[機點自動化類論文精品]PN100、DN450手動三瓣式天然氣管線球閥設計

1、pn100、dn450手動三瓣式天然氣管線球閥設計 摘 要球閥已成為長輸管線閥門中的首要選擇。球閥是以球體作為關閉件的主要切斷類閥門。全通徑球閥具有流體阻力小, 節(jié)省能源,流向不受限制, 啟閉快等優(yōu)點。其綜合技術性能比相同用途的截止閥、旋塞閥和蝶閥均優(yōu)越。本設計重點介紹了球閥中最常用的一種固定球軟密封管線球閥的設計過程和內容。設計過程主要包括：設計計算、結構設計、主要零部件的強度校核。根據任務書的要求，參考國際、國內現(xiàn)有球閥的結構，設計完成了球閥中閥體、側閥體、閥蓋、閥桿、球體、密封彈簧、防靜電裝置和驅動裝置等主要零部件的設計。針對本設計中閥體螺栓載荷強度的校核進行了計算機編程，翻譯了相關文獻

2、資料，完成了相關課題的論文一篇。本設計可為固定球軟密封球閥的設計提供一定的參考。關鍵詞：管線球閥; 設計; 彈性密封;固定球球閥abstractball valve has become the primary choice of the long-distance pipeline.it is the major closure types of valves to cut off as ball. full bore perforation ball valve has the advantages of small flow resistance, saving energy，unres

3、tricted flow, fast hoist and so on. it has excellent technical performance than stop valves, plug valves and butterfly valves. this project introduces the design process and the content of the soft-sealing type of fixed ball pipelines ball valve were introduced, which is the most commonly used one.

4、the design process mainly included design and calculation, structural design, main spare part strength examination. according to the requirements in the task of the design, referenced to the structure of the international and internal existing ball valves, and completed the design of the intermediat

5、e body, the side body, bonnet , stem, ball, sealing spring，electrostatic prevention device, drive actuator and main spare parts. aiming at the strength of the check valve bolt load to computer programming, translation of the relevant literature, and completed the relevant topic of a thesis. the desi

6、gn can provide certain information for the design of the soft-sealing type of fixed ball pipelines ball valve. key words: pipelines ball valve ; design ; elastic sealing; fixed ball valve一、概述管線輸送已成為當代物料運輸?shù)闹饕绞街?，利用長距離管線輸送油和天然氣等資源已成為當今世界能源輸送的最主要手段。其中閥門是天然氣管網的主要元件之一，控制著管線中介質的流向，調節(jié)介質的流量和壓力，保護管道和設備。全通徑球

7、閥具有流體阻力小，節(jié)省能源,流向不受限制, 啟閉快等優(yōu)點。其綜合技術性能比相同用途的截止閥、旋塞閥和蝶閥均優(yōu)越，成為了長輸管線中首選的閥門。球閥的結構形式和品種規(guī)格極其繁多，而且新產品、新結構仍不斷涌現(xiàn)。常用的球閥結構可分為浮動球球閥與固定球球閥兩大類。本設計采用三瓣式固定球軟密封結構，法蘭連接，作為油氣管線用閥，為保證球閥使用的安全，設計成雙重密封結構、緊急注脂結構和防火結構。同時為防止球體與密封圈、閥桿間摩擦產生的靜電帶來危害，加裝了防靜電裝置。二、球閥基本理論（一）球閥工作原理球閥是以球體作為關閉件的閥門。主要功能是切斷或接通管道中的流體通道，即球閥通常為閉路閥。因此，球閥的作用原理很簡

8、單：借助手柄或其它驅動裝置在閥桿上端施加一定的轉矩并傳遞給球體，使它旋轉90，球體的通孔則與閥體通道中心線重合或垂直，球閥便完成了全開或全關的動作。（二）球閥的特點（1）流體阻力小 本次設計的球閥為全通徑的球閥，即所謂的全流量型，由于其通道直徑等于管道內徑，局部阻力損失只有同等長度管道的摩擦阻力，即在所有閥門中，這種球閥的流阻最小。（2）開關迅速、方便 由于球閥在一般情況下只需手柄轉動90就完成了全開或全關動作，很容易實現(xiàn)快速啟閉。（3）密封性好 絕大多數(shù)球閥的閥座都是用聚四氟乙烯等彈性材料制造，一般來說軟密封的密封性容易保證，而且對密封表面的加工精度與表面粗糙度要求也不很高。（4）壽命長 由

