摩擦力矩（N·mm）；考慮出口端閥座彈簧組的預(yù)緊比壓。 式中 FQ進(jìn)口端閥座密封圈對(duì)球體的作用力(N)； R球體的半徑(mm)； 密封面對(duì)球體中心的傾角（°）； T密封圈與球體間的摩擦系數(shù)，對(duì)于PTFE取T=0.05，RPTFE取 T=0.070.12，尼龍取T=0.100.15，填充尼龍取T=0.320.37，MOLON取T=0.060.10，DEVLON取T=0.060.12，PEEK取 T=0.100.15，橡膠（無(wú)潤(rùn)滑）T=0.30.4，橡膠（有

31、潤(rùn)滑）T=0.15。 式中 FMY閥座密封圈的預(yù)緊力(N)； FMM活動(dòng)套筒O形圈與閥體閥座孔間的摩擦力(N)； R球體半徑(mm)； 密封面對(duì)球體中心的傾角（°）； T密封圈與球體間的摩擦系數(shù)。 Mm= Mm0+Mm1 （24）2）閥桿與填料間的摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：根據(jù)密封理論，當(dāng)被密封部位的實(shí)際比壓等于或大于所必須的密封比壓時(shí)，就能達(dá)到密封要求，即： q=q0+qp1.2p0 式中 q0填料壓蓋的壓緊力產(chǎn)生初始的密封比壓(MPa)； qp介質(zhì)壓力P的作用力而產(chǎn)生的比壓(MPa)； q總的密封比壓(MPa)。 qp的大小隨壓力p的變化而變化，當(dāng)qp增大到一定值時(shí)，即使因磨損等原因，使預(yù)

32、緊力消失（即q0=0），只要保證qp=1.2p0，也能使填料具有良好的密封性能。 填料料與閥桿之間的摩擦力FT (N)，可按下式計(jì)算: 式中 閥桿與填料間的摩擦系數(shù)； Z填料圈數(shù)； h單圈填料高度(mm)； p設(shè)計(jì)壓力，取公稱(chēng)壓力PN數(shù)值的110 (MPa )； dT閥桿與填料接觸部分直徑（mm）。 填料若為O形橡膠密封圈，其摩擦力的計(jì)算如下： 填料與閥桿之間摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算： V形及圓環(huán)形填料的摩擦轉(zhuǎn)矩（N·mm）: （25） O形密封圈與閥桿之間的摩擦轉(zhuǎn)矩（N·mm）: （26）式中 閥桿與O形密封圈接觸部分的直徑（mm）； 橡膠對(duì)金屬的摩擦系數(shù)，=0.30.4；有潤(rùn)滑油

33、時(shí)=0.15； d0O形密封圈橫截面直徑（mm）。3）閥桿臺(tái)肩與止推墊之間摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：閥桿在介質(zhì)壓力的作用下，其臺(tái)肩緊貼并壓緊止推墊，當(dāng)閥桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，便產(chǎn)生了摩擦力?？紤]到止推墊其主要作用是減小摩擦力，增加密封性能，為此按平均直徑計(jì)算摩擦力，一般止推墊材料為聚四氟乙烯（PTFE）。 閥桿臺(tái)肩與止推墊間摩擦力Fu(N)： 式中 DT臺(tái)肩外徑或止推墊外徑（mm）；取較小者； dT閥桿直徑（mm）； 摩擦系數(shù)。 閥桿臺(tái)肩與止推墊間摩擦轉(zhuǎn)矩： （27）4）閥桿軸承摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：固定球球閥的軸承承受著較大的徑向作用力，旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大的摩擦力，為降低此摩擦力，在球體軸頸處或閥桿支承套外徑處可以安裝滑動(dòng)

34、軸承或滾動(dòng)軸承，以減小摩擦力，降低開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)的轉(zhuǎn)矩。 在介質(zhì)壓力作用下，上下軸承受到的總推力Fc(N): 式中 DJH活動(dòng)套筒外徑（mm）； p進(jìn)口端介質(zhì)工作壓力（MPa）。對(duì)于進(jìn)口密封閥座，彈簧組產(chǎn)生的預(yù)緊力對(duì)軸承的徑向作用力，可忽略不計(jì)。 閥桿軸承摩擦轉(zhuǎn)矩（N·mm）： （28） 式中 dZJ球體軸頸或支承套外徑（mm）； 摩擦系數(shù)。對(duì)于FS-1自潤(rùn)滑軸承，=0.040.20；JDB固體鑲嵌式潤(rùn)滑軸承，=0.16，對(duì)于滾動(dòng)軸承=0.002。（2）雙向密封閥座 若出口端閥座結(jié)構(gòu)和進(jìn)口端閥座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相同，即進(jìn)出口端閥座為同一設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，則為雙向密封閥座固定球球閥，其閥桿轉(zhuǎn)矩計(jì)算同單向

