球阀课程设计说明书.docx

1、球阀课程设计说明书1阀门定义阀门是在流体系统中，工良用来控制流体的方向、压力、流量的装置。阀门是使配管和设备内的介质（液体、气体、粉末）流动或停止并能控制其流量的装置。阀门是管路流体输送系统中控制部件，它是用来改变通路断面和介质流动方向，具有导流、截止、节流、止回、分流或溢流卸压等功能。用于流体控制的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格繁多， 阀门的公称通径从极微小的仪表阀大至通径达10m的工业管路用阀。阀门可用于控制水、蒸汽、油品、气体、泥浆、各种腐蚀性介质、 液态金属和放射性流体等各种类型流体地流动 ，阀门的工作压力可从0.0013MPa到1000MPa

2、 的超高压，工作温度从-270的超低温到1430的高温。阀门的控制可采用多种传动方式， 如手动、电动、液动、气动、涡轮、电磁动、电磁液动、电液动、气液动、正齿轮、伞齿轮驱动等；可以在压力、温度或其它形式传感信号的作用下， 按预定的要求动作，或者不依赖传感信号而进行简单的开启或关闭，阀门依靠驱动或自动机构使启闭件作升降、滑移、旋摆或回转运动， 从而改变其流道面积的大小以实现其控制功能。 2阀门的分类2.1按作用和用途（1）截断类：如闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、针型阀、隔膜阀等。截断类阀门又称闭路阀，截止阀，其作用是接通或截断管路中的介质。止回阀，止回阀又称单向阀或逆止阀，止回阀属于一种自动

3、阀门，其作用是防止管路中的介质倒流、防止泵及驱动电机反转，以及容器介质的泄漏。水泵吸水关的底阀也属于止回阀类。防爆阀、事故阀等，安全阀的作用是防止管路或装置中的介质压力超过规定数值，从而达到安全保护的目的。调节阀、节流阀和减压阀，其作用是调节介质的压力、流量等参数。（2）真空类：如真空球阀、真空挡板阀、真空充气阀、气动真空阀等。其作用是在真空系统中，用来改变气流方向，调节气流量大小，切断或接通管路的真空系统元件称为真空阀门。（3）特殊用途类：如清管阀、放空阀、排污阀、排气阀、过滤器等。排气阀是管道系统中必不可少的辅助元件，广泛应用于锅炉、空调、石油天然气、给排水管道中。往往安装在制高点或弯头等

4、处，排除管道中多余气体、提高管道路使用效率及降低能耗。本次测绘的二片式高平台法兰球阀属于截断类。2.2按公称压力（1）真空阀：指工作压力低于标准大气压的阀门。（2）低压阀：指公称压力PN 1.6Mpa 的阀门。（3）中压阀：指公称压力PN 为2.5Mpa、4.0Mpa、6.4Mpa的阀门。（4）高压阀：指公称压力PN 为10.0Mpa80.0Mpa的阀门。（5）超高压阀：指公称压力 PN100.0Mpa的阀门。（6）过滤器：指公称压力PN 为1.0Mpa、1.6Mpa本次测绘的二片式高平台法兰球阀属过滤器。2.3按工作温度（1）超低温阀：用于介质工作温度 t101的阀门。（2）常温阀：用于介质

5、工作温度29t120的阀门。（3）中温阀：用于介质工作温度120t425的阀门。本次测绘的二片式高平台法兰球阀属于常温阀。2.4按驱动方式按驱动方式分类分为自动阀类、动力驱动阀类和手动阀类压缩空气驱动的阀门。液动阀：借助油等液体压力驱动的阀门。此外还有以上几种驱动方式的组合，如气-电动阀等。本次测绘的二片式高平台法兰球阀属于动力驱动阀。2.5按公称通径（1）小通径阀门：公称通径DN40mm的阀门。（2）中通径阀门：公称通径DN为50300mm的阀门。（3）大通径阀门：公称阀门DN为3501200mm的阀门。（4）特大通径阀门：公称通径DN1400mm的阀门6. 按结构特征本次测绘的二片式高平台

6、法兰球阀属于中通经阀门。2.6按连接方法（1）螺纹连接阀：阀体带有内螺纹或外螺纹，与管道螺纹连.（2）法兰连接阀门：阀体带有法兰，与管道法兰连接。（3）焊接连接阀门：阀体带有焊接坡口，与管道焊接连接。（4）卡箍连接阀门：阀体带有夹口，与管道夹箍连接。（5）卡套连接阀门：与管道采用卡套连接。（6）对夹连接阀门：用螺栓直接将阀门及两头管道穿夹在一起的连接形式。本次测绘的二片式高平台法兰球阀属于法兰连接阀门。2.7按阀体材料（1）金属材料阀门：其阀体等零件由金属材料制成。如铸铁阀门、铸钢阀、合金钢阀、铜合金阀、铝合金阀、铅合金阀、钛合金阀、蒙乃尔合金阀等。（2）非金属材料阀门：其阀体等零件由非金属材

