明杆楔式单闸板钢制闸阀设计

1、明杆楔式单闸板钢制闸阀设计明杆楔式单闸板钢制闸阀设计说明书(设计型号：Z41H-40(DN200)闸阀)图3一之画I国结构上一手他2一支革3一河箸d同杆任务书:一、课题名称：系列阀门设计-机械设计及工艺二、设计主要内容：阀门作为管道系统中的一个重要组成部分，应保证安全可靠地执行管道系统对阀门提出的使用要求。其零部件结构和装配关系可以通过Ug软件来绘制阀门的三维零件图并进行装配，从而辅助完成阀门设计。（一）.本次设计任务：设计标准：根据标准GB12234通用阀门法兰和对焊连接钢制闸阀设计系列：低压小口径系列闸阀设计型号：Z41H-40（明杆楔式单闸板钢制闸阀）介质工作压力为：PN4.0Mpa公称

2、通径要求：DN250mm介质的工作温度：t£420C操作方法：手轮直接操作。与管道连接形式：法兰连接，采用GB9113.5标准。管道介质：为水、油品。（二）设计内容如下：1. Z41H-40阀门结构设计阀体、闸板、阀座、压盖、手轮、螺柱、六角螺母、活节螺栓、圆柱销等的结构设计2,计算工作量.闸阀的密封副设计，以确定密封副的材料及宽度。.阀体与阀盖的设计。.中法兰的设计，主要内容有：确定法兰型式和密封面型式；选择垫片材料型式和尺寸；确定螺栓直径与数量。.阀杆的强度计算。.阀杆的稳定性校核。（三）、总体设计；Z41H-40阀门（PM.OMpaDN250mm二、三维装配图三、毕业设计基本要

3、求1 .具有查阅文献、综合分析、合理选用标准的能力2 .熟练使用UG软件进行产品的零件、装配建模设计。3 .能独立拟定设计方案，编写设计说明书。4 .运用学过的理论知识，采用工程分析计算方法，完成设计中的计算工作。5 .翻译不少于5000字的外文资料四、课题的准备工作1、阀门资料收集；2、UG下阀门3D设计；3、翻译不少于5000字的外文资料;五、毕业设计进度（按周计）阀体，密封副，阀杆设计T支架，中法兰设计A填料压盖设计一装配图协同设计,校验，设计说明书一12345678910六、参考文献：1、机械工程手册第14卷通用机械作者：沈鸿2、中国机械工业标准汇编阀门卷中国标准出版社3、阀门设计手册

4、杨源泉机械工业出版社4、阀门制造工艺作者：沈阳阀门研究所机械工业出版5、阀门设计与计算6、阀门杂志2001年第一期UT软件在系列化阀门产品设计中的应用中英文摘要：摘要:阀门在国民经济的各个部门中有着广泛的应用。阀门安装在各种管路系统中用于控制流体的压力，流量和流向。由于流体的压力、流量、温度和物理化学性质的不同，对流体系统的控制要求和使用要求也不同，所以阀门的种类和品种规格非常多。本文着重介绍了闸阀，对闸阀的各种重要组成部件进行验算，以达到理论上验算合格才可使用。在计算时，严格按照参考书及手册的步骤核算，同时应保证所设计产品的材料低廉。关键词:阀门，闸阀，计算。Demand:Valvehave

5、applicationintheallofpartatthenationaleconomy.Valveinstallationbeusedtocontrolstressofliquid,runoff,wayofflow.Owingtostressofliquid,runoff,temperatureandphysicsandchemical'sproperty.Sovalvehavemanykindsofspecies.ThistextemphasizeonintroduceSlideValve,tocheckingcomputationsallofpartsintheSlideVal

6、ve.Sowecanreachmyteacher'srequire.Oncalculate,wearestrictwithreferencebook,handbook,andsoon.Atthesametime,wekeeptochoosematerialssothatachievedeflationofmatter.Key:Valve,SlideValve,Account.目录1 .绪言.52 .密封副设计83 .阀盖壁厚的计算104 .阀体壁厚的计算115 .阀门零部件的选用126 .阀杆的设计与计算197 .阀杆的强度计算208 .阀杆的稳定性计算21九.闸阀阀杆力矩和手轮选定验

7、算22十.支架的验算23十一.闸板的厚度计算26十二.中法兰连接螺栓的验算27十三.填料压盖强度验算28十四.支架连接螺栓强度验算29十五.中法兰强度验算30十六.参考文献32十七.附件1.33阀门是管路流体输送系统中控制部件，它是用来改变通路断面和介质流动方向，具有导流、截止、调节、节流、止回、分流或溢流卸压等功能。用于流体控制的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格繁多，阀门的公称通径从极微小的仪表阀大至通径达10m的工业管路用阀。阀门可用于控制水、蒸汽、油品、气体、泥浆、各种腐蚀性介质、液态金属和放射性流体等各种类型流体的流动，阀门的工作压力可从1.3?

