高压软密封球阀的设计、制造及实验研究

摘要

球阀是以球体为开关件的阀门，是阀门中的重要分支。球阀具有流体阻力小、开关迅速方便、密封性好、寿命长、可靠性高等优点。近年来，随着工业对球阀需求的日益增多，对球阀的使用要求也提出了更为苛刻的要求。本文对高压软密封球阀的设计、制造及试验进行了研究:将经验设计，CAD技术和有限元技术相结合，运用到本球阀的设计与优化中;同时对球阀球体密封面加工技术进行了详细的探讨;最后的球阀试验验证了有限元仿真的有效性和球阀优异的使用性能。本文取得的主要成果如下:
　　设计了一种高压软密封球阀，其操作方便，结构紧凑，同时此球阀通过了静压试验、寿命试验和爆破试验的验证，试验结果表明本文研制的球阀具有优异的使用性能:静压试验(水压:30MPa，气压:0.7MPa)及爆破试验(水压:60MPa)无泄漏，使用寿命达2万次。
　　基于有限元理论，运用MSC.Patran/MD.Nastran软件对球阀的关键零件和装配体进行有限元仿真，分别进行了应力和位移分析，最后通过球阀压力试验验证了有限元分析的有效性，即球阀加压前后的距离变化与有限元仿真分析的位移变化趋于一至。
　　对阀球的杯形研具加工方式进行了详细的研究，得出了杯形研具加工的去除函数;通过试验验证了去除函数的正确性，得出了研磨工艺参数对研磨效果的影响规律，同时获得了较好的加工工艺参数:压力为0.35Mpa，浓度为40％，速度为(35)m/min。
　　设计并制作了杯形研具工装，该工装使用方便，安装在现有机床上，工装制作成本低，加工效率高，人工成本低，经济;同时能满足小尺寸到大尺寸的阀球加工，通用性好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 球阀

1．1．1 球阀的作用原理

1．1．2 球阀的分类及其特点

1．2 行业现状

1．3 国内外研究现状

1．4 有限元技术

1．4．1 有限元的基本理论

1．4．2 有限元分析的基本步骤

1．5 课题来源及意义

1．6 课题主要工作

1．7 本章小结

第二章 球阀关键零件的设计与校核

2．1 球阀总体设计

2．2 阀体的结构设计与计算

2．3 密封副的设计与计算

2．3．1 密封机理

2．3．2 影响密封性能的因素

2．3．3 浮动球阀的密封原理

2．3．4 密封副比压计算及验算

2．4 阀杆的强度计算

2．4．1 阀杆强度计算

2．4．2 阀杆与球体连接部分的计算

2．5 本章小结

第三章 球阀关键零部件的有限元分析

3．1 MSC．Patran与MD．Nastran软件介绍

3．1．1 MSC．Patran介绍

3．1．2 MD．Nastran介绍

3．2 阀体强度校核及变形仿真

3．2．1 阀体壁厚的校核

3．2．2 阀体顶端圆环的校核

3．3 阀盖强度校核及变形仿真

3．4 装配体校核

3．4．1 前置处理

3．4．2 后置处理

3．5 本章小结

第四章 球阀球体密封面加工技术的数学建模与实验

4．1 现有加工技术

4．2 杯形研具研磨技术理论研究

4．2．1 研磨理论

4．2．2 研磨轨迹的求解与分析

4．2．3 研磨速度求解与仿真分析

4．2．4 研磨时间求解

4．2．5 去除函数与仿真分析

4．3 研磨设备设计与制作

4．3．1 创成性加工机理

4．3．2 研磨设备的结构设计

4．3．3 研磨设备的整体结构和工作原理

4．4 研磨设备的使用方法

4．4．1 计算加工参数

4．4．2 加工设备的操作步骤

4．5 研磨试验

4．5．1 理论验证试验

4．5．2 研磨正交实验

4．6 本章小结

第五章 球阀的测试试验

5．1 验证有限元仿真有效性试验

5．2 球阀性能试验

5．2．1 静压试验

5．2．2 寿命试验

5．2．3 爆破试验

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

硕士期间发表的学术论文

致谢