600psi浮動(dòng)球球閥設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><p>　題目：600PSI浮動(dòng)球球閥設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、畢業(yè)設(shè)計(jì)選題目的意義3</p><p>　　二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向4</p><p>　　三、 主要研究?jī)?nèi)容5<

2、;/p><p>　　四、設(shè)計(jì)思路及步驟5</p><p><b>　　五、方案設(shè)計(jì)6</b></p><p>　　六、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排及預(yù)期結(jié)果6</p><p>　　七、主要參考文獻(xiàn)：7</p><p>　　一、畢業(yè)設(shè)計(jì)選題目的意義</p><p>　　閥門是石油、化工、

3、電站、長(zhǎng)輸管線、宇航以及海洋采油等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門不可缺少的流體控制設(shè)備。上述工業(yè)的發(fā)展和需要，推動(dòng)了閥門工業(yè)的發(fā)展。近年來(lái)，在滿足各方面高參數(shù)新要求的同時(shí)，對(duì)閥門的結(jié)構(gòu)、材料和生產(chǎn)工藝等方面，對(duì)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關(guān)注。因此，對(duì)閥門要求進(jìn)一步嚴(yán)格控制內(nèi)在質(zhì)量。</p><p>　　自80年代我國(guó)改革開放至今，我國(guó)的化工行業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，發(fā)生了翻天覆地的變化，化工設(shè)計(jì)行業(yè)也隨之發(fā)

4、生了很大的變化。由于國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的不斷引進(jìn)及國(guó)內(nèi)化工技術(shù)開發(fā)力度的不斷加大，化工產(chǎn)品種類不斷增多，品種越來(lái)越齊全.隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的提高，化工設(shè)計(jì)行業(yè)對(duì)閥門制造業(yè)的要求也越來(lái)越高，尤其是對(duì)閥門的性能的可靠性、耐用性等要求越來(lái)越高。</p><p>　　球閥以其眾所周知的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種管路.系統(tǒng)的快速切斷、改變介質(zhì)流向和自動(dòng)控制，可采用手動(dòng)、電動(dòng)或氣動(dòng)等驅(qū)動(dòng)方式.國(guó)產(chǎn)球閥不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性能好，而且在一定的

5、公稱通徑范圍內(nèi)體積小、重量輕、材料耗用少、安裝尺寸小，驅(qū)動(dòng)力矩也小，操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)快速啟閉，已經(jīng)成近十幾年來(lái)發(fā)展最快的閥門品種之一。同時(shí)伴隨著西氣東輸工程的全面開工，大尺寸、高密封性的球閥需求愈來(lái)愈大。據(jù)有關(guān)資料顯示，在我國(guó)目前的閥門市場(chǎng)上，除了低壓閥門已經(jīng)達(dá)到國(guó)際市場(chǎng)能接受的水平外，高壓閥門仍然要依靠進(jìn)口。隨著西氣東輸工程的逐步實(shí)施，工程對(duì)管道及閥門的需求將急劇增加。西氣東輸管道橫貫我國(guó)東西，從新疆到上海歷經(jīng)九個(gè)省區(qū)市。天然氣長(zhǎng)輸

6、管線間隔一段距離需設(shè)置截?cái)嚅y，主要目的是便于控制和當(dāng)管道發(fā)生破壞時(shí)，及時(shí)關(guān)閉閥門，盡可能減少損失，防止事故。</p><p>　　大多數(shù)本土閥門企業(yè)與“西氣東輸”擦肩而過(guò)，除卻大環(huán)境因素外，一些其他因素，諸如設(shè)備和技術(shù)落后，專業(yè)化程度低，市場(chǎng)規(guī)模小等因素也是制約閥門行業(yè)發(fā)展的瓶頸。由于在高端技術(shù)上與國(guó)外的大廠商仍有較大的差距，因此在今后一段時(shí)期內(nèi)，產(chǎn)品技術(shù)將成為制約我國(guó)閥門產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)瓶頸。因此，提高閥門產(chǎn)品的

