球阀设计大致过程
球阀的阀座设计原理
球阀的阀座设计原理
球阀的阀座设计原理是利用球体与阀座之间的接触来实现流体的阻断。
球阀的阀座通常由金属或弹性材料制成，与球体的接触面呈密封接触，确保流体不会泄漏。
球阀阀座的设计原理主要包括以下几个方面：
1. 设计合适的阀座与球体接触面形状：通常球阀阀座采用圆形或半球形设计，使阀座与球体能够紧密接触，并保证密封性能。
2. 阀座材料的选择：阀座的材料应具有耐腐蚀、耐磨损、耐高温等特性，以确保球阀的使用寿命和密封性。
3. 加工精度要求高：球阀的阀座加工精度要求较高，阀座与球体之间的接触面需要经过精细加工，以确保良好的密封性。
4. 阀座密封结构：阀座通常采用弹性密封结构，当阀门关闭时，阀座会受到一定压力，使其与球体之间产生密封接触，防止流体泄漏。
总的来说，球阀的阀座设计原理主要是通过球体与阀座之间的接触，通过合适的接触面形状、材料选择和加工精度，以及密封结构的设计，实现球阀的流体阻断功能。
无摩擦球阀设计-整体设计
无摩擦球阀设计第03章无摩擦球阀的整体设计3.1无磨损球阀工作原理阀门的工作原理如技术要求所述，操作机构带动阀杆上升，使球体沿通道轴线位移0.2～0.5 mm脱离阀座；阀杆继续上升并同时旋转，带动球体绕阀杆轴线旋转90°角度，阀门开启；运行过程中球体只是沿通道轴线位移和绕阀杆轴线旋转；关闭与开启动作相反。
这样使得球阀随阀杆上升至阀孔位置，使得阀门导通，由于之前已经是球体和密封圈分离，故不会产生摩擦，实现了球阀的无磨损开启。
关闭球阀时，动作与开启时相反，球体回落至阀座，球阀往回转动90°，从而切断管道中的流体通道。
图3-1球阀装配示意图3.2阀芯设计球体半径R=(0.8～0.95)d式中d——球体通道孔径；根据GB12237，D N=125钢制球阀阀体的最小流道直径，当PN=4.0 Mpa 时（不缩径）直径≥123，因此选择确定d=125 mm.。
R=(0.78～0.95) d=98.4～116.8 mm200 ,即R=100 mm。
根据JB1744,当D N=125,球径D=2R=16.0为了便于加工和保证加工精度，先在球体上加工两个对称的台阶，这样可以保证通孔与管道的密封性，同事也能保证密封圈与阀芯之间的密封性，阀芯表面的加工要有一定的精度，这样才能保证密封的可靠性。
轴与阀芯之间的连接采用过盈配合的方式，这样连接更稳固，不易松动。
在阀芯的加工过程中，上端进行轴孔的加工，下端加工一个台阶形凸起，这样下端与阀座的配合更加紧密，不易产生偏移，也使整体密封性得到了提高。
图3-2 无摩擦球阀阀芯零件图3.3 轴的结构设计轴用于安装传动零件（如齿轮、凸轮、带轮等），使其有确定的工作位置，实现运动与动力的传递，并通过轴承支撑在机架或机座上。
按轴线形状轴可分为直轴、曲轴和软轴。
按照轴所载荷性质轴可分为心轴、转轴和传动轴。
直轴按外形的不同可分为光轴、阶梯轴及一些特殊用途的轴，如凸轮轴、齿轮轴及蜗杆轴等。
管线球阀的设计_1
管线球阀的设计1阀体的设计可分为全焊接阀体设计和分体式阀体设计。
全焊接阀体设计有筒状结构和球状结构，筒状结构是双焊缝，焊接进程热量输入大，残余应力复杂，轴向和径向变形大。
球状结构是四条焊缝拼接，此刻由于工艺技术进步，采用左右阀体热锻压成型，可中间单焊缝焊接成型，减少线能量输入，降低轴向和径向变形。
分体式结构一般由阀体和左右连接体组成。
连接体与阀体由螺栓连接，连接法兰厚度与螺栓的连接强度应按与阀体内径相当的法兰进行类比设计，其连接强度必需避免管道应力而产生连接松弛，使密封失效。
阀体与连接体面对面接触，中间无间隙。
密封必需知足失火安全要求，采用橡胶O型圈与缠绕式金属垫组合密封。
