管线球阀毕业设计.doc

PN40、DN500固定球软密封管线球阀设计摘 要球阀已成为长输管线阀门中的首要选择。球阀是以球体作为关闭件的主要切断类阀门。全通径球阀具有流体阻力小, 节省能源,流向不受限制, 启闭快等优点。其综合技术性能比相同用途的截止阀、旋塞阀和蝶阀均优越。本设计重点介绍了球阀中最常用的一种固定球软密封管线球阀的设计过程和内容。设计过程主要包括：设计计算、结构设计、主要零部件的强度校核。根据任务书的要求，参考国际、国内现有球阀的结构，设计完成了球阀中阀体、侧阀体、阀盖、阀杆、球体、密封弹簧、防静电装置和驱动装置等主要零部件的设计。针对本设计中阀杆强度的校核进行了计算机编程，翻译了相关文献资料，完成了相关课题的论文一篇。本设计可为固定球软密封球阀的设计提供一定的参考。关键词：管线球阀; 设计; 弹性密封;固定球球阀AbstractBall valve has become the primary choice of the long-distance pipeline.It is the major closure types of valves to cut off as ball. Full bore perforation ball valve has the advantages of small flow resistance, saving energy，Unrestricted flow, fast hoist and so on. It has excellent technical performance than stop valves, plug valves and butterfly valves. This project introduces the design process and the content of the soft-sealing type of fixed ball pipelines ball valve were introduced, which is the most commonly used one. The design process mainly included design and calculation, structural design, main spare part strength examination. According to the requirements in the task of the design, referenced to the structure of the international and internal existing ball valves, and completed the design of the intermediate body, the Side body, bonnet , stem, ball, sealing spring，electrostatic prevention device, drive actuator and main spare parts. Aiming at the stems strength examination to computer programming, translation of the relevant literature, and completed the relevant topic of a thesis. The design can provide certain information for the design of the soft-sealing type of fixed ball pipelines ball valve. Key words: pipelines ball valve ; design ; flexible sealing ; fixed ball valve一、 概述管线输送已成为当代物料运输的主要方式之一，利用长距离管线输送油和天然气等资源已成为当今世界能源输送的最主要手段。其中阀门是天然气管网的主要元件之一，控制着管线中介质的流向，调节介质的流量和压力，保护管道和设备。全通径球阀具有流体阻力小，节省能源,流向不受限制, 启闭快等优点。其综合技术性能比相同用途的截止阀、旋塞阀和蝶阀均优越，成为了长输管线中首选的阀门。球阀的结构形式和品种规格极其繁多，而且新产品、新结构仍不断涌现。常用的球阀结构可分为浮动球球阀与固定球球阀两大类。本设计采用三瓣式固定球软密封结构，法兰连接，作为油气管线用阀，为保证球阀使用的安全，设计成双重密封结构、紧急注脂结构和防火结构。同时为防止球体与密封圈、阀杆间摩擦产生的静电带来危害，加装了防静电装置。二、球阀基本理论（一）球阀工作原理球阀是以球体作为关闭件的阀门。主要功能是切断或接通管道中的流体通道，即球阀通常为闭路阀。因此，球阀的作用原理很简单：借助手柄或其它驱动装置在阀杆上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垂直，球阀便完成了全开或全关的动作。（二）球阀的特点（1）流体阻力小 本次设计的球阀为全通径的球阀，即所谓的全流量型，由于其通道直径等于管道内径，局部阻力损失只有同等长度管道的摩擦阻力，即在所有阀门中，这种球阀的流阻最小。（2）开关迅速、方便 由于球阀在一般情况下只需手柄转动90就完成了全开或全关动作，很容易实现快速启闭。（3）密封性好 绝大多数球阀的阀座都是用聚四氟乙烯等弹性材料制造，一般来说软密封的密封性容易保证，而且对密封表面的加工精度与表面粗糙度要求也不很高。