9、于聚四氟乙烯有良好的自潤滑性，與球體的摩擦磨損小，而且由于球體加工工藝的改進，使粗糙度降低，從而提高了球閥的使用壽命。（5）可靠性高 球閥的可靠性高主要是因為:球體與閥座一對密封副不會發(fā)生擦傷、急劇磨損等故障;閥桿改為內裝式后，消除了閥桿在流體壓力作用下可能因填料壓蓋松開而飛出的事故隱患;采用防靜電、耐火結構的球閥，適用于輸送石油、天然氣、煤氣的管線。（6）閥體內通道平整光滑 更適于輸送粘性流體，漿液，以及固體顆粒。 （三）主要零部件(1) 閥體：側閥體，中閥體。(2) 密封部件：彈簧，密封圈，浮動支座，注脂接頭。(3) 傳動部件：主軸，閥桿，手輪，軸承，軸套。(4) 支撐部件：軸承座，球體支

10、撐部件。（四）密封方式球閥的密封采用彈簧組彈性閥座，結構如圖1所示。彈簧組彈性閥座具有雙面密封和良好的彈性補償能力，能夠始終閥座壓緊球體而達到預緊狀態(tài)?？梢酝ㄟ^改變閥座與球體的接觸中徑dm和起活塞作用的浮動支座外徑d1之比例關系，使球閥達到閥前閥座密封和閥后閥座密封，即所謂的雙面密封結構。當d1dm時，彈簧組彈性閥座達到閥前密封，如圖1-a所示，支座的受力面積a1大于閥座的方向受壓面積a2，流體壓力在彈性閥座上產生的不平衡力將閥前閥座推向球體，壓緊并保持密封。當d1a4,在流體壓力作用下，閥前閥座退離球體，流體通過閥前閥座與球體之間的間隙進入閥門體腔內。對于閥后閥座，由于a5a6，在流體壓力的

11、作用下，閥座被推向球體，壓緊并保持密封。a) 閥前密封b) 閥后密封圖1 固定球球閥彈性閥座結構三、設計參數(shù)及要求項 目參 數(shù)最高使用壓力6.3mpa最高使用溫度-28150公稱直徑dn450連接方式法蘭連接材 料鑄鋼（wcb）產品使用地中原四、設計過程（一）確定閥體材料根據工作介質的性質確定合適的材料，保證材料具有足夠的耐腐蝕性，并具有可靠的強度和剛度。由于本產品輸送的介質為石油，天然氣等具有一定的腐蝕性的，其工作溫度為-28150，工作壓力為6.3mpa，屬于高溫高壓的工作環(huán)境，因此閥體材料既要具有一定的耐腐蝕性還要有足夠的強度，在考慮這些問題的前提下，本球閥閥體材料選用鑄鋼wcb，球體材

12、料選用鍛鋼a105。閥桿、蝸輪軸、采用40cr，蝸桿軸選用45鋼，蝸輪的輪轂采用th200、輪芯采用zcusn10p1,減速器箱體采用ht250,軸承端蓋采用ht150。（二）球閥結構設計與計算根據以上所提供的設計數(shù)據，依據gb12221-2005 金屬閥門結構長度確定了pn63、dn350球閥的結構長度l=889 mm,根據計算和gb/t12224-2005 鋼制閥門一般要求,確定閥體的最小壁厚t=20mm；查管路附件設計選用手冊確定了球閥連接法蘭的標準尺寸為d=600mm，d=350 mm；參考球閥設計與選用計算球閥力為q=126577.4n，確定了彈簧的預緊力q1 =12246n；通過對

13、球閥轉矩的計算確定驅動裝置的輸出轉矩m=4393369 n/mm，減速器采用蝸輪-蝸桿傳動；驅動裝置與閥桿通過聯(lián)軸器連接。由于該球閥主要在天然氣管線上使用，因此也設計了防火、防靜電裝置、緊急注脂結構，滿足了球閥在特殊場合、特殊工況下使用的要求。至于其他一些零部件，嚴格參照相關標準進行設計計算，校核強度。 1.球體支撐結構形式的確定球閥按球體支撐方式分為有浮動球球閥和固定球球閥，其中浮動球球閥的球體沒有支撐軸，球體通過閥門進、出口兩端的閥座予以支撐。固定球球閥的球體下面有支撐軸，能夠承受較大的重力，故選用有支撐軸的固定球形式。 2.閥座密封結構的設計與計算根據密封力以及密封比壓的要求，選擇彈性密

