new明桿楔式單閘板閘閥設計概述

1、成都理工大學工程技術學院畢業(yè)論文明桿楔式單閘板閘閥設計作者姓名：邵雷專業(yè)名稱：機械工程及自動化指導教師：鄭才國講師成都理工大學工程技術學院學位論文誠信承諾書本人慎重承諾和聲明：1 .本人已認真學習學位論文作假行為處理辦法（中華人民共和國教育部第34號令）、成都理工大學工程技術學院學位論文作假行為處理實施細則（試行）（成理工教發(fā)201330號）文件并已知曉教育部、學院對論文作假行為處理的有關規(guī)定，知曉論文作假可能導致作假者被取消學位申請資格、注銷學位證書、開除學籍甚至被追究法律責任等后果。2 .本人已認真學習成都理工大學工程技術學院畢業(yè)設計指導手冊，已知曉學院對論文撰寫的內容和格式要求。3 .本

2、人所提交的學位論文（題目：）,是在指導教師指導下獨立完成，本人對該論文的真實性、原創(chuàng)性負責。若論文按有關程序調查后被認定存在作假行為，本人自行承擔相應的后果。承諾人（學生簽名）：201年月日注：學位論文指向我校申請學士學位所提交的本科學生畢業(yè)實習報告、畢業(yè)論文和畢業(yè)設計報告。摘要閥門的使用在現(xiàn)代化生產(chǎn)中十分重要，其身影在人類的生產(chǎn)生活中隨處可見。閥門的研究能夠帶動人類經(jīng)濟生產(chǎn)，在各類生產(chǎn)系統(tǒng)中極大的提高經(jīng)濟效益，節(jié)約能源。如何正確設計和選用閥門是實現(xiàn)閥門的密封性能、調節(jié)性能、實用性能、安全性能和流通性能的關鍵所在。在閥門設計過程中，要對各種參數(shù)進行嚴格的核對驗算，需要將各種相關因素考慮其中，比

3、如介質溫度、壓力、腐蝕性等做到科學嚴謹。閥門主體、零件的也要做到科學選材，以免造成不必要的經(jīng)濟損失和浪費。設計的過程中需要邊計算邊繪圖，通過設計計算確定閥門各個部件的數(shù)據(jù)，然后在CADt畫出零件圖，做到各部件數(shù)據(jù)合理。通過嚴格設計計算，閥門能對管道中的介質進行正常開啟閉合控制，沒有介質的內泄外漏，能與相應管道設備配合使用，方才設計合格。關鍵詞：生產(chǎn)系統(tǒng)正確設計科學選材數(shù)據(jù)合理AbstractTheuseofthevalveinthemodernindustrialproductionisveryimportant,itsfigureintheproductionofhumanlifeevery

4、where.Theresearchofvalvecandrivetheeconomicproductionofhuman,andcangreatlyimprovetheeconomicbenefitandsaveenergyinallkindsofproductionsystem.Howtodesignandchoosethevalveisthekeytoachievethevalvesealingperformance,regulationperformance,practicalperformance,safetyandperformanceofthekey.Inthevalvedesig

5、nprocess,toavarietyofparametersstrictlycheckedandchecked,theneedtoconsiderallkindsoffactors,suchasmediatemperature,pressure,corrosionandsoscientificrigor.Valvebody,partsofthescientificselectionshouldbescientific,soasnottocauseunnecessaryeconomiclossesandwaste.Thedesignoftheprocessneedstodrawtheedgeo

6、fthecalculation,throughthedesignandcalculationofthevalvepartsofthedata,andthendrawapartdiagramontheCAD,sothatthedataisreasonableforeachcomponent.Throughtherigorouscalculationanddesign,thevalvecanopenthemediumofthepipelinenormallyopentheclosurecontrol,withouttheleakageofthemediuminsidethemedium.Keywo

7、rds:Productionsystem,Correctdesign,Scientificselection,Datareasonable目錄摘要IAbstractII目錄III前言1一、設計任務2二、確定閥門的主體材料4三、明桿楔式單閘板閘閥設計53.1 承壓件設計73.1.1 承壓件材料83.1.2 承壓件壁厚83.2 密封副設計93.2.1 密封副材料93.2.2 密封副的總作用力和比壓的計算93.3 閥體與閥蓋連接型式和密封面結構的確定113.4 閥桿設計123.4.1 閥桿材料133.4.2 閥桿總軸向力計算133.4.3 閥桿扭應力計算163.4.4 閥桿彎曲應力的校核173.5

8、閘板設計193.5.1 閘板材料193.5.2 閘板厚度計算193.6 中法蘭設計203.6.1 中法蘭材料203.6.2 中法蘭計算213.6.3 中法蘭墊片計算213.6.4 螺栓設計計算223.6.5 彎曲應力計算233.7 閥蓋設計243.7.1 閥蓋材料253.7.2 閥蓋壁厚計算253.8 支架設計計算263.8.1 支架材料273.8.2 彎曲應力計算273.9 閥桿螺母的設計303.9.1 閥桿螺母材料303.9.2 閥桿螺母擠應力計算與型號303.10 填料壓蓋設計313.10.1 填料壓蓋材料313.10.2 填料壓蓋型號313.11 鎖緊螺栓設計323.11.1 鎖緊螺栓

