制冷系统中节温器设计.doc
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1、论文(设计)题目:制冷系统中节温器设计 【摘要】:汽车节温器是用来控制发动机循环水都范围和流通温度的,如果改变控制介质和控制温度就可以将节温器应用到更广阔的领域。本次论文现在将乙二醇取代原来的水介质,控制温度由发动机内的7080改为130135,设计新的节温器内部结构和温敏材料来满足所定工况。【关键词】:乙二醇 节温器 石蜡 感温体 液流重度 吸热系数 热胀冷缩 公称压力 液体流量 开启时间 强度校核外文文献引用:Expansion characteristies and blending pattern of temperature-sensing paraffin used in temp
2、erature-controlling valve HE Shi-quan, LIU Xiao, AN Xiao-ying(College of Petrochemical Technology ,Lanzhou Univesity of technology ,Lanzhou 730050,China)Abstract :To study the belending pattern of temperature-sensing ,paraffin-type constant-temperature values,the melting point and expansion ratio of
3、 mixed sampels of eicosane and octadecane with different proportion were tested .The melting point of mixtures was measured by digital instrument of melting point and microscopic instrument of melting point,and expansion ratio of mixtures were tested by using its measurement device ,Meantime,the ble
4、nding pattern of the optimized temperature-sensing paraffin was also investigated on the basis of its expansion characteristics.It was found from investigation results that the paraffin with ideal expansion ratio would be obtained by means of mixing a compound with high-carbon alkane as its major co
5、mposition and low-carbon alkane as its minor portion ,more suitable for its application inparaffin-typeconstant-temperature values.Key words:constant-temperature value;paraffin;pattern;melting point摘要:为了研究石蜡式温度控制阀中的石蜡的调配规律,对十八烷烃与二十烷烃进行不同比例混合制得混合物,并对混合样品的熔点和膨胀率测试。对于熔点的测量采用了数字熔点仪和显微熔点仪,用膨胀率测定装置测量混合物膨胀
6、率。根据温度膨胀特性的调配规律的对优化感温蜡研究。结果发现,以高温碳数烷烃为主加入少量低碳数烷烃调配的混合石蜡,具有更合适的应用领域在石蜡式温度控制阀。关键词:恒温阀;石蜡;调配规律;熔点。Conclusion:1)more than 50 twenty alkane quality score ,along with the increase of 20 alkane quality score ,mixed inflation tends to stable and less than twenty alkane.2)To the maximum inflation rates ,the
