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／T

19672—2005《管线阀门技术条件》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—2008／IS014313：2007《石油、天然气工业一管道输送系统一管道阀门》标准规定。对缩径球阀标准规定，对于公称尺寸DN≤300mm(NPSl2in)的阀门，阀门公称尺寸的孔径缩小一个规格，按标准规定的内径；对于公称尺寸DN350(NPSl4)～DN600(NPS24)的阀门，阀门公称尺寸的孔径缩小两个规格，按标准规定的内径；对于公称尺寸DN>600mm(NPS24in)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。如图9-32所示。

图9-32 缩径球阀

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9—33所示。

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9-34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b_M (mm)：

(9-105)

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(9-105)，经过运算，得

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b_M，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9-35所示。

(9-105)

因为tanα=b_M/2a=1，所以：2a=b_M，因此球体的直径应增加b_M，则球体半径，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。

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