7、水平和檔次，是我國(guó)閥門行業(yè)今后發(fā)展要突破的首要問(wèn)題。整個(gè)閥門行業(yè)的不景氣，導(dǎo)致了我國(guó)閥門產(chǎn)品的落后，這是制約我國(guó)閥門產(chǎn)品發(fā)展的重要因素。</p><p>　　但是由于運(yùn)輸、安裝、操作、保養(yǎng)和管理不善，造成閥門外部損傷和內(nèi)漏的情況也時(shí)有發(fā)生，這不僅會(huì)對(duì)企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還可能嚴(yán)重影響管道的安全運(yùn)行。另外球閥不僅運(yùn)用與長(zhǎng)距離的輸送裝置之中，同時(shí)在城市中的分流節(jié)流的裝置中也有廣泛應(yīng)用，對(duì)于在這樣高密度人群之中

8、的使用裝置，對(duì)于其安全性將有一個(gè)更高的要求。而球閥的氣壓試驗(yàn)裝置對(duì)于球閥的性能測(cè)試有著重要的意義，因?yàn)閷?duì)于球閥質(zhì)量的保證主要有三個(gè)方面。一是閥體水壓性試驗(yàn)；二是閥體氣壓性試驗(yàn)；三是裝配時(shí)球體密閉性試驗(yàn)。氣壓試驗(yàn)壓力應(yīng)以能考核承壓部件的強(qiáng)度，暴露其缺陷，但又不損害承壓部件為佳。通常規(guī)定，承壓部件在氣壓試驗(yàn)壓力下的薄膜應(yīng)力不得超過(guò)材料在試驗(yàn)溫度下屈服極限的90％。而該裝置將重點(diǎn)在于對(duì)于球閥的氣密性進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)于整個(gè)檢測(cè)過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化

9、或半自動(dòng)化。同時(shí)該設(shè)備也屬于壓力容器，它的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)以及使用將嚴(yán)格參照相關(guān)國(guó)家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。球閥的球體是浮動(dòng)的，在介質(zhì)壓力作用下，球體能產(chǎn)生一定的位移并緊壓在出口端的密封面上，保證出口端密封。浮動(dòng)球球閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性好。這種結(jié)構(gòu)被廣泛用于中低壓球閥。</p><p>　　二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向</p><p>　　球閥是上世紀(jì)50年代問(wèn)世的一種新型閥門。在短短的30多年里，球閥

10、已發(fā)展成為一種主要的閥類，它在航空航天、石油化工、長(zhǎng)輸管線、輕工食品、建筑等許多方面都得到了廣泛的應(yīng)用。目前球閥最大公稱通徑已達(dá)3050mm，這是美國(guó)EscherWyss公司為田納西州的一個(gè)泵站所提供的四臺(tái)球閥，用作透平機(jī)出口的切斷閥，設(shè)計(jì)壓力為4.8Mpa。球閥的最高工作壓力已達(dá)72Mpa，其相應(yīng)溫度高達(dá)1000℃。</p><p>　　球閥不僅在一般工業(yè)管道上得到了廣泛應(yīng)用，而且在核工業(yè)、宇航工業(yè)的液氧與液輕

11、輸送管線上普遍采用。</p><p>　　全塑料球閥近年來(lái)發(fā)展較快。其特點(diǎn)是：耐腐蝕、重量輕、成本低。西德一家閥門公司已制造通徑為6的塑料球閥；美國(guó)Hill Maccanng公司制成一種含氟材料球閥，商業(yè)名稱為Kynar，據(jù)稱有高強(qiáng)度、優(yōu)良的耐溫與耐腐蝕性能，使用溫度為<250℃。</p><p>　　同時(shí)隨著時(shí)代的發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)以后，生產(chǎn)和制造技術(shù)有了顯著優(yōu)化提高，同時(shí)，技術(shù)人

12、員大都通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)和控制優(yōu)化，在很大程度上提高了設(shè)計(jì)速度和更新周期。</p><p>　　目前，全球的控制閥市場(chǎng)如同大部分工業(yè)品一樣被三個(gè)經(jīng)濟(jì)體瓜分，分別是美國(guó)為代表的北美經(jīng)濟(jì)體，以德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)為代表的歐盟地區(qū)，和以日本為代表的亞太地區(qū)。</p><p>　　美國(guó)是全球最大的閥門供應(yīng)商，其閥門協(xié)會(huì)有超過(guò)110家企業(yè)，年產(chǎn)值超過(guò)40億美元。1984年就在中國(guó)開展業(yè)務(wù)的