9、材料323.11.2 鎖緊螺栓型號323.12 手輪設計333.12.1 手輪材料343.12.2 手輪型號343.13 閥門流量系數(shù)35致謝38參考文獻39附件40閘閥是一種常見通用機械零部件，在生產(chǎn)生活中得到普遍應用，是我國工業(yè)大力發(fā)展的重要機械產(chǎn)品，它與人民的生產(chǎn)生活息息相關，閘閥的研究設計能夠大大的加快我國國民經(jīng)濟以及國防建設的發(fā)展。我國閘閥的生產(chǎn)歷史已經(jīng)有了幾十年發(fā)展，閘閥的制造廠家也越來越多，設計的閘閥數(shù)量越來越大，閘閥的型號也變得越來越豐富。以前我國的生產(chǎn)廠家僅僅只有少數(shù)的幾十家，現(xiàn)在已經(jīng)有了數(shù)千家廠家，閘閥型號也有越來的幾十上百種發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)千上萬種，可以說發(fā)展迅速。盡管如此

10、，我國國內的閘閥技術與國際水平還是有一定的差距，許多優(yōu)秀閘閥設計還是需要從國外引入，但是我國生產(chǎn)制造廠家依舊不棄不餒，依舊在國內原有的基礎上大力研究發(fā)展，相信不久后我國閘閥制造技術定會站在國際頂端1。閘閥是流體控制元件，對流體阻力小，適用的壓力和溫度范圍大，在流體管道系統(tǒng)中主要作用是管路介質的截斷或接通、防止流體回流、調節(jié)流量、調節(jié)和排泄壓力，由于所控制流體的物理性質與化學性質的不同，閘閥的使用規(guī)格型號也就不同。閘閥功能簡單，一般只能對介質作全開和全關功能。設計閘閥時，密封面的設計相當重要。按密封面形式的不同可以將閘閥分為楔式閘板閘閥和平行式閘板閘閥。楔式閘板閘閥又有單閘板閘閥和雙閘板閘閥之分

11、。一般而言，閘閥的密封性能十分重要，密封性的好差直接決定閘閥是否使用合格。如果產(chǎn)生流體外漏，可能會造成環(huán)境污染、經(jīng)濟損失，甚至可能會造成人身傷亡，十分危險。設計時不但要考慮閘閥密封面的密封性能，還要考慮其選用材料的機械強度、剛度、制造工藝以及磨損等問題，以及流體溫度、壓力、腐蝕性等物理問題和化學問題。由于閘閥生產(chǎn)生活中的重要性，本次設計就這些物理化學等問題展開設計。設計任務設計任務，即設計任務書。明確閥門具體參數(shù)，如：公稱直徑、公稱壓力、溫度、介質、驅動方式等。使用條件和要求，如：室外或室內安裝、啟用頻率等。相關執(zhí)行標準。（一）設計課題：明桿閘閥設計（二）設計主要內容：閥門是管道系統(tǒng)的重要組成

12、部分，應該滿足管道系統(tǒng)對閥門所提出安全性、可靠性的使用要求。其零部件可以通過CAD、UG等軟件來繪制和裝配，以配合完成設計。（三）本次設計內容：確定閥門主體材料閘閥結構設計：承壓件、密封副、閥體與閥蓋、閥桿、閘板、中法蘭、支架、閥桿螺母、填料壓蓋、手輪（四）設計給定數(shù)據(jù)：表1.1設計參數(shù)序號名稱符號單位公式或來源數(shù)據(jù)1公稱通徑DNmm設計給定一802公稱壓力PNMpa設計給定43溫度TC設計給定204介質設計給定水、油品5驅動方式設計給定手動6附加余量mm設計給定57壁厚系數(shù)k1PN=2.0MPa時，k1=1.3;PN>5.0MPak1=118密封面寬度bmmm設計給定2.59密封面內徑

13、dmm設計給定8010閥桿直徑dfmm設計給定2211介質壓力PMPa設計給定112填料層總高度hTmm設計給定1313閥桿與填料間的摩擦系數(shù)(IT0.01（五）使用條件要求：室溫20C,室內外無要求，手動控制（六）與管道連接形式：法蘭連接（七）相關執(zhí)行標準：設計標準：GB12234設計系列：低壓小口徑系列閘閥二、確定閥門的主體材料閥門主體與介質流體直接接觸，所受腐蝕力最強，對材料的要求也十分重要，為了能讓閥門安全可靠，節(jié)約能源、保護環(huán)境以及經(jīng)濟上的節(jié)約，閥門主體材料應當根據(jù)設計輸入?yún)?shù)、使用條件和制造要求選定。閥門在設計和選材的時候必須考慮的問題有很多，必須重點考慮的一個問題是閥門在工作時的

14、溫度。為了更好的規(guī)范閥門主體材料所能適宜的工作溫度，我國從閥門所使用材料的應力要求、溫度等作出了相關規(guī)定以便于常規(guī)閥門的設計3。另外，從生產(chǎn)經(jīng)濟上考慮，閥門的主體材料應該選用綜合性適當?shù)模苊庠斐山?jīng)濟上的浪費。根據(jù)設計輸入?yún)?shù)、使用條件和制造要求，并且應符合規(guī)定，綜合考慮后確定閥門主體材料。碳素鑄鋼WCB為閥門常見材質編號，是機械性能為B級的中等強度的可焊鑄鋼件，含碳量0.310.5%的低碳鋼。設計給定：公稱壓力PN=4Mpa,溫度T=200C參考資料34復印資料等，綜合考慮后確定閥門閥體材料碳素鑄鋼WCB。表2.1ASTM閥門管件用鑄件材料的力學性能（Mpa）材料牌號力學性能溫度/oC-29