35、密封閥座球閥。 （3）雙閥座雙向密封球閥 1) 雙方向進(jìn)口端閥座密封轉(zhuǎn)矩的計(jì)算，同單向密封閥座計(jì)算式。 2) 雙方向出口端閥座密封的轉(zhuǎn)矩計(jì)算(N·mm): M=Mm+ MT+ Mu +Mc 出口端閥座密封圈與球體間的摩擦轉(zhuǎn)矩(N· mm) 在兩個(gè)閥座同時(shí)密封時(shí)：Mm=2Mm1,則 （29） 閥桿與填料間的摩擦轉(zhuǎn)矩MT:同單向密封閥座計(jì)算式。 閥桿臺(tái)肩與止推墊之間的摩擦力矩Mu:其計(jì)算式同單向密封閥座計(jì)算式。 軸承摩擦轉(zhuǎn)矩Mc:其計(jì)算式同單向密封閥座計(jì)算式。(4) 雙閥座，一個(gè)閥座單向密封，一個(gè)闡座雙向密封球閥。1) 單向密封閥座的轉(zhuǎn)矩計(jì)算式同單向密封閥座計(jì)算式。2) 雙閥座

36、雙向密封閥座的轉(zhuǎn)矩計(jì)算式同雙閥座雙向密封球閥轉(zhuǎn)矩計(jì)算式。(5) 雙截?cái)嗯欧砰y 當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，進(jìn)口端與出口端同時(shí)加介質(zhì)壓力，體腔通大氣時(shí)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算式: M=Mm+ MT+ Mu Mc1) 閥座密封圈對(duì)球體的摩擦轉(zhuǎn)矩Mm （N·mm）： Mm=2Mm0 (30)2）閥桿與填料間的摩擦轉(zhuǎn)矩MT(N·mm):若填料為V形填料或圓環(huán)形填料，其計(jì)算式為MT=0.6，由于中腔的介質(zhì)壓力為零。因此摩擦轉(zhuǎn)矩為零。 若填料為O形密封圈填料，其摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算式為,由于中腔的介質(zhì)壓力為零。則摩擦轉(zhuǎn)矩為 (31)3）閥桿臺(tái)肩與止退墊間的摩擦轉(zhuǎn)矩Mu：由于雙截?cái)嗯欧砰y中腔沒(méi)有介質(zhì)壓力，根據(jù)轉(zhuǎn)矩計(jì)算式:

37、 ,因此摩擦轉(zhuǎn)矩為零。4）軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩Mc (N·mm)：對(duì)于雙截?cái)嗯欧砰y，是兩個(gè)閥座同時(shí)受兩個(gè)方向的力，理論上講作用力等于零。但實(shí)際上，由于制造精度等原因，還會(huì)存在一定的摩擦轉(zhuǎn)矩，可按0.1p計(jì)算，因此： (32)7 固定球球閥滑動(dòng)軸承的承載能力固定球球閥球體軸頸和支承套外徑上的滑動(dòng)軸承在工作中承受著較大的徑向力，軸承設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使面壓值qc (MPa)小于許用面壓值qc(MPa)： qcqc 設(shè)計(jì)面壓值按一個(gè)軸承計(jì)算，受壓面為軸承的投影面積，即dFH，這樣設(shè)計(jì)面壓值為 (33)式中 dF球體軸頸和支承套外徑(mm)； DJH活動(dòng)套筒外徑(mm)； H軸承長(zhǎng)度(mm)；H=(11.2)dF； qc許用面壓值(MPa)，對(duì)于SF-1自潤(rùn)滑軸承qc=100MPa；對(duì)于JDB固體鑲嵌式潤(rùn)滑軸承qc=60.0MPa。 8 固定球球閥閥桿與球體連接部分強(qiáng)度計(jì)由于閥桿與球體的連接部分是間隙配合，因此，在接觸面上的比壓分布是不均勻的，如圖9所示。由分析可知，計(jì)算時(shí)，可近似地采用擠壓長(zhǎng)LZY=0