球閥設計大致過程.doc
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本科課程設計 題 目： 過程流體機械課程設計 學 院： 機械與自動控制學院 專業(yè)班級： 過程裝備與控制工程 姓 名： 學 號： 二O一六年七月 目 錄 摘 要 · ·························································I 第一章 工作原理和設計方法········································· 1 1.1 工作原理··················································· 1 1.2 設計方法··················································· 1 1.2.1 球閥結構·················································· 1 1.2.2 球閥材料·················································· 2 1.2.3 閥體················································ 3 1.2.4 球體················································ 4 1.2.5 閥桿················································ 4 第二章 球閥尺寸計算················································6 2.1 閥體······················································· 6 2.2 閥桿······················································· 6 2.2.1 閥桿尺寸··········································· 6 2.3 球體尺寸計算··············································· 6 2.4 密封比壓··················································· 6 2.5 球閥轉矩··················································· 9 2.6 法蘭螺栓校核·············································· 10 2.7 法蘭選型·················································· 11 第三章 數值模擬計算方法········································· 12 3.1 數學模型···················································12 3.2 網格劃分···················································13 3.3 邊界條件···················································14 3.4 CFD使用步驟················································14 第四章 管道內流體模擬結果分析····································· 15 4.1 球閥在不同相對開度時的速度分析······························· 15 4.2 球閥在不同相對開度時的壓力分析······························· 16 4.3 球閥在不同相對開度時的流量系數分析··························· 17 第五章 總結······················································· 參考文獻·························································· 摘要 本學期過程流體機械，我組所做課程設計為V型球閥。V型球閥屬于固定球閥，也是單閥座密封球閥，調節(jié)性能在球閥中比較有優(yōu)勢。本設計說明根據已知的球法者及經驗對DN100mm,PN 1MPa的球閥進行設計，主要包括了材料選擇，結構設計，尺寸計算，強度校核，三維建模，CFD數值模擬分析等。并且，盡量式結構在滿足其工藝要求的前提下，降低結構的復雜性。 本設計中，根據老師給定的數據和已知條件進行設計，并根據國家標準和設計手冊進行選材。設計期間用到了solidworks進行三維建模，并建立了流道圖，用到了gambit進行網格劃分，設置邊界條件，用fluent進行對不同開度時的流道進行壓力和速度分析并獲得相應云圖。通過以上軟件完成對V型球閥的分析計算。并未以后的相應工作打好相應的基礎。 關鍵詞：結構設計，尺寸計算，強度校核，數值分析 第一章 工作原理及設計方法 1.1 工作原理 具有與截止閥相同的旋轉90度提動作，不同的是旋塞體是球體，有錐形通孔或通道通過其軸線。當球旋轉90度時，在進、出口處應全部呈現球面，從而截斷流動。球閥的主要特點是本身結構緊湊，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，而且還適用于工作條件惡劣的介質，如氧氣、過氧化氫、甲烷和乙烯等。球閥閥體可以是整體的，也可以是組合式的。V型球閥是中央有通孔的球作開關的閥門，傳統(tǒng)上分為浮動V型球閥和軸耳固定V型球閥兩種。浮動V型球閥的開關球經閥座密封對接在閥體中轉動，轉動到通孔與通道口對準時為全通，轉動到通孔與通道口成一定角度時為全閉。 浮動V型球閥的開關球通過槽與操作閥桿相連，在介質壓力作用下，可相對閥桿或閥體浮動在下游閥座上，從而實現關閉密封。軸耳固定V型球閥的開關球通過以閥桿為軸的軸耳固定在閥體上，在介質壓力作用下，不可相對閥體浮動，只能通過上游閥座的浮動實現關閉密封。因此，浮動V型球閥的閥座可以是固定閥座，軸耳固定V型球閥的閥座是浮動閥座?？偨Y：V型球閥座的結構和性能可通過閥座的截面基準等邊三角形來控制和調整，因此，凡V型球閥座皆可按等邊三角截面法設計，首先按結構和性能基本需要確定其截面基準等邊三角形，然后以截面基準等邊三角形為截面要素、截面成分或截面輪廓確定閥座截面，最后按具體需要選擇材料。實際上，按等邊三角截面法設計，V型球閥座和開關球一同變得極易標準化，而一旦標準化后，V型球閥座和球的設計僅在于按介質和介質壓力簡單確定材料。（等邊三角形截面法） 1.2 設計方法 1.2.1 球閥結構 1.2.2 球閥材料 球閥材料根據公稱壓力選用，由球閥設計計算手冊查得可選 灰鑄鐵 HT 150 。如圖示： 閥體選用HT150 σL=21.5 MPa σW=40MPa τ=11MPa 1.2.3 閥體 閥體為二分式閥體，法蘭連接，材料為HT150 設計初始條件 口徑：25mm 壓差：5000Pa 進口壓力：0.1MPa 公稱壓力PN=1MPa 閥體壁厚設計： tB'=5.892mm 所以 附加余量c = 5mm 所以tB=6mm 1.2.4 球體 確定球體直徑: 對于通孔球徑，球體半徑一般按R=（0.8～0.95）d計算 對小口徑R取相對大值，反之取較小值為了保證球體表面能完全覆蓋閥座密封面，選定球徑后，須按下式校核: Dmin=D22-d2 R=24mm 根據以上可選球徑為R=24mm,A=10mm,H=6mm。 1.2.4 閥桿 閥桿的確定可由球體的直徑來確定，由球體直徑D=48mm，查閥門設計手冊可選閥桿： 第二章 球閥尺寸計算 2.1 閥體 口徑：25mm 壓差：5000Pa 進口壓力：0.1MPa 公稱壓力PN=1MPa tB'=5.892mm 所以 附加余量c = 5mm 所以tB=6mm 2.2 閥桿 2.2.1 閥桿尺寸： 由上述方法可計算： 對于球徑R=24mm的球，可選用閥桿尺寸為：d=12mm, SR=50mm, h=5mm, d0=16mm, b=8mm。 2.3球體尺寸計算： 根據1.2.4可計算得球體的尺寸： 對于通孔球徑，球體半徑一般按R=（0.8～0.95）d計算 對小口徑R取相對大值，反之取較小值 。 為了保證球體表面能完全覆蓋閥座密封面，選定球徑后，須按下式校核 Dmin=D22-d2 R=24mm 根據以上可選球徑為R=24mm,A=10mm,H=6mm。 2.4密封比壓確定 當 qMF
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