【正文】 未流到外界，不會(huì)污染環(huán)境，也沒有流體損失，但其危害性十分嚴(yán)重，輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量，重則由于滲漏串通將釀成惡性事故。 球閥的閥座設(shè)計(jì) 根據(jù)閥門泄漏 的部位和性質(zhì)，尚有內(nèi)漏和外漏之分。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)受到球體尺寸的限制， h不能過大，為了減小擠壓應(yīng)力，往往加大接觸面的尺寸，即加大 a的尺寸。 故球體強(qiáng)度要求滿足。有分析可知，計(jì)算時(shí)可近似地采用擠壓長度)( mmaLZY ? ，而作用力矩的臂長 K=（ mm），則擠壓力 )(MPaZY? 按下式計(jì)算： ? ? ?? ?? haM mZY （ 236） 圖 28 閥桿頭部的比壓分布 式中 mM — 球體與閥座密封面之間的摩擦力矩； h— 閥桿頭部插入球體的深度（ mm）， h=40mm； a— 閥桿頭部的邊長（ mm） a=100mm； ? ?ZY? — 球體許用擠壓應(yīng)力； ? ? MPaZY 122?? 。球體的主要結(jié)構(gòu)特征是球體與閥桿的連接結(jié)構(gòu)，其必須滿足所傳遞的最大轉(zhuǎn)矩同時(shí)保證有足夠的靈活性，后者是保證工作性能的必要條件。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 球體的設(shè)計(jì)和校核 由 可知球體的半徑是 190mm。 圖 27 平鍵受力圖 剪切力 ? （ MPa ）按下式進(jìn)行計(jì)算： bLndT12??≤ ??? （ 235） 式中 ??? — 許用剪切應(yīng)力 )(MPa ，查表取 ??? =90MPa ； T、 1d 、 L、 n— 與前相同； b— 如上圖所示。對(duì)于法干預(yù)球體連接部分 T= mT ； n— 鍵數(shù)： L— 鍵的工作長度（ mm）； L==30mm； K、 1d — 如下圖所示； K=4mm； mmd 3801 ? ； ??P — 許用壓力（ MPa ），查表得 ??P =100120MPa 。 根據(jù)閥桿直徑為 60mm，可知平鍵的尺寸，選用 bxh 為 18x11 的普通平鍵。 綜上閥桿的應(yīng)力均符合要求。 則 MP axxx 146 2 ??? ≤ ??? =990MPa 。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 25 浮動(dòng)球閥閥桿轉(zhuǎn)矩分布圖 a和 ? 可由下表查得 表 23 b/a 與 ? 的關(guān)系 b/a ? 圖 26 閥桿與球體連接部分的斷面 故 4 4 7 0 2 ?? xxxW 3mm 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 則 M P 6 ??? WM mN?≤ ? ?N? =1050MPa 2.Ⅱ — Ⅱ斷面處剪切應(yīng)力 ? ）(MPa 的計(jì)算 ? ? ? ??? ??? P16dHdD 2 （ 232） 式中 D— 閥桿頭部凸肩的直徑（ mm）； d— 閥桿直徑（ mm）； H— 閥桿頭部凸肩的高度（ mm） 。 — I 斷面處的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 )(MPaN? 為 WMmN ?? ≤ ? ?N? (231) 式中 mM — 閥座密封面與球體間的摩擦轉(zhuǎn)矩（ N? mm）； ? ?N? — 材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，（ Mpa）， ? ?N? =1050Mpa； W —— I — I 斷面的抗扭轉(zhuǎn)系數(shù)。 則 NxxFu )6086(16 2 ??? π 4填料及止推墊的摩擦轉(zhuǎn)矩計(jì)算 填料轉(zhuǎn)矩 tM 計(jì)算公式如下 Ttt xdxFM ? （ N? mm) (229） 則 xMt ? x60=3030N? mm 止推墊片的摩擦轉(zhuǎn)矩 uM 計(jì)算公式如下 )2( TTuu dDxFM ?? (N? mm) (230) 則 mmNxxxM u ??? 1 5 2 5 4 64 1 由此可知球閥的轉(zhuǎn)矩 M tum MMMM ??? =3030+15257+1290000= x N? mm 閥桿強(qiáng)度的計(jì)算 閥桿上的轉(zhuǎn)矩分布圖見下圖所示，主要受力面是 I— I~IV— IV。 填料與閥桿之間的摩擦力 tF 可按下式計(jì)算 ZHPdF TTt ?? (N) （ 227） 式中 T? — 填料與閥桿之間的摩擦系數(shù)， T? =； Z— 填料圈數(shù)， Z=3； h— 單圈填料高度， h=。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 表 22 材料 工作壓力（ MPa ） T（℃ ） 適用閥類 CuAL9Mn2 ≤ ≤ 200 低壓閥 A5 ≤ ≤ 350 中低壓閥 40Cr ≤ ≤ 450 高中壓閥 38CrMoALA 54P 540 電站用閥 20Cr1Mo1VIA 57P 570 電站用閥 2Cr13 ≤ ≤ 450 高中壓閥 1Cr18Ni2 ≤ 100 200~ 不銹鋼閥、低溫閥 1Cr18Ni9Ti ≤ ≤ 600 高溫閥 閥桿填料的選擇、填料摩擦力及摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 閥桿常用填料主要有 V 型填料、圓形片狀填料及 O 型密封圈等三種。 