課程設(shè)計球閥說明書

1、過程裝備與自動化綜合設(shè)計任務書球閥的測繪及設(shè)計1、課程設(shè)計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：（1）根據(jù)教科書上的圖形，結(jié)合所收集的資料，獨立完成球閥測繪及設(shè)計；在計算機上用AutoCAD繪制并打印設(shè)計的總裝圖及部分部件的裝配圖和零件圖。 （2）弄清球閥測繪及設(shè)計的工作原理，懂得各零部件的作用以及各零部件間的裝配聯(lián)接關(guān)系。 （3）所繪圖樣要符合機械制圖的標準，標準件要按標準畫法、簡化畫法或比例畫法繪制，并要標準化。 （4）在圖樣上要有正確的、較完整的尺寸標注與技術(shù)要求。漢字設(shè)置為長仿宋體。視圖選擇適當、布局合理，繪圖比例適當。 （5）在裝配圖上要正確表達各零件的裝配關(guān)系及配合性

2、質(zhì)，合理編寫零部件的名稱及圖號，按國標填寫標題欄及明細表。 （6）獨立編制零件加工工藝及裝配工藝，既合理又有獨到之處。 （7）養(yǎng)成認真負責的工作態(tài)度、嚴謹細致的工作作風和規(guī)范的制圖習慣，培養(yǎng)自主學習的能力，掌握相關(guān)分析問題和解決問題的基本方法。 （8）嚴格遵守設(shè)計紀律，愛護設(shè)備，按設(shè)計進度要求進行，在設(shè)計結(jié)束后，能回答與本設(shè)計有關(guān)的問題，嚴格作息時間和考勤制度，設(shè)計平時表現(xiàn)是成績考核的重要內(nèi)容。 2、對課程設(shè)計成果的要求包括圖表、實物等硬件要求：（1）獨立完成球閥測繪及設(shè)計的總裝圖及部分部件的裝配圖和零件圖。 （2）圖紙要求用AutoCAD軟件繪制，繪圖總量為折合A2圖紙1.0張以上。同時上交

3、電子版和打印紙質(zhì)版一份。 （3）編制裝配工藝卡及1個典型零件加工工藝卡。 （4）設(shè)計報告：約5000字。內(nèi)容包括綜合設(shè)計任務書；所測繪裝置的綜述；對拆裝、測繪、設(shè)計制圖、工藝卡編制等的說明；設(shè)計總結(jié)（本次設(shè)計的心得體會與收獲，對應用的認識，教學建議等）。3、課程設(shè)計工作進度計劃：第7-8周熟悉和收集相關(guān)資料第9周分析設(shè)計對象的詳細結(jié)構(gòu)第10周手繪總裝圖第11-14周繪制裝配圖及零件圖第15-16周打印圖紙與說明書、答辯目 錄1 緒論背景1.1.1控制閥的發(fā)展歷史5我國控制閥發(fā)展趨勢61.2課題研究的領(lǐng)域 1.2.1控制閥在各生產(chǎn)領(lǐng)域的應用62 球閥的簡單分析2.1球閥的功用和用途72.2球閥的

4、工作原理82.3球閥的主要特點92.4設(shè)計需達到技術(shù)要求2.4.1閥體102.4.2球體102.4.3閥桿103 球閥的類型、結(jié)構(gòu)及其材料3.1球閥的類型103.2球閥的結(jié)構(gòu)113.3球閥的材料113.4球閥的密封性3.4.1影響球閥密封性的主要因素124 球閥的維護、保養(yǎng)、安裝和使用等注意事項4.1操作124.2維護、保養(yǎng)、安裝和使用注意事項134.3可能發(fā)生的故障及消除辦法144.4球閥的部分參數(shù)等級144.5主要零部件材料和設(shè)計采用標準145設(shè)計心得156致謝16參考文獻171緒論1.1背景 控制閥的發(fā)展歷史控制閥的發(fā)展自20世紀初始已有八、九十年的歷史，先后產(chǎn)生了十個大類的調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品、