14、封閥座，球體在介質壓力和彈簧預壓縮所產生的彈力的雙重作用下，獲得了密封所需要的密封比壓。在密封比壓計算過程當中，必須保證必須比壓qb設計比壓q許用比壓q。 3.閥體壁厚的設計與計算閥體鑄造加工而成，由于pn=6 mpa，采用厚壁計算公式，并考慮到球閥在使用過程中介質的腐蝕性選取一定的附加裕量。 4.中閥體和側閥體的結構設計及計算中閥體和側閥體計算包括對法蘭結構進行設計計算，確定法蘭盤的厚度以及相關的密封結構，根據球閥力的大小確定法蘭螺栓的的公稱直徑，并確定螺栓數(shù)目，并對螺栓強度進行校核，在對法蘭強度進行校核時，要對螺栓留有一定的扳手空間。 5.閥桿的設計與轉矩的計算根據球閥密封力的大小以及填料

15、、軸承對閥桿的摩擦力計算出球閥的轉矩，然后由球閥轉矩的大小計算出閥桿的最小直徑，最后根據閥體的具體結構確定閥桿的相關尺寸，閥桿與球體間采用雙鍵連接，最后閥桿和鍵進行校核，確保球閥使用安全。 6.驅動裝置的設計與計算閥門驅動裝置是把動力源的能量轉變成閥桿運動，從而開啟、關閉、或控制閥門開度的一種機械傳動裝置。本設計球閥用驅動裝置采用蝸輪蝸桿減速驅動，根據球閥轉矩的大小確定蝸輪蝸桿的傳動比，從而計算出蝸輪蝸桿的具體尺寸，并配備相應的手輪。由于球閥球體僅旋轉90，故用120的扇形蝸輪代替全蝸輪。（三）強度校核及材料選擇(1).球閥密封力的計算其中包括流體壓力在閥座密封面上引起的作用力q0的計算，彈簧

16、預緊力q1的計算，以及閥座滑動摩擦力的計算。(2).球閥轉矩的計算其中包括球體與閥座密封圈摩擦轉矩的計算，v型填料摩擦轉矩的計算，以及軸承摩擦轉矩的計算。(3).主要零部件的校核其中包括閥桿，軸的強度校核，連軸器的強度計算，鍵的強度校核，中法蘭及中法蘭用雙頭螺栓的強度校核。五、結論以pn63、dn350固定球軟密封管線球閥為設計對象，對球閥進行了詳細設計，通過翻閱大量參考文獻及外文資料，嚴格按照相關國家標準進行。設計過程包括按設計參數(shù)進行密封比壓及球閥轉矩的計算，方案論證，然后進行了結構設計，選擇了零部件的材料，對球閥的主要零部件進行了強度校核，繪制了球閥的裝配圖及零部件圖。pn63、dn35

17、0固定球軟密封管線球閥的設計是一次綜合性、實踐性很強的設計，經過一學期的努力，運用大學四年所掌握的學科知識，在gb/t12224-2005和實用閥門設計手冊等相關資料的指導下，并參考國際、國內現(xiàn)有球閥的結構，最終完成了從球閥整體方案的確定到每一個細節(jié)的設計。本次畢業(yè)設計使我不僅在閥門、壓力容器的設計和材料的選擇方面得到了很好的鍛煉，也在查詢相關文獻，尤其外文文獻的能力上得到了很好的實踐。更重要的是通過本次畢業(yè)設計掌握了很多學習方法，總結了一些實踐經驗，使我深刻的體會到所學理論知識與生產實踐相結合的重要性，它不但可以加深對理論知識的理解，而且可以將理論知識很好的應用與實踐，指導實踐生產。參考文獻1 章華友等.球閥設計與選用m.北京：北京科學技術出版社，19942 陸培文.實用閥門設計手冊m.北京：機械工業(yè)出版社，2007.93 沈陽閥門研究所.閥門設計m.北京：機械工業(yè)出版社,19764 吳宗澤.機械設計實用手冊m.北京：化學工業(yè)出版社，20045 顧兆林.機械設計