8、10MPa到1000MPa的超高压，工作温度从-269C的超低温到1430c的高温。阀门的控制可采用多种传动方式，如手动、电动、液动、气动、蜗轮、电磁动、电磁-液动、电-液动、气-液动、正齿轮、伞齿轮驱动等；可以在压力、温度或其它形式传感信号的作用下，按预定的要求动作，或者不依赖传感信号而进行简单的开启或关闭，阀门依靠驱动或自动机构使启闭件作升降、滑移、旋摆或回转运动，从而改变其流道面积的大小以实现其控制功能。基础设施建设是我国经济建设的重点，给排水工程，特别是污水处理工程规模浩大，WTOk已进入，西部大开发业已启动，阀门市场前景一片大好。我国自来水事业虽然历史有近120年，比日本还早7年，但

9、仍有很大的缺口，需要建设，现状是在我国700多个城市一半缺水，100个城市严重缺水。平均每年用水量将递增700万m3/d;特别是我国九五”期间提出了治理环境污染的关键之一是污水处理，以治理三湖（太湖、巢湖、滇池）、三河为重点（淮海、辽河、海河），并同时要求全国640个50万人口以上的县级市在2003年前全部至少建设一个城市一座污水处理厂，九五期间污水处理率25%2010年要求达到46%即1000座厂。目前全国仅在200余个地级市有污水处理厂，未来几年将在近400余个城市建污水处理厂。至2003年要投入1800亿治理城市污水，从2000年起每年要投入600亿元人民币，每年设备投资达200亿，阀门

10、也占有不小的份额，一个中等污水处理厂大约需要阀门投资600-800万。除此之外，给水工程、水电、化工等行业需求量也是很大的。到2008年前，北京为承办奥运即投资1800个亿，其中大部用在基本建设，在基本建设中，用阀门的数量也将是可观的。上述情况仅为国内市场，进入WTCE,我们能见到的市场国内仅是一小块，更大的市场在国外，现在已进入全球化要充分利用我国阀门业的优苗，枳极走向世界经济的平台.阀门是一种管路附件，是大型成套装置中的重要组成部分，它是用来改变管路断面和介质流动方向，控制输送介质流动的一种装置。具体来讲，阀门有以下几种用途：a.阻止管路中的介质倒流。b.分离介质。c.接通或截断管路中的介

11、质。d.调节、控制管路中介质的流动的方向。e.改变管路中介质流动的方向。f.指小和调节液面图度。g.其他用途。在各种类型的阀门中、回阀是应用最广泛的一种。vr侬E叫例阀是指关闭件漏板）沿通道轴线的垂直方向移动的陶门管路上主要作为切麻介质用,即全开或全美使用.一般.闸阀不可作为阚节藻量使用.它立以适用低樵底定也可以适用于高温高压，井可根据阀门的不同材质用于各种不同的介质,但南阀一般不用于输送泥浆等介质的管路中.闸阀具有如下优点，1）潦洋阻力小2）启.闭所箫力矩较小；3可以使用在介质向网方向流动的坏网管路上.也就是说介质的流向不受限制*4,全开时，密封面受匚作介质的潍蚀比截止牌小；力形距结构比较简

12、单,制造丁艺性较好：6结构长度比较短.由于闻闽真有许多优货.因此使用范图很广，通常DN250mm的管路作为切断介质的装置部选用用阀，其至在某些小U径的管路上（如。NH40mm3目前仍保膨部分删脚.M阀亦有一堂缺点，主要层：】）外形尺寸和开启高度都按大,所需安装的空间亦较大；2）在启闭过程中、密封面间有相对摩擦、磨损较大，甚至在高温时容易引起擦伤现象,3）一般和阀都有两个密封副,给加工、研磨和维修增加了一些困难.4）启.闭时间长.同园有各种不同的结也咻式.其主要区别是所亲用的密封元件结构册式不同.根据密封元件的结构，常常把例阀分成几种不同的类型，而最常见的形式是平板胸阀和模式闸阀根据阿杆的裁构，

13、还可分为升降忏（明杆）和旋转杆工暗杆）闸阀*裾式闲阀的关闭件闸板是锲形的.使用覆形的目的是为了提高辅助的密豺费荷.胤使金属密封的楔式闸阀既能保证高的介质压力密封,也能时低的介质压力进行密封.这样.金属密封的模式闸阀所能达到的潜在密封程度就比普通的金属密封平行闸阀高*但是.金属密封的楔式闸阀由楔人作用所产生的进口端密封载荷往在不足以达到进口端密封，楔式闸世I的脚体上设有导向机构.对防止制板在开局或关闭时旋转,从而保证密封面相应对准.并使闸板在未达到关闭位亶之前不与冏座摩擦从而减少密封面的磨损.其缺点是楔式闸阀不能像带导流孔的平板闸间那样能设置导流孔，且阔杆的熬膨胀也会使密封面过裁.而且楔式闸阀的

