電動球閥畢業(yè)設計論文

-.z.摘要本文根據的電動球閥設計經歷對DN為100mm，設計壓力為50公斤的球閥進展設計，主要包括了材料選擇、構造設計和強度校核等，在構造和材料方面在滿足強度的前提下，盡量降低構造的復雜性，以更小的消耗、更簡單的構造來實現(xiàn)成品的設計優(yōu)化，我們需要根據球閥的特點來選擇適宜的機構。本設計以已給的設計條件為著眼點，同時根據國家閥門標準為中心，借助soliderworks三維軟件、AUTOCAD二維制圖軟件根據球閥設計手冊的標準框架的構造形式對產品進展了三維建模、二維制圖，最終確定球閥的構造形式。1緒論1.1電動球閥簡介電動球閥〔英文名：ElectronicBallValve〕由電動執(zhí)行機構和球閥共同構成電動球閥。是工業(yè)自動化過程控制的一種管道壓元件，通常用于管道介質的遠程開、關〔接通、切斷介質〕控制。電動球閥標準GB/T21465-2008"閥門術語"中定義為：啟閉件〔球體〕由閥桿帶動，并繞閥桿的軸線作旋轉運動的閥門。主要用于截斷或接通管路中的介質，亦可用于流體的調節(jié)與控制，其中硬密封V型球閥其V型球芯與堆焊硬質合金的金屬閥座之間具有很強的剪切力，特別適用于含纖維、微小固體顆料等介質。電動球閥分為電動法蘭球閥，電動對夾球閥，電動焊接球閥，電動絲扣球閥。根據密封形式還分為軟密封電動球閥，硬密封電動球閥。1.2國外研究現(xiàn)狀球閥是上世紀50年代問世的一種新型閥門。在短短的30多年里，球閥已開展成為一種主要的閥類，它在航空航天、石油化工、長輸管線、輕工食品、建筑等許多方面都得到了廣泛的應用。目前球閥最大公稱通徑已達3050mm，這是美國EscherWyss公司為田納西州的一個泵站所提供的四臺球閥，用作透平機出口的切斷閥，設計壓力為4.8Mpa。球閥的最高工作壓力已達72Mpa，其相應溫度高達1000℃。球閥不僅在一般工業(yè)管道上得到了廣泛應用，而且在核工業(yè)、宇航工業(yè)的液氧與液輕輸送管線上普遍采用。全塑料球閥近年來開展較快。其特點是：耐腐蝕、重量輕、本錢低。西德一家閥門公司已制造通徑為6“的塑料球閥；美國HillMaccanng公司制成一種含氟材料球閥，商業(yè)名稱為Kynar，據稱有高強度、優(yōu)良的耐溫與耐腐蝕性能，使用溫度為250℃。同時隨著時代的開展，進入21世紀以后，生產和制造技術有了顯著優(yōu)化提高，同時，技術人員大都通過計算機技術對產品進展研發(fā)設計和控制優(yōu)化，在很大程度上提高了設計速度和更新周期。目前，全球的控制閻市場如同大局部工業(yè)品一樣被三個經濟體瓜分，分別是美國為代表的北美經濟體，以德國、英國、法國為代表的歐盟地區(qū)，和以日本為代表的亞太地區(qū)。美國是全球最大的閥門供給商，其閥門協(xié)會有超過110家企業(yè)，年產值超過40億美元。1984年就在中國開展業(yè)務的FIS}玎訊控制閥由于進入中國較早，其產品已經成為中國教科書的樣板。德國在二戰(zhàn)之后迅速恢復經濟，其產品通過優(yōu)良的質量迅速占領市場。德國閥門企業(yè)一般都屬于專業(yè)性很強的公司，在*一類產品的研究、設計和制造方面都有自己的特色。日本作為世界第二經濟體，其閥類產品由于價格適中，質量較好，迅速占領了中國中低端市場。目前我國關于球閥的生產企業(yè)大多規(guī)模小、科研能力弱，大多通過參考外國產品進展設計生產，其主要原因是技術投入資金缺乏，科研人員數(shù)量缺乏，所以在國很多的大型工程招標多被外國閥門企業(yè)所壟斷。