閥桿材料選擇 閥桿作為球閥的重要受 力零件，其材料必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性，能耐介質(zhì)、大氣及填料的腐蝕，耐擦傷，工藝性好。 則 21 0 ?? iM DfM??? )(Mpa （ 2）法蘭盤的徑向應(yīng)力 R? (Mpa) iffR D Me2 0)( ???? ?? （ e=） (222) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 = )( 2 5xx xxxx ? = （ Mpa） （ 3）法蘭盤切向應(yīng)力 T? (Mpa) RifT ZDYM ??? ?? 2 0 (223) 式中 Y、 Z系數(shù)查表可知 Y=， Z= 則 43036 2 5 ??? xx xxT?（ Mpa） 上述三個(gè)應(yīng)力應(yīng)滿足： ? ?M?? ?M (224) ? ?RR ?? ? (225) ? ?TT ?? ? (226) 由閥體法蘭材料為 HT200，可查得 ? ? 28L ?? （ Mpa） , ? ? M P a421 .5 x 2 83 5 . 4 5 M P a MM ??? ?? ＜ ? ? M P a351 . 2 5 x 2 81 7 . 4 9 M P a RR ??? ?? ＜ ? ? M P a351 . 2 5 x 2 82 1 . 4 6 M P a TT ??? ?? ＜ 經(jīng)校核說明應(yīng)力方面符合要求。 則法蘭的總力矩 0M 為： 50 105 2 4 5 2 4 4 0 0 0351 1 3 7 0 0402 7 6 0 0352 9 0 3 0 0 xxxxM ????? （ N*mm）。 iD — 法蘭的內(nèi)直徑（ mm）。 （ 220） 1? — 法蘭頸部大端有效厚度（ mm）； TS — 從螺栓孔中心至力 TF 作用位置處的徑向距離（ mm） , 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 21 GT SSS ??? ?。 DS — 從螺栓孔中心圓至力 DF 作用位置處的徑向距離（ mm）， ??? SSD 。見下圖所示： 圖 24 整體法蘭 作用于法蘭的總力矩 0M 為： GGTTDD SFSFSFM ???0 （ 219） 式中 DF — 作用在法蘭內(nèi)直徑面積上的流體靜壓軸向力（ N）， PDF iD ? 。 則 A= 212 = 2mm ?L? =＜ ? ?L? =108Mpa。 則 ?aW 。 則將各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入可得 2 ???? XXW P KN. (2)預(yù)緊螺栓情況 在安裝是須將螺栓擰緊而產(chǎn)生初始載荷，使法蘭面壓緊墊片，此外，螺栓還承受球體與密 封圈之間的預(yù)緊力。在操作情況下，螺栓承受的載荷為 pW ： QFFW pp ??? （ 216） QmPbDD Gg ??? π27 8 2 式中 PW — 在操作情況下所需的最小螺栓轉(zhuǎn)矩（ N）； F— 總的流體靜壓力（ N） , PDF G ? ； 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 PF — 連接接觸面上總的壓緊載荷（ N）， MPbGF GP π2? 。 閥體法蘭設(shè)計(jì) 按以下兩種情況進(jìn)行： （ 1）操作情況 由于流體靜壓力所產(chǎn)生的軸向力促使法蘭分開，而法蘭螺栓必須克服此種端面載荷，并且在墊片或接觸面上必須維持足夠的密緊力，以保證密封。 =21mm，可知 C=1mm。 — 按強(qiáng)度計(jì)算的壁厚（ mm） P— 設(shè)計(jì)壓力（ Mpa） ? ?L? — 材料許用拉應(yīng)力（ Mpa） C— 附加余量（ mm） 將 D=430mm， P=2Mpa， ? ?L? =28Mpa故 可得 bS39。 （ mm） (214) ? ? PL pcbS 39。由于所給條件的工作壓力屬于中低壓，所以采用薄壁計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。 根據(jù)球閥的常用工況和材料成本總和考慮選用 HT200 作為閥體材料。由此根據(jù)已給條件可知結(jié)構(gòu)長度為 730mm，公差為177。 。 ；法蘭連接；焊接連接等三種。 （ 3）三分體式：閥體有三部分組成，這三部分是在閥座處沿著與通道向垂直的界面而分隔開的，螺栓將這三部分連接成一體。 FrMm? (213) 式中 F— 球體與閥座之間的密封力， TNF ?? ,?cosQN?（ N）； r— 摩擦 半徑， 2 )cos1( ??? Rr ， 球體摩擦半徑計(jì)算圖如 圖 23所示； R— 球體半徑（ mm）； ? — 密封面對(duì)中心的斜角； T? — 球體與密封圈之間的摩擦系數(shù)，查表得 ?T? 。 由于本球閥為浮動(dòng)球閥故其轉(zhuǎn)矩 0M 計(jì)算公式如下： utm MMMM ??? (212) 式中 mM — 球體與閥座密封面間的摩擦轉(zhuǎn)矩； mM — 閥桿與填料之間摩擦轉(zhuǎn)矩； uM — 閥桿臺(tái)肩與止推墊間的摩擦轉(zhuǎn)矩。 為簡化計(jì)算，往往忽略預(yù)緊力 1Q ,閥座滑動(dòng)摩擦力及流體靜壓力 2Q 在密封面余隙中的作用力 JQ ,這樣密封力僅等于流體靜壓力在閥座密封面上的作用力