14、密封面比平板闸阀更容易夹杂流动介质所带的固体颗粒.但如图365所示的橡胶密封的楔式闸阀能对带微小颗粒的介质进行寄封.像平板四阀一样,锲式闸阀也不适用于进行节流,主要是用于开关次敬较少的场合与平板何阀相比，楔式闸阀使用的电动驱动装置较为复杂.因为电动器动装置限制的不是行程，而是转矩。锲式用阀必须有足筋大的关闭力矩，才能在阀门关闭时，使网板楔入冏座达到1密封。为了能在全压差下开启，并允许因阀门的零部件的热膨胀而增加的启HJ力矩,驶动装置必须有足够的力矩裕量.模式闸阀的密封原理是靠楔形闸板上的两密封面和闲体上的两宙对面快人时的紧密堵台来达密封的，使用槐格闸板的目的是为了提高辅助的密封载荷,以使金属密

15、封的模式闸阀靛能对高介质压力，也能对低介质压力进行蜡封°关闭时限时针旋转阀杆.使隔板密豺面和网体密封面磨合而达到密封.但是，金属密射的模式闸阀由楔人作用所产生的进口端密料比压受到介质的作用力往往不足以达到进口端密封.所既说金属密豺楔式闸阀属单面强制密封.在各种类型的阀门中，闸阀是应用最广泛的一种,它一般只适用于全开或全团,不能作调节和节流使用.锲式闸阀一般用在对阀门的外形尺寸没有严格要求，而且使用条件又比较苛刑的场合.如高温高压的工作介质，要求关闭件要保证长期密封的情况下等等.通麻：使用条件或要求密封性能可晶.高压、高压截止（压差大人低压截止压差小人低呼声、行气穴和汽化现象、高温弁质

16、、低温深禅o时，推养使用度式闸阔口如电力工业，行选择楔式闸阀一般依据下面的照则工。）对阀门流体特性的要求。流阻小，流通能力强，流曷特性好.密封要求严的工况选用阐阀.（2）高温、高压介质“如高压蒸汽、高温高压油品*行）低温£深冷）介质.如液瓶、液氢，液氧等介质，14）低压大口径中如自来水工程、污水处理工程n（5）安装位置，当高度受限制时用暗杆楔式闸闺，当安装高度不受限制时用明杆帙式闸阀.（6）只能作开给、关闭用，不能作调节成黄流用的场合，才选用摸式闸阀。（7）在并后和关闭频率较低的场合下.宜选用楔式闸陆39二.密封副设计完全依靠阀杆的作用力，就能在出口端密封面上形成足够的密封比压而达到

17、密封。当然在介质作用下，出口密封面问比压会进一步增大，但单面强制密封要求既使不考虑介质的作用力，或介质压力在0到工作压力之间的任意值时，出口端都能保持密封。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。对于一般工业系统中，单面强制密封已能满足要求，因而他是一种应用广泛的密封，通常设计计算也大多按这种性质的密封来进行。密封面材料除一般的强度，耐腐蚀等要求外，对密封性能影响最大的时它的硬度，对密封面

18、的硬度要求，主要是具有承受相应密封比压，防止发生塑性变形(宏观)和被压溃，硬度还与密封面耐冲蚀能力有关。应当指出密封面的硬度除与材料有关外，还和加工方法有关，表面加工造成的冷作硬化将使局部硬度发生变化，因而不同的加工方法甚至不同的切削加工用量也会使同样光洁度的同种材料具有不同的密封性能。密封材料的亲水性能，吸附性能将对密封产生影响。通常金属对各种液体介质都具有良好的亲水性。由于毛细管作用将对密封产生不利的影响而易于泄漏。因此在密封面上油膜的存在将对密封性能产生有利的影响，这是因为油本身极易与金属密封面浸润，而在毛细通道内形成边界层阻塞通道，同时油膜的存在破坏了密封面对工作介质的亲水性，从而使本

19、来能浸润密封的介质变得不能浸润，这时毛细作用就变得有利于密封了，因此在某些场合的阀门，采用在密封面间注油或滑脂的方法来提高密封性就是这个道理，润滑脂由于具有较大的粘度而更容易造成毛细通道的闭合。密封面的宽度增加将使介质有内沿泄漏导外缘所经过的路径增加，流阻增加。应当指出毛细通道的实际长度将远大于密封宽度，同时通道曲折，截面变化的程度从几率上来说也肯定增加，这就使得闭塞形成的可能性增大，所以增加密封面的宽度是会有利于密封的。但是密封面宽度增加，对于施加同样的密封力则其比压将下降，另外应当指出密封面宽度增加使加工精度难于保证，易于造成密封副不能良好地吻合，使间隙增大。已知：介质工作压力为：PN4.

