600psi浮動球球閥設計開題報告

1、<p>　　本科畢業(yè)設計（論文）開題報告</p><p>　題目：600PSI浮動球球閥設計</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、畢業(yè)設計選題目的意義3</p><p>　　二、國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向4</p><p>　　三、 主要研究內容5<

2、;/p><p>　　四、設計思路及步驟5</p><p><b>　　五、方案設計6</b></p><p>　　六、設計進度安排及預期結果6</p><p>　　七、主要參考文獻：7</p><p>　　一、畢業(yè)設計選題目的意義</p><p>　　閥門是石油、化工、

3、電站、長輸管線、宇航以及海洋采油等國民經(jīng)濟各部門不可缺少的流體控制設備。上述工業(yè)的發(fā)展和需要，推動了閥門工業(yè)的發(fā)展。近年來，在滿足各方面高參數(shù)新要求的同時，對閥門的結構、材料和生產(chǎn)工藝等方面，對如何做到更好地提高性能、可行性及降低成本等也予以密切關注。因此，對閥門要求進一步嚴格控制內在質量。</p><p>　　自80年代我國改革開放至今，我國的化工行業(yè)得到了長足的發(fā)展，發(fā)生了翻天覆地的變化，化工設計行業(yè)也隨之發(fā)

4、生了很大的變化。由于國外先進技術的不斷引進及國內化工技術開發(fā)力度的不斷加大，化工產(chǎn)品種類不斷增多，品種越來越齊全.隨著國家經(jīng)濟水平的提高，化工設計行業(yè)對閥門制造業(yè)的要求也越來越高，尤其是對閥門的性能的可靠性、耐用性等要求越來越高。</p><p>　　球閥以其眾所周知的特點，廣泛應用于各種管路.系統(tǒng)的快速切斷、改變介質流向和自動控制，可采用手動、電動或氣動等驅動方式.國產(chǎn)球閥不僅結構簡單、密封性能好，而且在一定的

5、公稱通徑范圍內體積小、重量輕、材料耗用少、安裝尺寸小，驅動力矩也小，操作簡便，易于實現(xiàn)快速啟閉，已經(jīng)成近十幾年來發(fā)展最快的閥門品種之一。同時伴隨著西氣東輸工程的全面開工，大尺寸、高密封性的球閥需求愈來愈大。據(jù)有關資料顯示，在我國目前的閥門市場上，除了低壓閥門已經(jīng)達到國際市場能接受的水平外，高壓閥門仍然要依靠進口。隨著西氣東輸工程的逐步實施，工程對管道及閥門的需求將急劇增加。西氣東輸管道橫貫我國東西，從新疆到上海歷經(jīng)九個省區(qū)市。天然氣長輸

6、管線間隔一段距離需設置截斷閥，主要目的是便于控制和當管道發(fā)生破壞時，及時關閉閥門，盡可能減少損失，防止事故。</p><p>　　大多數(shù)本土閥門企業(yè)與“西氣東輸”擦肩而過，除卻大環(huán)境因素外，一些其他因素，諸如設備和技術落后，專業(yè)化程度低，市場規(guī)模小等因素也是制約閥門行業(yè)發(fā)展的瓶頸。由于在高端技術上與國外的大廠商仍有較大的差距，因此在今后一段時期內，產(chǎn)品技術將成為制約我國閥門產(chǎn)品發(fā)展的一個瓶頸。因此，提高閥門產(chǎn)品的

7、水平和檔次，是我國閥門行業(yè)今后發(fā)展要突破的首要問題。整個閥門行業(yè)的不景氣，導致了我國閥門產(chǎn)品的落后，這是制約我國閥門產(chǎn)品發(fā)展的重要因素。</p><p>　　但是由于運輸、安裝、操作、保養(yǎng)和管理不善，造成閥門外部損傷和內漏的情況也時有發(fā)生，這不僅會對企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失，同時還可能嚴重影響管道的安全運行。另外球閥不僅運用與長距離的輸送裝置之中，同時在城市中的分流節(jié)流的裝置中也有廣泛應用，對于在這樣高密度人群之中

8、的使用裝置，對于其安全性將有一個更高的要求。而球閥的氣壓試驗裝置對于球閥的性能測試有著重要的意義，因為對于球閥質量的保證主要有三個方面。一是閥體水壓性試驗；二是閥體氣壓性試驗；三是裝配時球體密閉性試驗。氣壓試驗壓力應以能考核承壓部件的強度，暴露其缺陷，但又不損害承壓部件為佳。通常規(guī)定，承壓部件在氣壓試驗壓力下的薄膜應力不得超過材料在試驗溫度下屈服極限的90％。而該裝置將重點在于對于球閥的氣密性進行檢測，同時對于整個檢測過程可以實現(xiàn)自動化