7、expansion of the mixtures of small elemental less influence than maximum inflation of the mixture of big impact .3)The expansion of the mixtures of performance is all comonents of the influence of melting point and inflantion ,high melting point and high inflation low melting of adding new low infla
8、tion and the components,easier to get tansformation and inflation,infalantion mixture of interval consistent easier to achieve stable characteristics.结论:1)二十烷烃质量分数大于50,随着二十烷烃质量分数的增加,混合的膨胀率趋于稳定且小于二十烷烃。2)最大膨胀率的单质对混合物的膨胀性能影响更大。最大膨胀率小的单质对混合物的影响小于最大膨胀率大的单质对混合物的影响。3)混合物的膨胀性能受到各个组分的熔点和膨胀率的影响,高熔点和高膨胀率的单质中加入
9、低熔点和低膨胀率的组分,更容易得到相变和膨胀区间一致的混合物,膨胀特性稳定较易实现。目录1循环冷却原理.62节温器开启原理.63整体设计3.1阀体壁厚.63.2法兰计算.73.2.1螺栓连接阀体组件73.2.2螺纹联接阀体组件74密封理论初步计算.74.1密封性计算.74.2不密封方向上力的计算.95螺栓强度的计算.105.1总计算载荷.105.2初加温时螺栓的总计算载荷.105.3高温时螺栓的总计算载荷.115.4螺栓强度校核.126法兰强度计算.136.1常温时法兰的强度计算.136.2初加温时法兰的强度计算.166.3高温时法兰强度MPa.16.7阀盖厚度的计算.178支架的计算.188
10、.1闸阀支架.188.1.1断面处的合成应力MPa.188.1.2断面的合成应力MPa208.1.3断面的弯曲应力MPa209填料装置的计算.219.1填料箱孔的直径与阀杆直径和填料宽带.219.2填料装置主要零件的强度校验.219.3填料与阀杆摩擦力的计算.239.4阀杆的稳定性校核.249.5阀杆螺母的计算.2410弹簧计算2510.1有效圈数.2610.2弹簧刚度P1.2710.3螺旋角.2710.4弹簧展开长度.2710.5压并高度Hb.2710.6节距t.2710.7间距.2710.8最小工作载荷时的高度H1 mm.2710.9最大工作载荷时的高度Hn2810.10材料直径d.281
11、0.11对于工作弹簧的稳定性计算.2811密封性的计算2912感温体部分的设计3012.1最高设定压力阀芯的开口量X.3112.2感温体最大位移量y的计算.3212.3节温器阀口流速估算.3312.4感温体响应时间的计算.3312.4.1感温体中石蜡导热时间计算.3412.4.2感温体外壁导热时间计算3512.4.3弹簧作用时间响应计算3612.5感温体石蜡的压强估算.3713设计整体评估.3714参考文献.3715致谢.38正文:节温器是控制发动机内部冷却系统大小循环的温度控制阀门。1.首先我们得弄清汽车冷却系统的大小循环问题?对于本次设计工况要求,正常情况下,当发动机冷车起动时,工作温度很
12、低,为了使温度能较快上升,这时通过节温器控制(节温器的主阀门关闭),使冷却液由液压泵提供动力循环流入分水管,冷却液不流经散热器,此时为小循环,当冷却液的温度达到130度后,节温器阀门开启,冷却液开始流经散热器,冷却系统进入大循环。2.本次设计的石蜡节温器阀门开启的原理解释:节温器属于汽车冷却系统的一部分,是控制冷却液流动路径的阀门。通常阀门的打开和关闭是根据冷却液温度高低决定,其控制冷却液流入散热器。蜡式节温器是根据石蜡受热融化膨胀力的作用控制阀门。当冷却液温度低于规定值时,节温器感温体内的石蜡呈固态,节温器阀在弹簧的作用下关闭冷却液向散热器的通道,冷却液经过旁通孔,水泵返回发动机,进行小循环
13、。当冷却液温度达到规定值时,石蜡开始融化而逐渐变成液体,体积随之增大并压迫胶管和感温体产生向下的反推力使阀门打开。这时的冷却液经过节温器阀进入散热器,并由散热器经水泵流回发动机,进行大循环。3.节温器又可称作温度控制阀,本次设计中按照阀门设计理论并结合传热学知识进行整体设计。3.1阀体壁厚的计算(备注:低压闸阀的阀体,通道两端是圆形的,而两腔是椭圆形的),实际设计中忽略细微部分外形带来的变化。阀体壁厚的计算除了考虑强度之外,还应考虑刚度,否则同样会出现压力变形而导致的破坏情况。但本次设计的给定公称压力是0.6MPa 。因为压力很小,所以就不用进行刚度校核。对于低压阀门,一般采用薄壁阀体。阀体、
