高压时微转矩球阀的设计

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目 录
摘要与关键词...................................................... Ⅱ
ABSTRACT.......................................................... Ⅲ
1. 引言 1
1.1课题背景及意义 1
1.2课题的现状 2
1.2.1国外研究和发展情况 2
1.2.2国内研究和发展情况 3
1.3课题主要研究内容 3
2. 高压时微转矩球阀的总体设计 5
2.1总体方案 5
2.1.1主要技术要求 5
2.1.2基本方案介绍 5
2.1.3成本与性能分析 6
2.2基本结构的确定 7
2.2.1选型 7
2.2.2机械结构设计 8
2.2.3球阀基本参数的确定 9
3. 球阀力的计算 11
3.1必需比压的计算及球径的确定 11
3.1.1必需比压计算 11
3.1.2球体直径的确定 11
3.2密封力的计算 12
3.2.1密封力基本参数确定 12
3.2.2密封力的详细计算 14
4. 球阀主要零件的设计 19
4.1球体设计与计算 19
4.1.1 球体的结构设计 19
4.1.2 球体的力学计算 19
4.2球阀阀体和连接体的设计计算 21
4.2.1 阀体壁厚的设计计算 21
4.2.2 法兰连接的设计计算 23
4.2.3 其他关键设计计算 26
4.3球阀的耐火、防异常升压结构设计、防静电结构设计 26
4.3.1 球阀的耐火结构 26
4.3.2 球阀的防异常升压结构设计 27
4.3.3 球阀的防静电结构 27
4.4球阀阀杆设计计算 28
4.4.1 阀杆的转矩计算 28
4.4.2 阀杆的强度计算 30
4.4.3 阀杆连接键的强度计算 32
5. 高压时微转矩球阀特殊装置的设计及说明 34
6. 结论 35
7. 经济分析报告 36
8. 致谢 38
9. 参考资料 39
10. 附录 40
1.3课题主要研究内容
针对目前市场上的同类阀门打开时需用蜗轮箱、电动头等驱动装置操作，既费钱费时费力，又易受损的现象，通过对现有球阀设计的技术改进，寻求-种新型的既省力省钱，又有良好密封性能，操作简单，维护方便的阀门。主要将针对以下内容进行：
（1）球阀的密封性研究：本项目致力于控制加工精密度投入成本和运行成本，并在此基础上研究完善球阀密封效果的新技术。
（2）球阀所受摩擦与球阀所受转距之间关系的研究。
（3）球阀结构的研究和设计：使密封状态下阀座产生很大推力达到较高密封性能同时又在启闭操作时使转矩降低，实现无需启闭驱动装置的微转矩启闭。
（4）导流孔设计：管道内高压流体导流结构设计及其技术实现与验证。
2. 高压时微转矩球阀的总体设计
2.1总体方案
2.1.1主要技术要求
承受温度：-25℃180℃
工作压力：15002500 Lb
启闭转矩：低于300NM
适用管径：NPS 2 NPS 48
适用介质：石油、天然气等
2.1.2基本方案介绍
管线球阀的设计理念最根本的是安全和可靠性。长输管线的自然条件要求管线球阀的设计和制造必须保证其安全性和可靠性。而且这-理念应贯彻在产品设计、零件加工、工艺规范、型式试验、质量控制和售后服务的全过程。
本设计主要完成球阀产品设计环节。
球阀主要的功能是将管线的流体切断或者开通。其切断的方式是由阀座跟-球体紧密贴合，贴合处的上游高压流体则无法泄漏到下游而将流体切断。阀座和球贴合如果不紧密则仍可能泄漏。
因此如何使贴合紧密成为球阀质量的-个指标，球的真圆度、阀座的真圆度是基本要求。以上两个要求也是球阀行业现今在提升球阀密封性上致力于达到的标准。由于加工精度指标及测量设备要求高，而大量的投资都消耗在达到这-指标的投入上，因此现有对球阀密封性的更高追求均以巨大的资金投入为基础，大大阻碍了球阀行业的发展。而以此为绝对导向的球阀设计与球阀生产制造如果以降低成本为目标，则势必削减以上指标上的投入，大大影响产品密封性能。