珠海高空作业平台出租,   珠海云梯车出租,   珠海升降平台车出租      ☮一心在职,  其职必举 ☮ 高温高压球阀的总体结构方案设计及受力分析,     按照球体的支承方式，球阀可以分为浮动球球阀和固定球球阀。浮动球球阀的主要优点是结构比较简单、制造方便、生产成本低，但它只能承受较低的压力，当压力较高时，操作转矩很大。而固定球球阀工作时，阀前流体压力在球体上所产生的作用力全部传递给轴承，阀座不会承受过大的压力。固定球球阀球体固定，在转动过程中的转矩较小，阀座不易发生形变，相对于浮动球阀来说其密封性能可靠，适用于压力大、口径大的工况。球阀几何结构由于电站系统内部介质流速、温度和压力等级均较高，阀门在工作过程中需要承受较大的压力，对其结构强度有较高的要求，结合球阀结构特征，本文所述电站球阀采用固定球球阀。固定球球阀的结构主要由阀体、阀盖、支撑板、止推轴承、球体、阀座、弹簧、阀杆等组成。在高压情况下，介质的流动速度很快，特别是阀门在刚开启或关闭那一瞬间，在高速介质的冲击下球阀的阀座很容易被损坏，甚至被切断或者冲掉，以至于阀门密封失效，导致阀门报废。因此在整个设计过程中，最为关键的是阀座的设计。球阀的阀座有普通阀座与弹性阀座两种不同的形式。普通阀座是在初始预紧力和内部介质压力的共同作用下，阀座发生弹性变形使得球体与阀座之间相互压紧，从而达到密封的效果。它在正常使用时能否达到密封性的要求，主要取决于球体的不圆度和球体表面的不平度在介质压力与初始预紧力作用下的补偿情况。这种阀座的几何结构相对简单，加工制造方便，但这类球阀装配好后之后，作用在阀座上的预紧力也就确定了，这样如果当阀座磨损或者发生塑性残余变形后，定位销阀门的密封比压就会减小，达不到设计时的密封要求。弹性阀座与普通阀座一样，都是在初始预紧力和介质压力作用下，利用阀座所产生的弹塑性形变来实现密封，又由于阀座本身的特殊结构或在设计和装配时借助于弹性元件如金属弹性骨架、10弹簧等，在初始预紧力和介质压力共同作用下所产生的弹性变形，用以补偿由温差、压力变化、磨损等引起的变化。本文所述电站球阀工况温差大、压力高、介质流速快，所以选用固定球弹性阀座球阀。

         结构参数计算（1）固定球球阀球体最小直径计算依据设计技术要求GB/T19672-2005，公称直径DN=201mm，公称压力PN=160，参考浮动球球阀和固定球球阀球体最小直径计算式（B11），可计算出固定球球阀球体最小直径为：𝐷=√2×(DN+bM)计给定球体密封面宽度bM=3.5mm，可计算得固定球球阀球体最小直径D=289.2mm.（2）三片式固定球球阀阀体厚度计算高压固定球球阀阀体结构的设计首先需要考虑锻造的工艺性，即锻件的加工余件少、余量少，形状和尺寸接近成品零件，材料利用率要高。两片式阀体结构比较适合于锻造，阀体需要在闭式模中挤压模锻，变形力要求较大，需要有大型三片式高压球阀阀体结构锻压设备。普通锻压设备只能锻造出小规格的阀体，余块较大，小的深孔难以锻出。三片式阀体结构锻造工艺性好，中阀体可以按照常规锻造工艺，不需要有专用锻压模具。也可以采用厚壁无缝结构钢管。侧阀体实际上是一对焊法兰，只是受结构长度的影响，凸缘部分比标准对焊法兰长，增加了锻造的难度。本文所述固定球阀阀体选用三片式高压球阀阀体结构，根据设计公称压力与公称直径，可以计算出流道与中腔阀体壁厚。1）流道阀体壁厚计算阀体内外径比值:K0=√[σ][σ]−√3×P（2.2）预算阀体厚度:t0=DN2×(k0−1)（2.3）式中：DN=201mm为计算内经；P取公称压力；[σ]为阀体材料（15CrMo）的许用应力，查标准JB/T9626-1999可得材料的抗拉强度极限σb=441MPa，屈服强度极限σs=255MPa，许用应力[σ]取σb⁄4.25或σs⁄2.3中较小者。代入相关数据，可以确定流道阀体最小壁厚t=26mm。2）中腔阀体壁厚计算中腔阀体壁厚的计算内经DN=325mm，其余数据按照流道阀体壁厚的计算，可以确定中腔阀体壁厚t=39.4mm。