5、自立式閥和定位器等，其發(fā)展歷程如下：20年代：原始的穩(wěn)定壓力用的控制閥問世，其結(jié)構(gòu)是一種帶重錘的球形閥，利用重錘平衡閥芯所受到的流體作用來進行調(diào)節(jié)。這種控制閥后來演變成利用閥后壓力進行調(diào)節(jié)的自立式調(diào)節(jié)閥。30年代：產(chǎn)品的種類已經(jīng)很多，以“V”形缺口的雙座和單座，閥體形狀為球型的球型閥為代表產(chǎn)品。40年代：出現(xiàn)定位器，調(diào)節(jié)閥的新品種進一步產(chǎn)生，相繼出現(xiàn)隔膜閥、角形閥、蝶閥、球閥等，并在市場上占據(jù)主導地位，各種產(chǎn)品已經(jīng)比較齊全。50年代：球閥得到較大的推廣使用，三通閥代替兩臺單座閥投入系統(tǒng)。60年代：在國內(nèi)對上述產(chǎn)品進行了系列化的改型設(shè)計和標準化、規(guī)范化設(shè)計后，國內(nèi)才有了自己完整的系列產(chǎn)品?，F(xiàn)在還

6、在大量使用的單座閥、雙座閥、角型閥、三通閥、隔膜閥、蝶閥、球閥七種產(chǎn)品仍然是六十年代水平的產(chǎn)品；這時國外推出了第八種結(jié)構(gòu)控制閥新產(chǎn)品套筒閥，很快受到重視并成為球形閥的主流產(chǎn)品。70年代：有一種新結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品-偏心旋轉(zhuǎn)閥問世，它容量大，流路簡單，不平衡力小，這些優(yōu)點使它成為角行程閥門的佼佼著，成為第九大類結(jié)構(gòu)的控制閥品種，這一時期套筒閥在國外被廣泛應用。70年代末，國內(nèi)聯(lián)合設(shè)計了套筒閥，使中國有了自己的套筒閥產(chǎn)品系列。80年代：80年代初由于改革開放，中國成功引進了石化裝置和調(diào)節(jié)閥技術(shù)，使套筒閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥得到了推廣使用，尤其是套筒閥、大有取代單、雙座閥之勢，其使用越來越廣。80年代末，控制閥的又

7、一重大進展是日本的CV3000精小型調(diào)節(jié)閥，它在結(jié)構(gòu)方面，只是將單彈簧的氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)改為多彈簧是薄膜執(zhí)行機構(gòu)，閥的結(jié)構(gòu)只是改進，不是改變。它的突出特點是使調(diào)節(jié)閥的重量和高度下降30%，流量系數(shù)提高30%。90年代：智能化、模塊化閥門的出現(xiàn)，為控制閥的出現(xiàn)翻開了新的一頁。1.1.2 我國控制閥發(fā)展趨勢控制閥產(chǎn)品作為工業(yè)過程控制中的一種“消耗品”，其每年的新增需求及維修、更換用量都將隨我國工業(yè)的發(fā)展而逐年增加，尤以在天然氣、石油化工、電力、環(huán)保、煤化工、醫(yī)藥、冶金、造紙、樓宇、節(jié)能等產(chǎn)業(yè)中需求會有較大的增長，市場空間廣闊。未來工業(yè)過程控制的迅猛發(fā)展對控制閥的要求也越來越高，我國控制閥行業(yè)未來的

8、新產(chǎn)品開發(fā)將會進一步走向標準化、模塊化、智能化、集成化、網(wǎng)絡化。隨著國內(nèi)新材料、熱處理等基礎(chǔ)工業(yè)水平的提高、企業(yè)不斷積累現(xiàn)場使用經(jīng)驗、進一步完善和提高產(chǎn)品設(shè)計手段和先進制造技術(shù)，將使我國控制閥行業(yè)的整體技術(shù)水平、制造工藝和產(chǎn)品可靠性有較大提高，將逐步縮短與國外技術(shù)的差距，有力推動與提升國產(chǎn)化的步伐，國內(nèi)企業(yè)市場前景呈現(xiàn)良好的發(fā)展趨勢，特別是一些有特色產(chǎn)品的企業(yè)，將會有一個更好的發(fā)展機遇。未來我國控制閥企業(yè)的產(chǎn)品將逐漸從中低端水平進入中高端水平，并且隨著企業(yè)與國際間的合作與交流，將逐步優(yōu)化我國控制閥的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與制造企業(yè)的結(jié)構(gòu)，行業(yè)企業(yè)將從“同質(zhì)化”走向“差異化”，從提供“產(chǎn)品”走向提供“解決方案

