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固定球球阀的设计与计算

来源: 上海阀门 时间: 2012-04-15 点击: 4,509

一、球阀通道截面直径的选择和球体直径的确定

1、球阀通道截面直径的选择

在设计计算球阀时,首先要确定球体的通道直径,以便作为其他部分计算的基础。球体通道的最小直径要符合相应标准的规定。设计国标球阀时,全通径球阀的最小通径应符合GB/T19672—2005《管线阀门一技术条件》或GB/T 20173—2006((石油、天然气工业一管线输送系统一管线阀门》标准规定。设计美标球阀时,全通径球阀的最小通径应符合APl6D一2008/ISO14313—2007《石油、天然气工业一管道输送系统管道阀门》标准规定。对缩径球标准规定,对于公称尺寸DN≤300mm(NPS 12 in)的阀门,阀门公称尺寸的孔径缩一个规格,按标准规定的内径,对于公称尺寸DN350mm(NPS 14 in)至DN600mm(NPS 24 in)的阀门,阀门公称尺寸的孔径缩两个规格,按标准规定的内径,对于公称尺寸DN>600mm(NPS 24 in)的阀门,和用户商定。对于没有标准规定的球阀,通常球体通道的截面积应不小于管道额定截面积的60%,设计成缩径形式,这样可以减小阀门的结构,减轻重量,减小阀座密封面上的作用力和启闭转矩。一般采用阀门公称尺寸DN与球体通道直径d之比等于0.78。此时,球阀的阻力不会过大。

2、球体半径的确定

设计球阀首先应根据球体通道直径和介质工作压力P来确定球体外圆半径R。如果按此式确定球体半径,则公称尺寸DN,和球体长度L相等,即DN=L。当球阀关闭时,A点实际上仍在密封环的边缘,而不能起到密封作用。因此L尺寸必须增大,而使L>DN,使A点移动到密封环的面上起到密封作用。所以,必须对上式进行修改。

球阀在达到密封时,所需的密封面宽度如图3所示。

首先依据密封圈材料的许用比压,按密封面必须比压的公式,初步算出密封圈的宽度:

若阀座密封圈的材料为聚四氟乙烯,则许用比压为[q]=17.5MPa;C为密封面材料有关的系数,对于聚四氟乙烯,C=1.8;K为给定密封面条件下,考虑介质,压力对比压值的影响系数,对于聚四氟乙烯,K=0.9。

把以上数值代入式1,经过运算,得:

bM=0.027P2+0.1P+0.1(mm)

上式中P为设计压力,通常取公称压力PN(MPa)。

对于阀座密封圈用金属圈加固时,许用挤压应力可适当加大。

所以不管球阀处于开启状态还是处于关闭状态,密封面与球体接触面的宽度,都不应小于bM。L应增加两倍密封面的投影宽度,球体半径也应增大如图4所示。

因为tga=bM/2a=1

所以2a=bM

因此球体的直径应增加bM

此值为达到密封时的球体最小直径。如球体强度需加大,可适当加大球体直径。

二、固定球球阀的设计与计算

根据GB/T 19672—2005、GB/T 20173—2006和美国石油学会标准APl6D — 2008、国际标准化组织标准ISO14313:2007标准规定,固定球球阀为双阀座阀门,对于双阀座阀门分:单向密封、双向密封、双阀座双向密封、双阀座一个阀座单向密封一个阀座双向密封,双截断排放阀。如图5所示。

单向密封 — 设计在一个方向密封的阀门;

双向密封阀门 — 设计在两个方向都能密封的阀门;

双隔离 — 泄放阀DIB一1(双阀座双向密封) — 双阀座,每一个阀座均能达到双向密封;

双隔离 — 泄放阀DIB—2(双阀座一个阀座单向密封一个阀座双向密封) — 双阀座,一个为单方向密封阀座,一个为两个方向都能密封的阀座;

双截断 — 泄放阀DBB — 在关闭位置时,具有双密封副的阀门,当两密封副问的体腔通大气或排空时,阀门体腔两端的介质流动应被切断。

标准还要求密封试验时,应为进口端阀座密封。

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