9、或半自動化。同時該設備也屬于壓力容器，它的設計、制造、檢驗以及使用將嚴格參照相關國家與行業(yè)標準。球閥的球體是浮動的，在介質壓力作用下，球體能產(chǎn)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。浮動球球閥結構簡單，密封性好。這種結構被廣泛用于中低壓球閥。</p><p>　　二、國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向</p><p>　　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

10、已發(fā)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℃。</p><p>　　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

11、輸送管線上普遍采用。</p><p>　　全塑料球閥近年來發(fā)展較快。其特點是：耐腐蝕、重量輕、成本低。西德一家閥門公司已制造通徑為6的塑料球閥；美國Hill Maccanng公司制成一種含氟材料球閥，商業(yè)名稱為Kynar，據(jù)稱有高強度、優(yōu)良的耐溫與耐腐蝕性能，使用溫度為<250℃。</p><p>　　同時隨著時代的發(fā)展，進入21世紀以后，生產(chǎn)和制造技術有了顯著優(yōu)化提高，同時，技術人

12、員大都通過計算機技術對產(chǎn)品進行研發(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。</p><p>　　目前，全球的控制閥市場如同大部分工業(yè)品一樣被三個經(jīng)濟體瓜分，分別是美國為代表的北美經(jīng)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)。</p><p>　　美國是全球最大的閥門供應商，其閥門協(xié)會有超過110家企業(yè)，年產(chǎn)值超過40億美元。1984年就在中國開展業(yè)務的

13、FIS玎訊控制閥由于進入中國較早，其產(chǎn)品已經(jīng)成為中國教科書的樣板。</p><p>　　德國在二戰(zhàn)之后迅速恢復經(jīng)濟，其產(chǎn)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，在某一類產(chǎn)品的研究、設計和制造方面都有自己的特色。</p><p>　　日本作為世界第二經(jīng)濟體，其閥類產(chǎn)品由于價格適中，質量較好，迅速占領了中國中低端市場。</p><p>　　

14、目前我國關于球閥的生產(chǎn)企業(yè)大多規(guī)模小、科研能力弱，大多通過參考外國產(chǎn)品進行設計生產(chǎn)，其主要原因是技術投入資金不足，科研人員數(shù)量不足，所以在國內很多的大型工程招標中大多被外國閥門企業(yè)所壟斷。 閥門的最大用戶是石化行業(yè)、電力部門、冶金部門、化工行業(yè)和城市建設部門。石化行業(yè)主要采用API標準的閘閥、截止閥和止回閥；電力部門主要采用電站用高溫壓閘閥、截止閥、止回閥和安全閥及一部分給排水閥的低壓蝶閥、閘閥；化工行業(yè)主要采用不銹鋼閘閥、截止閥、止回

15、閥；冶金行業(yè)主要采用低壓大口徑蝶閥、氧氣截止閥和氧氣球閥；城市建設部門主要采用低壓閥，如城市自來水管道主要采用的大口徑閘閥，樓寓建設主要采用的中線蝶閥，城市供熱主要采用的金屬密封蝶閥等；輸油管線主要采用平板閘閥和球閥；制藥行業(yè)主要采用不銹鋼球閥；食品行業(yè)主要采用不銹鋼球閥等。由于用戶需求的變化，閥門產(chǎn)品的市場走向也將發(fā)生相應的變化，在今后一段時間主要發(fā)展趨勢如下： 　　1.隨著石油開發(fā)向內地油田和海上油田的轉移，以及電力工業(yè)由30萬千

16、瓦以下的火電向30萬千瓦以上的火電及水電和核電發(fā)展，球閥產(chǎn)品也應依據(jù)設備應用領域變化應改變其性能及參相數(shù)；</p><p>　　2.城建系統(tǒng)一般采用大量低壓閥門，并且向環(huán)保型和節(jié)能型發(fā)展，即由過去使用的低壓鐵制閘閥逐步轉向環(huán)保型的膠板閥、平衡閥、金屬密封蝶閥及中線密封蝶閥過渡，輸油、輸氣工程向管道化方向發(fā)展，這又需要大量的平板閘閥及球閥；</p><p>　　3.電站的建設向大型化發(fā)展，所

17、以需用大口徑及高壓的安全閥和減壓閥，同時也需用快速啟閉閥門；</p><p>　　4.針對成套工程的需要，閥門供應由單一品種向多品種和多規(guī)格發(fā)展。一個工程項目所需的閥門，由一家閥門生產(chǎn)廠家全部提供的趨勢越來越大.</p><p><b>　　主要研究內容</b></p><p>　　浮動球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，