（4）寿命长 由于聚四氟乙烯有良好的自润滑性，与球体的摩擦磨损小，而且由于球体加工工艺的改进，使粗糙度降低，从而提高了球阀的使用寿命。（5）阀体内通道平整光滑 更适于输送粘性流体，浆液，以及固体颗粒。 （三）主要零部件(1) 阀体：侧阀体，中阀体。(2) 密封部件：弹簧，密封圈，浮动支座，注脂接头。(3) 传动部件：主轴，阀杆，手轮，轴承，轴套。(4) 支撑部件：轴承座，球体支撑部件。1.阀体 2.弹簧 3.阀座 4. O形圈 5.柔性石墨 6.密封圈 7.球体 8.注脂孔 图1 弹性密封阀座（四）密封方式设计PN40、DN500固定球软密封管线球阀的产品，设计过程必须严格按照相关国家标准进行。查阅相关文献，并参考国际、国内现有球阀的结构，设计了图1所示的弹性密封阀座，普通球阀启闭力矩大, 密封面容易划伤,因此将传统的密封阀座改为弹性密封阀座。弹性密封阀座球阀的启闭力矩较小, 操作轻便, 省力省时。当介质压力比较高时, 球体在介质压力的作用下, 获得了所需要的密封比压。当介质压力比较低时, 则球体在介质压力和弹簧预压缩所产生的弹力的双重作用下, 同样获得了密封所需要的密封比压, 因此不管介质压力是高或低, 还是大幅度波动,都能确保密封。而普通浮动球阀, 当介质压力比较低时, 往往无法实现密封, 产生渗漏。三、设计参数及要求项 目参 数最高使用压力4MPa最高使用温度-28150公称直径DN500连接方式法兰连接材 料铸钢（WCB）产品使用地中原四、设计过程（一）设计计算根据以上所提供的设计数据，依据GB12221-2005 金属阀门结构长度确定了PN40、DN500球阀的结构长度l=1250mm,根据计算和GB/T12224-2005 钢制阀门一般要求,确定阀体的最小壁厚t=30mm；查管路附件设计选用手册确定了球阀连接法兰的标准尺寸为D=755mm，d=500mm；参考球阀设计与选用计算球阀力为Q=247793.7N，确定了弹簧的预紧力Q1 =35168N；通过对球阀转矩的计算确定驱动装置的输出转矩M=7701348N/mm，减速器采用蜗轮-蜗杆传动；驱动装置与阀杆通过联轴器连接。由于该球阀主要在油气管线上使用，因此也设计了防火、防静电装置、紧急注脂结构，满足了球阀在特殊场合、特殊工况下使用的要求。至于其他一些零部件，严格参照相关标准进行设计计算，校核强度。（二）球阀结构设计(1).球体支撑结构形式的确定球阀按球体支撑方式分为有浮动球球阀和固定球球阀，其中浮动球球阀的球体没有支撑轴，球体通过阀门进、出口两端的阀座予以支撑。固定球球阀的球体下面有支撑轴，能够承受较大的重力，故选用有支撑轴的固定球形式。(2).密封形式的确定根据密封力以及密封比压的要求，选择弹性密封阀座，球体在介质压力和弹簧预压缩所产生的弹力的双重作用下，获得了密封所需要的密封比压。(3).减速器的结构设计根据轴减速器在球阀中的安装位置及形式，选择体积小、传动比大的蜗轮-蜗杆减速器，由于球阀球体仅旋转90，故用120的扇形蜗轮代替全蜗轮。(4).轴承端盖的结构设计轴承端盖用以固定轴承及调节轴承间隙并承受轴向力的。轴承端盖分为嵌入式和凸缘式两种，其中凸缘式轴承端盖调整轴承间隙比较方便，密封性能好，所以用得比较多。（三）强度校核及材料选择(1).球阀密封力的计算其中包括流体压力在阀座密封面上引起的作用力Q0的计算，弹簧预紧力Q1的计算，以及阀座滑动摩擦力的计算。(2).球阀转矩的计算其中包括球体与阀座密封圈摩擦转矩的计算，V型填料摩擦转矩的计算，以及轴承摩擦转矩的计算。(3).主要零部件的校核其中包括阀杆的强度校核，牙嵌式离合器的强度计算，键的强度校核，中法兰用双头螺栓的强度校核。(4).球阀的材料选择球阀使用的材料应根据球阀的用途和使用条件来进行选择。在选择材料时应考虑诸如介质的腐蚀性、介质温度、输送物资的性质、选择经济性等方面的要求。该设计中球体A105，侧阀体和中阀体采用WCB,阀杆、蜗轮轴、蜗杆轴采用40Cr，蜗轮的轮毂采用TH200、轮芯采用ZCuSn10P1,减速器箱体采用HT250,轴承端盖采用HT150。四、结论以PN40、DN500固定球软密封管线球阀为设计对象，对球阀进行了详细设计，通过翻阅大量参考文献及外文资料，严格按照相关国家标准进行。设计过程包括按设计参数进行密封比压及球阀转矩的计算，方案论证，然后进行了结构设计，选择了零部件的材料，对球阀的主要零部件进行了强度校核，绘制了球阀的装配图及零部件图。PN40、DN500固定球软密封管线球阀的设计是一次综合性、实践性很强的设计，经过一学期的努力，运用大学四年所掌握的学科知识，在GB/T12224-2005和实用阀门设计手册等相关资料的指导下，并参考国际、国内现有球阀的结构，最终完成了从球阀整体方案的确定到每一个细节的设计。本次毕业设计使我不仅在阀门、压力容器的设计和材料的选择方面得到了很好的锻炼，也在查询相关文献，尤其外文文献的能力上得到了很好的实践。更重要的是通过本次毕业设计掌握了很多学习方法，总结了一些实践经验，使我深刻的体会到所学理论知识与生产实践相结合的重要性，它不但可以加深对理论知识的理解，而且可以将理论知识很好的应用与实践，指导实践生产。参考文献1 章华友等.球阀设计与选用M.北京：北京科学技术出版社，1994.2 陆培文.实用阀门设计手册M.北京：机械工业出版社，2007.9.3 沈阳阀门研究所.阀门设计M.北京：机械工业出版社,1976.4 吴宗泽.机械设计实用手册M.北京：化学工业出版社，2004.5 顾兆林.机械设计手册M.北京：机械工业出版社.6 GB/T 12224-2005 钢制