阀体的材料为锻件，温度-29C°以上选用ASTMA105；-29C°以下选用ASTMA350LF2。
对于焊接阀体，对A105或LF2材料的化学成份、含碳量、碳当量和硫、磷等元素应还有特殊限制。
锻件按三级锻件标准验收，做100％无损探伤，焊缝处做着色检查和超声波探伤。
输气管线球阀的阀体大部份是采用A105，球A105N。
输油管线的球阀的阀体大部份是采用A105，球316。
2密封座与密封阀座采用组合密封结构，即金属对金属的初始“密封”，以阻挡固体颗粒的进入；用橡胶、PTFE塑料、尼龙、PEEK等软密封作为次级密封，以保证零泄漏。
但由于管线中的异物的意外导入对软密封材料的损坏，管线球阀均设有紧急密封剂的注入系统，以取得暂时性的密封要求。
密封用的橡胶圈有圆形，三角形或其他特殊形状。
阀门公司都有自己的设计结构和工艺办法，避免橡胶圈在开关进程中被吹出（Blowout）或切坏。
对于Class900磅级以上，应选用防爆降压（AED）特性的材料作为O型圈材料。
PTFE 的密封圈，一般采用筒状镶嵌式结构，亦可做成倒钩状组合式结构，旨在保证密封圈不被吹出而致使密封失效。
密封座材料与阀体材料相同，化学镀镍，有弹簧加载以保证初始密封比压，弹簧可采用螺旋弹簧，板弹簧或碟形弹簧，材料为InconelX－750。
球阀的设计与计算
球阀的设计与计算一、球阀的设计 1.1 设计输入即设计任务书。
应明确阀门的具体参数（公称通径、公称压力、温度、介质、驱动方式等），使用的条件和要求（如室内或室外安装、启闭频率等）及相关执行的标准（产品的设计与制造、结构长度、连接型式、产品的检验与试验等） 1.2 确定阀门的主体材料和密封圈材料 1.3 确定阀门承压件的制造工艺方法 1.4 确定阀门的总体结构型式1. 对阀门结构的确定:一般如果压力不高,DN ≤150时,可优先采用浮动式结构,其优点是:结构简单如果浮动球式结构满足不了需要时,应采用固定式结构或其它结构型式(如半球、撑开式…) 2. 对密封的材料的确定由于球阀的使用受温度的影响很大,因此,密封的材料的选定很关键：① 对使用温度≤300℃时,密封面材料可选择塑料类材料(如聚四氟乙烯、增强聚四氟乙烯、尼龙、对位聚苯)② 当使用温度超过300℃.或者介质代颗粒状时,密封面材料应选金属密封。
3．对球阀使用要求的确定主要确定,球阀是否具有防火.防静电要求 4．对阀体型式确定由于球阀公称通径适用的范围很广,其阀体型式也较为多样,一般分为以下三种： ① 整体式阀体一般用于DN ≤50的小通径阀门,此时,其材料多用棒材或厚壁管材直接加工击来,而对口径较大时,多采用二体式、三体式或全焊接结构② 二体式结构由左右不对称的二个阀体组成，多采用铸造工艺方法③ 三体式结构由主阀体和左右对称的二个阀体组成,可采用铸造或锻造工艺方法 5．阀门通道数量(直通、三通、四通…) 6．选择弹性元件的形式1.5 确定阀门的结构长度和连接尺寸 1.6 确定球体通道直径d球体通道直径应根据阀门在管道系统中的用途和性质决定，并要符合相关的设计标准或用户要求。
球体通道直径分为不缩径和缩径二种：不缩径：d 等于相关标准规定的阀体通道直径缩径：一般d=0.78相关标准规定的阀体通道直径，此时，其过渡段最好设计为锥角过渡，以确保流阻不会增大。
球阀solidworks制图
第1章球阀零件的建模过程1.1 阀体1 在上视基准面上绘制两个半径不同的圆，然后在小圆上画一个小圆，然后按90度圆周整列4个，最后拉升该草图。
2 在阀体底部上绘制草图，，然后以该表面为基准面建立一个距该面6mm的基准面并在该基准面上绘制一圆，然后通过放样得到过度面。
3 以放样得到的面为基准面分别绘制半径为35.5和30.5mm的圆，然后拉升27mm高。