20、0Mpa公称通径要求：DN200mm1 .阀门设计手册第398页密封面宽度bm=(1/20si/50)DN=(1/20si/50)*200=(4sio)mm,密封面宽度通常不小于23mm。取bm=4mm。密封面的验算：由机械设计课程设计手册第31页表2-16密封面材料的许用挤压应力：6cy=120Mpa由复印资料第56页公式qk=Qmz/几(Dmn+bm)*brm=162212.4/冗*210*4=61.56cy即验算合格。(闸板的密封面内径D1'与阀座密封面的平均直径相等。即D1'二Dmn+bm=210mm由复印资料第56页公式式中J-朝座密封面内径(mm)；d=DN+(5s

21、6)=200+(5s6)=205s206mm取d=206mm2 .阀门设计手册第403页闸板的密封面内径D1'与阀座密封面的平均直径相等。即D1'二Dmn+bm=210mm3 .阀门设计手册第398s403页闸板的密封面宽度bm'为：bm'=k*bm(k=1.5c/°2.5,取k=1.5)bm'=k*bm=1.5*4=6mm。4 .阀门设计手册第404页表4-35闸板的密封面最小磨损余量：6.4mm。5 .阀门设计手册第405s406页表4-38铸钢闸阀楔式弹性闸板推荐尺寸：DN=200mm,S=50,S1=19,h=20,d=140,H=12

22、2,A=60,B=60,D=240,D1=202,bm=15(单位均为毫米)6 .阀门设计手册第428页表4s67楔半角小=5°。第429页表4-68,关闭时密封面间摩擦系数fm'=0.25。作用在出口密封面上的介质静压力：Qmj=0.785(d+bm)2P=0.785*(206+4)2*4=138474N第429页表4-65,必需比压qmf=9。密封面上达到必需比压时的作用力：Qmf=兀(d+bm)bm*qmf=3.14*(206+4)*4*9=23738.4N单面强制密封时，闸阀密封面上总作用力Qmz:Qmz=Qmf+Qmj=23738.4+138474=162212.4

23、N7 .阀门设计手册第425页闸阀密封面比压：q=Qmz/冗(d+bm)*bm.单面强制密封时，q=162212.4/几(206+4)*4=61.58 .验算密封面比压：(a)阀门设计手册第428页表4-66密封面材料的许用比压q=100Mpa(密封面材料为黄铜(Hsi80-3),材料硬度HB95s110,密封面间无滑动)(b)阀门设计手册第426页表4-65必需比压qmf=10。那么以上的计算符合qmfqq，即验算合格。9 .阀门设计手册第795页表6-226法兰和对焊连接钢制闸阀的壳体最小壁厚(GB12234):t=15.6mm10 .阀门设计手册第801页表6-239钢制阀门阀体颈部的最

24、小壁厚(GB12234):t=10mm.11 .阀门设计手册第349页表4-2推荐的加工余量值：12mm三.阀盖壁厚的计算图4T2蝶形制第阀盖与阀体大多为法兰连接，也有螺纹连接，卡箍连接和内压自紧密封的连接。阀盖上部有填料函，支架也设在阀盖上或与阀盖铸成一体，支架的方向应设计成与阀体通道方向正交。阀盖中央的阀杆孔下缘常加工成45度锥面并有足够光洁度，当阀杆提升到极限位置时，阀杆头部锥面与它相接触而形成密封，称上密封结构，阀盖上的锥面称下密封面，阀杆上的锥面称上密封面，具作用是在全开时可以隔离填料和介质，必要时可更换填料。阀盖上部常开有螺孔，其作用是在进行密封或强度试验时，排放腔内残留的空气。由

25、介质的工作温度：tM420"C,介质工作压力为：PN4.0Mpa由阀门设计计算手册p80表3-65得：1 .过渡半径：r=10mm;2 .内球面半径：R=150mm;3 .形状系数：(由P178表4-29)得：K=24 .计算压力：P=PN=4.0Mpa;5 .许用弯曲应力：(由P112表4-3),得：6位=50Mpa6 .腐蚀余量：C=3mm7 .计算厚度：SB'=(P*R)/(26位)*K+3=(4*150)/(2*40)*2+3=18mm8 .实际厚度取：SB=20mm>SB'即选取合格四.阀体壁厚的计算闸阀阀体通常为铸造，由于形状复杂，近年来对中小型阀体

26、多采用紧密铸造。阀体与管道多为法兰连接，其中腔截面为圆形或椭圆形，上有导轨为闸板升降导向。阀座两密封间沿通道中心线的距离称档宽，它应当略小于闸板中心相应的厚度尺寸，已使得当密封面有一定程度磨损，闸板关闭位置下移时，仍能保证密封面的良好接触（指楔式闸阀）。对某些大口径闸阀，其阀体可设计成有缩口形式，即其通道的进出口呈渐缩和渐扩的形式，以使得闸板尺寸不致过大。有的闸板装有导流装置，当全开时导流管随闸板提升而将阀体两密封面连接起来以减少流阻，当全关时，导流管在阀体中腔的下部，因而阀体下部尺寸较大，对装有外旁通的闸阀，在阀体进出口通道上开连接管口，旁通管的作用是在闸阀开启前，先将旁通阀打开。使阀后充压

