畢業(yè)設(shè)計(jì)論文：球閥的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-01-08 16:28 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)逐步突破這種限制。鍛造閥體已向大口徑方向發(fā)展，而鑄造閥體逐漸向小口徑方向發(fā)展；任何一種閥體既可鍛造又可 鑄造，可根據(jù)用戶要求以及制造廠擁有的制造手段而定。 鑄造閥體是目前應(yīng)用最廣的一種結(jié)構(gòu)形式。其最大優(yōu)點(diǎn)是通過鑄件造型，既能達(dá)到要求的合理幾何形狀，特別是流道形狀，又可少受重量方面的限制。 鑄造閥體的閥體與閥蓋為法蘭連接的鑄造閥體非圓形的閥蓋法蘭用于公稱壓力小于或者等于 的閥門及通徑小于或等于 65mm 的各壓力級(jí)閥門；圓形的用于公稱壓力等于或大于 的閥門。 設(shè)計(jì)中，采用壓力小于等于 的情況，因此，在條件允許以及美觀的情況下，采用方型法蘭。（見下圖 為主閥體 ） 球閥的設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 22 頁 本閥門設(shè)計(jì)的思路 小設(shè)計(jì)的內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)基本的球閥 。球閥的基本結(jié)構(gòu)大致相同。其中密封圈和閥體材料可以根據(jù)使用的工況，做不同的選材。閥體和閥蓋的主要材料有灰鑄鐵、碳素鑄鋼、鉻鎳鈦不銹鋼等。密封圈的選用，根據(jù)不用的溫度和壓力，可以選用一般復(fù)合材料、石墨、柔性石墨、油浸聚四乙烯石棉盤根等。閥桿的主要材料有鉻不銹鋼、鉻鎳鈦不銹鋼等。 閥桿螺母 主要使用鑄青銅。扳手的材料一般使用球墨鑄鐵或鑄鋼。 根據(jù)以上兩小節(jié)提到的內(nèi)容，按設(shè)計(jì)需要，確定設(shè)計(jì)的主要尺寸和強(qiáng)制要求。主要數(shù)據(jù)如下： 球 閥的公稱壓 力 PN（ MPa） 為 ～ 。本設(shè)計(jì)采用公稱壓力 的公稱壓力情況。根據(jù)查閱 創(chuàng)高 閥門 有限公司的網(wǎng)站資料以及借鑒 型號(hào) 為 Q11F 二片式 球閥 的基本結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)用公稱通徑 20mm，閥體定為連接長度 115mm，高度為 （帶扳手） ，寬度為 75mm 的基本尺寸。閥體和閥蓋的選材為 ZG25 鑄鋼 鑄造成型，密封圈采用復(fù)合材料 —— 聚四氟乙烯，閥芯和閥桿采用 40Cr， 閥桿螺母 使用鑄青銅，扳手也采用 ZG25 鑄鋼，填料壓緊套采用 35 號(hào)鋼 。綜合考慮設(shè)計(jì)，目的是完成對(duì)球閥的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)試驗(yàn)壓力采用：殼體為 ，密封為 。 適用溫度為 80℃ 到 200℃ ，適用介質(zhì)為水、蒸汽和油品。 閥體壁厚的確定 閥體壁厚的確定方法主要有：查 表法、插入法和計(jì)算法。 [1] 對(duì)于所設(shè)計(jì)的閥門，給定了閥門設(shè)計(jì)依據(jù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可查《閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》表中數(shù)據(jù)直接采用。對(duì)于鑄鋼閥體，考慮最小允許工藝壁厚；對(duì)于沙模鑄造通常工藝壁厚不小于 ，精密鑄造的工藝壁厚不小于 。 插入法適用于最小壁厚不能直接從設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中查出的情況，在此予以省略。 在此設(shè)計(jì)中，采用《閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》上所列公式計(jì)算，確定閥體的壁厚。對(duì)于圓筒型閥體，低壓和中壓閥門一般采用薄壁公式，而鋼制高壓閥門則在適當(dāng)情況下采用厚壁公式計(jì)算。 因此，在此 球 閥設(shè)計(jì)中，采用薄壁計(jì)算公式 ? ?2 NB LpDScp???? （ 61） 式中， DN為閥體中腔最大內(nèi)徑（ mm），根據(jù)結(jié)構(gòu)需要選定，在此設(shè)計(jì)中，定為 50mm P 為設(shè)計(jì)壓力，取公稱壓力 PN= SB為考慮腐蝕裕量后閥體的壁厚（ mm） [σL]為材料的許用壓力，查閱《閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三章 ZG25 所對(duì)應(yīng)的數(shù)值為 45 C 為考慮鑄造偏差，工藝性和介質(zhì)腐蝕等因素而附加的裕量（ mm），由《閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 414 可取 C 為 5 球閥的設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 22 頁 由此，計(jì)算式 61 得 5 ??? ??BS = 因此，設(shè)計(jì)必須大于考慮腐蝕裕量后的最小壁厚，在此選用壁厚為 6mm。達(dá)到安全目的 。（見下圖） 球閥的設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 22 頁 法蘭的設(shè)計(jì)計(jì)算 閥體與閥蓋的連接形式可歸納為五類，分為螺紋連接、法蘭連接、夾箍連接、焊接連接、自緊式密封結(jié)構(gòu)連接。 閥體中法蘭設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)同時(shí)綜合考慮了以下問題： （ 1） 法蘭強(qiáng)度和剛度直接影響著法蘭連接的安全性和密封性。因此，法蘭尺寸足以承受由于流體壓力和其他載荷 所引起的應(yīng)力。 （ 2） 螺栓應(yīng)力的確定及密封墊片的比壓值的選取，為保持墊片密封必須擰緊螺栓而引起的法蘭中的應(yīng)力。 （ 3） 由于閥門使用過程中溫度的變化、振動(dòng)、水擊以及由于管路傳遞載荷而引起的法蘭中的應(yīng)力。 （ 4） 材料的高溫力學(xué)性能。 在設(shè)計(jì)與計(jì)算中法蘭時(shí)，將法蘭、螺栓、墊片與管件視為一個(gè)整體受壓元件，同時(shí)加以統(tǒng)籌考慮。 中法蘭設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有確定法蘭的型式和密封面的形式；選擇墊片（材料、型式和尺寸）；確定螺栓直徑和數(shù)量及材料；確定法蘭頸部尺寸，法蘭寬度和厚度尺寸等。 圓形中法蘭的設(shè)計(jì)計(jì)算包括： （ 1） 確定墊片材料、形式 及尺寸； （ 2） 確定螺栓材料、規(guī)格及數(shù)量； （ 3） 確定法蘭材料、密封面形式和結(jié)構(gòu)尺寸； （ 4） 進(jìn)行應(yīng)力校核。 在此設(shè)計(jì)中，法蘭連接與殼體制成一體，法蘭連接結(jié)構(gòu)的尺寸雖然較大，但拆卸方便，密封可靠，可用于各種壓力大小口徑的閥門。墊片的材料以及螺栓的材料規(guī)格等將在下章中予以分析計(jì)算，在此章中只進(jìn)行法蘭的相關(guān)計(jì)算。 法蘭預(yù)緊力計(jì)算 按公式 aGM WS? （ 71） 式中， W 為螺栓設(shè)計(jì)載荷，由式 85 得數(shù)據(jù) W= SG為螺栓中心到墊片作用力位置處的徑向距離，此設(shè)計(jì)采用 由此，計(jì)算式 71 得 10001 1 . 7 55 4 7 3 1 . 7 7 ???aM = Nmm 球閥的設(shè)
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