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1、 第一章 绪论1.1球阀简介 球阀问世于20世纪50年代，随着科学技术的飞速开展，生产工艺与产品结构的的不断改良，在短短的40年时间里，已迅速开展成为一种主要的阀类。在西方国家工业兴旺的国家，球阀的使用正在逐年不断的上升，在我国，球阀被广泛的应用在石油炼制、长输管线、化工、造纸、制药、水利、电力、市政、钢铁等行业，在国民经济中占有举足轻重的地位。球阀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。而多通球阀在管道上不仅可灵活控制介质的合流、分流、与流向的切换，同时也可关闭任
2、一通道而使另外两个通道相连。1.2球阀的工作原理球阀它具有旋转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，但近来的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。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
3、是组合式的。1.3球阀的特点 1流体阻力小，全通径的球阀根本没有流阻。2结构简单、体积小、重量轻。3严密可靠。它有两个密封面，而且目前球阀的密封面材料广泛使用各种塑料，密封性好，能实现完全密封。在真空系统中也已广泛使用。4操作方便，开闭迅速，从全开到全关只要旋转90，便于远距离的控制。5维修方便，球阀结构简单，密封圈一般都是活动的，拆卸更换都比拟方便。6在全开或全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质通过时，不会引起阀门密封面的侵蚀。7适用围广，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空至高压力都可应用。8由于球阀在启闭过程中有擦拭性，所以可用于带悬浮固体颗粒的介质中。1.4球阀的分类 球阀分有：
4、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。按壳体/主体材料分类，球阀可分为：1. 金属材料阀门：如碳钢阀门、合金钢阀门、不锈钢阀门、铸铁阀门、钛合金阀门、蒙乃尔阀门、铜合金阀门、铝合金阀门、铅合金阀门等。2. 金属阀体衬里阀门：如衬胶阀门、衬氟阀门、衬铅阀门、衬塑阀门、衬搪瓷阀门。3. 非金属材料阀门：如瓷阀门、玻璃阀门、塑料阀门。国生产球阀的厂家比拟多，连接尺寸也大多不统一。主要分以下几个大类：1以T22031999球阀结构长度为主的通用类。目前国大多数球阀生产厂家均按本标准设计生产。如良
5、众阀门、罗浮锅炉附件厂、阀门厂、阀门厂、高压阀门厂、海安阀门厂等。但本标准也不尽完美，规格不全，浮动式球阀最大公称通径为DN1200，固定式球阀最大公称通径DN2000。根据厂所生产的阀门规格与掌握的资料来看，目前浮动式球阀公称通径最小为DN6，固定式球阀公称通径最小为DN50。经考证，各厂家连接尺寸也不尽统一，如DN150固定式球阀，良众阀门厂、阀门厂与雅泽阀门厂各不一样。为了有一个统一的标准，用户在选用与安装时同一规格能够互换，建议国家通用机械研究所对T22031999球阀结构长度进展修订。建议与用户按标准选用，球阀生产厂家按标准设计制造。1.4.1浮动球球阀 球阀的球体是浮动的，在介质压
6、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。1.4.2固定球球阀 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，近年来又出现了油封球阀，既在密封面间压注特制的润滑油，以形成一
7、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。1.4.3弹性球球阀即轨道球阀 球阀的球体是弹性的。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。1.4.4 V型球阀这种球阀属于固定球阀，也是单阀座密封球阀，调节性能是球阀中最正确的，流量特性是等百分比的，可调比达100:1。它
