电动球阀毕业设计Word文档下载推荐.docx
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全塑料球阀近年来发展较快。
其特点是：
耐腐蚀、重量轻、成本低。
西德一家阀门公司已制造通径为6“的塑料球阀；
美国HillMaccanng公司制成一种含氟材料球阀，商业名称为Kynar，据称有高强度、优良的耐温与耐腐蚀性能，使用温度为250℃。
同时随着时代的发展，进入21世纪以后，生产和制造技术有了显著优化提高，同时，技术人员大都通过计算机技术对产品进行研发设计和控制优化，在很大程度上提高了设计速度和更新周期。
目前，全球的控制阎市场如同大部分工业品一样被三个经济体瓜分，分别是美
国为代表的北美经济体，以德国、英国、法国为代表的欧盟地区，和以日本为代表
的亚太地区。
美国是全球最大的阀门供应商，其阀门协会有超过110家企业，年产值超过40亿美元。
1984年就在中国开展业务的FIS}玎讯控制阀由于进入中国较早，其产品已经成为中国教科书的样板。
德国在二战之后迅速恢复经济，其产品通过优良的质量迅速占领市场。
德国阀门企业一般都属于专业性很强的公司，在某一类产品的研究、设计和制造方面都有自己的特色。
日本作为世界第二经济体，其阀类产品由于价格适中，质量较好，迅速占领了中国中低端市场。
目前我国关于球阀的生产企业大多规模小、科研能力弱，大多通过参考外国产品进行设计生产，其主要原因是技术投入资金不足，科研人员数量不足，所以在国内很多的大型工程招标中大多被外国阀门企业所垄断。
1.3本文研究的主要内容、方法和目标
球阀作为新型的阀门品种之一，关于球阀的设计方案十分稀少，本文的主要研究内容包括对球阀结构设计。
球阀的设计要求保证合适的强度与刚度，从而保证球阀的寿命和稳定性。
本课题主要以DN为100mm，P为50公斤的球阀，进行结构设计，强度校核，以及关键零部件的分析，同时进行三维建模。
课题的研究内容和方法主要包括：
（1）设计球阀结构并进行强度校核
通过设计手册对球阀的结构进行设计，主要包括阀体、阀杆、阀芯以及省力机构的选用与设计，并对其受力分析，然后再确定材料后进行强度校核。
（2）建立球阀的三维模型
通过soliderworks三维软件对球阀零件进行实体建模，并进行装配。
对球阀的三维模型进行适当简化，忽略不受力的小零件，
2球阀的结构设计及校核
2.1球阀的构成、作用原理、特点和结构分类
2.1.1球阀的构成
图2-1电动浮动球球阀结构
球阀主要由阀体、球体、阀杆、阀芯、阀座和省力机构等几部分主要零件构成。
下面对上述几个重要零件的设计进行设计计算。
图2-1为球阀结构图。
2.1.2电动球阀的作用原理
电动球阀它具有旋转90度的动作，旋塞体为球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。
球阀在管路中主要用来做电动球阀切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。
球阀最适宜做开关、切断阀使用，发展已将球阀设计成使它具有节流和控制流量之用，如V型球阀。
电动球阀的主要特点是本身结构紧凑，密封可靠，结构简单，维修方便，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，易于操作和维修，适用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质，而且还适用于工作条件恶劣的介质，如氧气、过氧化氢、甲烷和乙烯等，在各行业得到广泛的应用。
球阀阀体可以是整体的，也可以是组合式的。
2.1.3电动球阀的特点
1、在阀门全开、全关位置设有锁定孔，防止非工作人员误操作。
2、在阀杆下部设置台阶，不至于阀门内压异常升高脱出阀杆。
3、在球体与阀座间设置耐火密封环，阀座烧损后，仍具有密封作用。
4、开关迅速、启闭灵活，寿命长，安全可靠。
5、气动、电动球阀可远距离集中控制，且能满足计算机程控之需要。
2.1.4电动球阀的结构类型
电动球阀种类有：
浮动球球阀、固定球球阀、轨道球阀、V型球阀、三通球阀、不锈钢球阀、锻钢球阀、卸灰球阀、抗硫球阀、三通球阀、气动球阀、电动球阀、卡套球阀、焊接球阀、法兰球阀，丝口球阀。
浮动球：
球阀的球体是浮动的，在介质压力作用下，球体能产生一定的位移并紧压在出口端的密封面上，保证出口端密封。
浮动球球阀的结构简单，密封性好，但球体承受工作介质的载荷全部传给了出口密封圈，因此要考虑密封圈材料能否经受得住球体介质的工作载荷，在受到较高压力冲击时，球体可能会发生偏移。
这种结构，一般用于中低压球阀。
固定球：
球阀的球体是固定的，受压后不产生移动。
固定球球阀都带有浮动阀座，受介质压力后，阀座产生移动，使密封圈紧压在球体上，以保证密封。