27、以平衡闸板两侧的压力，减少开启力，这种装置多用于大口径场合。阀体底部开有螺孔，用于出厂前进行密封性试验，以及清理排除积存阀腔内的污垢。阀体表面应铸有公称压力和公称通径的数值。阀体与阀盖连接的法兰称中法兰，中法兰上表面至阀体通道中线的距离称中心高，其数值应考虑当闸板提升至其密封面下缘离开阀座密封面上缘时，阀杆头部的上密封锥面与阀盖上的下密封面刚刚接触或保持一定距离。已知：介质的工作温度：氏420rC,介质工作压力为：PN4.0Mpa,由阀门设计计算手册p25得1 .计算压力：P=PN=4.0Mpa;2 .计算内径：Dn=268mm;3 .由p114表4-33,根据阀体的材料（碳素铸钢）得许用拉应

28、力：61=51Mpa4 .腐蚀余量：C=3mm（由阀门设计手册p358表4-14查得）5 .计算厚度:SB'=（P*Dn）/（2.361-P）+C=（4*268）/（2.3*51-4）+3=12.462mm6 .实际厚度取：SB=16mm>SB即选取合格五.阀门零部件的选用（由阀门设计手册查得，单位：mm）1阀杆螺母P496-499公超压力PNI<L60MPa.公称通径DN50NOmm的刖阀身杆蝴拇（大）的结构型式及尺寸见图4-19及表4-129.彳 33图4-119髀杆尊捌六斶错再量式图4T19牌杆祟母,六)的结构蟹式Tr36*6LH-7HM52*1.5d1=49d=38

29、D=60D1=80L=174S(dll)=5511=10612=1613=55l=26B=16b=2.5C=3.5C1=1.52平形手轮P490-491URB-B其现手髭的材料为QT40O-I7.表4-120A型，B型，C型平行手轮的尺寸D=400,H=26,d1=95,d2=70,d=543.锁紧螺母P500-501公称压力尸NL64MP&,公称通松0N5O-300mm的铸钢网阀的股I杆螺母用锁紫螺母（二）的结构蜜式及尺寸见图4T21"匕W镇案蟀梃的材料为35钢.图4-I2J馈紫蝶母匚的玷玛龛式df=36,M52*1.5,D=78,R=32,D1=67,B=12,b=8,t

30、=3.54.轴承压盖p501-502公称压力PN1.66.4MP4公程通径DN50300etu的铸钢耐版I用轴承压釜（二）的结构型式及尺寸见图4-123及表4733.知承压盖的材料为35铜.组4T23轴承压莱|二）的结构型式df=36,d(Bll)=60,D=115,d1=94,M97*2,h(b12)=35,b=3.5,H=42,L=1035.填料压盖p506-5074-129填料跖差的培构型式df=36,D=52,D1=70,D2=56,d1=38,d0=18,A=102,H=38,h1=22,h2=20,h3=10,b=14,r=18,r1=4,r2=2,=0.62kg6.石棉填料p51

31、1表4-1484-1日麻填料的蜡构型式df=36,B=8,H=8,a=30o =7.13kg.上密封座p519-520由 4T42 上宓封座的站构型式6Li.5/df=36,M56*2,d1=53,d2=52,D=66,D1=56,D2=56,D3=42,h=22,H=32C=5,C1=4,=0.54kg9.凹凸面整体钢制管法兰p702-704IM由表1242犷4刖门(40k1)凹凸面整体铜制箭法兰(GH9H3JI)DN=200,D=375,K=320,L=30,n=12,Th=M27,d=284,X=259,Y=260,f=3,f1=4.5,f2=3.5,C=34,N=254,R=8,S=1

32、4,S1=2710.第401页表4-33铸钢闸阀焊接式阀座的推荐尺寸：(mmd1=203,d3(f9)=230,d=211,d2=206,bm=6c=4.5,H=2411第405页表4-3812隔环：P510,表4-146:(mm2工组.削4-132腾原的躺典型式d=36,D=52,D1=44H=24,h=8,z-dt=2-6.5,质量：0.17kg13六角螺塞P531表4-189X士岁 * fflit14-160六侑攀甯峋陪典型式M8*1,d1=6.5,d=14,D=16.2,S=14,h=2,L=20,Lo=12,C=1,b=2.5,r=0.5,0.01kg14螺塞垫p532表4-190蹩

