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球阀的设计摘要：常常用球阀来作为开断液体的装置，它可以迅速而轻松的操作，而且在开通时只有很小的液体阻力。本球阀的设计在操作球阀时，向轴头施加转矩，由一个扁方头插入球上的长槽内转到。扁方头和槽之间缝隙很小，而长度方向的缝隙很大。这样，可以使球阀在关断时不发生向下的滑动，流体压力将均匀地形成密封；定位销和限位盘在‘开’和‘关’的位置形成操作定位；本球阀将传统的密封阀座改为弹性密封阀座，弹性密封阀座球阀的启闭力矩很小,只有相同通径传统球阀启闭力矩的1/5～1/4,操作轻便,省力省时，确保密封。采用扁头阀杆，与手柄的连接不会错位，从而保证手柄指示的开关状态与阀一致辞。阀杆为下装式，防止受压飞出，同时可在火灾后，与阀体形成金属接触，确保阀杆密封。前言：球阀问世于20世纪50年代，随着科学技术的飞速发展，生产工艺及产品结构的不断改进，在短短的40年时间里，已迅速发展成为一种主要的阀类。在西方工业发达的国家，球阀的使用正在逐年不断的上升，在我国，球阀被广泛的应用在石油炼制、长输管线、化工、造纸、制药、水利、电力、市政、钢铁等行业，在国民经济中占有举足轻重的地位。球阀以其众所周知的特点，广泛应用于各种管路.系统的快速切断、改变介质流向和自动控制，可采用手动、电动或气动等驱动方式.国产球阀不仅结构简单、密封性能好，而且在一定的公称通径范围内体积小、重量轻、材料耗用少、安装尺寸小，驱动力矩也小，操作简便，易于实现快速启闭，已经成近十几年来发展最快的阀门品种之一。工作原理及特点：球阀它具有旋转90度的动作，旋塞体为球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。球阀最适宜做开关、切断阀使用，但近来的发展已将球阀设计成使它具有节流和控制流量之用，如V型球阀。本球阀将传统的密封阀座改为弹性密封阀座，弹性密封阀座球阀的启闭力矩很小,只有相同通径传统球阀启闭力矩的1/5～1/4,操作轻便,省力省时，确保密封。球阀的主要特点是流体阻力小，其阻力系数于同长度管段相等。机构简单、体积小、重量轻。紧密可靠，密封材料广泛使用塑料材料，密封性好，在真空中也广泛使用。操作方便，关闭迅速，从全开到全关只需旋转900，便于远程控制。维修方便，球阀结构简单，密封圈一般都是活动的，拆卸更换都比较方便在全开或全闭时，球体和阀座的密封面于介质隔离，介质通过时，不会引起阀门密封面的侵蚀。适用范围广，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空至高压力都可应用。由于球阀在启闭过程中有擦拭性，所以可用于带悬浮固体颗粒的介质中。溶剂、酸和天然气等一般工作介质，而且还适用于工作条件恶劣的介质，如氧气、过氧化氢、甲烷和乙烯等，在各行业得到广泛的应用。设计简述：1.对阀门结构的确定:一般如果压力不高,DN≤150时,可优先采用浮动式结构,其优点是:结构简单如果浮动球式结构满足不了需要时,应采用固定式结构或其它结构型式(如半球、撑开式…)2.对密封的材料的确定为了获得密封，在球阀和阀座的接触表面上，应有足够高的密封比压，但不得超过阀座材料的许用比压。球体通常应有正确的几何形状和低的表面粗糙度值。按h6和h7精度制造球体，其表面粗糙度值不大于Ra0.4,为了提高球体表面硬度和耐磨性，对球体表面应进行硬化处理。密封阀座可用塑料制，并应保证紧密贴合，不得损坏球体的密封面。同时，材料应有足够的强度，以便能承受高的密封比压。由于球阀的使用受温度的影响很大,因此,密封的材料的选定很关键：①对使用温度≤300℃时,密封面材料可选择塑料类材料(如聚四氟乙烯、增强聚四氟乙烯、尼龙、对位聚苯)②当使用温度超过300℃.或者介质代颗粒状时,密封面材料应选金属密封。3．对球阀使用要求的确定球体的通道应是圆形的，球阀全开时应保证球体通道与阀体通道在同一轴线上。球体材料的抗腐蚀性应不低于阀体材料。主要确定,球阀是否具有防火.防静电要求4．对阀体型式确定由于球阀公称通径适用的范围很广,其阀体型式也较为多样,一般分为以下三种：①整体式阀体一般用于DN≤50的小通径阀门,此时,其材料多用棒材或厚壁管材直接加工击来,而对口径较大时,多采用二体式、三体式或全焊接结构②二体式结构由左右不对称的二个阀体组成，多采用铸造工艺方法③三体式结构由主阀体和左右对称的二个阀体组成,可采用铸造或锻造工艺方法5．