new明杆楔式单闸板闸阀设计

1、成都理工大学工程技术学院 明杆楔式单闸板闸阀设计 作者：邵雷 指导老师：郑才国 专业：机械工程及自动化 目录页 CONTENTS PAGE 一、设计背景一、设计背景 二、设计任务二、设计任务 三、阀门主体材料三、阀门主体材料 四、明杆楔式单闸板闸阀零件设计与计算四、明杆楔式单闸板闸阀零件设计与计算 一、设计背景 我国闸阀的生产历史已经有了几十年 发展，设计闸阀数量越来越多，闸阀的型 号也变得越来越丰富。尽管如此，我国国 内的闸阀技术与国际水平还是有一定的差 距。 闸阀是流体控制元件，在流体管道 系统中主要作用是管路介质的截断或接通、 防止流体回流、调节流量、调节和排泄压 力，由于所控制流体的物

2、理性质与化学性 质的不同，闸阀的使用规格型号也就不同。 一般使用的闸阀有明杆闸阀、暗杆 闸阀、直通式截止阀、节流阀等。其中明 杆闸阀又分有明杆楔式单闸板闸阀和明杆 楔式双闸板闸阀。 闸阀 二、设计任务 设计课题： 明杆闸阀设计 设计要求： 阀门是管道系统的 重要组成部分，应该满足 管道系统对阀门所提出安 全性、可靠性的使用要求。 设计内容： 承压件、密封副、阀 体与阀盖、阀杆、闸板、 中法兰、支架、阀杆螺母、 填料压盖、手轮等。 设计给定数据： 序号名称符号单位公式或来源数据 1公称通径DNmm设计给定80 2公称压力PNM p a 设计给定4 3温度T设计给定20 4介质 设计给定水、 油品

3、 5驱动方式 设计给定手动 6附加余量 mm设计给定5 7壁厚系数k1 PN=2.0MPak1=1.3;P N5.0MPa 1 8密封面宽度bmmm设计给定2.5 9密封面内径dmm设计给定80 10阀杆直径dfmm设计给定22 11介质压力PM P a 设计给定1 12填料层总高度hTmm设计给定3 13阀杆与填料间 的摩擦系数 T 0.01 设计给定数据 平行手轮平行手轮 支架支架 锁紧螺栓锁紧螺栓 阀盖阀盖 承压件承压件 阀杆阀杆 填料函填料函 中法兰中法兰 密封圈密封圈 闸板闸板 明杆楔式单闸板闸阀 三、阀门主体材料 阀门主体与介质流体直接接触，所受腐蚀力最强，对材料的要求 十分重要，

4、确定了阀门主体材料后，可依据阀门主体材料对阀门其余零 件选材进行参考。为了能让阀门安全可靠，节约能源、保护环境以及在 经济上的节约，阀门主体材料应当根据设计输入参数、使用条件和制造 要求选定。 设计给定：公称压力 温度 4PNM pa = 2 0 o TC 参考资料34复印资料等，综合考虑后确定阀门阀体材料碳素铸 钢WCB。 WCB 48545840833025618012570 245230200165128906535 b s WCB材料力学性能 四、明杆单闸板闸板闸阀零件设计 4.1 承压件设计 4.2 密封副设计 4.3 阀体与阀盖连接形式的确定 4.4 阀杆设计 4.5 闸板设计 4

5、.6 阀盖设计 4.7 支架设计 4.8 填料压盖设计 4.9 锁紧螺栓设计 4.10 手轮设计 4.11 阀门的流量系数 4.1 承压件设计 闸阀承压件一般为铸 造。承压件只有完全处于亚 比例状态的时候才是安全的。 承压件因受力使其变 形量达到最大比例变形量的 一半时的变形状态叫亚比例 状态。阀门在工作中受到介 质压力作用的同时还受到密 封副之间挤压力的作用。 材料：碳素铸钢 （ZG230-450） 承压件 设计给定：介质的工作温度室温，取 介质公称压力（Mpa）： 计算厚度(mm)： 计算压力（Mpa）： 计算内径(mm)： 查表得： 计算得： 所以承压件最小壁厚为10mm。 CT o 2

6、0 4PNMpa = 2.3 N B L PD tC P 4PP NM pa 100 N Dmm =82 L = 5C 10 B tmm 4.2 密封副设计 密封副的密封性能是阀门是否能够正常工作的重要标准。 为了能够使密封性能提高，闸阀使用时间久，密封副的材料 一定要具有耐磨、抗压、耐腐蚀的物化性能。 闸阀的密封副设计都是对称的。因而，由于阀杆的作用力， 在进口与出口密封上应形成相同的密封比压。但由于介质力的作 用，使进口端密封副间的比压减少而出口端比压增大，因而对于 单面强制密封，阀杆的作用力只能保证出口断具有足够密封比压， 而进口端是不能保证密封的。 设计得：密封面材料：黄铜（ ） 楔半

7、角 80 3Hsi o 5 4.3 阀体与阀盖连接形式确定 阀盖主要是为阀体提供一个罩子，用于连 接阀体，保护阀杆密封副，所以阀盖和阀体 可以是一个整体，也可以分离。它必须经受 住工作介质的压力和温度。也可以进行法兰 连接。 法兰连接 4.4 阀杆设计 明杆闸阀阀杆是一根长形圆柱机械零件，作用是将手轮的旋 转扭力转化为上下推力。阀杆端头与闸板连接形成密封副，阀杆 上部有传动螺纹，一般采用梯形螺纹或方形螺纹。 阀杆材料多为2Cr13。 阀杆稳定性示意图 阀杆头部 设计给定：阀杆直径 填料层总高度 介质作用于阀杆上的轴向力： 计算的出： 关闭时阀杆总轴向力： 开启时阀杆总轴向力： 查阅资料： 、

