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） 1.3 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,因此,密封的材料的选定很关键：
① 对使用温度≤300℃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) ② 当使用温度超过300℃.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：
掏耳器
① 整体式阀体
一般用于DN≤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,多采用二体式、三体式或全焊接结构
② 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
③ 三体式结构由主阀体和左右对称的二个阀体组成,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
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=（0.75～0.95）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
（mm），应满足＞
式中：：球体最小计算直径（mm），：阀座接触面外径(mm)，d：球径通道孔直径（mm）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
应满足
式中：qMF：密封面上的必须比压（MPa）
① 可根据工作压力来计算，qMF =1.2P（适用于中低压通径不大场合）
② 由试验得出的经验公式计算：
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100℃的液体：m=1.4
对氢、氮及密封要求高的介质：m=1.8
a，c：与密封面材料有关的系数，见表所示
密封面材料 | 快干毛巾 a | c |
钢、硬质合金 | 3.5 金属全自动喷涂生产线 | 1 |
聚四氟乙烯、尼龙 | 1.8 | 0.9 |
铜、铸铁 | 3.0 | 双极化天线1 |
中硬橡胶 | 0.4 | 0.6 |
软橡胶 | 0.3 | 0.4 |
| | |
P ：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= （mm）
t :密封面宽度（mm），设计给定
φ ：密封面法向与流道中心线的夹角
：球阀密封比压（MPa）
① 对浮动球阀：（见图示）
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）
② 对进口密封的固定球阀（见图示）
进口密封固定球球阀结构
式中：DJH：进口密封座导向外径 （mm） 设计给定
R： 球体半径 （mm） 设计给定
h： 密封面接触的宽度在水平方向的投影 （mm）
h = l2-l1
式中l2 ，l1：球体中心至密封面的距离（mm）见图示
③ 其它密封球阀，略
[q]：密封面材料的许用比压[MPa] 查下表
密封面材料的许用比压 [q]
密封面材料 | 材料硬度 | [q] [MPa] |
密封面 间无 滑动 | 密封面 间有 滑动 |
黄铜 | CuZn40Pb2，CuZn38Mn2Pb2，CuZn38 | HB 80～95 | 80 | 20 |
CuZn16Si4 | HB 95～110 | 100 | 25 |
青铜 | CuAL10Fe3 | HB≥110 | 80 | 25 |
CuAL10Fe3Mn2，CuAL9Fe4Ni4Mn2 | HB 120～170 | 100 | 35 |
奥氏体 不绣钢 | 1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti | HB 140～170 | 150 | 40 |
马氏体 不绣钢 | 2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2 | HB 200～300 | 250 | 45 |
HR 35～40 |
氮化钢 | 35CrMoAlA、38CrMoAlA | Hv 800～1000 | 300 | 80 |
堆焊 合金 | TDCoCr1-x | HR 40～45 | 250 | 车载式高空作业平台 80 |
TDCr-Ni（含Ni） | HB 280～320 | 250 | 80 |
中硬 橡胶 | | | 5 | 4 |
F-4 | SFB-1，SFB-2，SFB-3 SFBN-1，SFBN-2，SFBN-3 | | 20 | 15 |
尼龙 | | | 40 | 30 |
| | | | |
注：钢和铜合金的牌号对于铸态和堆焊均适用。
2.3 球阀的转矩计算
2.3.1 浮动球阀总转矩计算
浮动球阀中，所有载荷由介质出口的阀座密封圈承受，总转矩由下式计算
MF = MQz + MFT + MMJ
式中：MQZ：球体在阀座中的摩擦力矩
MQZ= （N·mm）
式中：pctif :球体与阀座的摩擦系数 对聚四氟乙烯：f=0.05
对增强聚四氟乙烯：f=0.08～0.15
对尼龙：f=0.1～0.15
其它符号：同前
MFT：填料与阀杆的摩擦力矩
① 对聚四氟乙烯成型填料 ： （N·mm）
式中：f :阀杆与填料的摩擦系数。f =0.05
h:单圈填料与阀杆的接触高度 （mm）设计给定
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