33、4TE蝶塞垫的结构噌或d=9,D=14,8=2,=1.14kg15.美制螺纹活节螺栓p899表6-318表6-319d=16,D=27,b=19,R=12,C=2,L=80,L1=55垫圈：d=16,b=4.1,s=3.2,六.阀杆的设计与计算明杆闸阀其螺纹在阀杆上部，传动螺纹可采用方形或梯形，暗杆闸阀则螺纹在阀杆的下部。阀杆的非螺纹部分由于与填料摩擦及受腐蚀(石棉填料有氯蚀)，因而要进行表面处理，或采用合金钢材料。以提高其耐磨和抗腐蚀性能，为保证手轮顺时针旋转时为关闭行程，故明杆闸阀的阀杆螺纹为左旋。明杆闸阀的阀杆螺母装于支架上，由手轮或驱动装置带动其旋转，螺母有轴向限位，对于大扭矩情况下还

34、可以设止推轴承，螺母的材料多为合金钢，暗杆闸阀的螺母多装于闸板的T形槽内，阀杆与手轮固定在一起旋转。1.阀门设计手册第444页闸板组件的重量：V=2722872.7mm3,p=7.8g/cm3.M=pV=212.384kgQg=mg=2123.84N2、中国机械工业标准汇编(阀门卷)第235-237页表5阀杆最小直径df=34mm,取df=36mm。3 .阀门设计手册第442页公式4-151介质作用于阀杆上的轴向力：Qp=tt*df2*p/4=兀*362*4/4=4069.44N(介质工作压力为：p=PN4.0Mpa)4 .阀门设计手册第442页公式4-148阀杆直径df=36mm.冰由复印资

35、料第58页：填料层的宽度bt=(1.0s1.6)，df=(1.0s1.6)，36=6.g9.6取bt=8mm.填料函内径：D=df+2*bt=36+16=52当PN=4Mpa<16Mpa,填料圈数Z=49,取Z=6填料函的深度：H=Z*bt=6*8=48mm填料层的总高度等于填料函的深度：ht=48mm.第442页阀杆与填料间的摩擦系数，对聚四氟乙烯填料：Ut=0.05s0.1,取Ut=0.1。那么阀杆与填料间的摩擦力：Qt=兀*df*ht*Ut*p=兀*36*48*0.1*4=2170.368N5 .阀门设计手册第444页公式4-164和公式4-165fm'=0.25,fm&q

36、uot;=0.35p'=arctgfm'=arctg0.25,p"=arctgfm"=arctg0.35tgp'=0.25,tgp=0.35,p'=14.036°p=19.29°6 .阀门设计手册第444页公式4-166和公式4-167关闭或开启时阀杆的密封力，即阀杆与闸板间的轴向作用力：Q/=2(Qmf+Qmj)cos(|)(tgp'+tg)-Qmj*cos小tg(p'+(|)+tg小-Qg=2*(23738.4+138474)*cos5°*(0.25+tg5°)-138474*cos

37、5°*tg(14.036+50)+tg50-2123.84=109072.5134-61789.670135=47282.8432653NQ"=2(Qmf+Qmj)cos(|)(tgp"-tg)-Qmj*cos小Qg(p"-6)-tg小+Qg=2*(23738.4+138474)*cos5°*(0.35-tg5°)-138474*cos5°*tg(19.29-50)-tg50+2123.84=84841.64623-33012.786401=51828.85991N7 .阀门设计手册第444页公式4-156和公式4-157闸

38、阀关闭或开启时阀杆的总轴向力：Qfz'=Q，+Qp+Qt=47282.8432653+4069.44+2170.368=53522.6512653NQfz=Q+Qt-Qp=51828.85991+2170.368-4069.44=49929.78791N七.阀杆的强度计算图4-75明杼闸内圈杆端浑尺寸1 .阀门设计手册第454页图4-75设计时初步取(单位：mm):B=60,h=20,D=60,A=40,a=302 .阀门设计手册第246-249页表3-140选阀杆材料为2CU3,那么许用应力为r=68.6Mpa,6w=137.2Mpa3 .阀门设计手册第454页公式4-234明杆闸阀

39、阀杆端部的强度校核，即剪切力校核：r=(Q-Qt)/(2*B*h)=(51828.85991-2170.368)/(2*60*20)=20.6910Mpa<讨=68.6Mpa.即合格4 .阀门设计手册第454页公式4-235弯曲应力校核：6*3*(Q-Qt)(D+A-2a)/(4*B*h2)=3*(51828.85991-2170.368)(60+40-2*30)/(4*60*202)=62.0731Mpa<=6w=137.2Mpa即合格八.阀杆的稳定性计算1.阀门设计手册第453页阀杆计算长度Lf=(2.2s2.5)Dmn+500=(2.22.5)*206+300=(753.2s

40、815)mm取Lf=765mm(Dmn为阀座密封面内径：Dmn=206mm)2阀门设计手册第453页阀杆的惯性半径，对于圆形断面：i=df/4=36/4=9mm3阀门设计手册第456页表4-94无中间支承阀杆的u值：u=14阀门设计手册第456页表4-95阀杆材料的柔度值：入1=40,入2=78.25阀门设计手册第455页公式4-239阀杆的柔度：入=u*Lf/i=1*765/9=85即阀杆的柔度符合人入26阀门设计手册第455页公式4-241阀杆的压应力：6y=Qfz'/(0.785*df2)=53522.6512653/(0.785*36*36)=52.60935Mpa7阀门设计手