18、此設計的主要研究內容包括對浮動球球閥結構設計。浮動球球閥的設計要求保證合適的強度與剛度，從而保證浮動球球閥的壽命和穩(wěn)定性。本課題主要以DN為200mm，壓力為600PSI的浮動球球閥，進行結構設計，強度校核，以及關鍵零部件的分析。課題的研究內容和方法主要是設計球閥結構并進行強度校核：通過設計手冊對浮動球球閥的結構進行設計，主要包括閥體、閥桿、閥芯以及關鍵零部件的選用與設計，并對其受力分析，然后再確定材料后進行強度校核。</p>

19、;<p><b>　　四、設計思路及步驟</b></p><p>　　首先確定球體的直徑，確定球體與閥座之間的密封比壓：必須計算出必需比壓（為保證密封，密封面單位面積上所必需的最小壓力）、需用比壓（密封面單位面積上允許的最大壓力稱為需用比壓）和設計比壓（設計時確定的在密封面單位面積上的壓力）。</p><p>　　然后對球閥密封力的計算：計算過程中要考慮

20、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等。并計算出其轉矩。</p><p>　　接著進行閥體的設計：確定閥體結構形式、連接形式、結構長度、材料和閥體的壁厚等。以及對閥體法蘭閥桿的選材設計計算并校核。并選擇閥桿的填料、計算填料摩擦力、摩擦轉矩強度。</p><p>　　再后進行球體的設計：球體作為球閥控制的直接動作零件，必須對其進行設計與校核。球體的主要結構特征是球體與閥桿

21、的連接結構，其必須滿足所傳遞的最大轉矩同時保證有足夠的靈活性，后者是保證工作性能的必要條件。</p><p>　　最后球閥閥座的設計：球閥閥座主要有普通閥座和彈性閥座兩種，普通閥座的特點是：在預緊力或者流體壓力的作用下，閥座與球體壓緊，并使閥座材料產(chǎn)生塑性變形而達到密封。彈性閥座除了與普通閥座和彈性閥座一樣，在預緊力或流體壓力（或者兩者兼有之）作用下，閥座材料產(chǎn)生塑性變形而達到密封外，還由于閥座本身的特殊結構或者

22、借助于彈性元件，如金屬彈性骨架、彈簧等辦法，在預緊力或流體壓力下產(chǎn)生彈性變形，以補償溫差、壓力、磨損等外界條件變化對球閥密封性能的影響。</p><p><b>　　五、方案設計</b></p><p>　　1.裝置結構的選擇與設計將參照機械設計與機械原理的有關理論以及壓力容器設計的相關國外國內和行業(yè)標準。確定閥體結構形式、連接形式、結構長度、材料和閥體的壁厚；確定閥

23、座的形式等。</p><p>　　2.對于裝置還將通過相關材料材質型號的選擇以及最終運用材料力學的相關理論進行校核。包括：球體與閥座之間的密封比壓的計算，密封力的計算，閥桿填料、摩擦力、摩擦轉矩的計算及校核等。</p><p>　　六、設計進度安排及預期結果</p><p><b>　　七、主要參考文獻：</b></p><

24、p>　　【1】濮良貴主編.機械設計.北京:高等教育出版社，1996.5</p><p>　　【2】成大先主編.機械設計手冊第4卷.北京：化學工業(yè)出版社，2002</p><p>　　【3】 陳磊，長輸管線用球閥技術特點分析及應用，[J]吳忠儀表股份有限公司;2002,（03）.</p><p>　　【4】 楊源泉.閥門設計手冊[M].第一版.北京:機械工業(yè)出版

25、社，1992</p><p>　　【5】 陸培文.國內外閥門新結構[M].北京:中國標準出版社，1997.</p><p>　　【6】孫曉霞.實用閥門技術問答[M].北京:中國標準出版社，2001,17:3-8</p><p>　　【7】鋼制壓力容器 GB150-1998[S]</p><p>　　【8】 美國機械工程師協(xié)會B16委員會編著，

26、管法蘭和法蘭管件（中文版）.[M] 中國《ASME規(guī)范產(chǎn)品》協(xié)作網(wǎng)（CACL） 翻譯。</p><p>　　【9】 張鎖龍,龐明軍,包健,陳蓉.大口徑球閥閥體設計[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2006, 37(2):154-156</p><p>　　【10】 閥門檢驗與管理規(guī)程，中華人民共和國行業(yè)標準，國家石油和化學工業(yè)局 2000,06,30發(fā)布，于2000，10,01 實施</p>

27、;<p>　　【11】沈陽閥門研究所，機械部合肥通用機械研究所主編, 閥門[M]，機械工業(yè)出版社.1994</p><p>　　【12】 合肥工業(yè)大學機械系，機械設計手冊，[M]，合肥工業(yè)大學出版社，1975</p><p>　　【13】 于英華，泡沫鋁及其復合材料力學行為與應用，[M]，東北大學出版社，2009</p><p>　　【14】 王金剛，