15、343371399427454482510538565WCA%414397.535929824018012570一s207200180150120906535一WCBab48545840833025618012570一仃s245230200165128906535一明桿楔式單閘板閘閥設計閘閥是通過啟閉件閘板對流體的運動進行截斷控制的一種機械部件，其閘板的運動方向與流體運動方向垂直，一般只能對流體作全開和全關控制，由于需要控制流體的物理性質和化學性質的不同，用作流體控制的閘閥規(guī)格也就不相。閘閥種類繁多，其選用需要根據(jù)不同的環(huán)境要求而定。閘閥關閉時，密封面可以通過介質壓力的作用把閘板的密封面壓向另

16、一側的閥座來形成自密封。許多閘閥也都采用強制密封，通過外力如人力、電機等將閘板強行壓向閥座來進行密封。在有著不同壓力、溫度、介質等條件的地方運用不同的閥門，閥門型號種類有很多種，其中閘閥、截止閥和球閥等是主要閥類。一臺閥門，口徑和內件的尺寸各有不同，內件材料的物理和化學特性也都有差別，內件還有不同的加工方式，可以鑄造和鍛造等。由于生產(chǎn)生活中需要使用閥門的地方環(huán)境多樣，導致閥門種類不同，其運動方式、介質流通形式、CV值也就不同。一般情況下在明桿閘閥閥桿上設有梯形螺紋，通過閥門頂端的螺母以及閥體上的導槽將閘板和閥桿所作運動轉變?yōu)橹本€運動，也就是將旋轉運動轉變成直線運動，把轉矩轉變成推矩。在閥門開啟

17、過程中閘板提升高度與閥門通徑比值為1:1時，流體的通道完全敞開，對介質流體無截止作用，但在運動過程中，這個比值為1:1的位置是無法看到的。因為溫度的上升與下降使閥桿可能出現(xiàn)鎖死現(xiàn)象，通常把閥桿開到頂點位置上時再倒回1/2-1,一般把這個位置作為閥門的全開位置。所以說閥門的全開位置是由閘板的位置來進行確認的2。閘閥的密封副設計十分重要。一般一個合格的閘閥密封副是良好的，在閘板關閉和開啟時不會對輸送中的流體介質造成泄漏。閘閥設計需要根據(jù)具體實際操作、設計給定參數(shù)和相關規(guī)定，需要將專業(yè)知識的相互結合，設計過程中應當邊計算邊繪圖。圖為明桿楔式單閘板閘閥：圖3.1明桿楔式單閘板閘閥3.1 承壓件設計閥門

18、作為壓力管道一個重要部件。由于閥門的功能比較特殊，受力比較復雜，所以閥門承壓件的設計標準有著一定的特殊性。經(jīng)研究表明，基于亞比例失效準則的閥門設計是準確可行的。承壓件只有完全處于亞比例狀態(tài)的時候才是安全的。承壓件因受力使其變形量達到最大比例變形量的一半時的變形狀態(tài)叫亞比例狀態(tài)。閥門在工作中受到介質壓力作用的同時還受到密封副之間擠壓力的作用。閘閥閥體一般為鑄造，因為形狀的復雜性，近年來對中小型閥體多采用緊密鑄造。閥體與流體管道系統(tǒng)多數(shù)是法蘭連接，也有焊接，閥體上有導軌是閥桿升降導向。檔寬是閥體兩個密封面間中心線的距離，略小于閥板中心相應的尺寸厚度，以便使密封面有一定的磨損時，仍然能夠保證密封面的

19、良好接觸。圖3.2閘閥承壓件3.1.1 承壓件材料承壓件（閥體）直接與閥門控制的流體接觸，其所受介質的物理和化學作用最大，如果介質流體是帶有腐蝕性的化學物質，則需要用能抗腐蝕的材料進行承壓件的制造；如果介質流體壓力很大，那么抗壓性差的材料就不能作為承壓件的制造材料。已知：公稱壓力，溫度，介質流體為水，油等所以材料選用：碳素鑄鋼（ZG230-45。3.1.2 承壓件壁厚設計給定：介質的工作溫度室溫，取T=20C介質公稱壓力（Mpa）:PNM4參考資料閥門計算手冊第38頁：鋼、合金鋼及不銹鋼圓形閥體壁厚計算式（Ti）計算厚度（mm）：tB=PDN+C（3-1-1）2.3-P計算壓力（Mpa）:P涮

20、埠4計算內徑（mm）:dn=100mm許用壓力%:查表4-33,4-53得j=82附加余量：C=5計算得：tB=7.16mm因為實際厚度tB，tB,所以tB=10mm3.2密封副設計為了實現(xiàn)閥門內外密封的零泄漏，節(jié)能環(huán)保與提高工作效率，閥門必須具備可靠的密封性能。閥門的密封副指的是啟閉件與閥座相互接觸進行關閉的部分，密封面在進行密封過程中容易受到磨損，密封性隨著使用次數(shù)增加而減低。在使用過程中，因為金屬密封面以及閥門受介質腐蝕和沖刷的影響容易損壞。所以閥門密封件的材料必須能夠耐腐蝕、抗沖刷。如果其中的任何一個要求都不能滿足，密封面就不能用這種材料制作。介質的沖蝕會被腐蝕大大加速。同樣，盡管這種