阀门通道数量(直通、三通、四通…)6、开关无误的手柄：采用扁头阀杆，与手柄的连接不会错位，从而保证手柄指示的开关状态与阀一致辞。7、锁紧装置：为防止阀门开关误操作，在阀门全开、全关位置有锁定孔，确保阀门处于正确的位置。8、阀杆防飞结构：阀杆为下装式，防止受压飞出，同时可在火灾后，与阀体形成金属接触，确保阀杆密封。9．选择弹性元件的形式普通球阀启闭力矩大,密封面容易划伤,因此将传统的密封阀座改为弹性密封阀座。图1适用于DN6～50mm球阀,图2适用于DN≥65mm球阀。弹性密封阀座球阀的启闭力矩很小,只有相同通径传统球阀启闭力矩的1/5～1/4,操作轻便,省力省时。当介质压力比较高时,球体在介质压力的作用下,获得了所需要的密封比压。当介质压力比较低时,则球体在介质压力和弹簧预压缩所产生的弹力的双重作用下,同样获得了密封所需要的密封比压,因此不管介质压力是高或低,还是大幅度波动,都能确保密封。而普通浮动球阀,当介质压力比较低时,往往无法实现密封,产生渗漏。安装：1）取掉法兰端两边的保护盖，在阀完全打开的状态下进行冲洗清洁。2）安装前应按规定的信号（电或气）进行整机测试（防止因运输产生振动影响使用性能），合格后方可上线安装（接线按电动执行机构线路图）。3）准备与管道连接前，须冲洗和清除干净管道中残存的杂质（这些物质可能会损坏阀座和球）。4）在安装期间，请不要用阀的执行机构部分作为起重的吊装点，以避免损坏执行机构及附件。5）本类阀应安装在管道的水平方向或垂直方向。6）安装点附近的管道不可有低垂或者承受外力的现象，可以用管道支架或者支撑物来消除管线的偏离。7）与管道连接后，请用规定的扭矩交叉锁紧法兰连接螺栓。使用操作和维修：1）操作前须确认管路和阀已被冲洗过。2）阀的操作按执行机构输入信号大小带动阀杆旋转完成：正向旋转1/4圈（90°）时，阀关断。反向旋转1/4圈（90°）时，阀开启。3）当执行机构方向指示箭头与管线平行时，阀门为开启状态；指示箭头与管线垂直时，阀门为关闭状态。小结：本装置整体结构不算复杂，本球阀的设计在操作球阀时，向轴头施加转矩，由一个扁方头插入球上的长槽内转到。扁方头和槽之间缝隙很小，而长度方向的缝隙很大。这样，可以使球阀在关断时不发生向下的滑动，流体压力将均匀地形成密封；定位销和限位盘在‘开’和‘关’的位置形成操作定位；本球阀将传统的密封阀座改为弹性密封阀座，弹性密封阀座球阀的启闭力矩很小,只有相同通径传统球阀启闭力矩的1/5～1/4,操作轻便,省力省时，确保密封。采用扁头阀杆，与手柄的连接不会错位，从而保证手柄指示的开关状态与阀一致辞。阀杆为下装式，防止受压飞出，同时可在火灾后，与阀体形成金属接触，确保阀杆密封。球体与阀座是硬密封所以密封圈不会因高温而融化，可以在高温的工作条件下适用。阀杆设计成在工作环境中拆去填料压盖阀杆不会飞出的结构，消除了填料压盖松开而飞出的事故隐患；采用防静电装置，适用于输送石油、天然气、煤气的管线。总结：阀门是石油、化工、电站、长输管线、宇航以及海洋采油等国民经济各部门不可缺少的流体控制设备。上述的发展和需要，推动了阀门工业的发展。近年来，在满足各方面高参数新要求的同时，对阀门的结构、材料和生产工艺等方面，对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关注。在各种阀门中，球阀的流动阻力最小，全径球阀打开时，球体通道、阀体通道和连接管径相等并成一直径，介质几乎可以毫无损失的流过。球阀是用带有圆形通孔的球体作为启闭件，在阀杆驱动下球体围绕阀杆中心作0~90度旋转，完成启闭功能；具有结构紧凑开关迅速的特点，转动90度，即可关闭阀门，切断管路介质；球体通道直径与管路直径相同，流阻小，流通能力大；阀杆为下装式，杜绝了阀杆穿出的事故发生，保证了使用安全。体会通过这次球阀的设计，很好的与课本上的知识结合起来，对课本上的内容又巩固了一遍，也搞懂了好多以前不懂的知识，并且通过查阅资料，锻炼了自己的动手的能力，不仅是学到了一件产品的设计的步骤，注意事项等，最重要的是了解到了阀门在现实生活中的广泛应用，特别是球阀的发展，应用以及深远的意义。参考文献机械原理第七版高等教育出版社主编孙恒陈作模机械设计第八版高等教育出版社主编濮良贵纪名刚机械设计学第三版机械工业出版社主编高志陈祝林材料力学第四版高等教育出版社主编刘宏文