1.3本文研究的主要容、方法和目標球閥作為新型的閥門品種之一，關于球閥的設計方案十分稀少，本文的主要研究容包括對球閥構造設計。球閥的設計要求保證適宜的強度與剛度，從而保證球閥的壽命和穩(wěn)定性。本課題主要以DN為100mm，P為50公斤的球閥，進展構造設計，強度校核，以及關鍵零部件的分析，同時進展三維建模。課題的研究容和方法主要包括：〔1〕設計球閥構造并進展強度校核通過設計手冊對球閥的構造進展設計，主要包括閥體、閥桿、閥芯以及省力機構的選用與設計，并對其受力分析，然后再確定材料后進展強度校核?！?〕建立球閥的三維模型通過soliderworks三維軟件對球閥零件進展實體建模，并進展裝配。對球閥的三維模型進展適當簡化，忽略不受力的小零件，2球閥的構造設計及校核2.1球閥的構成、作用原理、特點和構造分類2.1.1球閥的構成圖2-1電動浮動球球閥構造球閥主要由閥體、球體、閥桿、閥芯、閥座和省力機構等幾局部主要零件構成。下面對上述幾個重要零件的設計進展設計計算。圖2-1為球閥構造圖。2.1.2電動球閥的作用原理電動球閥它具有旋轉90度的動作，旋塞體為球體，有圓形通孔或通道通過其軸線。球閥在管路中主要用來做電動球閥切斷、分配和改變介質的流動方向，它只需要用旋轉90度的操作和很小的轉動力矩就能關閉嚴密。球閥最適宜做開關、切斷閥使用，開展已將球閥設計成使它具有節(jié)流和控制流量之用，如V型球閥。電動球閥的主要特點是本身構造緊湊，密封可靠，構造簡單，維修方便，密封面與球面常在閉合狀態(tài)，不易被介質沖蝕，易于操作和維修，適用于水、溶劑、酸和天然氣等一般工作介質，而且還適用于工作條件惡劣的介質，如氧氣、過氧化氫、甲烷和乙烯等，在各行業(yè)得到廣泛的應用。球閥閥體可以是整體的，也可以是組合式的。2.1.3電動球閥的特點1、在閥門全開、全關位置設有鎖定孔，防止非工作人員誤操作。2、在閥桿下部設置臺階，不至于閥門壓異常升高脫出閥桿。3、在球體與閥座間設置耐火密封環(huán)，閥座燒損后，仍具有密封作用。4、開關迅速、啟閉靈活，壽命長，平安可靠。5、氣動、電動球閥可遠距離集中控制，且能滿足計算機程控之需要。2.1.4電動球閥的構造類型電動球閥種類有：浮動球球閥、固定球球閥、軌道球閥、V型球閥、三通球閥、不銹鋼球閥、鍛鋼球閥、卸灰球閥、抗硫球閥、三通球閥、氣動球閥、電動球閥、卡套球閥、焊接球閥、法蘭球閥，絲口球閥。浮動球：球閥的球體是浮動的，在介質壓力作用下，球體能產生一定的位移并緊壓在出口端的密封面上，保證出口端密封。浮動球球閥的構造簡單，密封性好，但球體承受工作介質的載荷全部傳給了出口密封圈，因此要考慮密封圈材料能否經受得住球體介質的工作載荷，在受到較高壓力沖擊時，球體可能會發(fā)生偏移。這種構造，一般用于中低壓球閥。固定球：球閥的球體是固定的，受壓后不產生移動。固定球球閥都帶有浮動閥座，受介質壓力后，閥座產生移動，使密封圈緊壓在球體上，以保證密封。通常在與球體的上、下軸上裝有軸承，操作扭距小，適用于高壓和大口徑的閥門。為了減少球閥的操作扭矩和增加密封的可靠程度，潤滑油，以形成一層油膜，即增強了密封性，又減少了操作扭矩，更適用高壓大口徑的球閥。彈性球：球閥的球體是彈性的。