通常在与球体的上、下轴上装有轴承，操作扭距小，适用于高压和大口径的阀门。
为了减少球阀的操作扭矩和增加密封的可靠程度，润滑油，以形成一层油膜，即增强了密封性，又减少了操作扭矩，更适用高压大口径的球阀。
弹性球：
球阀的球体是弹性的。
电动球阀
球体和阀座密封圈都采用金属材料制造，密封比压很大，依靠介质本身的压力已达不到密封的要求，必须施加外力。
这种阀门适用于高温高压介质。
弹性球体是在球体内壁的下端开一条弹性槽，而获得弹性。
当关闭通道时，用阀杆的楔形头使球体涨开与阀座压紧达到密封。
在转动球体之前先松开楔形头，球体随之恢复原原形，使球体与阀座之间出现很小的间隙，可以减少密封面的摩擦和操作扭矩。
2.2设计输入
电动调节球阀设计（压力为50公斤，温度为150度，直径DN100介质为烧碱）
2.2.1
2.2
球体的直径确定
球体的直径大小影响球阀结构的紧凑性，应此应尽量缩小球体直径。
球体半径一般按R=
d计算。
同时为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进行校核：
（2-1）
必须满足D＞
，
式中
为最小球体直径（124mm）；
—阀座外径（120mm）；
d—球体通道孔直径（100mm）；
D—球体实际直径（160mm）。
由上面可知可取球体直径D=160mm，D2=122mm
2.3球体与阀座之间密封比压的确定
2.3.1必需比压的计算
必需比压是为保证密封，密封面单位面积上所必需的最小压力，以
表示。
由于流体压力或附加外力的作用，在球体与阀座之间产生压紧力，于是
必需比压式球阀设计中最基本的参数之一，它直接影响球阀的性能及结构尺寸。
下面是由实验结果得出的计算公式
=4.216（2-2）
式中m—与流体性质有关的系数；
a，c—与密封面材料有关的系数；
P—流体工作压力；
b—密封面在垂直于流体流动方向上的投影宽度
b==
=4.375mm
t—密封面宽度7mm；
其中查表2-1可得m=1.4，a=1.8，b=0.9，P=5Mpa。
b将在下面中计算得出。
表2-1
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
3.0
中硬橡胶
0.4
0.6
软橡胶
0.3
2.3.2需用比压选择
密封面单位面积上允许的最大压力称为需用比压，以
本此设计球阀通过查询《球阀设计与选用》密封面材料许用比压表可知，选取聚四氟乙烯
=17.5Mpa。
2.3.3设计比压的计算
设计时确定的在密封面单位面积上的压力，称为设计比压，以q表示。
选择比压比应是密封可靠、寿命长和结构紧凑。
必须保证：
（2-3）设计比压按图2-2中的力的平衡关系进行计算：
（2-4）
式中N——球体对阀座密封面的法向力（N）；
（2-5）
S—阀座与球体杰出的球星环带面积，S=2Πr（
）
Q—作用于阀座密封面上的沿流体方向的合力；
—密封面法向与流道中心线的夹角。
=0.625；
—球体中心线执法作两段面的距离（mm），
=;
=；
=106—阀座内径；
=122—阀座外径；
—阀座平均直径（mm），
=114；
R=80—球体半径（mm）。
整理可得:
（2-6）
由于球阀的密封力还未计算故需计算完，故在下节给出设计比压的计算结果。
图2-2比压计算图
2.4球阀密封力的计算
为简化计算，往往忽略预紧力
阀座滑动摩擦力及流体静压力
在密封面余隙中的作用力
这样密封力仅等于流体静压力在阀座密封面上的作用力
（N），即
=171.81KN（2-7）
将上式代入式2-5可得
＜
（2-8）
可得q=10.8
在球阀初步设计时，为了便于确定b，DN及P的关系，设
，q=
代入上式可得
（mm）（2-9）
由需用比压
=17.5Mpa，DN=100mm，P=5Mpa代入得：
b=7.69mm，代入式2-2可得
显然满足
＜q＜
球阀密封力的精确计算还要计算预紧力
故可知；
Q=
+
（2-10）
预紧力计算公式如下：
（2-11）
式中
—预紧所需的最小比压，
；
、
—阀座内径和外径（mm）。
可得
=1.431KN，故Q=173.241KN。
2.5球阀的转矩计算
由于本球阀为浮动球阀故其转矩
计算公式如下：
（2-12）
—球体与阀座密封面间的摩擦转矩；
—阀杆与填料之间摩擦转矩；
—阀杆台肩与止推垫间的摩擦转矩。
M
和
的计算见2.7.2。
（2-13）
式中F—球体与阀座之间的密封力，
（N）；
r—摩擦半径，
，球体摩擦半径计算图如图2-3所示；
R—球体半径（mm）；
—密封面对中心的斜角；
—球体与密封圈之间的摩擦系数，查表得
。
图2-3球体摩擦半径计算
则
=
（N*mm）
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