41、册第456页表4-96系数a=544.2,b=2.368阀门设计手册第455页稳定安全系数：n=2.59阀门设计手册第456页公式4-242当人入2时，有：6y=52.60935Mpa(兀2*E)/(n*入2)=(兀2*1.89*102*103)/(2.5*852)=103.1675792Mpa(E阀杆材料的弹性模数(Mp3)由阀门设计计算手册第123页表4-6查得E=1.89*102*103)即阀杆稳定，合格九.闸阀阀杆力矩和手轮选定验算1 .由阀门设计P443表4-86阀杆和梯形螺纹的摩擦半径得关闭和开启时摩擦Rfm=3.46mm,Rfm”=3.12mm.2 .关闭和开启时的阀杆总轴向力：

42、Qfz，=53522.6512653N,Qfz=49929.78791N3 .由阀门设计P446式4-177和式4-181得：关闭和开启时阀杆螺纹摩擦力矩：Mfl/=Qfz，*Rfm=53522.6512653*3.46=185188.373338N.mmMfl=Qfz*Rfm”=49929.78791*3.12=155780.9382792N.mm4一由阀门设计P448推力球轴承的摩擦系数fg=0.0050.01,取fg=0.01推力球轴承的平均直径：Dgp=(60+95)/2=77.5mm5 .由阀门设计P448公式4-195和公式4-196关闭和开启时推力球轴承的摩擦力矩：Mg，=(Qf

43、zx*fg*Dgp)/2=(53522.6512653*0.01*77.5)/2=20740.02736202N.mmMg=(Qfz*fg*Dgp)/2=(49929.78791*0.01*77.5)/2=19347.792820054N.mm6 .阀门设计P447表4-91闸阀阀杆的力矩：关闭和开启时的闸阀阀杆力矩：Mfz/=Mfl'+Mg'=185.188373338+20.74002736=205.928400698N.m1-JS半辑由往。3用力帏美系I个人用向羊输洋的力2%个A粮作的力J力A胤于*的，力选用手轮直径Ds=400mm查图5-15当两个人操作时作用在手轮上的

44、圆周力：Q=1300N由式5-1得Q=(2*2M)/Ds=(2*205928.400698)/400=411856.801396/400=1029.64200349N1029.64N<1300N即手轮选取合格。十.支架的验算1 .阀门设计手册第396页表4-29断面的特性:a=80,b=140,a1=10,b1=15,b2=125.面积；F1=b1*a+a1*b=15*80+10*125=2450mm2形心位置：X2=(1/2)*(b1*a2+b2*a12)/(b1*a+b2*a1)=(1/2)*(15*802+125*102)/(15*80+125*10)=22.14285714mmX

45、1=a-X2=80-22.14285714=57.85714286mm(a2=X2-a1=22.14285714-10=12.14285714mm)Y1=b/2=140/2=70mm惯性距：Iix=(a1*b13+a*b3)/12=(10*153+80*1403)/12=18296145.83Iiy=(1/3)*(b*x23-b2*a23+b1*x13)=(1/3)*(140*22.142857143-125*12.142857143+15*57.857142863)=1400416.667截面系数：Wix=Iix/x1=18296145.83/57.85714286=316229.6811m

46、m3Wiy=Iiy/Y1=1400416.667/70=20005.95238mm32 .阀门设计手册第396页表4-29断面的特性：a=36.25,b=35,a1=10,b1=15,b2=30.面积；F2=b1*a+a1*b=15*36.25+10*30=843.75mm2形心位置：X2=(1/2)*(b1*a2+b2*a12)/(b1*a+b2*a1)=(1/2)*(15*36.252+30*102)/(15*36.25+30*10)=13.45833333mmX1=a-X2=36.25-13.45833333=22.79166667mm(a2=X2-a1=13.45833333-10=3

47、.45833333mm)Y1=b/2=35/2=17.5mm惯性距：Iiix=(a1*b13+a*b3)/12=(10*153+36.25*353)/12=132330.7292Iiiy=(1/3)*(b*x23-b2*a23+b1*x13)=(1/3)*(35*13.458333333-30*3.458333333+15*22.791666673)=87222.59789截面系数：Wiix=Iiix/x1=132330.7292/22.79166667=5806.101462mm3Wiiy=Iiiy/Y1=87222.59789/17.5=4984.148451mm3 .阀门设计手册第396