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         球阀工作力学特性分析与计算,  螺旋弹簧预紧力计算弹性阀座的形式有很多种，常见的弹性阀座有螺旋弹簧组阀座和蝶形弹簧组阀座，这两种阀座在密封时靠的都是弹簧的初始预紧力和介质的压力将阀座推向球体以达到密封的效果。这两种形式的阀座都有很好的双向密封性能和良好的弹性补偿能力，但相对于碟形弹簧组阀座而言，螺旋弹簧组阀座的受力要达到均匀，就要求每一支弹簧的刚度一致，这在实际生产过程中是很难达到的。无论是蝶形弹簧阀座还是螺旋弹簧阀座，弹簧的初始预紧力的计算很关键，初始预紧力的大小直接影响阀门的密封性能。螺旋弹簧初始预紧力为：FMT=N×L1×d4(8×n×D23)⁄（2.4）式中：N为弹簧数量；n为弹簧有效圈数；D2为弹簧中径；d为弹簧簧丝直径；G为弹簧材料剪切弹性模量；L1为弹簧预加变形量。代入具体数据计算可得螺旋弹簧预紧力FMT=12193N。

    密封面上的总作用力和密封比压计算密封性能是评价阀门质量的一项很重要的指标，即指的是密封面上的密封比压。密封比压过小，会使密封座表面的弹塑性变形量太小不足以补偿球体的加工误差，从而导致主密封不能达到规定的密封要求而产生内部泄露；密封比压过大，会使得球体与阀座之间的摩擦增大，阀门在开关过程中，球体旋转摩擦阻力大，使阀座产生塑性变形以至于破坏密封面。目前国内大多数阀门生产厂家在设计中，计算阀座密封面上的总作用力及密封比压的时候，基本上依然沿用经验或者修正公式。

      本文设计中参考阀门设计手册中单向密封固定球球阀密封面总作用力及计算比压，计算密封面上的总作用力和密封面上密封比压。1）密封面上的总作用力计算密封面上的介质作用力为：FMJ=π4×(DJH2−DMN2)×P阀座密封面上的预紧力为：FMY=π4×qMYmin×(DMW2−DMN2) 阀座密封圈上的O型圈与阀体之间的摩擦力为：FMM=π×DJH×bm′×Z×qMFO×f密封面上的总作用力为：FMZ=FMJ+FMY+FMM：DJH为活塞套筒外径，设计给定DJH=230mm；DMN为阀座密封面内径，设计给定DMN=214mm；DMW为阀座密封面外径，设计给定DMW=221mm；P取公称压力；qMYmin为阀座预紧密封最小比压，对于聚四氟乙烯（RPTFE）和尼龙密封面系选用qMYmin=0.1P；qMFO为O型圈的密封比压；bm′为O型圈与阀体内孔的接触宽度；Z为O型圈个数；f为O型圈与阀体之间的摩擦系数。代入相关数据可以计算出密封面上的总作用力FMZ=98468N。  2）密封面上的密封比压计算密封面对球体法向压力大小为：FN=FMZ⁄cos(Φ∙π⁄180)密封面环带面积为：AMH=2×πRh  密封面上的工作比压：13q=FNAMH⁄ 密封面上的必须比压：qMF=(3.5+P)(√h⁄10)⁄（2.12）式中：Φ为密封面锥半角（球体与密封圈接触点与通道轴法向夹角）；R为球体半径；h为密封面投影宽度。查表可知密封材料的许用比压[q]=250MPa，代入相关数据计算得密封面上的工作比压q=30.6MPa，密封面上的必须比压qMF=23.3MPa，qMF

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