21、材料具有較大的抗腐蝕性和抗沖刷性，但由于抗擦傷性能較差，該材料同樣不適用。如果在普通閥門上應用性能較好的材料，制造成本價格太高，也不適用。閘閥的密封副設計是對稱的，由于閥桿的作用力，在進口和出口上形成相同的密封。所以，對于一般工業(yè)要求，單面強制密封足夠滿足，但高壓系統(tǒng)則難以滿足。密封面材料除了需要滿足一般強度外，還需滿足對介質的奶腐蝕性，所以材料的選擇也是十分重要的。3.2.1密封副材料密封副是閥門的重要部件，密封副的密封性能是閥門是否能夠正常工作的重要標準。由于密封副的閥體一樣，在閘閥工作的時候直接與介質流體接觸，在介質流體的腐蝕與沖刷下，為了能夠使密封性能提高，閘閥使用時間久，密封副的材料

22、一定要具有耐磨、抗壓、耐腐蝕的物化性能。已知：公稱壓力，溫度，介質流體為水，油等介質公稱壓力：PN=4Mpa、公稱通徑DN=80mm密封面寬度：bm=2.5mm、密封面內徑：d=80mm密封面材料：黃銅（Hsi80-3）,材料硬度HB95-110,密封面問無滑動3.2.2密封副的總作用力和比壓的計算密封面比壓的滿足條件：資料3、資料4第425頁qMF二q二q式中：qMF：密封面上的必須比壓查資料3表3-13qMF=14.0q:密封面的許用比壓查資料3表3-14q=100q:實際比壓(MPa)q=QMZ(3-2-1)二dbmbm式中：q:實際密封面比壓(MPa)d:閥座密封面內徑，設計給定，d=

23、80mm(mm)bm：密封面寬度，設計給定，tm=2.5mm(mm)Qmz:出口端閥座密封面上的總作用力(N),表4-673計算:單面強制密封：Qmz=Qmf+Qmj(3-2-2)作用在出口密封面上的介質靜壓力(N):Qmf=n(d+以)bmqMF=9071.N(3-2-4)密封面上達到必需比壓時的作用力(N):2Qmj=0.785(d+bm)p=21371.6N(3-2-5)所以：Qmz= 30442.9N實際比壓：q=47.0所以：qmf：q二q設計合格1.楔半角5o2,法蘭和對焊連結鋼制閘閥的殼體最小壁厚(GB12234)：表36-226t=10.2mm3.鋼制閥門閥體頸部的最小壁厚(G

24、B12234)：表6-2393t=6.7mm4,推薦的加工余量值：表4-2,C/8mm3.3 閥體與閥蓋連接型式和密封面結構的確定閥蓋主要是為閥體提供一個罩子，用于連接閥體，保護閥桿密封副，所以閥蓋和閥體可以是一個整體，也可以分離。它必須經(jīng)受住工作介質的壓力和溫度。法蘭是用于管道間相互連接的零件，也叫突緣或法蘭凸緣盤。也有用在設備進出口上的法蘭，用于兩個設備之間的連接，如減速機法蘭。法蘭、墊片以及螺栓三者相互連接而成的一組組合密封結構叫做法蘭連接，法蘭連接可以通過相應的機械工具進行拆卸。在管道裝置中管與管相連接用的法蘭叫管道法蘭，用在設備上是設備的進出口法蘭。法蘭上有螺栓孔，螺栓使兩個法蘭相互

25、緊密連接。兩個法蘭中間的密封需要使用密封墊。法蘭的連接方式有許多種，如：螺紋連接、絲扣連接、焊接以及卡夾。通常法蘭的使用是成對的，絲接法蘭可以在低壓管道上使用，焊接法蘭則在壓力為四公斤以上的機構中使用。兩片法蘭盤用螺栓緊固時，兩者之間需要加上密封墊。法蘭厚度和螺栓的使用因壓力的不同而不同。水泵和閥門在和管道連接的地方也制成相對應的法蘭形狀，這種管與管道間、管與設備問、設備與設備間通過法蘭進行連接的連接方式也稱為法蘭連接70不同的法蘭連接有不同的連接型式,當它用在閥門中的時候，其密封面結構型式有許多種，其中光滑式、徑向自緊在一般閥門中比較常見等。此次設計中閥體與閥蓋連接型式為法蘭連接，法蘭密封面

26、結構為光滑式結構。3.4 閥桿設計明桿閘閥閥桿是一根長形圓柱機械零件，作用是將手輪的旋轉扭力轉化為上下推力。閥桿端頭與閘板連接形成密封副，閥桿上部有傳動螺紋，一般采用梯形螺紋或方形螺紋。明桿閘閥閥桿非螺紋部分因與填料摩擦，需要進行表面處理，提高耐磨性和抗腐蝕能力。閘閥閥桿上的傳動螺紋一般為左旋螺紋，手輪右向旋轉可以將閥桿旋下，密封副密封，介質運動截止。明桿閘閥的閥桿螺母裝在支架上，手輪帶動旋轉，螺母有軸向限位。閥桿材料多為2CU3。FFZ圖3.3閥桿穩(wěn)定性示意圖圖3.4閥桿頭部3.4.1 閥桿材料閥桿與閘相連接，手輪同構閥桿將力矩傳送給閘板，閘板與閥座開口閉合，形成密封。所以閥桿材料須具有一定