8、、 、 密封面处的介质作用力： 密封面上密封力： 阀杆径向截面上介质作用力： 阀杆与填料摩力： 计算得出： 、 mmd f 22 mmht3 2 4 Pf QdP =1520.53 P QN 12FZMJMFPT FK FK FFF 34FZMJMFPT FK FK FFF 1 = 0.29K 2 0.77K 3 0.41K 4 0.62K 2 =21382.46 4 MJMNm FDbPN 9071.35 MFMNmmMF FDbb qN 2 150.53 4 Pf FdPN 1219.68 Tft Fd b PN 15926.06 FZ FN 11650.84 FZ FN 轴向应力： 查表

9、得材料的许用拉压应力为： 、 因为： 、 所以设计合格。 阀杆铣扁后截面宽度： 阀杆铣扁处到底面高度： 阀杆端部剪应力计算： 材料： ，设计合格 62.64 FZ L S F N A 85.62 FZ Y S F N A 220 L N245 Y N YY LL 14bmm 10hmm - =43.46 2 FZT FF N bh 132 N 4.5 闸板设计 闸阀闸板种类规格有许多种，根据闸板形状分为楔式闸阀、 平行式闸阀。楔式闸阀的两个密封面与管道轴线成楔形形状，楔 形角一般 或 。252 oo 5 闸阀闸板 闸板和阀体一样，直接承受着流 体介质的冲刷力、腐蚀等物理化学性 质，其材料必须具

10、备一定的抗压力、 抗腐蚀性。故选用材料：20钢。 闸板厚度计算： B W KP tRC 圆弧过渡处半径密封面平均 半径（mm）： 11 (7810)44 22 MNm RDbmm 已知： 所以计算得： 取： 所以闸板最小宽度为15mm。 1.24K 1.24 4 44514.34 110 B W KP tRCmm 15 B tmm 4.6 阀盖设计 阀盖与阀座之间法兰连接。阀盖支撑阀杆，阀杆才能与阀 门介质通道形成垂直，才能方便阀门对介质的全开与全关动作。 阀盖上有螺纹孔，作用是进行密封或强度实验时排放空气，保证 内外气压平衡。 对闸阀一般采用带开口的蝶型阀盖。 阀盖 阀盖材料：ZG230-4

11、50 阀盖壁厚： 内半球半径： 过渡半径： 许用弯曲应力： 计算： 所以取： 阀盖最小壁厚10mm。 2 B W pR tKC 120Rmm 6rmm 102 W M pa 2K 4 120 259.71 22 102 B W pR tKCmm 10 B tmm 4.7 支架设计 阀门支架作为支撑机构，在阀门中十分重要，在使用中 常受启闭力的作用。 阀门支架形状较为复杂，常为铸件。许多阀门中的支 架常与阀杆直接接触，承受手轮等压力作用。如果阀门中的支 架出现断裂、歪斜等现象，会直接多阀杆造成影响，使的阀门 无法正常工作。 支架 支架材料确定： ZG230-450 加强筋截面高（mm）： 1 1

12、5Cbmm 加强筋截面长（mm）： 60Amm 加强筋截面宽（mm）： 100B bmm 加强筋截面厚（mm）： 加强筋总高（mm）： 支架上端外径（mm）： 支架上端内径（mm）： 支架上端高度（mm）： 计算弯曲应力、拉应力： 故得：设计合格 1 10aamm 90Hmm 46Dmm 26dmm 30hmm 3WW L 4.8 填料压盖设计 填料压盖 填料压盖材料选用：20钢 根据明杆闸阀阀杆直径选取填料压盖标准： 22dmm34Dmm 1 48Dmm 2 38Dmm 1 24dmm70Amm 30Hmm14rmm 2 2.0rmm 1 3rmm 12bmm 4.9 锁紧螺栓 公称压力 、

13、 公称通径的铸钢闸阀的阀杆螺母的结 构型式及尺寸见图锁紧螺母所示，锁紧螺母的材料选用35钢。 锁紧螺栓选用规格： 1.66.4PNMpa50300DNmm 33 1.5M 52Dmm22Rmm 1 43Dmm10Bmm 6bmm3.5tmm0.8Tm m 4.10 手轮设计 手轮设计 手轮作为闸阀启闭件动力来源，其材料的选择尤为重要， 须具有一定的扭曲应力与强度。选用材料：球墨铸铁 手轮直径的确定： S 2 180 o M Dmm Q 确定首轮型号： 180Dmm22Hmm 1 50dmm 2 55dmm 32dmm 4.11 阀门流量系数 流量系数（ ）是确定阀门是否能够保证正常的流通量， 能够正常使用的重要参考值 阀门流量系数的确定是通过阀门介质压力、介质固定时 间内所通过的介质流量来确定的，越小说明阀门流体通过时 失去的压力越大，阀门流通量越小。标准阀门流量系数的确 定可以直接根据公称尺寸、公称压力查表确定。 V K 公称尺寸 公称压力 1.62.54.06.410.0 流量系数值 8039494949494 1004162.8162.8162.8162.8162.8 1255254.4254.4254.4254.4254.4 94 V K得： /DN mm/NPS in 结论 阀门是