9、”，從提供完善的“售后服務”走向提供“損害預估和預測維護”，從“中國制造”進入“中國創(chuàng)造”。同時多種體制與商業(yè)模式企業(yè)的共存和發(fā)展，將為我國自動化儀表包括控制閥行業(yè)走向世界，參與國際間的技術(shù)交流和商業(yè)競爭打下基礎(chǔ)。1.2 課題研究的領(lǐng)域1.21 控制閥在各生產(chǎn)領(lǐng)域中的應用球閥在個生產(chǎn)領(lǐng)域中的應用如圖11所示：氣動調(diào)節(jié)閥應用水處理現(xiàn)場應用于水廠處理現(xiàn)場應用于武漢石油加氫裝置應用于北京燕山化工一廠加藥系統(tǒng)圖1-1 球閥的應用2球閥的簡單分析2.1球閥的功用和用途由于球閥通常用橡膠、尼龍和聚四氟乙烯作為閥座密封圈材料，因此它的使用溫度受到閥座密封圈材料的限制。球閥的截止作用是靠金屬球體在介質(zhì)的作用下

10、，于塑料閥座之間相互壓緊來完成的（浮動球球閥）。閥座密封圈在一定的接觸壓力作用下，局部地區(qū)發(fā)生彈塑變形。這一變形可以補償球體的制造精度和表面粗糙度，保證球閥的密封性能。 又由于球閥的閥座密封圈通常采用塑料制成，故在選擇球閥的結(jié)構(gòu)和性能上，要考慮球閥的耐火和防火，特別是在石油、化工、冶金等部門，在易燃、易爆介質(zhì)的設(shè)備和管路系統(tǒng)中使用球閥，更應注意耐火和防火。 通常，在雙位調(diào)節(jié)、密封性能嚴格、泥漿、磨損、縮口通道、啟閉動作迅速（1/4轉(zhuǎn)啟閉）、高壓截止（壓差大）、低噪聲、有氣穴和氣化現(xiàn)象、向大氣少量滲漏，操作力矩小、流體阻力小的管路系統(tǒng)中，推薦使用球閥。 球閥也適用于輕型結(jié)構(gòu)、低壓截止（壓差?。?/p>

11、腐蝕性介質(zhì)的管路系統(tǒng)中。在低溫（深冷）裝置和管路系統(tǒng)中也可選用球閥。在冶金行業(yè)的氧氣管路系統(tǒng)中，需使用經(jīng)過嚴格脫脂處理的球閥。在輸油管線和輸氣管線中的主管線需埋設(shè)在地下時，需使用全通徑焊接式球閥。在要求具有調(diào)節(jié)性能時，需選用帶V形開口的專用結(jié)構(gòu)的球閥。在石油、石油化工、化工、電力、城市建設(shè)中，工作溫度在200度以上的管路系統(tǒng)可選用金屬對金屬密封的球閥。2.2球閥的工作原理球閥的工作原理是靠旋轉(zhuǎn)球體來使閥門暢通或閉塞。球閥開關(guān)輕便，體積小，可以做成很大口徑，密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，密封面與球面常在閉合狀態(tài)，不易被介質(zhì)沖蝕，在各行業(yè)得到廣泛的應用。球閥有兩種口徑的結(jié)構(gòu)形式，球體通孔的直徑等于

