摘 要

阀门作为压力管道中最重要的元件之一，它的主要作用是：改变介质在管线中流动的方向、控制管道内流体介质的压力、温度及流量、中止流体介质在管道中的输送。其中，球阀作为日常工作及生活中最常见的阀门，对它的设计是十分必要的。球阀在管道中的作用主要有以下几个方面：切断介质流动、控制介质流量、改变介质流动方向。它只需简单的旋转就可以做到控制流量甚至切断流通，而且在这个过程中所需的力矩很小。在本次球阀的设计、计算及校核中，严格的遵守了中国国家标准、机械部标准、阀门行业标准，同时借鉴了美标及德表的部分内容。对公称直径DN=500mm的，公称压力p=2.0MPa的固定球直通式球阀进行设计。设计的主要内容有三个方面：球阀阀体的设计计算及其强度校核；球阀阀杆的设计计算及其强度和稳定性的校核；球阀重要零部件的设计及部分计算。

关键词：球阀 设计 校核

Design and calculation of fixed Ball Valve

Abstract

The valve is one of the most important components in the pressure pipeline, and its main function is to change the direction of the flow of the medium in the pipeline, to control the pressure, the temperature and the flow of the fluid medium in the pipeline, and to stop the delivery of the fluid medium in the pipeline. The ball valve is the most common valve in daily work and life, and it is necessary to design it. The function of the ball valve in the pipeline mainly includes the following aspects: cutting the flow of the medium, controlling the flow of the medium, and changing the flow direction of the medium. It only needs a simple rotation to control the flow and even cut off the flow, and the torque required in this process is very small. In the design of this ball valve, the meter In the process of checking, we strictly abide by the Chinese national standards, machinery standards, valve industry standards, and draw lessons from some of the contents of American standards and moral standards. The fixed ball straight-through ball valve of nominal diameter DN=500mm and nominal pressure p=2.0MPa is designed. The main contents of the design are as follows: the design calculation and strength check of the ball valve body; the design calculation and strength and stability check of the ball valve stem; and the design and partial calculation of the important parts of the ball valve.

Key Words: Ball valve; design; check

目录

Design and calculation of fixed Ball Valve II

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 球阀介绍 1

1.2 球阀的工作原理 1

1.3 球阀的特点 2

1.4阀门选题目的及意义 3

1.5 国内外研究现状 4

1.6 本文研究的问题及方法 5

第二章 固定直通式球阀的结构特点 6

2.1阻塞与排出 6

2.2自动出压 6

2.3完全密封 6

2.4防火结构 6

2.5防静电结构 6

第三章 阀门的设计与计算 7

3.1 阀体的设计与计算 7

3.1.1 确定球阀的阀体结构形式，准确的结构长度和规定的连接尺寸 7

3.1.2 球阀阀体的材料选择 8

3.1.3 确定固定球体通道的直径 8

3.1.4 确定球体直径 8

3.1.5 阀座的设计 9

3.1.6 阀体的壁厚计算 10

3.1.7 阀体与阀座之间密封比压的计算 10

3.1.8 阀体中法兰的设计与计算 12

3.2 阀杆的设计与计算 14

3.2.1固定球球阀转矩的计算 14

3.2.2 固定球球阀阀杆与球体连接部分强度计算： 17

3.2.4 阀杆的稳定性校核 20

3.3 主要零部件的设计计算 21

3.3.1 阀盖 21

3.3.2 气动执行器 22

3.3.3 支架 23

3.3.4 填料压盖 23

3.3.5 阀杆螺母 24

第四章 经济性分析 25

第五章 毕业设计总结 27

参考文献 29

致谢 32

第一章 绪论

1.1 球阀介绍

作为上世纪50年代问世的新型阀门，由于其本身具有操作力矩小、可靠程度高、切断介质流通速度快的优点，所以球阀一经问世，便应用在工业的各个领域中。不仅仅是广泛的应用于一般的工业管线中，在航天工业、核工业，尤其是在液氢输送的管路中，球阀占据着及其重要的地位。球阀并不是工程师们凭空想象出来的，而是在原有阀门的基础上（旋塞阀），通过改造适应新的需求而演变来的。顾名思义，球体是球阀最重要的元件，也是启闭元件，利用球体围绕着阀杆的轴线进行旋转做到控制、切断流量。不需要太大的旋转角度，仅仅90度就可以做到阀门的开启及其关闭。球阀在大多数的工业管道中，主要起到控制、截断以及改变流体流动方向的作用。其中，如果球阀被设计成V形的开口形式，在原有优点的基础上还会增加良好的流量调节的作用。随着科技发展速度的加快，大量的球阀被广泛的运用到各个行业，这就对今后的球阀的质量及结构的设计提出了更高的要求。

1.2 球阀的工作原理

球阀的启闭元件是它的球体，可以简单的做到90度的旋转，在球体的中央有一个圆柱形的通孔或其他形状的通道。因为操作简单、所需转动力矩很小、启闭迅速，球阀最适合作为切断阀和开关阀使用。当然，随着时代的进步，对球阀的要求也逐渐提高。如V形球阀，它的设计便是着重于节流和控制管线中介质流量。

固定球球阀不同于浮动式，显然它的球体固定的。即便是在介质压力下也不会产生位移，一般情况下它的阀座密封圈是活动的，在力的作用下是可以位移的。在它的底下，有提前设定好的带预紧力的弹簧，平时密封圈是被挤压在球体上的，用来保证阀门的密封性能。

1.3 球阀的特点

球阀早已被广泛的应用到人类日常生活和社会生产中去，因为它区别于其他阀类的优点：

1. 相比于其他的阀门类别，它的流阻最小。
2. 在没有使用润滑剂的情况下工作也不会卡住，所以可以可靠的用于具有腐蚀性的介质和沸点很低的液体中。
3. 即便不用润滑阀体也不至于卡住，因此无论介质的腐蚀性如何、温度如何，都不会影响正常工作。
4. 可以实现快速的启闭，在某些特殊结构的球阀中，可以做到一秒左右快速关闭通道，并且在这个过程中不会出现操作冲击，介于这个优点，可以完美投入到自动化控制生产中。
5. 阀体关闭时，球体能准确的自动定位。
6. 独特的双密封结构，可完美密封。
7. 流体经过时，阀座密封面不与流体接触，所以不会产生密封侵蚀。
8. 阀体内的压力一旦超过材料在38℃时的额定压力的1.33倍，就可以做到自动的将介质泄放到最近的进口管路或出口管路中去。
9. 可以增加具备防火密封的功能。
10. 可以增加具备防静电的功能。
11. V形球阀，能够做到准确控制流量。
12. 结构设计紧凑，设备的质量非常轻便，所以在低温环境的工作性能极佳。
13. 大多数为对称结构，能满足来自管线内的流体压力。
14. 可承受高压差。
15. 球阀的阀体如果是全焊接的形式，能直接埋入地下，做到球阀中的内件不受环境的侵蚀，并且它的最高使用寿命可以做到40年，是地下石油、天然气管道最理想的选择。
16. 维护及维修方便，球阀结构较为简单，由于它的密封圈绝大多数的情况是活动的，所以无论是拆卸还是更换都极为简单。
17. 使用范围很广，公称通径下至几毫米，上至几千毫米，工作压力从真空到超高压都适用。球阀已经广泛的应用到航空航天、石化、核能、发电等领域及日常的工作生活中。

其主要缺点：

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