7、料制成。如塑料阀、搪瓷阀、陶瓷阀、玻璃钢阀门等。以下为几种不锈钢阀门材料参数及具体运用（1）角行程包括球阀、蝶阀、旋塞阀等分类（2）直行程包括闸阀、截止阀、角座阀等。 这种分类方法既按原理、作用又按结构划分，是目前国际、国内最常用的分类方法。一般分闸阀、截止阀、节流阀、仪表阀、柱塞阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、止回阀、减压阀安全阀、疏水阀、调节阀、底阀、过滤器、排污阀等。本次测绘的二片式高平台法兰球阀属于金属材料阀门。3阀门作用由于阀门的用途是广泛的，因此它起的作用也是很大的。例如：在发电厂中阀门能够控制锅炉和汽轮机的运转；在石油、化工生产中，阀门同样也起着控制全部生产设备和工艺流程的正常运

8、转。在其它部门也是这样。尽管如此，阀门同其它产品比较往往被人们忽视。例如：在安装机器设备时，人们往往把重点放在主要机器设备方面，却忽视了阀门。这样会使整个生产效率降低或停产、或造成种种其它事故发生。 因此，对阀门的选用、安装、使用等都必须进行认真负责的工作。电力驱动阀门是常用的驱动方式的阀门，通常称这种驱动装置形式的驱动装置为阀门电动装置，阀门电动装置的特点如下：1)启闭迅速，可以大大缩短启闭阀门所需的时间；2)可以大大减轻操作人员的劳动强度，特别适用于高压、大口径阀门；3)适用于安装在不能手动操作或难于接近的位置，易于实现远距离操纵，而且安装高度以不受限制；4)有利于整个系统的自动化；5)电

9、源比气源和液源，容易获得，其电线的敷设和维护也比压缩空气和液压管线简单得多。阀门电动装置的缺点是构造复杂，在潮湿的地方使用更为困难，用于易爆介质时，需要采用隔爆措施。阀门电动装置按所驱动的阀门类型不同，可分为Z型和Q型两大类。Z型阀门电动装置的输出轴可以转出很多圈，适用于驱动闸阀、截止阀、隔膜阀等；Q型阀门电动装置的输出轴只能旋转90。，适用于驱动旋塞阀、球阀和蝶阀等。按其防护类型有普通型、隔爆型(以B表示)、耐热型(以R表示)和三合一型(即户外、防腐、隔爆，以S表示)。阀门电动装置一般由传动机构(减速器)、电动机、行程控制机构、转矩限制机构、手动-电动切换机构、开度指示器等组成。3.1气动和

10、液动阀门气动阀门和液动是以一定压力的空气、水或油为动力源,利用气缸(或液压缸)和活塞的运动来驱动阀门的，一般气动的空气压力小于0.8MPa,液动的水压或油压为2.5MPa25MPa。如用于驱动隔膜阀；回转型气、液驱动装置用于驱动球阀、蝶阀或旋塞阀。液动装置的驱动力大，适用于驱动大口径阀门。如用于驱动旋塞阀、球阀和蝶阀时，必须将活塞的往复运动转换面回转运动。除了采用气缸或液压缸的活塞来驱动外，还有采用气动薄膜驱动的，因其行程和驱动力较小，故主要用于调节阀。3.2手动阀门手动阀门是最基本的驱动方式的阀门。它包括用手轮、手柄或板手直接驱动和通过传动机构进行驱动两种。当阀门的启力矩较大时，可通过齿轮或

11、蜗轮传动进行驱动，以达到省略的目的。齿轮传动分直齿圆柱齿轮传动和锥齿传动。齿轮传动减速比小，适用于闸阀和截止阀，蜗轮传动减速比较大，适用于旋塞闪、球阀和蝶阀。4球阀4.1球阀发展历史球阀是上世纪50年代问世的一种新型阀门。在短短的30多年里，球阀已发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。早在19世纪80年代美国就开始设计球阀，但是当时缺乏适当的密封材料，限制了求法的发展，使它未能成为一种正式工业产品。直到上世纪50年代，聚四氟乙烯等弹性密封材料的出现才使球阀的产生和发展出现了转机；同时由于机床工业的发展，使球体加工技术提高，能够实现

12、球体所要求的尺寸精度与表面粗糙度。4.2国内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，球阀已发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。全塑料球阀近年来发展较快。其特点是：耐腐蚀、重量轻、成本低。西德一家阀

13、门公司已制造通径为6“的塑料球阀；美国Hill Maccanng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F

14、IS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4.3球阀的构成、作用原理、特点和结构分类（1）球阀的构成图4-1 二片式高平台法兰球阀结构1阀体 2阀盖 3球体