4 在该圆环表面上绘制如下图草图，然后拉升一定高度。
5 建立基准面3绘制矩形突起草图，然后拉升。
6 在基准面4上绘制与填料压盖相配合的突起并向外拉升，然后绘制螺纹孔。
8 内孔，倒角以及小型凹槽绘制过程略。
- 1 -- 2 -1.2 阀芯1 在草图上绘制半圆，然以后通过“旋转”得到如图所示球。
2 建立基准面1，绘制半圆弧然后拉升得到圆弧槽。
3 在距球上端距离为R处建立基准面，然后在该基准面上绘制一圆，通过拉升切除得到一通孔。
4 选中通孔内表面，通过"抽壳"得到内部空心的圆球。
- 3 -1.3 阀盖1 在上视基准面上绘制两个半径不同的圆，然后在小圆上画一个小圆，然后按90度圆周整列4个，最后拉升该草图得到阀盖底部。
2 一阀盖底部上表面为基准面绘制一小圆，然后拉升一定高度，然后该圆柱面上绘制阀盖顶部草图，最后拉升8mm。
3 最后绘制通孔（步骤略）。
- 4 -- 5 -1.4 填料压盖1 在上视基准面上绘制一个半径为的圆和两个半径为的圆，然后绘制两个分别与小圆同圆心的圆，通过添加几何关系（固定-相切）再将其多余的线剪切，最后得到如图草图。
2 选择“拉升”将草图拉升指定高度。
以上表面为基准面绘制圆，并拉升指定高度如图。
- 6 -1.5 阀杆1 在圆柱表面绘制一个半圆，然后选择拉伸切除。
2 选择实体镜像从而把另一面也切除。
3 在前视基准面绘制一个圆拉伸。
1.6 扳手1 在上视基准面上绘制一圆和正方形，然后通过“拉升”工具拉升一定高度。
2 在距中心一定距离处建立基准面1，然后在该面上绘制绘制一个与水平面成30度角的矩形（高为8mm)，通过“拉升”工具拉升一定高度(距离中心45mm）。
毕业设计--手动式浮动球球阀的设计
2
完成球阀各零件的设计及计算，并确定装配方案
09.03.25～09.04.25
3
用CAD绘制出球阀的零件图（7张）及装配图（1张）
09.04.25～09.05.15
4
编写毕业设计说明书及球阀的使用说明书
09.05.15～09.06.05
5
准备毕业答辩
09.06.05～09.06.15
The shortcomings of the traditional ball valve is friction, and life short, good sealing performance. Therefore, the key question is designed to minimize the risk of friction, sealing important, and ultimately to achieve high efficiency, high quality and durability requirements. Ball wear and tear of the headstock has a small, closed gate can control the flow and the benefits of labor-saving; as a result of the valve seat seal design is the flexibility to choose the valve seat, the ball valve to overcome a common result of excessive pressure sealing of sealing surface of the shortcomings of easy to wear and tear to extend the life of aball valve.