12、管道的內(nèi)經(jīng)，這種球閥稱全通經(jīng)球閥。通孔的直徑略小于管道的內(nèi)經(jīng)，稱縮經(jīng)球閥。設(shè)計固定球閥應考慮殼體剛度強度、閥桿強度、中法蘭強度、填料高度等力學性能。還應考慮使用年限、防火、防靜電、外觀及便于制造、安裝使用、維修等特點。球閥它具有旋轉(zhuǎn)90度的動作，旋塞體為球體，有圓形通孔或通道通過其軸線。球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質(zhì)的流動方向，它只需要用旋轉(zhuǎn)90度的操作和很小的轉(zhuǎn)動力矩就能關(guān)閉嚴密。球閥最適宜做開關(guān)、切斷閥使用，但近來的發(fā)展已將球閥設(shè)計成使它具有節(jié)流和控制流量之用。球心內(nèi)孔的軸線與閥體及閥體接頭內(nèi)孔的軸線呈垂直相交狀態(tài)。此時液體通路被球心阻塞，呈關(guān)閉斷流狀態(tài)。轉(zhuǎn)動扳手，扳手左端的方

13、孔帶動閥桿旋轉(zhuǎn)，閥桿帶動球心旋轉(zhuǎn)，球心內(nèi)孔與閥體內(nèi)孔、閥體接頭內(nèi)孔逐漸接通。當板手旋轉(zhuǎn)至90°時，球心內(nèi)孔軸線與閥體內(nèi)孔、閥體接頭內(nèi)孔軸線重合，此時液體的阻力最小，流過閥的流量為最大。轉(zhuǎn)動扳手處于不同位置時，流過閥的液體流量不同，從而起到控制液體流量的作用。2.3球閥的主要特點球閥的主要特點是本身結(jié)構(gòu)緊湊，密封可靠，流體阻力小，維修方便。球面常在閉合狀態(tài)，不易被介質(zhì)沖蝕，易于操作和維修，適用于水、溶劑、酸和天然氣等一般工作介質(zhì)，而且還適用于工作條件惡劣的介質(zhì)，如氧氣、過氧化氫、甲烷和乙烯等，在各行業(yè)得到廣泛的應用。球閥閥體可以是整體的，也可以是組合式的。優(yōu)點： （1）流體阻力小。一般

14、有縮經(jīng)和全通徑兩種結(jié)構(gòu)。無論哪種結(jié)構(gòu)，球閥的流阻系數(shù)都是很小的。特別是全通經(jīng)球閥，由于其通道直徑等于管道內(nèi)經(jīng)，故在所有閥門中，這種閥門的流阻是最小的。（2）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕。 （3）緊密可靠，兩個密封面，而且目前球閥的密封面材料廣泛使用各種塑料，密封性好，能實現(xiàn)完全密封。在真空系統(tǒng)中也已廣泛使用。 （4）啟閉迅速球閥在一般情況下只需要轉(zhuǎn)動90°就可完成了全開或全關(guān)動作，所以很容易實現(xiàn)啟閉，啟閉時間少，便于遠距離的控制。 （5）維修方便，球閥結(jié)構(gòu)簡單，密封圈一般都是活動的，拆卸更換都比較方便。 （6）在全開或全閉時，球體和閥座的密封面與介質(zhì)隔離，介質(zhì)通過時，不會引起閥門密封面的

15、侵蝕。 （7）適用范圍廣，通徑從小到幾毫米，大到幾米，從高真空至高壓力都可應用。（8）可靠性高。閥的可靠性高主要的原因是：1、球體與閥座是硬密封所以密封圈不會因高溫而融化，可以在高溫的工作條件下適用。2、閥桿設(shè)計成在工作環(huán)境中拆去填料壓蓋閥桿不會飛出的結(jié)構(gòu)，消除了填料壓蓋松開而飛出的事故隱患；3、采用防靜電裝置，適用于輸送石油、天然氣、煤氣的管線。（9）由于球閥在啟閉過程中有擦拭性，所以可用于帶懸浮固體顆粒的介質(zhì)中。缺點：（10）加工精度高，造價昂貴，高溫中不易使用。2.4設(shè)計需達到技術(shù)要求2.41閥體1閥體壁厚應符合ASME B16.34的要求。2法蘭連接閥門的結(jié)構(gòu)長度應符合ASME B16