電動球閥球體和閥座密封圈都采用金屬材料制造，密封比壓很大，依靠介質本身的壓力已達不到密封的要求，必須施加外力。這種閥門適用于高溫高壓介質。彈性球體是在球體壁的下端開一條彈性槽，而獲得彈性。當關閉通道時，用閥桿的楔形頭使球體漲開與閥座壓緊到達密封。在轉動球體之前先松開楔形頭，球體隨之恢復原原形，使球體與閥座之間出現(xiàn)很小的間隙，可以減少密封面的摩擦和操作扭矩。2.2設計輸入電動調節(jié)球閥設計〔壓力為50公斤，溫度為150度，直徑DN100介質為燒堿〕2.2球體的直徑確定球體的直徑大小影響球閥構造的緊湊性，應此應盡量縮小球體直徑。球體半徑一般按R=d計算。同時為保證球體外表能完全覆蓋閥座密封面，選定球徑后須按下式進展校核：〔2-1〕必須滿足D＞，式中為最小球體直徑〔124mm〕；—閥座外徑〔120mm〕；d—球體通道孔直徑〔100mm〕；D—球體實際直徑〔160mm〕。由上面可知可取球體直徑D=160mm，D2=122mm2.3球體與閥座之間密封比壓確實定2.3.1必需比壓的計算必需比壓是為保證密封，密封面單位面積上所必需的最小壓力，以表示。由于流體壓力或附加外力的作用，在球體與閥座之間產生壓緊力，于是必需比壓式球閥設計中最根本的參數(shù)之一，它直接影響球閥的性能及構造尺寸。下面是由實驗結果得出的計算公式=4.216〔2-2〕式中m—與流體性質有關的系數(shù)；a，c—與密封面材料有關的系數(shù)；P—流體工作壓力；b—密封面在垂直于流體流動方向上的投影寬度b===4.375mmt—密封面寬度7mm；其中查表2-1可得m=1.4，a=1.8，b=0.9，P=5Mpa。b將在下面中計算得出。表2-1密封面材料ac鋼、硬質合金3.51聚四氟乙烯、尼龍1.80.9銅、鑄鐵3.01中硬橡膠0.40.6軟橡膠0.30.42.3.2需用比壓選擇密封面單位面積上允許的最大壓力稱為需用比壓，以表示。本此設計球閥通過查詢"球閥設計與選用"密封面材料許用比壓表可知，選取聚四氟乙烯=17.5Mpa。2.3.3設計比壓的計算設計時確定的在密封面單位面積上的壓力，稱為設計比壓，以q表示。選擇比壓比應是密封可靠、壽命長和構造緊湊。必須保證：〔2-3〕設計比壓按圖2-2中的力的平衡關系進展計算：〔2-4〕式中N——球體對閥座密封面的法向力(N)；〔2-5〕S—閥座與球體出色的球星環(huán)帶面積，S=2Πr〔〕Q—作用于閥座密封面上的沿流體方向的合力；—密封面法向與流道中心線的夾角。=0.625；—球體中心線執(zhí)法作兩段面的距離〔mm〕，=;=；=106—閥座徑；=122—閥座外徑；—閥座平均直徑〔mm〕，=114；R=80—球體半徑〔mm〕。整理可得:〔2-6〕由于球閥的密封力還未計算故需計算完，故在下節(jié)給出設計比壓的計算結果。圖2-2比壓計算圖2.4球閥密封力的計算為簡化計算，往往忽略預緊力,閥座滑動摩擦力及流體靜壓力在密封面余隙中的作用力,這樣密封力僅等于流體靜壓力在閥座密封面上的作用力(N)，即=171.81KN〔2-7〕將上式代入式2-5可得＜〔2-8〕可得q=10.8在球閥初步設計時，為了便于確定b，DN及P的關系，設，q=代入上式可得〔mm〕〔2-9〕由需用比壓=17.5Mpa，DN=100mm，P=5Mpa代入得：b=7.69mm，代入式2-2可得顯然滿足＜q＜球閥密封力的準確計算還要計算預緊力,故可知；Q=+〔2-10〕預緊力計算公式如下：〔2-11〕式中—預緊所需的最小比壓，；、—閥座徑和外徑〔mm〕。可得=1.431KN，故Q=173.241KN。2.5球閥的轉矩計算由于本球閥為浮動球閥故其轉矩計算公式