单座调节阀的设计

单座调节阀的设计学位论文完成日期2005年8月摘要先进的现代化工业是以生产自动化为标志的。从自动化系统的发展历史和进步来看，技术工具的变革起着极为重要的作用。各种先进的控制手段虽然不断出现，但基本的控制规律没有改变，而技术工具的变化则是日新月异。调节阀作为自动化系统中关键的技术工具之一也正经历着更新换代。本论文在详细调查和研究的基础上，分析了目前调节阀行业的发展状况和技术水平，分析了国外先进产品的技术特点和技术优势，列举了传统单座调节阀的不足之处。结合本企业的实际情况及国内市场的需求，借鉴国内外调节阀的先进技术，设计了新型的具有特色的单座调节阀。本文阐述了吴忠仪表股份有限公司单座调节阀的总体方案设计和关键技术参数的确定，样机试制后，又进行了试验，并对试验数据进行了分析研究。本设计中解决的关键技术和创新点有：阀体S型流线型流道设计，减少压降损失，阀体流通能力强，流量大；阀芯的上导向式设计，减少调节阀泄漏点，优化结构，降低成本；更接近理想的阀芯型面设计，流量特性曲线精度更高，提供更大的可调范围。相信不久的将来，随着各方面技术的不断成熟和发展，会有更先进的调节阀出现。关键词：单座调节阀阀体流道阀内件结构流量可调范围ABSTRACTAutomationofmanufactureisthesymbolofadvancedmodernindustry.Inviewofthedevelopmenthistoryandimprovementofautomaticsystem,thetechnicaltoolshavetakenanimportantroleinit.Manykindsofcontrolmethodshavebeenintroducedtocontrolsystem.Thoughitsbasiccontrolruleisinvariable,technicaltoolschangewitheachpassingday.Asakeytechnicaltoolofautomaticsystem,controlvalveisregenerating.Basedondetailedinvestigationandstudy,thearticleanalyzesdevelopmentandtechnicallevelofcontrolvalve,andanalyzestechnicalcharacteristicandadvantagesofforeignproduct.Also,thearticleanalyzesshortagesofconventionalcontrolvalve.Consideringourcompany’srealityanddemandsofdomesticmarket,thearticlepreferstodesignanewtypeofsingle-seatedcontrolvalveofitsownfeaturesbyintroducingadvancedtechniquefromforeigncontrolvalve.ThearticledescribestotaldesignprojectandconfirmationofkeyparametersofthesingleseatedcontrolvalveofWuzhongInstrumentCo.,Ltd..Andaftertrail-manufacture,wedidsometests.Thearticleanalyzesthedatagottenfromthetestseither.Keytechniquesandinnovations:“S”typeflowchannelistolowerpressureloss,tostrengthenflowcapabilityofthevalvebodyandtoincreaseflow.Up-guidestructureofvalveplugistodecreaseleakagepointsofthecontrolvalve,tooptimizestructureandtolowercost.Perfectoutlinedesignofplugprovideshigherprecisionofflowcharacteristiccurveandlargeradjustablerange.Itisbelievedthatmoreadvancedcontrolvalvewillcomeintobeinginnearfuturewithothertechnology’sgrowthanddevelopment.KeyWords:Single-seatedcontrolvalve,Flowchannelofvalvebody,Structureofvalvetrim,Flow,Adjustablerange目录中文摘要ABSTRACT第一章绪论…………………………………………………………………………1§1.1问题的提出………………………………………………………………1§1.2新型单座调节阀设计的目的及意义……………………………………1§1.3论文应用背景……………………………………………………………3§1.4国内外技术发展水平概况………………………………………………4§1.5论文主要内容……………………………………………………………6第二章单座调节阀理论分析………………………………………………………8§2.1调节阀技术及发展………………………………………………………8§2.1.1调节阀技术背景………………………………………………………8§2.1.2调节阀的发展…………………………………………………………9§2.2调节阀的功能及技术分析………………………………………………9§2.3单座调节阀的功能及技术分析………………………………………10§2.4本章小结………………………………………