27、的抗壓力、扭應力。因為：介質公稱壓力：PN=4Mpa公稱通徑DN=80mm所用材料：2Cr133.4.2 閥桿總軸向力計算設計給定：閥桿直徑df=22mm填料層總高度h=3mm2_(3-4-1)介質作用于閥桿上的軸向力：Qp=一df2P4P：介質的工作壓力PN4Mpa所以：QP=1520.5N填料層的寬度：bt=(1.01.6k/dT=4.697.50(3-4-2)取bt=6mm填料函內徑：D=df+2b=22+12=34mm(3-4-3)當PN=4Mpa<16Mpa,填料圈數(shù)Z=4|_9，取Z=5填料函深度：H=Zbt=30mm(3-4-4)填料層總高度(設計給定)ht=3mm閥桿與填

28、料間摩擦系數(shù)4=0.01閥桿與填料間摩擦力：Qt=ndfhtNtP=8.29N(3-4-5)資料1第60頁：關閉時閥桿總軸向力：FfZ=KFmj+K2F1MF+Fp+Ft(3-4-6)開啟時閥桿總軸向力：FfZ=&Fmj+LFmf-Fp-%(3-4-7)閥桿最大軸向力Ffz,取FfZ、FfZ中的最大值。查閱資料：K1=0.29、K2=0.77、K3=0.41、K4=0.62.一一一二2密封面處介質作用力：Fmj=(Dmn+bm)P(3-4-9)4密封面內徑Dmn=d-80mm密封面寬度bm=2.5mm公稱壓力P=PN=4Mpa所以：Fmj：21382.46N密封面上密封力：Fmf=h(

29、Dmn+bm)bmqMF(3-4-10)密封面必須比壓qMF=14.0所以：Fmf9071.35N2閥桿徑向截面上介質作用力：Fp=d/P(3-4-11)4閥桿直徑df=22mm所以：Fp：150.5雙閥桿與填料摩力：FT=dfbtP(3-4-12)無石棉填料系數(shù)中，按填料深度和填料寬度查表可得:=2.31所以：FT=1219.68N已知：K二0.29、K2=0.77、心=0.41、K4=0.62所以：關閉時閥桿總軸向力：Ffz=KFmj(FmfFpFT15926.06N開啟時閥桿總軸向力：Ffz=&FmjKFmf-Fp-511650.84NF二F軸向應力：仃l=*、。丫="

30、(3-4-13)AsA閥門最小截面面積螺紋公稱直徑和螺距22父5,查表4可知：2As=186mm所以：軸向應力仃L電62.64N、aY85.62N查表得：許用拉應力bL】=22CN、許用壓應力Ly】=245N0rLEIL、仃Y<ky設計合格。3.4.3 閥桿扭應力計算Mfl、扭應力：。=(3-4-14)Ws關閉時閥桿螺紋摩擦力矩：MFl=FfZRfm(3-4-15)閥桿最小斷面系數(shù)：WS=730mm3螺紋摩擦半徑Rfm,表4-193:fL=0.15、RFM-2.29mm所以：關閉時閥才f螺紋摩擦力矩Mfl:36470.6N扭應力小=%-49.96N(3-4-16)WslN1=145N因為

31、：所以：合格合應力：仃.=JoY2K仃L2)+4(n2之131.59N(3-4-17)入=230N因為：、-三、所以：合格閥桿端部的強度計算網(wǎng)Ffz-Ft/、男應力：e=T(3-4-18)2bh已知：開啟時閥桿總軸向力：Ffz=11650.84N閥桿與填料摩擦力：Ft3dFbrP=1219.68N(3-4-19)閥桿銃扁后截面寬度：b=14mm(設計給定)閥桿銃扁處到底面高度：h=12mm(設計給定)所以：43.46NII-132NeeL,設計合格。3.4.4 閥桿彎曲應力的校核彎曲應力的校核：,用3Ffz-FtDA-2a彎曲應力：%=-2(3-4-20)4bh已知：FFZ=11650.84J

32、、Ft=1219.68N、D=27mm、A=22mm、a=18nm所以：W50.45N°w0w，設計合格。閥桿的穩(wěn)定性計算3:閥桿計算長度：Lf=(2.2|_2.5)Dmn+300(3-4-21)密封面內徑：DmN=80mm所以：Lf=2.22.5Dmn300=376400mm，取Lf=380mmlLF閥桿的柔度確認：九=一F（3-4-22）id閥桿的慣性半徑（mm）:i=一（3-4-23）4dF=22mm,所以：i=6mm無中間支承閥桿，=1所以：=63.331=30/2=78.2所以：'1-'-'2此時狀態(tài)為中細長小柔度壓桿，需滿足：。丫W(wǎng)卜丫W(wǎng)1F0&#

33、176;丫為閥桿的壓應力（Mpa）:仃丫=45Mpa（3-4-24）As中細長比壓桿的穩(wěn)定許用應力（Mpa）:1a-b島丫11=（3-4-25）na,b:依賴于材料性質的系數(shù)（Mpa）,資料閥門設計手冊第456頁a=544.2,b=2.36,'=63.33穩(wěn)定安全系數(shù)：n=2.5所以：1二丫W(wǎng)1157.90。丫EkyW1,設計合格。3.5閘板設計閘閥閘板種類規(guī)格有許多種，根據(jù)閘板形狀分為楔式閘閥、平行式閘閥。楔式閘閥的兩個密封面與管道軸線成楔形形狀，楔形角一般2°52'或5°。楔式閘閥常見結構是楔式單閘板閘閥、楔式雙閘板閘閥。楔式單閘板閘閥結構簡單、安全性高