8、的V型切口与金属阀座之间具有剪切作用，特别适合含纤维、微小固体颗粒、料浆等介质。1.4.5三通球阀 三通球阀有T型L型。T型能使三条正交的管道相互联通和切断第三条通道，和起分流、合流作用。L型只能连接相互正交的两条管道，不能同时保持第三条管道的相互连通，只起分配作用。产品特点：1、三通球阀在结构上采用一体化结构，4面阀座的密封型式，法兰连接少，可靠性高，设计实现了轻量化2、三通球芯分T型和L型，使用寿命长，流通能力大，阻力小3、球阀按作用式分单作用和双作用两种型式，单作用式的特点是一旦动力源发生故障时，球阀将处于控制系统要求的状态。1.5本课题设计主要的容与任务设计一手动球阀。设计参数如下：型
9、号Q41F-40 1.工作压力PN4.0Mpa ；2.公称直径DN=65mm ；3.工作温度350。主要的设计与计算任务如下：1. 确定阀体的结构形式、连接形式和结构长度。2. 计算阀体壁厚。3. 确定阀体材料。4. 设计球阀阀体法兰。（1） 计算法兰螺栓载荷（2） 计算法兰应力（3） 校核法兰许用应力（4） 设计法兰密封结构5. 计算球阀阀杆强度设计论文要求：1完成手动球阀有关零件的设计计算；2用三维绘图软件画出球阀的主要零件的零件图和装配图。第二章 阀体主要零件的计算2.1球阀阀体壁厚的计算2.1.1阀体的结构形式、连接形式和结构长度1.阀体的结构形式：整体式阀体。整体式阀体适用于球阀件从
10、顶部装入的结构形式。2.阀体与管道的连接形式：法兰连接形式3.结构长度：查球阀设计与选用表6-3，结构长度L=2902.1.2阀体材料的选用、力学性能和许用应力1.阀体材料的选用: 参考球阀设计与选用表6-9，选取材料球墨铸铁QT400-152.阀体材料的化学成分与力学性能：参考球阀设计与选用表6-106-19。QT400-15 最小抗拉强度=400Mpa，最小屈服强度=250Mpa。3.阀体材料的许用应力：查球阀设计与选用表6-20表6-23。QT400-15 许用拉应力=54Mpa,许用弯曲应力=78 Mpa，许用剪应力=27 Mpa。2.1.3阀体壁厚的计算1.厚壁计算 高压金属球阀阀体
11、的强度计算通常采用薄壁容器的计算公式：=+C (mm) 21=(1)(mm)整理上式： =1+C 22其中： =式中 考虑附加裕量的壁厚mm;按强度计算的壁厚mm;P设计压力常温下的最大工作允许压力(Mpa)；P=4MPa D阀体腔的最大直径见球阀设计与选用图6-1图6-4mm；D=(1.51.8),=65mm, D取100mm。材料的许用拉应力MPa,取与两者中的较小值。=94.11，=108.69，取94.11 Mpa。和常温下材料的抗拉强度MPa和屈服强度MPa，查球阀设计与选用表6-11表6-19； =400 Mpa，=250 MPa和分别以抗拉强度为指标安全系数和以屈服强度为指标的安
12、全系数。=4.25，=2.3 C考虑铸、锻造偏差、工艺性和流体的腐蚀等因素的附加裕量。C值查球阀设计与选用表6-5。C取5mm=1.07=1.071+5=8.5=1.26 1.2 按厚壁计算合理。2.阀体最小壁厚 查球阀设计与选用表6-6表6-8 最小壁厚=9.5mm。2.2球阀阀体法兰的设计2.2.1法兰螺栓的计算 (1) 操作情况 =F+Q 23 =0.785P+2bmP+Q式中 在操作情况下所需的最小螺栓载荷N; F总的流体静压轴向力N，F=0.785P;连接接触面上总的压紧载荷N，=2bMp;载荷作用位置处垫片的直径mm，=91.5mm b垫片有效密封宽度或法兰接触面压紧宽度mm，b值
13、查球阀设计与选用表6-24；b=2.53=6.5, 6.4mm时，b=2.53=6.5垫片密封面根本宽度mm，值查球阀设计与选用表6-24。=6.6 P 设计压力Mpa； m 垫片系数，查球阀设计与选用表6-25，选择“有棉纤的橡胶，那么m=1.25，Y=2.8Mpa Q 球体与阀座密封圈之间的密封力N。查球阀设计与选用第四章，Q = P(0.6)式中： 阀座密封圈外径mm。=+2b；b值查球阀设计与选用图4-5，b=4。=65+24=73。阀座密封圈径mm。= 支座外径mm。 根据球阀设计与选用4-33，= Q =P0.6=4159.8N2预紧螺栓情况 在预紧螺栓时螺栓承受的载荷为;=+ 24式中 在预紧螺栓时所需的最小螺栓载荷N； Y垫片或法兰接触面上的单位压紧载荷Mpa；查球阀设计与选用表6-25，Y=2.8Mpa球体与密封圈之间的预紧力N=() (N)式中 预紧所必需的最小比压，=0.1Mpa，并应保证2 Mpa，取2 Mpa。=() =27365=1733N=+ =6.591.52.8+1733