16、.10長型或短型的規(guī)定。3端法蘭尺寸和法蘭端面的粗糙度按ASME B16.5的規(guī)定4閥門零件材料的抗腐蝕性應不低于閥體材料。2.42球體球體的通道應是圓形的，球閥全開時應保證球體通道與閥體通道在同一軸線上。球體材料的抗腐蝕性應不低于閥體材料。2.43閥桿閥桿應設(shè)計成當填料或填料壓蓋拆除后能防止內(nèi)壓使閥桿沖出的防閥桿沖出裝置。閥桿材料的抗腐蝕性應不低于閥體材料。3球閥的類型、結(jié)構(gòu)及其材料3.1球閥類型球閥的結(jié)構(gòu)形式和品種規(guī)格非常之多，根據(jù)其用途和特點大致可分為以下幾種：浮動球球閥、固定球球閥、軌道球閥、V型球閥、三通球閥、不銹鋼球閥、鍛鋼球閥、卸灰球閥、抗硫球閥、三通球閥、氣動球閥、電動球閥、卡

17、套球閥、焊接球閥。1按球體的支撐方式分為浮動球球閥和固定球球閥兩類。浮動球球閥：其主要特點是球體無支撐軸球體以閥門進出口兩端的閥座為支撐。閥桿與球體為活動鏈接，因此這種球閥的球體被兩閥座夾持其中而呈“浮動”狀態(tài)。2定球球閥：其特點是球體與上下閥桿連成一體，球體可沿與閥門通道相垂直的軸線自由轉(zhuǎn)動，但不能沿通道軸線移動。因而，固定球球閥的轉(zhuǎn)矩小，閥座變形小，密封性能穩(wěn)定，使用壽命長，適用于高壓，大通徑的場合。3按球體的安裝方式可分為頂裝式，底裝式，側(cè)裝式及斜裝式四種。4按球體結(jié)構(gòu)可分為整體球球閥，半球體球閥，截球體球閥三種。其中截球體球閥又分為弓形和扇形截球體球閥。5按球閥與管道的連接形式可分為法

18、蘭連接球閥，內(nèi)螺紋和外螺紋連接球閥和焊接連接球閥四三種。其中法蘭連接球閥又分為整體法蘭連接球閥，螺紋法蘭連接球閥，對夾式法蘭連接球閥和焊接法蘭連接球閥。6按閥體通道數(shù)量和球體通道形式可分為二通球閥，三通球閥，四通球閥及多通球閥。其中二通球閥又分為直通式二通球閥和直角式二通球閥。三通球閥又分為L型,T型,Y型及空間交叉角式三通球閥。7按驅(qū)動方式可分為手動，氣動，液動和電動球閥。其中手動球閥又分為帶與不帶驅(qū)動機構(gòu)兩種。氣動球閥又分為活塞氣缸式和旋轉(zhuǎn)葉片式兩種。此外還有組合式球閥，如電液聯(lián)動和氣液聯(lián)動球閥。8按用途可分為真空球閥，低溫及超低溫球閥，高溫球閥，保溫球閥，耐腐蝕球閥，收發(fā)球球閥以及多功能

19、球閥。3.2球閥的結(jié)構(gòu)球閥是由閥體、閥蓋、閥桿、球體、手柄等結(jié)構(gòu)組成。如圖1-3 圖1-33.3球閥的材料球閥的基體材料通常包括不銹鋼系、硬質(zhì)合金系和特種合金系，因為這幾種材料有較好的高溫穩(wěn)定性。球體和閥座應采用抗腐蝕性能不低于閥體抗腐蝕性能的材料。閥桿是閥門中重要的受力零件，閥桿的材料必須具有足夠的強度和韌性，能耐介質(zhì)、大氣及填料的腐蝕性，耐擦傷，工藝性好。連接螺栓和螺母可用經(jīng)調(diào)制處理的高強度合金鋼制作（最低抗拉強度大于690MPa）。本文所設(shè)計的閥體采用鑄鐵230450.主要是因為其有許多特殊的性能，如耐熱、耐磨、耐腐蝕等；有良好的焊接性能，有利于鑄件的修補和組合，各部件結(jié)構(gòu)可設(shè)計勻稱，能