………………………12第三章单座调节阀的设计计算……………………………………………………13§3.1结构形式与设计…………………………………………………………13§3.1.1阀体及其连接型式……………………………………………………13§3.1.2上阀盖型式……………………………………………………………17§3.1.3填料型式………………………………………………………………19§3.1.4阀芯型式………………………………………………………………20§3.1.5阀芯导向型式…………………………………………………………23§3.1.6阀座型式………………………………………………………………23§3.1.7阀杆设计………………………………………………………………24§3.2流量特性及其选择………………………………………………………24§3.2.1可调范围………………………………………………………………24§3.2.2流量特性………………………………………………………………27§3.3流通能力和调节阀口径的计算…………………………………………33§3.3.1流通能力的计算………………………………………………………33§3.3.2调节阀口径的计算……………………………………………………34§3.4单座调节阀工艺性分析…………………………………………………36§3.5本章小结…………………………………………………………………38第四章单座调节阀试验分析………………………………………………………39§4.1壳体试验…………………………………………………………………40§4.2上密封试验………………………………………………………………41§4.3整机密封试验……………………………………………………………41§4.4流量试验…………………………………………………………………42§4.5本章小结…………………………………………………………………50第五章结果分析……………………………………………………………………52§5.1流量特性斜率偏差计算结果分析………………………………………52§5.2流量实验结果分析………………………………………………………53第六章结论与展望…………………………………………………………………55§6.1结论………………………………………………………………………55§6.2展望………………………………………………………………………55参考文献………………………………………………………………………………57在读期间承担科研项目及取得成果…………………………………………………59致谢……………………………………………………………………………………60第一章绪论1第一章绪论§1.1问题的提出先进的现代化工业是以生产自动化为标志的。从自动化系统的发展历史和进步来看，技术工具的变革起着极为重要的作用。各种先进的控制手段虽然不断出现，但基本的控制规律没有改变，而技术工具的变化则是日新月异。人们已经不再满足于传统的生产方式，开始用模拟电路、数字化、微机化等先进技术进行革新。智能仪表的研制和使用更为工业自动化开创了美好的未来。典型的自动化控制系统主要有三个环节—检测、控制、执行三大部分。近年，监测仪表和控制仪表受到数字技术和微处理器技术的影响，发生的变化已是有目共睹，特别是作为主要产品的调节阀，也有长足的进步。传统使用的调节阀虽然基本上满足许多工业系统的需要，但随着现代化工业的大规模发展，如何生产出更多更好的先进产品，如何提高产品质量标准，如何更有效，更安全地操作，如何更充分地利用资源，节约能源和保护生态环境，都给社会、人们提出新的课题，人们已经对调节阀提出更严格、更高的要求。展望未来，要面临的问题会更多：原材料供不应求，石油、煤、水资源的消耗和欠缺；社会对提高生产力和改善工作条件的要求；环境保护及人类生活质量提高的呼声。解决这些问题，就要对旧的过程控制系统进行改造，或者创造出更新的过程控制方法，而新的系统对调节阀的要求就更高。§1.2目的及意义调节阀质量的提高，功能的扩展，适用范围的增加，对整个现代化工业具有非同寻常的意义，而设计出能满足各方面需求的调节阀更是迫在眉睫。由于受结构形式的限制，单座调节阀只能在大部分场合应用，但本文的目的是力求使调节阀向着以下要求的方向设计：一、质量更稳定，工作更可靠，操作更安全。在过程控制中，调节阀直接和控制流体相接触，一旦发生故障，后果不堪设想。在石油工业中，从油田到炼油厂，各种生产装置都大规模地集中检测和控制，大部分操作条件都是在高温低压或高温高压中进行，介质都是易燃易爆的各种油品，因此，调节阀的可靠性和防火防爆性被提到首位。在化工工业中，过程的多样性及工艺条件的变化，对温度、压力、流量和液位四大热工变量的控制和执行中，都是很多特殊问题要求调节阀能够适用。在电力工业中，火力发电厂要对锅炉进行控制，锅炉调节系统中保持水位的正常至关重要，避免调节阀的误开、误关、避免事故的发生又是何等的重要。单座调节阀的设计2为了确保调节阀的工作性能和可靠性，必须做到如下的要求：1．保证调节阀的质量。调节阀的选用要经过严格的计算；类型、口径、各项性能都要符合要求；调节阀各种重要零件的材料要严格地挑选；要有足够的强度和刚度；要按照国家标准通过耐压试验，气密封等试验；生产厂家的制造技术和测试方法必须符合标准，要由主管部门鉴定认可。严禁不具备生产条件的小厂进行生产。2．确保可靠的操作性。这里不仅指调节阀本身的制造质量，而且包括对操作人员的培训和素质的提高。为了便于操作，工艺人员一定要注意铭牌所标的注意事项，根据我国新启动的调节阀新标准，执行机构的铭牌至少要标出制造厂名、产品性好、额定流量系数、设计位号、产品编号及制造年月日等项；阀体上则要铸出或冲出表示介质流动方向的箭头或公称通径以及公称压力。也可以标志在与阀体牢牢固定的铭牌上。重要的阀门都要装有足够的附件，如阀门定位器、限位开关等。要有足够的安装空间和操作空间，有足