34、、安裝簡單方便，但對楔形角精度要求較高，維修困難，生產(chǎn)制造企業(yè)一般只能配做，不可以更換。常用材料：20鋼。圖3.5楔式單閘板3.5.1閘板材料閘板和閥體一樣，直接承受著流體介質的沖刷力、腐蝕等物理化學性質，其材料必須具備一定的抗壓力、抗腐蝕性。故選用材料：20鋼3.5.2閘板厚度計算KP計算閘板厚度(mm)：tg=RJ二+C(3-5-1)I-W圓弧過渡處半徑密封面平均半徑(mm):_1,R=2(dmn+bm)(3-5-2)設計給定：DMN=78mm、bM=10mm11所以：R=-DMNbM=57810=44mm查表得系數(shù)：K=1.24計算壓力：P=PN=4Mpa許用彎曲應力：查表4-5l-Wl

35、=110Mpa附加余量：C=5一一，KP1244所以：tB=R/C=44,4514.34mmkwl110實際厚度：tBB?。簍B=15mm3.6中法蘭設計法蘭是工業(yè)、生產(chǎn)、建造中經(jīng)常使用的重要零件。一般為圓形，也有其它形狀，法蘭盤四周有螺紋孔，用于兩個法蘭之間進行螺栓連接形成密封。法蘭在使用中常受環(huán)境的影響，不同的設備連接，使用的法蘭連接方式不同。不同的使用壓力法蘭的厚度也不同，用于法蘭連接的螺栓型號也不同。3.6.1 中法蘭材料中法蘭是位于閥門中部的法蘭，用于連接閥蓋與支架，支撐閥桿。法蘭的設計計算很重要，由于需要承受的壓力大，密封性等需要，其材料的選擇要根據(jù)計算載荷來選擇。已知：溫度T=2

36、0oc、材料ZG230-450、螺栓材料35鋼3.6.2 中法蘭計算F-9364106常溫時比值系數(shù)：n=-LZ-=-780.34(3-6-1)l>w1120.Flz初加溫比值系數(shù)：n（3-6-2）L；-w高溫時比值系數(shù):Flzkw 1(3-6-3)計算載荷（N）:f取比值系數(shù)n、n'、n”中的最大值F =780.34N常溫時螺栓計算載荷（N）: Flz取總用力F'、F”的最大值Flz-93641.06N操作下總作用力(N):F=FdjFdFFdtFFz=49062.50188409812.515926.06=93641.06J最小預緊力(N)：F”=Fyj=11773N

37、3.6.3 中法蘭墊片計算墊片處介質作用力（N）:(3-6-4)22Fdj=DdpP=-1254=49062.50N44墊片平均直徑（mm）：Ddp=125mm計算壓力（Mpa）：P取PN=4Mpa墊片上的密封力（N）:FDF=2nDDpBnMDpP=2rm125M3M2M4=18840N（3-6-5）墊片的有效寬度（mm）：查表4-263,根據(jù)bpp查得Bn二bpp二3mm墊片的寬度（mm）:設計給定bDP=6=3mm墊片系數(shù)（Mpa）:查表4-273得Mdp=2.00墊片彈性力（N）:FDT="FDj=0.2父49062.50=9812.50N（3-6-6）系數(shù)：按固定法蘭得=0

38、.2關閉時閥桿總作用力（N）:FFz&N必須預緊力（N）:Fyj=nDDpBN5jKDP=nM125M3M10M1=11775N（3-6-7）密封面預緊比壓（Mpa）:查表4-27得qYJ=10Mpa墊片形狀系數(shù)：按圓形取Kdp=1介質工作溫度（C）:設計給定T=20oC法蘭材料線脹系數(shù)（九）:根據(jù)不查表4-121得我= 螺栓設計計算螺栓計算長度（mm）:L=h=20mn、DPP=0中法蘭溫度（）：T；=50T001：=Co（3-6-8）螺栓溫度（）：Tl'=TF-A（3-6-9）螺栓總截面積（mm2）:Al=2A）（3-6-10）螺栓數(shù)量（個）：設計給定Z=

39、8個單個螺栓截面積（mm2）：根據(jù)dL的值，查表4-13網(wǎng)得A=52.3mm2螺栓直徑（mm）：設計給定dL=10mm螺栓材料彈性模具（Mpa）:根據(jù)TL得值，查表4-12網(wǎng)得El-1.57Mpa墊片面積（mm2）:2ADP=nDDPbDp=冗x125x3=1177.5nm（3-6-11）墊片材料彈性模具（Mpa）:Edp=303Mpa3.6.5彎曲應力計算許用彎曲應力（Mpa）:查表4-33、4-5網(wǎng)得bW】=12CMpaII斷面彎曲應力（Mpa）：仃W產(chǎn)*W=旦1定85Mpa（3-6-12）W-.一、.、D-D.力臂長度（mm）：11=10mm（3-6-13）螺栓孔中心圓直徑（mm）:設計