第一章 第一阶段：球阀设计
第一段：球阀设计第一阶段教程首先包括了水流经一个球阀装置以及随后的一些设计改变。
这个教程的目的是展现如何方便快速的使用EFD.V5 进行流体流动仿真和快捷的进行分析设计变量。
对于想要确定设计变化所产生影响的工程师而言，EFD.V5 这两大优点正是他们所需要的。
打开模型1. 复制First Steps - Ball Valve文件夹进入到你的工作目录，此外由于EFD.V5在运行时会对其输入的数据进行存储，所以必须确保文件处于非只读状态。
运行EFD.V5。
2. 点击Start, Analysis & Simulation 并且选择EFD.V5 - Engineering FluidDynamics。
3.点击File，Open。
在File Selection对话框，浏览First Steps - Ball Valve文件夹，找到Ball Valve.CATProduct文件，点击Open (或双击此文件)。
这是一个球阀，旋转把手可以开启或关闭阀门。
其旋转的角度控制开启阀门的开启角度。
4.通过点击CATIA模型树中的元件显示lids（Lid （Inlet）和Lid (Outlet)）。
我们用EFD.V5 对这个模型进行仿真时不做任何的改动。
只需要使用LID 来封闭内部空间。
在这个例子中LID 被设置成半透明的状态以便我们可以清楚的看到阀门内部的状况。
调整CATIA 显示设置对CATIA 进行适当的透明度设置，使显示的图形与教程中所显示的相一致。
1. 点击Tools，Options。
2. 在General下，点击Display。
3. 在Visualization页中设置Background为White。
4. 在Performances页，设置Level of detail，Static为maximum (40.0) 和Transparency quality为High (Alpha Blending)。
球阀的结构及工作原理
球阀的结构及工作原理
球阀是一种常见的阀门，广泛应用于石油、化工、冶金、电力等工业领域。
它具有结构简单、密封可靠、操作轻便等特点，因此备受青睐。
接下来，我们将详细介绍球阀的结构及工作原理。
首先，我们来看球阀的结构。
球阀主要由阀体、阀盖、阀杆、阀芯、密封圈等部件组成。
阀体是球阀的主要部件，通常采用铸铁、碳钢、不锈钢等材质制成。
阀盖用于连接阀体和阀杆，阀杆则用于控制阀芯的开启和关闭。
阀芯是球阀的关键部件，通常采用球形设计，通过旋转实现阀门的开启和关闭。
密封圈则用于保证阀门的密封性能。
整体结构简单紧凑，安装维护方便。
接下来，我们来了解球阀的工作原理。
当阀门关闭时，阀芯通过旋转使球体封面与阀座密封面接触，从而实现阀门的关闭。
当阀门开启时，阀芯旋转使球体封面与阀座密封面分离，从而实现阀门的开启。
阀门的开启和关闭通过阀杆的旋转来实现。
球阀的密封性能取决于阀芯与阀座的密封面，因此选用合适的材质和加工工艺对于球阀的密封性能至关重要。
此外，球阀还具有流体阻力小、使用寿命长、适用范围广等特点。
它不仅可以用于常规介质的控制，还可以用于腐蚀性介质、高温高压介质的控制。
因此，在工业生产中得到了广泛的应用。
总的来说，球阀作为一种常见的阀门，具有结构简单、密封可靠、操作轻便等特点，广泛应用于石油、化工、冶金、电力等工业领域。
通过对球阀的结构及工作原理的了解，我们可以更好地掌握其使用方法，保证其正常运行，为工业生产提供更好的保障。
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本科课程设计令狐采学题目：过程流体机械课程设计学院：机械与自动控制学院专业班级：过程装备与控制工程姓名：学号：二O一六年七月目录摘要. (I)第一章工作原理和设计方法 (1)1.1 工作原理 (1)1.2 设计方法 (1)1.2.1 球阀结构 (1)1.2.2 球阀材料 (2)1.2.3 阀体 (3)1.2.4 球体 (4)1.2.5 阀杆 (4)第二章球阀尺寸计算 (6)2.1 阀体 (6)2.2 阀杆 (6)2.2.1 阀杆尺寸······················· (6)2.3 球体尺寸计算 (6)2.4密封比压 (6)2.5球阀转矩 (9)2.6法兰螺栓校核 (10)2.7法兰选型 (11)第三章数值模拟计算方法·························· (12)3.1 数学模型 (12)3.2 网格划分 (13)3.3 边界条件 (14)3.4CFD使用步骤 (14)第四章管道内流体模拟结果分析 (15)4.1 球阀在不同相对开度时的速度分析 (15)4.2 球阀在不同相对开度时的压力分析 (16)4.3 球阀在不同相对开度时的流量系数分析 (17)第五章总结·······················································参考文献··························································摘要本学期过程流体机械，我组所做课程设计为V型球阀。
V型球阀属于固定球阀，也是单阀座密封球阀，调节性能在球阀中比较有优势。
本设计说明根据已知的球法者及经验对DN100mm,PN 1MPa的球阀进行设计，主要包括了材料选择，结构设计，尺寸计算，强度校核，三维建模，CFD数值模拟分析等。
并且，尽量式结构在满足其工艺要求的前提下，降低结构的复杂性。
本设计中，根据老师给定的数据和已知条件进行设计，并根据国家标准和设计手册进行选材。
设计期间用到了solidworks进行三维建模，并建立了流道图，用到了gambit 进行网格划分，设置边界条件，用fluent进行对不同开度时的流道进行压力和速度分析并获得相应云图。
通过以上软件完成对V型球阀的分析计算。
并未以后的相应工作打好相应的基础。
关键词：结构设计，尺寸计算，强度校核，数值分析第一章工作原理及设计方法1.1工作原理具有与截止阀相同的旋转90度提动作，不同的是旋塞体是球体，有锥形通孔或通道通过其轴线。
当球旋转90度时，在进、出口处应全部呈现球面，从而截断流动。
球阀的主要特点是本身结构紧凑，易于操作和维修，适用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质，而且还适用于工作条件恶劣的介质，如氧气、过氧化氢、甲烷和乙烯等。
球阀阀体可以是整体的，也可以是组合式的。
V型球阀是中央有通孔的球作开关的阀门，传统上分为浮动V型球阀和轴耳固定V型球阀两种。
浮动V型球阀的开关球经阀座密封对接在阀体中转动，转动到通孔与通道口对准时为全通，转动到通孔与通道口成一定角度时为全闭。
浮动V型球阀的开关球通过槽与操作阀杆相连，在介质压力作用下，可相对阀杆或阀体浮动在下游阀座上，从而实现关闭密封。
轴耳固定V型球阀的开关球通过以阀杆为轴的轴耳固定在阀体上，在介质压力作用下，不可相对阀体浮动，只能通过上游阀座的浮动实现关闭密封。
因此，浮动V型球阀的阀座可以是固定阀座，轴耳固定V型球阀的阀座是浮动阀座。
总结：V型球阀座的结构和性能可通过阀座的截面基准等边三角形来控制和调整，因此，凡V型球阀座皆可按等边三角截面法设计，首先按结构和性能基本需要确定其截面基准等边三角形，然后以截面基准等边三角形为截面要素、截面成分或截面轮廓确定阀座截面，最后按具体需要选择材料。
实际上，按等边三角截面法设计，V型球阀座和开关球一同变得极易标准化，而一旦标准化后，V型球阀座和球的设计仅在于按介质和介质压力简单确定材料。
（等边三角形截面法）1.2设计方法1.2.1球阀结构1.2.2 球阀材料球阀材料根据公称压力选用，由球阀设计计算手册查得可选灰铸铁HT150。
如图示：阀体选用HT1501.2.3 阀体阀体为二分式阀体，法兰连接，材料为HT150设计初始条件口径：25mm 压差：5000Pa 进口压力：0.1MPa公称压力PN=1MPa阀体壁厚设计：所以附加余量c = 5mm所以tB=6mm1.2.4 球体确定球体直径:对于通孔球径，球体半径一般按R=（0.8～0.95）d计算对小口径R取相对大值，反之取较小值为了保证球体表面能完全覆盖阀座密封面，选定球径后，须按下式校核:根据以上可选球径为R=24mm,A=10mm,H=6mm。