20、抵抗變形。3.4球閥的密封性球閥的密封性指標由內(nèi)泄漏和外泄漏要求確定，國家標準規(guī)定非金屬密封球閥的密封性按GB/T13927通用閥門壓力試驗的A級執(zhí)行，要求“在試驗持續(xù)時間內(nèi)無可見泄漏”；航天行業(yè)標準規(guī)定地面氣體管路系統(tǒng)用球閥“在0.05MPa和1.1倍公稱壓力的氣壓條件下，保壓3min，內(nèi)泄漏率應不大于3×10-5Pa·m3/s (無氣泡逸出)；在1.1倍公稱壓力的氣壓條件下，保壓3min，外泄漏率應不大于1×10-5Pa·m3/s。3.41影響球閥密封性的主要因素影響球閥密封性的主要因素有密封面的粗糙度和球體圓度參數(shù)。眾所周知，無論采用如何先進的加工

21、技術(shù)，都不可能完全消除球體的圓度誤差及密封面的微觀缺陷，因此，為了達到良好的密封效果并保證加工過程可以實現(xiàn)，必須確定合適的密封面粗糙度和球體圓度參數(shù)值。有關(guān)資料推薦，球體密封面的粗糙度Ra值最大允許值為0·4m；密封座粗糙度Ra值在以聚四氟乙烯為密封材料時最大允許值為0·8m。球面的圓度公差，按GB/T1184附表2的6級精度較為合適。4球閥的維護、保養(yǎng)、安裝和使用等注意事項4.1操作1操作前須確認管路和閥已被沖洗過。 2閥的操作按執(zhí)行機構(gòu)輸入信號大小帶動閥桿旋轉(zhuǎn)完成：正向旋轉(zhuǎn)1/4圈（90°）時，閥關(guān)斷。反向旋轉(zhuǎn)1/4圈（90°）時，閥開啟。 3當執(zhí)行

22、機構(gòu)方向指示箭頭與管線平行時，閥門為開啟狀態(tài)；指示箭頭與管線垂直時，閥門為關(guān)閉狀態(tài)。4.2維護、保養(yǎng)、安裝和使用注意事項1、 維護保養(yǎng)注意要點：一） 閥門應放在干燥通風的室內(nèi)，通徑兩端須密封防塵。 二） 長期存放應定期檢查，并在加工表面上涂油，防止銹蝕 。三） 閥門安裝前應仔細核對標志是否與使用要求相符。 四）安裝時應清潔內(nèi)腔和密封面，檢查填料是否壓緊，連接螺栓是否均勻擰緊。 五） 閥門應按照允許的工作位置安裝，但須注意檢修和操作的方便。 六）使用中，不可將閘閥部分開啟調(diào)節(jié)流量，以免在介質(zhì)流速較高時使密封面損壞，宜全開或全閉。 七）在開啟或關(guān)閉時旋轉(zhuǎn)手輪，不宜借助其它輔助杠桿。 八）傳動件應定期加油潤滑。 九）安裝后應定時檢修，清楚內(nèi)腔的污垢，檢查密封面，閥桿螺母磨損情況。 十）應有一套科學正確的安裝作業(yè)標準，檢修應進行密封性能實驗，并做好詳細的記錄以備考察。2、閥門安裝的注意事項：閥門安裝之前，要確認閥門符合設(shè)計要求和有關(guān)標準。安裝前，管道內(nèi)部要清洗，除去鐵屑等雜質(zhì)，防止閥門密封座夾雜異物。另外，安裝時的閥門應是關(guān)閉狀態(tài)。在安裝閥門時，要確認介質(zhì)流向、安裝形式及手輪位置是否符合規(guī)定。在搬運和安裝閥門時，要謹防磕碰劃傷的事故。起吊閥門作業(yè)時。閥門要在指定的起吊位置