电动球阀毕业设计论文.docx

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电动球阀毕业设计论文

摘要

本文根据的电动球阀设计经历对DN为100mm，设计压力为50公斤的球阀进展设计，主要包括了材料选择、构造设计和强度校核等，在构造和材料方面在满足强度的前提下，尽量降低构造的复杂性，以更小的消耗、更简单的构造来实现成品的设计优化，我们需要根据球阀的特点来选择适宜的机构。

本设计以已给的设计条件为着眼点，同时根据国家阀门标准为中心，借助soliderworks三维软件、AUTOCAD二维制图软件根据球阀设计手册的标准框架的构造形式对产品进展了三维建模、二维制图，最终确定球阀的构造形式。

1绪论

1.1电动球阀简介

电动球阀〔英文名：

ElectronicBallValve〕由电动执行机构和球阀共同构成电动球阀。

是工业自动化过程控制的一种管道压元件，通常用于管道介质的远程开、关〔接通、切断介质〕控制。

电动球阀标准GB/T21465-2008"阀门术语"中定义为：

启闭件〔球体〕由阀杆带动，并绕阀杆的轴线作旋转运动的阀门。

主要用于截断或接通管路中的介质，亦可用于流体的调节与控制，其中硬密封V型球阀其V型球芯与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力，特别适用于含纤维、微小固体颗料等介质。

电动球阀分为电动法兰球阀，电动对夹球阀，电动焊接球阀，电动丝扣球阀。

根据密封形式还分为软密封电动球阀，硬密封电动球阀。

1.2国外研究现状

球阀是上世纪50年代问世的一种新型阀门。

在短短的30多年里，球阀已开展成为一种主要的阀类，它在航空航天、石油化工、长输管线、轻工食品、建筑等许多方面都得到了广泛的应用。

目前球阀最大公称通径已达3050mm，这是美国EscherWyss公司为田纳西州的一个泵站所提供的四台球阀，用作透平机出口的切断阀，设计压力为4.8Mpa。

球阀的最高工作压力已达72Mpa，其相应温度高达1000℃。

球阀不仅在一般工业管道上得到了广泛应用，而且在核工业、宇航工业的液氧与液轻输送管线上普遍采用。

全塑料球阀近年来开展较快。

其特点是：

耐腐蚀、重量轻、本钱低。

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℃。

同时随着时代的开展，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展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局部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给商，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*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展设计生产，其主要原因是技术投入资金缺乏，科研人员数量缺乏，所以在国很多的大型工程招标多被外国阀门企业所垄断。

1.3本文研究的主要容、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，本文的主要研究容包括对球阀构造设计。

球阀的设计要求保证适宜的强度与刚度，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，进展构造设计，强度校核，以及关键零部件的分析，同时进展三维建模。

课题的研究容和方法主要包括：

〔1〕设计球阀构造并进展强度校核

通过设计手册对球阀的构造进展设计，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展强度校核。

〔2〕建立球阀的三维模型

通过soliderworks三维软件对球阀零件进展实体建模，并进展装配。

对球阀的三维模型进展适当简化，忽略不受力的小零件，

2球阀的构造设计及校核

2.1球阀的构成、作用原理、特点和构造分类

2.1.1球阀的构成

图2-1电动浮动球球阀构造

球阀主要由阀体、球体、阀杆、阀芯、阀座和省力机构等几局部主要零件构成。

下面对上述几个重要零件的设计进展设计计算。

图2-1为球阀构造图。

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，开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构造紧凑，密封可靠，构造简单，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，平安可靠。

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电动球阀的构造类型

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。

浮动球球阀的构造简单，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。

这种构造，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到达密封。

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

球体的直径确定

球体的直径大小影响球阀构造的紧凑性，应此应尽量缩小球体直径。

球体半径一般按R=d计算。

同时为保证球体外表能完全覆盖阀座密封面，选定球径后须按下式进展校核：

〔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确实定

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根本的参数之一，它直接影响球阀的性能及构造尺寸。

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

1

中硬橡胶

0.4

0.6

软橡胶

0.3

0.4

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，以表示。

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、寿命长和构造紧凑。

必须保证：

〔2-3〕设计比压按图2-2中的力的平衡关系进展计算：

〔2-4〕

式中N——球体对阀座密封面的法向力（N）；

〔2-5〕

S—阀座与球体出色的球星环带面积，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＜

球阀密封力的准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）

式中—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〕