15、 4阀杆 5手柄球阀主要由阀体、球体、阀杆、阀芯、阀盖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）球阀的作用原理球阀的主要功能是切断或接通管道中的流体管道，即球阀通常为闭路阀。因此，球阀的作用原理很简单：借助驱动装置的在阀杆端施加一定的转矩并传递给球体，使它旋转90，球体的通孔则与阀体通道中心线重合或者垂直，球阀便完成了全开或全关的动作。（3）球阀的特点球阀的主要特点如下：流体阻力小、开关迅速、方便、密封性好、寿命长、可靠性高，而且阀体内通道平整光滑适于输送粘性流体，浆液，以及固体颗粒。（4）球阀的结构类型4.4球阀的分类（1）按球体的

16、支撑方式分类按球体的支撑方式，球阀可分为浮动球球阀和固定球球阀两大类。其中浮动球阀的特点十分突出，主要有结构简单、制造方便、工作可靠。而固定球阀的转矩小，阀座形变小，密封性能稳定，使用寿命长，适用于高压、大通径场合。（2）按球体的安装方式分类按球体的安装方式可分为顶装式、底装式、侧装式和斜装式。本次球阀设计选用了侧装法兰连接二分体式球阀，其特点是将阀体沿与阀门通道轴线相垂直的截面分为不对称的左右两半，球体从截分面孔道装入，左、右两半阀体用法兰连接的球阀。（3）按球阀与管道的连接形式分类按球阀与管道的连接形式可分为法兰连接球阀、内螺纹和外螺纹连接球阀以及焊接连接球阀。其选用在阀体设计中有详细说明

17、。5二片式高平台法兰球阀5.1二片式高平台法兰球阀的加工工艺过程1）阀体、阀盖、阀瓣(阀板)对于DN50的阀门，阀体、阀盖采用铸件，DN50的采用锻件。阀门在浇铸之前，对钢液进行炉前取样分析，当该炉原材料的化学成分都达到相应标准后，进行浇铸。并对阀体进行磁粉探伤，对于高温高压阀门则进行X射线探伤。 浇铸完成后对铸件进行相应的热处理，主要起到细化晶格、消除内应力的作用。金加工前，对铸件喷丸处理（表面处理），以提高表面硬度及清除表面杂质。对于不锈钢阀门则进行酸洗，以去除表面氧化层。锻件毛坯选用力学性能和化学成份都合格的棒料进行锻造。锻造成型后，进行正火处理；金加工后根据需要进行表机处理，改善锻件防

18、腐蚀能力。2）密封面常用密封面材料分为两大类：软质材料和硬质材料。其中，硬质密封面材料主要为铜合金（T）、不锈钢（H）、硬质合金（Y）等。H型密封面选用507Mo和577两种焊条堆焊。密封面堆焊完成后进行焊后热处理，以消除内应力、提高表面硬度。其中，507Mo堆焊金属硬度较高（HRC3540），适用于阀瓣(阀板)密封面；577堆焊金属硬度稍低（HRC2833），适用于阀体阀座密封面。选用两种不同硬度的材料堆焊，密封副之间产生硬度差，从而使两密封面获得良好的配合和抗檫伤性能。Y型密封面则选用D802和D812焊条堆焊。密封面堆焊完成后进行焊后热处理，以消除内应力、提高表面硬度。其中，D812堆焊

19、金属硬度较高（HRC4650），适用于阀瓣(阀板)密封面；D802堆焊金属硬度稍低（HRC4045），适用于阀体阀座密封面。选用两种不同硬度的材料堆焊，密封副之间产生硬度差，从而使两密封面获得良好的配合和抗檫伤性能。金加工完成后，进行表面研磨，表面粗糙度为Ra0.4以下、平面度达到0.03以下，从而使阀门获得良好的密封性能。对于不锈钢阀门的密封面常为本体加工，即密封面直接在阀体或阀瓣上加工而成。根据用户需要亦可堆焊STL合金。密封面金加工完成后进行渗透探伤，确保密封可靠。3）、阀杆阀体材料为碳钢的，阀杆材料为Cr13或18-8Cr系列不锈钢。对于Cr13材质的阀杆在金加工之前，进行调质处理(淬

20、火+高温回火)，热处理后其硬度达到HB240280。阀杆经调质处理后，能获得良好的综合力学性能。从而提高了阀门的使用性能。对于18-8Cr系列不锈钢阀杆，则进行表面硬化处理(渗氮处理等)。以提高阀杆的抗腐蚀性和抗擦伤性。4)、阀门的试验每台阀门入库前，都按照GB/T13927-1995、JB/T9092-1999或API598-1996的规定进行打压试验。强度试验：1.5PN水压；密封试验：1.1PN水压或0.6MPa气压。5.2二片式高平台法兰球阀的特点二片式高平台法兰球阀是由两片阀体夹住球体固定的，维修相对复杂，中间的螺丝松紧度很关键，关系到是否漏气。5.3二片式高平台法兰球阀加工工艺卡6.体会通过本次课程设计，我通过查阅资料对球阀的生产和结构重要注意的细节有了一定的了解，同时还利用这次测绘机会将自己学过的机械知识重新熟悉了一遍，同时