40、給定Di=195mm中法蘭根部直徑（mm）:設計給定Dm=175mmII斷面系數(shù)（mm3）:11Wt=nDMh2=父n父175M102=9158.33mm3（3-6-14）66中法蘭厚度（mm）：設計給定h=10mm4FLHII斷面彎曲應力Mpa:awn=3-6-15Wu力臂長度（mm）：Dm-Dn175-100l=i+MN=10+=28.75mm（3-6-16）44計算內徑（mm）：設計給定Dn=100mmnn斷面系數(shù)（mm3）:l.DM+DNlM-DNf=3175+100J至:WH6匕（2J6L2A2J（3-6-17）3=101191.41mm常溫時：4產(chǎn)1、仃wnWw為合格。綜上：設計合

41、格。3.7 閥蓋設計閥門里的閥蓋與閥座相連，連接方式有多種，可以是焊接或法蘭連接，也可以和閥座用同一種材料直接鑄造而成。閥蓋在閥門中主要是起一個支撐作用和保護作用，閥桿從閥蓋中心孔穿過，與閘板形成密封副，可以對流體介質的運動進行控制。在閥桿與閥蓋相連接的位置，也就是錐形面的位置，叫做下密封面，上密封面在閥桿上。閥蓋支撐閥桿，閥桿才能與閥門介質通道形成垂直，才能方便閥門對介質的全開與全關動作。閥蓋上有螺紋孔，作用是進行密封或強度實驗時排放空氣，保證內外氣壓平衡。對閘閥一般采用帶開口的蝶型閥蓋。圖3.6 閥蓋3.7.1 閥蓋材料閥蓋與閥體通過法蘭連接，保護閥體內部零件，平衡閥體內外壓強,防止流體介

42、質的泄漏。閥蓋可以和閥體為一整體鑄件，選用閥蓋材料：ZG230-4503.7.2 閥蓋壁厚計算壁厚：tB =pR2 W-,N 1(3-7-1)計算壓力：p=PN=4Mpa內半球半徑：設計給定R=120mm過渡半徑：設計給定r=6mm許用彎曲應力：查表4-3網(wǎng)得Gw】=102Mpar形狀系數(shù)：根據(jù)值，查表3.73:R表3.7形狀系數(shù)K的值rR0.005R2.001.651.401.300得K=2附加余量：C=5所以：tB=PRKC=4120259.71mm2lcW2102實際厚度：tB=10mm因為tB之t',所以設計合

43、格。3.8 支架設計計算閥門支架作為支撐機構，在閥門中十分重要，在使用中常受啟閉力的作用。閥門支架形狀較為復雜，常為鑄件。許多閥門中的支架常與閥桿直接接觸，承受手輪等壓力作用。如果閥門中的支架出現(xiàn)斷裂、歪斜等現(xiàn)象，會直接多閥桿造成影響，使的閥門無法正常工作。圖3.8T形加強筋支架結構3.8.1 支架材料因為支架承受了許多壓力和扭力等，所以支架材料、型號規(guī)格的選用極為重要。支架材料確定：ZG230-4503.8.2 彎曲應力計算I-I斷面彎曲應力(Mpa):_FfzI11awi=TTTx(3-8-1)81十1HI3W128工2 lI2關閉時閥桿總軸向力(N):FfZ=KFmj+LFmf+Fp+F

44、t-15926.06N(3-8-2)框架兩重心處距離（mm）:l壬1Y=28+6=nm（3-8-3）框架內徑距離（mm）：設計給定11=42mm加強筋截面重心：-CA2+（B-C戶21156002+（100-15）1022-CA十（BC）a1-2彳5父60十（1001510（3-8-4）：17.86加強筋截面高（mm）：C=b=15mm加強筋截面長（mm）:A=60mm加強筋截面寬（mm）:B=b=100mm加強筋截面厚（mm）：a=&=10mm加強筋總高（mm）:h=90mmm-in截面慣性矩（mm4）：3 4I3=（Dd）h/12=54000nm（3-8-5）支架上端外徑（mm）:

45、d=46mm支架上端內徑（mm）:d=26mm支架上端高度（mm）:h=30mmH-II斷面慣性矩（mm4）:1333I2BY3-B-CY-aCA-Y二3-1333-10017.86一（100-15X17.86-10）+15（6017.86）（3-8-6）3-4：469777.75mmI-I斷面斷面系數(shù)（mm3）:H-II與I-I的斷面系數(shù)相同m-ID斷面彎曲應力（Mpa）：Ffz-M215926.0660-109965.24(3-8-7)424W3=W33000:42.98MpaH-II斷面彎曲力矩(mm):M2FfzI8'；+1 必、2 l 115926.06 601 90 540

46、008 11 2 60 469777.75(3-8-8)：109965.24N|_mmm-ID斷面斷面系數(shù)(mm3)：223二3000mm(3-8-9)D-dh246-26302W二-二I-I斷面拉應力(Mpa):二 L1Ffz15926.062 aB C A - a2 10 100 1560 -104.55MpaI - I斷面轉矩引起的彎曲應力(Mpa):N 仃 W1M0Hl A-a C3 aB3(3-8-10)6B彎曲力矩(Mpa):M0=Mtj閥桿螺母臺肩摩擦力矩(Nm):2 rWrNMTJfTJFFZ22(3-8-11)3 rW-rNI-I斷面合成應力(Mpa):。工=Dwi+<

