浙江省机械设计大赛

浙江水利水电学院（设计）

机械设计大赛设计

题 目： 高压时微转矩球阀的设计

系 （部）： 机械电子工程 专业班级： 姓 名： 指导教师： 方贵盛

2012年5月16日

浙江水利水电学院（设计）

摘 要

本次设计进行的是高压时微转矩球阀的设计。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。本设计只需以旋转90度阀杆操作和极微转矩就能实现球阀启闭。本设计的创新点在于通过微妙的机械结构设计革命性地实现了高压球阀的微转矩启闭，达成了高压球阀密封性和操作性的良好结合。

本项目设计通过解决球阀密封性和启闭转矩之间的矛盾冲突，对高压球阀在各种恶劣的无源环境下的使用提出了全新的概念和现实的解决方案。在这些环境之下，甚至在曾经球阀不能触及的应用领域，本高压时微转矩球阀都将体现它无比的优越性能。

关键词：球阀；高压；密封；微转矩

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ABSTRACT

This project is The Design of A Micro-Torque Ball Valve at High-Pressure. Pipeline ball valves are mainly used to cut off the flow, distribute and change the flow direction of medium. This design requires only a 90-degree rotation of the operating stem and tiny torque to open or close. The innovation of this design is to open and close high-pressure ball valves with a tiny torque through ingenious mechanical structures revolutionarily.

This design gives a great conflict resolution between the tightness and torque of ball valves; it also gives new and realistic solutions of using high-pressure ball valves in bad or non-energy environment. The Micro-Torque Ball Valve at High-Pressure will reflect its unmatched and superior performance in these environments, even in the areas which current ball valves have never reached.

Key Words：Ball Valve；High-Pressure；Hermetic；Micro-Torque；

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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 ...................................... 4

2.1总体方案 .................................................... 4

2.1.1主要技术要求 ........................................... 4 2.1.2基本方案介绍 ........................................... 4 2.1.3成本与性能分析 ......................................... 5 2.2基本结构的确定 .............................................. 6

2.2.1选型 ................................................... 6 2.2.2机械结构设计 ........................................... 7 2.2.3球阀基本参数的确定 ..................................... 8

3. 球阀力的计算 ................................................... 10

3.1必需比压的计算及球径的确定 ................................. 10

3.1.1必需比压计算 .......................................... 10 3.1.2球体直径的确定 ........................................ 10 3.2密封力的计算 ............................................... 11

3.2.1密封力基本参数确定 .................................... 11 3.2.2密封力的详细计算 ...................................... 13

4. 球阀主要零件的设计 ............................................. 17

4.1球体设计与计算 ............................................. 17

4.1.1 球体的结构设计 ....................................... 17 4.1.2 球体的力学计算 ....................................... 18 4.2球阀阀体和连接体的设计计算 ................................. 19

4.2.1 阀体壁厚的设计计算 ................................... 19 4.2.2 法兰连接的设计计算 ................................... 21 4.2.3 其他关键设计计算 ..................................... 24 4.3球阀的耐火、防异常升压结构设计、防静电结构设计 ............. 24

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4.3.1 球阀的耐火结构 ....................................... 24 4.3.2 球阀的防异常升压结构设计 ............................. 25 4.3.3 球阀的防静电结构 ..................................... 25 4.4球阀阀杆设计计算 ........................................... 25

4.4.1 阀杆的转矩计算 ....................................... 26 4.4.2 阀杆的强度计算 ....................................... 27 4.4.3 阀杆连接键的强度计算 ................................. 29

5. 高压时微转矩球阀特殊装置的设计及说明 ........................... 30 6. 结论 ........................................................... 31 7. 经济分析报告 ................................................... 31 8. 参考资料 ....................................................... 34 9. 附录 ........................................................... 35

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