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摘 要

球阀是一种通过向阀杆施加一个转动力矩，从而带动开闭件（球体）旋转的阀门，其主要由球体、阀体、阀盖、密封面、阀座、阀杆、底座、填料压盖、连接套、支架等组成。在流体运输中主要用来开关切断介质流动或者调节介质的流动速度。常用的球阀具备流体流量大、开关迅速、管道阻力系数小、转动力矩小等特点。

本设计以气动硬封闭固定球球阀为设计对象，介绍阐明了三体式固定球球阀的工作原理、结构特点和设计过程，并对阀门通用部件和球阀专用部件进行设计，对球阀各零部件的材料进行选择，对阀门主要零部件进行强度校核。

本次毕业设计大致分为以下几个步骤：1、根据所给基本参数和结构要求确定阀门基本结构。2、分析阀门各部件的受力情况，进行部件强度计算并校核稳定性，按标准选取各部件。3、使用Auto CAD绘制总装备图和零部件图。

关键词：固定球球阀 气动 设计 计算校核

DN500, PN16 pneumatic hard sealing fixed ball valve design

Abstract

Ball valve is a kind of opening and closing parts for the ball, the valve stem drives the opening and closing parts (ball) around the axis of the ball valve for rotary movement of the valve, the main parts have ball, body, stem, seat. In the pipeline is mainly used to cut off the medium, distribute the medium, change the flow direction of the medium. The commonly used ball valve has the characteristics of good cutting performance, large flow capacity, small pipeline resistance drop, quick opening and closing, small switching torque and so on. Pneumatic hard closed fixed ball valve is the design objective of this design, This design introduced the working principle, structural characteristics and design process of the three-type fixed ball valve, the valve general parts and special parts for the design of the ball valve, the ball valve parts of the material selection, the main parts of the valve strength check.This graduation project is divided into the following steps: 1, according to the basic parameters and structure requirements to determine the basic structure of the valve. 2. Analyze the stress on all parts of the valve, calculate their strength and check their stability, and select all parts according to the standard. 3. Draw general equipment drawing and component drawing using Auto CAD.

Keywords: Fixed ball valve; pneumatic; design; checking calculation

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1球阀的定义及工作原理 2

1.2球阀的分类 2

1.3球阀的优缺点 3

1.4阀门设计的选题意义 3

1.5阀门的发展及研究现状 4

1.5.1国内阀门发展 4

1.5.2国外阀门发展 4

第二章 球阀的执行标准和主要零部件材料 6

2.1球阀的执行标准和适用范围 6

2.2阀门的选材 7

第三章 气动硬封闭全通径固定球阀的设计计算 9

3.1球阀的结构选择 9

3.2 阀体的设计 10

3.2.1阀体的选材 11

3.2.2阀体的结构长度计算 11

3.2.3阀体壁厚的设计 12

3.3球体的设计与计算 13

3.4 阀座对球体的压力计算 14

3.5阀座密封面的实际工作比压计算 16

3.6 阀座自动泄压装置的计算 17

3.7 球阀转矩的计算 17

3.8 阀杆与球体连接部分强度计算 19

3.9阀杆的强度验算 20

3.9.1 I-I 断面处的扭应力τn 的计算 21

3.9.2 II-II 断面处的扭应力τn 的计算 22

3.9.3 III-III 断面处的扭应力τn 的计算 22

3.9.4 IV-IV 断面处的扭应力τn 的计算 22

3.10 中法兰螺栓载荷计算 23

3.10.1 操作状态下螺栓载荷 23

3.10.2 预紧状态下螺栓所受载荷 Wa 23

3.11 螺栓面积计算 23

3.11.1操作状态下需要的最小螺栓截面积 23

3.11.2预紧状态下需要的最小螺栓截面积 24

3.12 气动装置的设计 24

第四章 气动固定球球阀设计的经济核算 26

4.1文献书籍材料费用 26

4.2加工成型设备制造费用 26

4.2.1人工费用： 26

4.2.2设备制造所需材料费用： 26

4.2.3车间制造费用： 26

本章小结 27

参考文献 28

致谢 30

第一章 绪论

阀门是在石油、化工、电气、长距离运输、机械生产、核工业、航空业、农业等行业中，控制流体运输的管道系统中负责开关介质流动、调节介质流动速度和方向的重要一环。其功能丰富，不仅能导流、截止流体流动、调节流体速度、改变流体方向还能进行复杂的分流、溢流泄压等功能^[1]。

阀门可用于控制各种类型流体的流动，比如：空气、水、水蒸气、石油、腐蚀性化学介质、液态金属等。其品种规格分类复杂多样，可分为十二个大类，上千种不同的型号，上万种不同的规格^[2]。^]阀门的公称尺寸可从以毫米大小的仪表阀到公称尺寸达的工业管路用阀。工作压力可从到，工作温度可从超低温到高达的超高温，目前的高端阀门甚至可以胜任于真空、超低温、超高温、超高压等恶劣环境并能保持其密封性能和精确性^[3]。最简单的阀门控制方法是手动控制，就是操作人员到现场人工手动操作阀门的开闭。为了实现远程控制、更精确控制并且避免操作人员出现机械事故，目前的阀门控制可使用多种驱动装置，如电动驱动装置、液动驱动装置、气动驱动装置、电磁驱动装置，涡轮驱动装置等。随着我国高新高端阀门研究的不断深入，各种特殊阀门也逐渐走向市场。同时也形成了许多系统的分类标准和方法，设计制造出性能可靠、高参数、低成本的球阀是众多阀门研究、设计、制造生产和使用人员的共同愿望^[4]。

本设计以气动硬封闭固定球球阀为设计对象，需要学生了解固定球球阀的结构特点和工作原理，对阀门各部件进行计算分析，根据相关执行标准选定合适的结构和尺寸。各零部件强度计算、转矩的计算、密封面密封性检验和自动泄压装置也是阀门设计的重心。

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