石油、天然气管道输送系统用全焊接固定球球阀的设计

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1、石油、天然气管道输送系统用全焊接固定球球阀的设计石油、天然气管道输送系统用全焊接固定球球阀的设计陆培文摘要：本文系统的介绍APl6D-2008(第23版)全焊接固定球球阀的设计。文章从球阅通道直径的确定，球体最小半径的确定，中体最小壁厚的计算，壳体开孔补强，密封比压的计算，体腔内介质压力超过1．33倍额定压力时阀座自动泄压的计算，球阀转矩的计算，轴承承载能力，阀杆与球体连接部分强度计算，阀杆强度计算等具体说明全焊接固定球球阀的设计与计算。关键词：全焊接球阀设计根据GB／T19672—2005、GB／T20173—2006和美国石油协会标准APl6

2、D一2008、国标标准化组织标准IS014313：2007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、双阀座一个双阀座双向密封(DIB—1)阀座单向密封一个阀座双向密封，双截断一泄设放阀，如图I所示。计单向密封阀门—设计在一个方向密封的与阀门。研双向密封阀门—设计在两个方向都能密7究●—卜双阀座，一个阀座单向密封，一个阀座双向密封(DIB一2)÷卜～双截断排放阀(进出口端间时进压)(DBB)图1固定球球阀阀座密封分类一蘑棘剿田刘豳戡p

3、I}旧龇Il州第焖O2设计与研究Pape懵ofTheThirdChi

4、naInternationalValveForum2010封的阀门。双隔离一泄放阀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。双隔离一泄放阀DIB一2(双阀座一个阀座单向密封一个阀座双向密封)一双阀座，一个为单方向密封阀座，一个为两个方向都能密封的阀座。双截断一泄放阀DBB一在关闭位置时，具有双密封副的阀门，当两密封副的体腔通大气或排空时，阀门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。1．全焊接固定球球阀通道直径的确定在设计全焊接固定球球阀时，首先要确定球体的通道直径，以便作为其他部位计算的基础，球

5、体通道的最小直径要符合相应标准的规定。设计国标全焊接固定球球阀时，全通径球阀的最小通径应符合GB／T19672—2005《管线阀门技术条件》或GB／T20173—2006(石油、天然气工业一管道输送系统一管线阀门》标准规定。设计美标全焊接固定球球阀时，全通径球阀的最小通径应符合APl6D一20083S014313：2007((石油、天然气工业一管道输送系统一管道阀门》标准规定。对于全焊接缩径固定球球阀，标准规定对于公称尺寸。

6、4)的球阀，球阀公称尺寸的孔径缩小两个规格；对于公称尺寸>DNSOO(NPS24)的球阀，球阀公称尺寸的孑L径应和用户商定。对于没有标准寥淀的全焊接球阀，通常球体通道的截面积应刁：小于管道额定截面积的60％，设计成缩径形式，这样可以减小球阀的结构，减轻重量，减小阀座密封面上的作用力和启、闭转矩。一般采用球阀公称尺寸DN与球体通道直径之比等于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。如图2所示。当Q--450时，sin仅=祟，sin理=监2删孚=告，所爆孚DNo女Ⅱ果按

7、此式确定球体半径，则球体通道直径D。和球体长度L相等，即D。=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。图2球体最小直径图3球阀所需密封面的宽度‘《≥3f)2010第三眉中豳豳俅哟月门论坛论文l石油、天然气管道输送系统用全焊接固定球球阀的设计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bM(咖)：q岍=J坠(1)、／b√10若阀座密封圈的材料为聚四氟

8、乙烯，则许用比压为【q】=17．5MPa；c为与密封面材料有关的系数，对于聚四氟乙烯，c=1．8；K为在给定密封条件下，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。把以上数值代人式(2)，经过运算得b俨--O．027p％0．1p+O．1(2)上式中P为设计压力，通常取公称压力PN数值的1／10(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a，如图4所示。图4球体半径增大量因为tan仅=

9、害L=l，所以2a=bM，因此球体二Ll的重既至6i．士勖ⅡbM,贝虹求付：半径R：j孕DN+}bM，二此值为达到密封时的球体最小直径。