47、!lj+%N1(3-8-12)許用拉應力(Mpa)：blI=82Mpa許用彎曲應力（Mpa）：bW】=102Mpa計算得：aW3-hw、"工WfcL所以設計合格。3.9 閥桿螺母的設計閥桿螺母在閥桿與閥蓋之間，是使閥桿能夠有上升運動動作的重要零件。閥桿螺母的磨損，會使閥門密封性能下降，影響閥門的使用功能。閥桿是將手輪、電機等轉矩轉變成扭矩的機械零件，閥桿螺母直接承受著閥桿來的扭矩。閥桿螺母材料的選用要嚴謹，不能選擇和閥桿的材料一樣，配合公差也樣相互配合，否則會造成咬死現(xiàn)象。3.9.1 閥桿螺母材料閥桿螺母材料的選用不僅需要強度、應力等適宜，還要根據(jù)閥桿材料及手輪或電機的運作方式來選用

48、。閥桿螺母材料選用參考資料1:鑄鋁青銅（ZCuAl9Mn2）3.9.2 閥桿螺母擠應力計算與型號閥桿螺母螺紋表面的擠壓應力計算:ZYffz <la nFYZY(3-9-1)Ffz:常溫時，閥桿最大軸向力（N）,取FfZ、FfZ中的較大值因為F，之FfZ,所以取FFZ定15926.06N螺紋總高度（mm）:H =80c8026rMrm螺紋螺距（mm）:P=mn取閥桿螺母尺寸規(guī)格：Tr225LH-7Hti=34mmm33父1.5、d1=30.7mm、d=24mm、D=40mm、D=48mm、C1=1.5mml=70mm、t3=40mm、t2=14mm、B=9mm、b=2.5mm、S=36mm

49、、C=3mm3.10 填料壓蓋設計聲kdl圖3.9填料壓蓋3.10.1 填料壓蓋材料填料壓蓋材料選用：20鋼3.10.2 填料壓蓋型號根據(jù)明桿閘閥閥桿直徑選取填料壓蓋標準網(wǎng):d=22mm、D=34mm、D1=48mm、D238mm、d1=24mm、d0=12mm、A=70mm、H=30mm、=18mm、m=16mm、h3=10mm、b=12mmr=14mmr1=3mm、r2=2.0mm3.11 鎖緊螺栓設計鎖緊螺栓是圓柱形的帶有螺紋一種禁錮零件，它與相應規(guī)格的螺母配用。把兩個的機械零件通過螺栓、墊片和螺母的相互配合進行的機械連接叫做螺栓連接。螺栓連接屬于可拆卸連接，它能通過一些固有的機械工具將

50、螺母從螺栓上旋下，把原本緊密連接的機械零件拆分下來。鎖緊螺栓也是有規(guī)格的，不同的公稱壓力、公稱通徑的機械零件需要通過不同型號規(guī)格的螺栓進行連接。3.11.1 鎖緊螺栓材料公稱壓力PN1.6l_6.4Mpa、公稱通徑DN50|_|300mm的鑄鋼閘閥的閥桿螺母的結構型式及尺寸見圖鎖緊螺母所示，鎖緊螺母的材料選用35鋼2。3.11.2 鎖緊螺栓型號圖3.10鎖緊螺栓設計給定：公稱壓力PN=4Mpa、閥桿直徑df=22mm鎖緊螺栓選用規(guī)格：M33M1.5、D=52mm、R=22mm、D1=43mm、B=10mm、b=6mm、t=3.5mm、AT=0.8mm3.12 手輪設計手輪通過外力產(chǎn)生力矩，經(jīng)由

51、閥桿將扭力矩轉變成推力矩，控制閥桿的上升下降來保證閘閥閘板的開啟閉合，手輪是閘閥的重要機械零件，也是動力輸入機械機構，手輪的選取直接影響到閥門密封副的密封性能，所以閥門的規(guī)格型號也十分重要。圖3.11手輪3.12.1 手輪材料手輪作為閘閥啟閉件動力來源，其材料的選擇尤為重要，須具有一定的扭曲應力與強度。選用材料：球墨鑄鐵3.12.2 手輪型號手輪直徑的確定：c2MDo=(3-12-1)Qs式中：閥桿上的最大扭矩(N.mm):M取MFZ和MF'Z的最大值關閉時閥桿總力矩mfl=FfZRFM：mFz=mFl+mFd開啟時閥桿總力矩（N.mm）：MF期M關閉時閥桿螺紋摩擦力矩（N.mm）：M

52、F韋R開啟時閥桿螺紋摩擦力矩（N.mm）:MLF西R關閉時螺紋摩擦半徑（mm）：Rm查表4-19網(wǎng)開啟時螺紋摩擦半徑（mm）：Rm查表4-19網(wǎng)手輪的圓周力（N）:一般規(guī)定，Qs<360N所以：Do=2m=180mmQs確定手輪：D=180mm、H=22mm、&=50mm、dz=55mm、d=32mm3.13 閥門流量系數(shù)流量系數(shù)（Kv）是確定閥門是否能夠保證正常的流通量，能夠正常使用的重要參考值，這對閥門十分重要，在特定的環(huán)境下對閥門的系數(shù)要求不同。閥門流量系數(shù)的確定是通過閥門介質壓力、介質固定時間內所通過的介質流量來確定的，Kv越小說明閥門流體通過時失去的壓力越大，閥門流通量越小。閥門流