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:
① 整体式阀体
中央空调通风管道
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,反之取较小值声音设备
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 | a | c |
钢、硬质合金 | 3.5 | 1 |
聚四氟乙烯、尼龙 | 1.8 | 0.9 |
铜、铸铁 | DNA变性与杂交3.0 | 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 多功能蒸汽电熨刷: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 工业合成氨 |
堆焊 合金主轴编码器 | TDCoCr1-x | HR 40~45 | 250 | 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:f :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