【文章內容簡介】 直到上 世紀 50 年代，聚四氟乙烯等彈 性密封材料的出現(xiàn)才使球閥的產(chǎn)生與發(fā)展出現(xiàn)了轉機；同時，也由于機床工業(yè)的發(fā)展，使球體加工技術提高，能夠實現(xiàn)球體所要求的尺寸精度和表面粗糙度。 目前，球體最大公稱直徑已達到 3050mm，這是美國 Escher Wyss 公司為田納西州的一個泵站所提供的 4 臺球閥，用作透平機出口的切斷閥，設計壓力為 。球閥的最高工作壓力已達到 72MPa，其相應溫度高達 1000176。C 。 球閥不僅在一般工業(yè)管道得到了廣泛應用，而且在核工業(yè)、宇航工業(yè)的液氧和液氫輸送管線上普遍采用。 全塑料球閥近年來發(fā)展較快。其特點是：耐腐蝕、總量輕 、成本底。在水道、化學管道上應用越來越廣。德國一家閥門公司已制造出通徑為 6″的塑料球閥；美國一家閥門公司制成一種含氟塑料球閥，它具有高強度、優(yōu)良的耐溫與耐腐蝕性能，適應溫度為≤ 250176。C 。 大口徑輸油（或天然氣）管線是球閥應用的一個重要方面。公稱通徑范圍： 600～1400mm，工作壓力通常為： 。為了確保安全，一些制造廠商按管線球閥的使用特點和他所受外界自然條件的影響，進行抗地震的彎曲實驗、防止火災蔓延的實驗、耐氣候條件的綜合實驗、緊急切斷實驗等。 為了適應高溫工況的需求，近年來還發(fā)展了高溫球閥， 它的閥座材料不再是聚四氟乙烯，而是金屬、石墨或碳素纖維等。 一些特殊用途的特殊結構球閥在不斷涌現(xiàn)。如我國某國防科研的試驗系統(tǒng)上采用了xxxx 學院畢業(yè)設計（論文） 3 自行研制的三通半球閥，降低了切換閥的流阻并減小了操作轉矩。又如美國 Fisher 公司生產(chǎn)的 V形缺口球閥，用以輸送纖維和紙漿流體。 V形缺口球閥還可用于流量的高精度調節(jié)。 我們可以預料今后幾年球閥將在以下幾個方面得到更大的發(fā)展： a) 密封面材料 聚四氟乙烯作為球閥密封面材料已有 30 年歷史，但它必定還會在生產(chǎn)工藝、物理性能（主要是克服冷流性、提高耐壓性）、耐溫性能方面進一步改善，以提高球 閥的性能和適用范圍。耐高溫、耐磨、耐腐蝕的低摩擦的金屬或非金屬材料將會不斷研制出來。 b) 新型球閥結構將會不斷涌現(xiàn) 其目的主要在于提高壽命、密封可靠性和改善加工工藝性。比如本設計的軌道式。 c) 全塑料球閥將會有很大發(fā)展 在新型塑料的應用、結構與注塑工藝性等方面的發(fā)展將會使塑料球閥的通徑、適用工作溫度與壓力范圍進一步擴大。 d) 長輸管線球閥會在遙控、自控、工作可靠性、壽命等諸方面得到提高，它們的需求量也會增加。 隨著國外大型成套技術的發(fā)展，出現(xiàn)了一系列新型成套設備與單機。與閥門有關的新型成套設備發(fā)展的特點是大型化、高 參數(shù)化、高性能自動化和成套化，與這些成套設備的控制方式相適應。近 20年來，國外閥門的控制方式也有很大發(fā)展。除一般手動、機動、電動、氣動、液動傳動之外，電液連動、氣液連動、自動控制的閥門品種不斷增多，并有進一步發(fā)展的趨勢。 比如煉油設備。最大煉油廠 3640萬噸／年 (加勒比海的維爾京群島 )， 3000 萬噸／年 (委內瑞拉 )。目前 2021 萬噸／年以上的煉油廠有近 30 個；最大單元煉油減壓裝置的處理能力達到 2400 萬噸 /年，催化裂化裝置達到 824 萬噸／年，加氫裂化裝置達到 320萬噸／年。裝置大型化，迫使閥門也越來越大， 控制方式也開始向自動化方向發(fā)展。 近年來，長輸管線發(fā)展很快，其主要原因一是成本低，只相當于鐵路運輸?shù)?1／ 3；二是埋設在地下，不易破壞；三是管線建設速度快，投資省。因此，長輸管線用閥門近幾年需求大增。發(fā)電設備最大機組容量雙軸火電機組 l30 萬 kW，單軸火電機組 120 萬 kW，最大核電機組 130萬 kW。 與這些成套設備配套的閥門中最大平板閘閥直徑達到 1620mm、 2021mm；最大蝶閥通徑 9750mm；最大球閥通徑 3050mm，不算驅動裝置閥門的重量達到 184 噸；最大水用閘閥通徑 2750mm，壓力達到 9MPa。 第 一 章 緒論 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT4 設備大型化的經(jīng)濟效果概括起來說，一是提高生產(chǎn)效率，二是減少基建投資，三是降低原燃材料消耗。