13、FIS玎訊控制閥由于進(jìn)入中國(guó)較早，其產(chǎn)品已經(jīng)成為中國(guó)教科書的樣板。</p><p>　　德國(guó)在二戰(zhàn)之后迅速恢復(fù)經(jīng)濟(jì)，其產(chǎn)品通過(guò)優(yōu)良的質(zhì)量迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。德國(guó)閥門企業(yè)一般都屬于專業(yè)性很強(qiáng)的公司，在某一類產(chǎn)品的研究、設(shè)計(jì)和制造方面都有自己的特色。</p><p>　　日本作為世界第二經(jīng)濟(jì)體，其閥類產(chǎn)品由于價(jià)格適中，質(zhì)量較好，迅速占領(lǐng)了中國(guó)中低端市場(chǎng)。</p><p>　　

14、目前我國(guó)關(guān)于球閥的生產(chǎn)企業(yè)大多規(guī)模小、科研能力弱，大多通過(guò)參考外國(guó)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)，其主要原因是技術(shù)投入資金不足，科研人員數(shù)量不足，所以在國(guó)內(nèi)很多的大型工程招標(biāo)中大多被外國(guó)閥門企業(yè)所壟斷。 閥門的最大用戶是石化行業(yè)、電力部門、冶金部門、化工行業(yè)和城市建設(shè)部門。石化行業(yè)主要采用API標(biāo)準(zhǔn)的閘閥、截止閥和止回閥；電力部門主要采用電站用高溫壓閘閥、截止閥、止回閥和安全閥及一部分給排水閥的低壓蝶閥、閘閥；化工行業(yè)主要采用不銹鋼閘閥、截止閥、止回

15、閥；冶金行業(yè)主要采用低壓大口徑蝶閥、氧氣截止閥和氧氣球閥；城市建設(shè)部門主要采用低壓閥，如城市自來(lái)水管道主要采用的大口徑閘閥，樓寓建設(shè)主要采用的中線蝶閥，城市供熱主要采用的金屬密封蝶閥等；輸油管線主要采用平板閘閥和球閥；制藥行業(yè)主要采用不銹鋼球閥；食品行業(yè)主要采用不銹鋼球閥等。由于用戶需求的變化，閥門產(chǎn)品的市場(chǎng)走向也將發(fā)生相應(yīng)的變化，在今后一段時(shí)間主要發(fā)展趨勢(shì)如下： 　　1.隨著石油開發(fā)向內(nèi)地油田和海上油田的轉(zhuǎn)移，以及電力工業(yè)由30萬(wàn)千

16、瓦以下的火電向30萬(wàn)千瓦以上的火電及水電和核電發(fā)展，球閥產(chǎn)品也應(yīng)依據(jù)設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域變化應(yīng)改變其性能及參相數(shù)；</p><p>　　2.城建系統(tǒng)一般采用大量低壓閥門，并且向環(huán)保型和節(jié)能型發(fā)展，即由過(guò)去使用的低壓鐵制閘閥逐步轉(zhuǎn)向環(huán)保型的膠板閥、平衡閥、金屬密封蝶閥及中線密封蝶閥過(guò)渡，輸油、輸氣工程向管道化方向發(fā)展，這又需要大量的平板閘閥及球閥；</p><p>　　3.電站的建設(shè)向大型化發(fā)展，所

17、以需用大口徑及高壓的安全閥和減壓閥，同時(shí)也需用快速啟閉閥門；</p><p>　　4.針對(duì)成套工程的需要，閥門供應(yīng)由單一品種向多品種和多規(guī)格發(fā)展。一個(gè)工程項(xiàng)目所需的閥門，由一家閥門生產(chǎn)廠家全部提供的趨勢(shì)越來(lái)越大.</p><p><b>　　主要研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　浮動(dòng)球球閥作為新型的閥門品種之一，關(guān)于球閥的設(shè)計(jì)方案十分稀少，

18、此設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容包括對(duì)浮動(dòng)球球閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。浮動(dòng)球球閥的設(shè)計(jì)要求保證合適的強(qiáng)度與剛度，從而保證浮動(dòng)球球閥的壽命和穩(wěn)定性。本課題主要以DN為200mm，壓力為600PSI的浮動(dòng)球球閥，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度校核，以及關(guān)鍵零部件的分析。課題的研究?jī)?nèi)容和方法主要是設(shè)計(jì)球閥結(jié)構(gòu)并進(jìn)行強(qiáng)度校核：通過(guò)設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)浮動(dòng)球球閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括閥體、閥桿、閥芯以及關(guān)鍵零部件的選用與設(shè)計(jì)，并對(duì)其受力分析，然后再確定材料后進(jìn)行強(qiáng)度校核。</p>