48、页表4-29断面的特性：惯性距：Iiiix=(D-d)*b3/12=(125-95)*1133/12=3607242.5截面系数：Wiiix=(D-d)*b2/6=(125-95)*1132/6=63845的47b福闹女架4 .阀门设计手册I-I截面的合成应力的校核:P395式4-26框架两重心之间的距离：.l=l1+2*x1=(260-136)/2+2*33.46153846=128.92307692mm框架高度：H=(200+125)/2=162.5mm阀杆总轴向力：Qfz，=53522.6512653NQfz=49929.78791NP395式4-75弯曲力矩:=(53522.65126

49、53*128.92307692/8*1/(1+(1/2)*(162.5/128.92307692)*(3607242.5/87222.59789)=862538.1107548259/27.0638777=31870.45553176N.mmP395式4-74弯曲应力：.6wi=Mi/Wiy=31870.45553176/20005.95238=1.593048655MpaP395式4-77拉应力：.6gQfz/(2*F1)=53522.6512653/(2*2450)=10.922990054MpaP448公式4-195和公式4-196:关闭和开启时推力球轴承的摩擦力矩：Mg，=(Qfz，*

50、fg*Dgp)/2=(53522.6512653*0.01*77.5)/2=20740.02736202N.mmMg=(Qfz*fg*Dgp)/2=(49929.78791*0.01*77.5)/2=19347.792820054N.mm由4-79Miiin=(Mg/*H)/l=(20740.02736202*162.5)/128.92307692=26141.5917680865N.mm由P395式4-78力矩引起的弯曲应力：.6win=Miiin/Wix=26141.591768086465/316229.6811=0.0826664710193Mpa由P336表3-192碳素钢阀门主要零

51、件材料选用：选用支架材料为20#钢。由P246表3-140常用铸钢核锻钢的许用应力：许用拉应力6l=60.76Mpa,许用弯曲应力6w=72.52MpaP395式4-73得I-I截面的合成应力：.62i=6wi+6li+6win=1.593048655+10.922990054+0.0826664710193=12.59870518002MpaM2.599Mpa<6l=60.76Mpa即I-I截面验算合格。II-II截面的合成应力校核。P395式4-24弯曲应力：.6wii=Mii/Wiiy=Mi/Wiiy=31870.45553176/4984.148451=6.39436321873

52、MpaP395式4-77拉应力：.6lii=Qfz'/(2*F2)=53522.6512653/(2*843.75)=31.71712667573MpaP395式4-80得II-II截面的成应力：.6，ii=6wii+6lii=6.39436321873+31.71712667573=38.111489894463Mpa38.111Mpa<6l=60.76Mpa即II-II截面验算合格。III-III截面的弯曲应力校核：由P395式4-82得III-III截面弯曲力矩：Miii=(Qfz/*l)/4)-Mi=(53522.6512653*128.92307692/4)-31870

53、.45553176=1693205.765977892Mpa由P395式4-81得III-III截面的弯曲应力：.6wiii=Miii/wiiix=1693205.765977892/(63845)=26.5205695978995Mpa电6.5206Mpa<6w=72.52Mpa即川-III截面验算合格。十一.闸板的厚度计算闸板属双重密封，即有两对密封副，闸板两侧都有密封面，闸板的密封面宽度应大于阀座的密封面宽度，且通常硬度也应不小于阀座密封面。由于在关闭和开启过程中闸板与阀座密封面间有相对摩擦(主要在出口侧)。故密封面应采用耐磨材料。设计楔式闸板的全关位置，应是其密封面的下缘与阀座密

54、封面的下缘对齐闸板通过T形槽与阀杆相连接，并可以在通道轴线方向平行移动，从而在关闭时，在介质力作用下，使闸板压紧出口侧。闸板左右两端开有导槽，嵌于阀体的导轨内，起导向作用。弹性闸板中间有弹性槽。它可以整铸，切削加工或由二半通过心轴焊接形成，而使闸板具有较好的弹性变形能力。由介质的工作温度：t<420rC,介质工作压力为：PN4.0Mpa由阀门设计计算手册p54:1 .系数：K=1.242 .密封面平均半径：R=(DM+E)/2=(206+4)/2=105mm3 .计算压力：P=4.0Mpa4 .由闸板材料20#钢，由P119表4-5,得6w=74Mpa5 .腐蚀余量：C=3mm6 .计算

55、厚度：SB'=R*V(K*P)/6w+C=105*V(1.24*4)/74+3=30.18406mm7 .实际厚度：SB=32mm>SB即选取合格十二片法兰连接螺栓的验算由介质的工作温度：t£420P,介质工作压力为：PN4.0Mpa由阀门设计计算手册p67表3-47,中低压高温的螺栓强度验算:1 .已知介质工作温度：t04200C取介质工作温度：t=425°C2 .由P175表4-22法兰连接零件之间的温度差：初加温时温度差：At'=90°C高温时温度差：Af=19°C3 .未使用垫片，即垫片厚度：6DP=0垫片面积：FDP=0垫片材料弹性系数：EDP=04 .中法兰温度：tF=0.9t=0.9*425°C=3825C5 .螺栓温度：tL=tF-At=382.5°C-19&