1.2.4 阀杆阀杆的确定可由球体的直径来确定，由球体直径D=48mm，查阀门设计手册可选阀杆：第二章球阀尺寸计算2.1 阀体口径：25mm 压差：5000Pa 进口压力：0.1MPa公称压力PN=1MPa所以附加余量c = 5mm所以tB=6mm2.2 阀杆2.2.1 阀杆尺寸：由上述方法可计算：对于球径R=24mm的球，可选用阀杆尺寸为：d=12mm, SR=50mm, h=5mm, d0=16mm, b=8mm。
2.3球体尺寸计算：根据1.2.4可计算得球体的尺寸：对于通孔球径，球体半径一般按R=（0.8～0.95）d计算对小口径R取相对大值，反之取较小值。
为了保证球体表面能完全覆盖阀座密封面，选定球径后，须按下式校核根据以上可选球径为R=24mm,A=10mm,H=6mm。
2.4密封比压确定当时合格。
密封封面材料：选用聚四氟乙烯必须比压球体中心面到法兰两端面距离=阀座平均直径:=26.5液体对密封面的作用力:实际比压：阀座密封面宽度：=1.80 mm对于聚四氟乙烯，其系数a=1.8c=0.9 ，所以综上满足要求。
2.5球阀的转矩计算球体与阀座密封面间的摩擦力矩，F——球体与阀座之间的密封力，F=N,N=Q/COSΦ（N）;r——摩擦半径R——球体半径=24mm；——球体与密封圈之间的摩擦系数，查表得=0.04。
则=N r=727（N·mm）2.5.1阀体螺栓设计:1）操作情况由于流体静压力所产生的轴向力促使法兰分开，而法兰螺栓必须克服此种端面载荷，并且在垫片或接触面上必须维持足够的密紧力，以保证密封。
此外，螺栓还承受球体与阀座密封圈之间的密封力作用。
在操作情况下，螺栓承受的载荷为:=F++Q式中——在操作情况下所需的最小螺栓转矩（N）；F——总的流体静压力（N），F=0.785P；——连接接触面上总的压紧载荷（N）,=2πb mP；Q——载荷作用位置处垫片的直径（mm）垫片选用GB9126.2-88 内径=34mm =51mm 厚度 t=1mm=(+)/2=42.5mm垫片的有效密封宽度 m=2.25比压 y=15MPa宽度 b=8.5mm则将各项数据代入可得螺栓工作载荷=F++Q=7325.48（N·mm）2.6中法兰螺栓校核外部法兰由之前的数据由阀门设计手册表6-16查德选系列代号1级法兰。
液体对密封面作用力==551.26 N螺栓预紧力可求得：Q1=球阀密封力Q= Q1+=800.89N设 h=1mm 且 R=24mm其强度校核可由公式：根据公称压力以及所受的预紧力和尺寸，从GB6188-2008选用等级3.6级，碳钢，M8螺栓，预选4个，以下进行校核：由公式：, W取Wa与Wp之间较大值；A=4*3.14*4^2=3768=180MPa所以所选螺栓满足其强度要求，校核成功。
2.7法兰选型根据球径48mm，选择法兰外径为115mm的端法兰，其螺栓孔中心直径85mm，螺栓孔径选14mm，螺栓选取M12，因为公称压力比较小，所以选取4个即可（其强度在上面也已经校核过，在此不作说明)，法兰厚度16mm。
中面法兰经结合各种参数后，可得参数：法兰厚度5mm，中面法兰边长160mm，螺栓直径选M8，4个，法兰孔径为公称直径85mm。
Wa:预紧螺栓时所需的最小螺栓转矩；Y：垫片或法兰接触面上的单位压紧载荷；Q1：预紧力第三章数值模拟分析方法3.1数学模型（以20%开度为例）3.2网格划分(以80%开度为例)3.3边界条件3.4 CFD-Gambit使用步骤首先，将solidworks里建立好的流道图以STEP格式导入到Gambit中去，然后设定流道尺寸，将流体改为水（液体），选择k-epsilon(2 eqn)模式。
在边界条件下设定流体为水，进口压力，水力直径，出口压力，水力直径。
在设置进出口为压力进口压力出口。
最后导出mesh文件。
第四章管道内流体模拟结果分析4.1 球阀在不同相对开度时的速度分析球阀在 40%开度时的速度云图：球阀在70%开度时的速度云图：4.2 球阀在不同相对开度时的压力分析 16球阀在20%开度时压力云图：球阀在40%开度时压力云图：球阀在70%开度时压力云图：4.3 球阀在不同相对开度时的流量系数分析 17球阀在20%开度时流量系数：球阀在40%开度时流量系数：球阀在70%开度时流量系数：第五章总结球阀在日常生活中应用广泛，大到石化工业用阀门，小到日常生活中的水龙头，都是球阀。