电动球阀毕业设计

1、摘要本文根据已知的电动球阀设计经验对 DN为100mm设计压力为50公斤的球 阀进行设计，主要包括了材料选择、结构设计和强度校核等，在结构和材料方面 在满足强度的前提下，尽量降低结构的复杂性，以更小的消耗、更简单的结构来 实现成品的设计优化，我们需要根据球阀的特点来选择合适的机构。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维制图软件根据球阀设计手册的标准框架的 结构形式对产品进行了三维建模、二维制图，最终确定球阀的结构形式。1绪论电动球阀简介电动球阀（英文名： Electronic Ball Valve ）由电动执行机构和

2、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J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。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

3、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具相应温度高 达 1000 Co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K

4、ynar,据称有高强度、优良的耐温与耐腐蚀性能，使 用温度为250C。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#就在中国开展业务的FIS灯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

5、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。本文研究的主要内容、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 研究内容包括对球阀结构设计。球阀的设计要求保证合适的强度与刚度， 从而保 证球阀的寿

6、命和稳定性。本课题主要以 DN为100mm P为50公斤的球阀，进行 结构设计，强度校核，以及关键零部件的分析，同时进行三维建模。课题的研究内容和方法主要包括：(1)设计球阀结构并进行强度校核通过设计手册对球阀的结构进行设计， 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行强度校核。(2)建立球阀的三维模型通过soliderworks三维软件对球阀零件进行实体建模，并进行装配。对球阀的三维模型进行适当简化，忽略不受力的小零件，2球阀的结构设计及校核球阀的构成、作用原理、特点和结构分类球阀的构成介船流向Tne medium Hows 汨师震力甲面弹ItP

7、re- liqhi sirengm Diane 和K婚AWiV. tj9rhEm. com1金属密封座或曜网霞乙濡竭座2自由施前孔3.狼峙抻喇特性流线里外峰4祠定件5.涧蟀也取箱承L MclJ 苦 坐炉 or legion valvti scat 2 Free mt新匕 m归 3 0口wa固叫 conlrod tlwac出他叱 sl/eamfe Dmin ,式中Dmin为最小球体直径（124mm ；D2阀座外径（120mm ；d一球体通道孔直径（100mm ；A球体实际直径（160mm。由上面可知可取球体直径 D=160mm D2=122mm球体与阀座之间密封比压的确定必需比压的计算必需比压是

8、为保证密封，密封面单位面积上所必需的最小压力，以 qb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基本的参数之一，它直接影响球阀的性能及结构尺寸。qMF=4.216下面是由实验结果得出的计算公式(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 一密封面在垂直于流体流动方向上的投影宽度 b=t COS =4.375mmt一密封面宽度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管封卸材料aC钢、硬质合金3.51聚四氟乙烯、尼龙1.80.9铜、铸

9、铁3.01中硬橡胶0.40.6软橡胶0.30.4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 Iq】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 q 1=17.5Mpa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、寿命长和结构紧凑。必须保证：qMF q 二q（2-3）设计比压按图2-2中的力的平衡关系进行计算:(2-4)Nq=s式中N 球体对阀座密封面的法向力（N）;cos(2-5)S一阀 与球体杰出的球星环带面积，S=2n r（Li-L2）Q一作用于阀座密封面上的沿流体方向的合力;*一

10、密封面法向与流道中心线的夹角cosL1 L2R- =0.625Li,L2一球体中心线执法作两段面的距离（mm , 、二；Dmn =106阀座内径；Dmw =122阀座外径；Di DoDm一阀座平均直径（mm , Dm =2=114;2R=80球体半径（mim 。整理可得：(DmwDmn)P4(DMW -Dmn )(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 比压计算图球阀密封力的计算为简化计算，往往忽略预紧力Qi，阀座滑动摩擦力及流体静压力Q2在密封面余隙中的作用力Qj ,这样密封力仅等于流体静压力在阀座密封面上的作用力Qmj (N),即q =(Dmw

11、 *Dmn)p =171.81KN(2-7)4( Dmw - Dmn )将上式代入式2-5可得q =2(p+0.4) bl(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D1= DN , q=h代入 上式可得(2-9), DNbP (mrh4b 1- P由需用比压q】=17.5Mpa, DN=100mjmP=5Mpg弋入得: b=7.69mm代入式2-2可得Qmf =4.216显然满足Qbq h球阀密封力的精确计算还要计算预紧力Qi ,故可知；Q=Qi +Qmj(2-10)预紧力计算公式如下：冗 ,_22Qi = hmin ( DmW - D MN )4(2-11 )式中 hmin 一 预紧所需的最小比压 ,qmin = 0.1P ;dmn、dmw 一阀座内径和外径(mm。可得 Q1=1.431KN,故 Q=173.241KN2.5球阀的转矩计算由于本球阀为浮动球阀故其转矩 M 0计算公式如下：M = M m Mt M u(2-12)式中M m球体与阀座密封面间的摩擦转矩；M m一阀杆与填料之间摩擦转矩；M u 一阀杆台肩与止推垫间的摩擦转矩。风和M u的计算见2.7.2 0Mm = Fr(2-13)式中F一球体与阀座之间的密封力，F =NNT, NQ-