19、;<p><b>　　四、設(shè)計(jì)思路及步驟</b></p><p>　　首先確定球體的直徑，確定球體與閥座之間的密封比壓：必須計(jì)算出必需比壓（為保證密封，密封面單位面積上所必需的最小壓力）、需用比壓（密封面單位面積上允許的最大壓力稱為需用比壓）和設(shè)計(jì)比壓（設(shè)計(jì)時(shí)確定的在密封面單位面積上的壓力）。</p><p>　　然后對(duì)球閥密封力的計(jì)算：計(jì)算過(guò)程中要考慮

20、預(yù)緊力,閥座滑動(dòng)摩擦力及流體靜壓力在密封面余隙中的作用力等。并計(jì)算出其轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　接著進(jìn)行閥體的設(shè)計(jì)：確定閥體結(jié)構(gòu)形式、連接形式、結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度、材料和閥體的壁厚等。以及對(duì)閥體法蘭閥桿的選材設(shè)計(jì)計(jì)算并校核。并選擇閥桿的填料、計(jì)算填料摩擦力、摩擦轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度。</p><p>　　再后進(jìn)行球體的設(shè)計(jì)：球體作為球閥控制的直接動(dòng)作零件，必須對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)與校核。球體的主要結(jié)構(gòu)特征是球體與閥桿

21、的連接結(jié)構(gòu)，其必須滿足所傳遞的最大轉(zhuǎn)矩同時(shí)保證有足夠的靈活性，后者是保證工作性能的必要條件。</p><p>　　最后球閥閥座的設(shè)計(jì)：球閥閥座主要有普通閥座和彈性閥座兩種，普通閥座的特點(diǎn)是：在預(yù)緊力或者流體壓力的作用下，閥座與球體壓緊，并使閥座材料產(chǎn)生塑性變形而達(dá)到密封。彈性閥座除了與普通閥座和彈性閥座一樣，在預(yù)緊力或流體壓力（或者兩者兼有之）作用下，閥座材料產(chǎn)生塑性變形而達(dá)到密封外，還由于閥座本身的特殊結(jié)構(gòu)或者

22、借助于彈性元件，如金屬?gòu)椥怨羌?、彈簧等辦法，在預(yù)緊力或流體壓力下產(chǎn)生彈性變形，以補(bǔ)償溫差、壓力、磨損等外界條件變化對(duì)球閥密封性能的影響。</p><p><b>　　五、方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.裝置結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)將參照機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械原理的有關(guān)理論以及壓力容器設(shè)計(jì)的相關(guān)國(guó)外國(guó)內(nèi)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。確定閥體結(jié)構(gòu)形式、連接形式、結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度、材料和閥體的壁厚；確定閥

23、座的形式等。</p><p>　　2.對(duì)于裝置還將通過(guò)相關(guān)材料材質(zhì)型號(hào)的選擇以及最終運(yùn)用材料力學(xué)的相關(guān)理論進(jìn)行校核。包括：球體與閥座之間的密封比壓的計(jì)算，密封力的計(jì)算，閥桿填料、摩擦力、摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算及校核等。</p><p>　　六、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排及預(yù)期結(jié)果</p><p><b>　　七、主要參考文獻(xiàn)：</b></p><

24、p>　　【1】濮良貴主編.機(jī)械設(shè)計(jì).北京:高等教育出版社，1996.5</p><p>　　【2】成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第4卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002</p><p>　　【3】 陳磊，長(zhǎng)輸管線用球閥技術(shù)特點(diǎn)分析及應(yīng)用，[J]吳忠儀表股份有限公司;2002,（03）.</p><p>　　【4】 楊源泉.閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第一版.北京:機(jī)械工業(yè)出版

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27、;<p>　　【11】沈陽(yáng)閥門研究所，機(jī)械部合肥通用機(jī)械研究所主編, 閥門[M]，機(jī)械工業(yè)出版社.1994</p><p>　　【12】 合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械系，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，[M]，合肥工業(yè)大學(xué)出版社，1975</p><p>　　【13】 于英華，泡沫鋁及其復(fù)合材料力學(xué)行為與應(yīng)用，[M]，東北大學(xué)出版社，2009</p><p>　　【14】 王金剛，