14、阀盖、感温体是节温器的承压件和控压件,直接承受介质压力,所选用的材料必须在规定的介质温度和压力作用下达到力学性能及良好的冷、热加工工艺性。依据公称压力PN1.6MPa,介质工作温度200的低压中温阀门选用灰铸铁HT200。在GB/T1226-2005通用阀门.灰铸铁件技术条件规定了灰铸铁铁单铸试样的力学性能。设计中,灰铸铁制造的节温器可用近似算法,首先按照GB/T12233-2005通用阀门法兰连接铁质闸阀标准首先查出最小壁厚,然后按照第一强度理论计算式进行壁厚验算。按照第一强度理论脆性材料壁厚计算式:tB=P.DN/(2L-P)+C1-1式中DN=30mm,P设计压力P=0.6MPa,tB考
15、虑附加裕量后阀体壁厚(mm),L材料许用拉应力(MPa),设计时取30MPa,C考虑铸造偏差、工艺性和介质腐蚀等因素而取的附加裕量(mm),根据表81选取附加裕量C=5mmtB-C= P.DN/(2L-P)=0.630/(230-0.6) =0.3解得tB=C+0.3=5+0.3=5.3mm(设计查取的表8-1,来自阀门设计.入门与精通 陆培文 主编)3.2阀体中法兰连接的计算从螺栓或螺纹联接的阀体组件,是承受机械负荷的。由于管道系统的温度变化,压力波动等原因产生的机械力都要作用到阀门上,设计中要充分考虑这些因素。3.2.1螺栓连接阀体组件,联接螺栓的总横截面积应符合式:6KPNAg/Ab50
16、.76Sa700012式中 K阀门系数,查取K值表,K=0.1,公称压力PN=0.6MPa ,Ag由垫片或其他密封件有效周边限定的面积,Ag=(D12-D22)/4,其中,D1 垫片的空心环形最大直径24mm,空心垫片的最小直径14mm。解Ag =298.5mm2,Ab螺栓总抗拉应力有效面积Ab =RM42,计算中也可按照,推荐表螺栓面积表进行对比换算。在阀门设计.入门与精通书中,表810单个螺栓的有效横截面积,M10=52.3mm2 ,计算M4有效面积时,可以采用10/4=52.3/x,解出x值,则为所求M4的有效面积,解得20.92mm2 。则60.10.6298.520.92=5.147
17、000Sa螺栓在38时的许用拉应力(MPa),根据GB/T 1932003,设计时选取118MPa50.76Sa=50.76118=6852.670003.2.2螺纹联接阀体组件,螺纹的剪切面积应符合式6KPNAg /As3300取As =Ab,其中As是剪切面积20.92mm260.10.6298.5/20.92=5.1433004密封理论初步计算4.1密封性计算确保连接件的密封性,确定压紧垫片所需的力。确定螺栓的尺寸和数量,确定法兰尺寸。法兰连接的压紧力不能保持固定不变,由于垫片和螺栓上的应力松弛,其拉力随着时间在变化,不论在法兰连接拧紧后不久的最初工作阶段,就是在受热后,垫片上的应力都产
18、生松弛。用无石棉垫片的法兰连接,其压紧力经过24h后即减少了30,对此,通常是用重复拧紧的办法来消除压紧力的降低。本次设计在乙二醇介质工况下工作,工作温度范围130135,小于300,故在计算中只按照常温工况验算。对于垫片所需压紧力按下列数据进行计算:采用橡胶垫片,选取垫片的宽度5mm,厚度3mm,为保证连接的密封性,垫片安装好以后需符合下式FYJ=LbqMFK41式中L依据中径算出周长,圆垫片L=d=3.14(35+25)/2=94.2,b垫片宽5mm,K取1.0qMF是为了保证密封的必须比压,此比压数值决定了垫片的材料,宽度和厚度qMF =qYC/(b(b/10)1/2)1/242其中qY
19、预紧比压(MPa),对于无石棉垫片,qY =20MPa b垫片宽5mm, 垫片厚度3mm, C变形系数,C=1+0.1(D/200)1/2,其中D为垫片的平均直径(mm),对于变形很大的橡胶垫片,垫片的宽度和厚度和尺寸的影响可以忽略。解C=1.039。解qMF=201.039/230.50.51/2 =6.93MPa 将qMF值代入41中,解FY=94.256.931.05=3264.03N qMF =qY对于软橡胶,qMF=2.0MPa橡胶压缩高度应限制在2040范围内,以防过度压缩使得使用性能变坏。工作密封性(受介质作用时),垫片的反作用力(N)按 Fn=Lbqp其中qp工作条件下的密封比
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