以年處理能力 500 萬噸的煉油設備與 100萬噸的相比，每噸產(chǎn)品生產(chǎn)能力的投資減少 50％。一座 600 萬噸 /年煉油廠與兩座 300萬噸／年的煉油廠比較，投資只相當于后者的 69％，鋼材消耗為 53％，占地面積為 54％，生產(chǎn)費用為 75％，而勞動生產(chǎn)率卻提高到 170％。 由于成套設備自動化水平越來越高，國外石油化工企業(yè)主要生產(chǎn)過程已經(jīng)實現(xiàn)直接數(shù)字控制，有的還實現(xiàn)了計算機分級控制。合成氨乙烯、尿素、合成纖維、合成橡膠和合成塑料等化工 企業(yè)普遍實現(xiàn)巡回檢測、報警等，有的企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)部分自動化控制。 目前，國外 20 萬 kW 以上大型發(fā)電機組普遍向計算機控制發(fā)展；核電站普遍用計算機控制；長輸管線系統(tǒng)不少國家用計算機控制，并裝有微波通訊系統(tǒng)，總控制室只需要兩三個值班人員，可以通過電視監(jiān)視全線工作情況。 隨著各類成套設備、工藝流程和性能的改善，國外閥門的系列品種還在不斷增加，近年來出現(xiàn)了不少新品種閥門。如：緊急切斷閥、快速開關閥、防火閥、防靜電閥、減溫減壓閥、蝶型止回閥、泄壓閥、真空夾套閥、水冷或氣冷閥、安全閘閥、安全截止閥等多種新式閥門，其中通用 閥門中球閥、蝶閥和平板閘閥是 20年來發(fā)展最快的閥門品種。 球閥的分類 一、 按結構形式可分： 1） 浮動球球閥 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。 浮動球球閥的結構簡單，密封性好，但球體承受工作介質的載荷全部傳給了出口密封圈，因此要考慮密封圈材料能否經(jīng)受得住球體介質的工作載荷。這種結構，廣泛用于中低壓球閥。 2） 固定球球閥 球閥的球體是固定的，受壓后不產(chǎn)生移動。固定球球閥都帶有浮動閥座，受介質壓力后，閥座產(chǎn)生移動，使密封圈緊 壓在球體上，以保證密封。通常在與球體的上、下軸上裝有軸承，操作扭距小，適用于高壓和大口徑的閥門。 為了減少球閥的操作扭矩和增加密封的可靠程度，近年來又出現(xiàn)了油封球閥，既在密封面間壓注特制的潤滑油，以形成一層油膜，即增強了密封性，又減少了操作扭矩，更適用高壓大口徑的球閥。 xxxx 學院畢業(yè)設計（論文） 5 3） 彈性球球閥 球閥的球體是彈性的。球體和閥座密封圈都采用金屬材料制造，密封比壓很大，依靠介質本身的壓力已達不到密封的要求，必須施加外力。這種閥門適用于高溫高壓介質。 彈性球體是在球體內壁的下端開一條彈性槽，而獲得彈性。當關 閉通道時，用閥桿的楔形頭使球體漲開與閥座壓緊達到密封。在轉動球體之前先松開楔形頭，球體隨之恢復原原形，使球體與閥座之間出現(xiàn)很小的間隙，可以減少密封面的摩擦和操作扭矩。 二、 按其通道位置分 1） 直通式 球閥 2） 三通式 球閥 3） 直角式 球閥 后兩種球閥用于分配介質與改變介質的流向。 本文研究的 主要內容 浮動球球閥的球體是浮動的，在介質壓力作用下，球體能產(chǎn)生一定的位移并壓緊在出口端的密封圈上，保證出口端密封。 浮動球球閥的結構簡單，密封性好，但 應著重考慮密封圈材料能否經(jīng)受得住球體的作用載荷，因為 球體承受工作介 質的載荷全部傳給了出口密封圈， 因此 這種結構 廣泛用于中低壓球閥 ，此外還應考慮大口徑操作時需要較大的力。浮動球球閥的缺點是：密封時預緊力不易控制，而且需要用厚度不同的墊片來調整，比較麻煩，同時操作扭矩較大。 設計球閥應充分考慮以下幾個發(fā)面： 1） 閥體的厚度； 2） 塞子或球體的通道尺寸； 3） 塞子外形尺寸及球體的外圓半徑； 4） 閥座的介質作用力及比壓； 5） 閥座的預緊力； 6） 閥桿與球體的連接部分； 7） 閥桿強度； 8） 彈性元件及其他主要零部件的計算。 本文詳細闡述了“浮動式球閥的 工作 原理及結構設計”，主要包括以下幾個方面的第 一 章 緒論 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT6 內容： 1) 闡述了浮動式 球閥的工作原理。所設計的球閥通過 操作機構帶動閥桿 旋轉 ， 從而 帶動球體繞閥桿軸線旋轉 90176。 ，來實現(xiàn)球閥的啟閉。 2) 論述了球閥力的計算過程，主要包括密封比壓、密封力、安裝間隙的計算和閥桿強度校核和轉矩計算。 3) 闡述了球閥的主要零部件的結構設計計算和材料選擇， 設計完成后 利用 CAD軟件繪制出零件圖和裝配圖。 小 結 本章主要介紹了球閥的來源、發(fā)展趨勢 、主要 的幾種 分類 方式 及工作原理 。并說明了球閥設計的主要內容、選題的目的和意義 以及 本文研究的主要內容。xxxx 學院畢業(yè)設計（論文） 7 第二章 主要結構參數(shù) 浮動式 球閥技術要求 技術 參數(shù) 公稱通徑 DN=25mm 公稱壓力 PN= 適用溫度 30—— 120176。C 適用介質 天然氣、氧氣、其他氣體 技術要求 閥門 的 開啟 關閉 動作 ： （ 1） 操作機構帶動閥桿 旋轉 ， 從而 帶動球體繞閥桿軸線旋轉 90176。角度，閥門開啟； （ 2） 運行過程中球體只是繞閥桿軸線旋轉； （ 3） 關閉與開啟動作相反。 閥門作用：（ 1）切斷介質；（ 2）調節(jié)流量。 閥門操縱方式： 手動 式 閥門 型號的編制 閥門型號通常應表示 閥門類型 、驅動方式、連接形式、結構特點、 公稱壓力 、密封面材料、閥體材料等要素。閥門型號的標 準化對閥門的設計、 選用 、經(jīng)銷，提供了方便。當今閥門的類型和材料種類越來越多，閥門型號的編制也愈來愈復雜。我國雖然有閥門型號編制的統(tǒng)一標準，但逐漸不能適應閥門工業(yè)發(fā)展的需要。目前，閥門制造廠一般采用統(tǒng)一的編號方法；不能采用統(tǒng)一編號方法的，各生產(chǎn)廠可按自己的情況制訂出編號方法 。 一般工業(yè)用球閥的型號的編制根據(jù) JB 3081975《閥門型號編制方法》，由 7 個 單元 組成，每個部分的含意如圖 21： 第 二 章 主要結構參數(shù) The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT8 圖 21 閥門型號的組成及含意 各單元的代號的編制參照表 21～ 表 26， 其中 公稱壓力代號用阿拉伯數(shù)字表示，其數(shù)值是 以兆帕（ MPa）為單位的公稱壓力值的 10 倍。 表 21 閥門類型代號 注：低溫（低于 40176。C ），保溫（帶加熱套）和帶波紋管的閥門，在類型代號前分別加D、 B、 W 漢語拼音字母。 表 22 傳動方式 代號 注： 、手柄、扳手傳動以及安全閥、減壓閥、整齊疏水閥省略本代號。 ：常開式用 6K、 7K 表示；常閉式用 6B、 7B 表示；防爆電動裝置的閥門用 9B 表示。 類型 安全閥 蝶閥 隔膜閥 止回閥 底閥 截止閥 節(jié)流閥 排污閥 球閥 疏水閥 柱塞閥 旋塞閥 減壓閥 閘閥 代號 A D G H J L P Q S U X Y Z 傳動 方式 電磁動 電磁 液動 電 液動 蝸輪 正齒輪 傘齒輪 氣動 液動 氣 液動 電動 手柄 手輪 代號 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 無代號 xxxx 學院畢業(yè)設計（論文） 9 表 23 閥門連接形式 連接形式代號用阿拉伯數(shù)字表示。 表 24 球閥結構形式代號 結構形式 代號 結構形式 代號 浮 動 球 直通流道 1 固 定 球 直通流道 7 Y 形三通流道 2 四通流道 6 L 形三通流道 4 T 形三通流道 8 T 形三通流道 5 L 形三通流道 9 — — 半球直通 0 表 25 閥座密封面或襯里材料代號 閥座密封面或襯里材料 代號 閥座密封面或襯里材料 代號 銅合金 T 硬質合金 Y 橡膠 X 襯膠 J 尼龍塑料 N 襯鉛 Q 氟塑料 F 搪瓷 C 錫金軸承合金（巴氏合金） B 滲硼鋼 P 合金鋼 H 石墨 SM 滲氮鋼 D 表 26 閥體材料 代號 閥體 材料 鈦及 鈦合金 碳鋼 Cr13系 不銹鋼 鉻鉬鋼 可鍛鑄鐵 鋁合金 188系 不銹鋼 球墨鑄鐵 Mo2Ti系 不銹鋼 塑料 銅及 銅合金 鉻鉬釩鋼 灰鑄鐵 代號 A C H I K L P Q R S T V Z 閥體材料代號用漢語拼音字母表示， PN≤ 的鑄鐵和 PN≥ 的碳素鋼閥體省略本代號。 閥門的命名 閥門的名稱按傳動方式、連接形式、結構形式、襯里材料和類型命名。但下面內容在命名中均予省略： (1) 連接形式中： “ 法蘭 ” 。 連接方式