畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-明桿楔式單閘板閘閥設(shè)計(jì)

明桿楔式單閘板閘閥設(shè)計(jì)作者姓名：專業(yè)名稱：機(jī)械工程及自動(dòng)化指導(dǎo)教師：

成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院學(xué)位論文誠信承諾書本人慎重承諾和聲明：1.本人已認(rèn)真學(xué)習(xí)?學(xué)位論文作假行為處理方法?〔中華人民共和國教育部第34號(hào)令〕、?成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院學(xué)位論文作假行為處理實(shí)施細(xì)那么〔試行〕?〔成理工教發(fā)〔2021〕30號(hào)〕文件并曉教育部、學(xué)院對論文作假行為處理的有關(guān)規(guī)定，知曉論文作假可能導(dǎo)致作假者被取消學(xué)位申請資格、注銷學(xué)位證書、開除學(xué)籍甚至被追究法律責(zé)任等后果。2.本人已認(rèn)真學(xué)習(xí)?成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊?，曉學(xué)院對論文撰寫的內(nèi)容和格式要求。3.本人所提交的學(xué)位論文〔題目：明桿楔式單閘板閘閥設(shè)計(jì)〕，是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成，本人對該論文的真實(shí)性、原創(chuàng)性負(fù)責(zé)。假設(shè)論文按有關(guān)程序調(diào)查后被認(rèn)定存在作假行為，本人自行承當(dāng)相應(yīng)的后果。承諾人〔學(xué)生簽名〕：201年月日注：學(xué)位論文指向我校申請學(xué)士學(xué)位所提交的本科學(xué)生畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告、畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)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(dòng)人類經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，在各類生產(chǎn)系統(tǒng)中極大的提高經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約能源。如何正確設(shè)計(jì)和選用閥門是實(shí)現(xiàn)閥門的密封性能、調(diào)節(jié)性能、實(shí)用性能、平安性能和流通性能的關(guān)鍵所在。在閥門設(shè)計(jì)過程中，要對各種參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的核對驗(yàn)算，需要將各種相關(guān)因素考慮其中，比方介質(zhì)溫度、壓力、腐蝕性等做到科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。閥門主體、零件的也要做到科學(xué)選材，以免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失和浪費(fèi)。設(shè)計(jì)的過程中需要邊計(jì)算邊繪圖，通過設(shè)計(jì)計(jì)算確定閥門各個(gè)部件的數(shù)據(jù)，然后在CAD上畫出零件圖，做到各部件數(shù)據(jù)合理。通過嚴(yán)格設(shè)計(jì)計(jì)算，閥門能對管道中的介質(zhì)進(jìn)行正常開啟閉合控制，沒有介質(zhì)的內(nèi)泄外漏，能與相應(yīng)管道設(shè)備配合使用，方才設(shè)計(jì)合格。關(guān)鍵詞：生產(chǎn)系統(tǒng)正確設(shè)計(jì)科學(xué)選材數(shù)據(jù)合理

AbstractTheuseofthevalveinthemodernindustrialproductionisveryimportant,itsfigureintheproductionofhumanlifeeverywhere.

Theresearchofvalvecandrivetheeconomicproductionofhuman,andcangreatlyimprovetheeconomicbenefitandsaveenergyinallkindsofproductionsystem..Howtodesignandchoosethevalveisthekeytoachievethevalvesealingperformance,regulationperformance,practicalperformance,safetyandperformanceofthekey.

Inthevalvedesignprocess,toavarietyofparametersstrictlycheckedandchecked,theneedtoconsiderallkindsoffactors,suchasmediatemperature,pressure,corrosionandsoscientificrigor.

Valvebody,partsofthescientificselectionshouldbescientific,soasnottocauseunnecessaryeconomiclossesandwaste.Thedesignoftheprocessneedstodrawtheedgeofthecalculation,throughthedesignandcalculationofthevalvepartsofthedata,andthendrawapartdiagramontheCAD,sothatthedataisreasonableforeachcomponent.

Throughtherigorouscalculationanddesign,thevalvecanopenthemediumofthepipelinenormallyopentheclosurecontrol,withouttheleakageofthemediuminsidethemedium.Keywords:Productionsystem,Correctdesign,Scientificselection,Datareasonable

目錄TOC\o"1-3"\h\uHYPERLINK摘要 IHYPERLINKAbstract IIHYPERLINK目錄 IIIHYPERLINK前言 1HYPERLINK一、設(shè)計(jì)任務(wù) 2HYPERLINK二、確定閥門的主體材料 4HYPERLINK三、明桿楔式單閘板閘閥設(shè)計(jì) 5HYPERLINK3.1承壓件設(shè)計(jì) 7HYPERLINK承壓件材料 8HYPERLINK3.1.2承壓件壁厚 8HYPERLINK3.2密封副設(shè)計(jì) 9HYPERLINK3.2.1密封副材料 9HYPERLINK3.2.2密封副的總作用力和比壓的計(jì)算 9HYPERLINK3.3閥體與閥蓋連接型式和密封面結(jié)構(gòu)確實(shí)定 11HYPERLINK3.4閥桿設(shè)計(jì) 12HYPERLINK3.4.1閥桿材料 13HYPERLINK3.4.2閥桿總軸向力計(jì)算 13HYPERLINK3.4.3閥桿扭應(yīng)力計(jì)算 16HYPERLINK3.4.4閥桿彎曲應(yīng)力的校核 17HYPERLINK3.5閘板設(shè)計(jì) 19HYPERLINK3.5.1閘板材料 20HYPERLINK3.5.2閘板厚度計(jì)算 20HYPERLINK3.6中法蘭設(shè)計(jì) 21HYPERLINK3.6.1中法蘭材料 21HYPERLINK3.6.2中法蘭計(jì)算 21HYPERLINK3.6.3中法蘭墊片計(jì)算 22HYPERLINK3.6.4螺栓設(shè)計(jì)計(jì)算 23HYPERLINK3.6.5彎曲應(yīng)力計(jì)算 24HYPERLINK3.7閥蓋設(shè)計(jì) 25HYPERLINK3.7.1閥蓋材料 25HYPERLINK3.7.2閥蓋壁厚計(jì)算 26HYPERLINK3.8支架設(shè)計(jì)計(jì)算 26HYPERLINK3.8.1支架材料 27HYPERLINK3.8.2彎曲應(yīng)力計(jì)算 27HYPERLINK3.9閥桿螺母的設(shè)計(jì) 30HYPERLINK3.9.1閥桿螺母材料 30HYPERLINK3.9.2閥桿螺母擠應(yīng)力計(jì)算與型號(hào) 30HYPERLINK3.10填料壓蓋設(shè)計(jì) 31HYPERLINK3.10.1填料壓蓋材料 31HYPERLINK填料壓蓋型號(hào) 32HYPERLINK3.11鎖緊螺栓設(shè)計(jì) 32HYPERLINK3.11.1鎖緊螺栓材料 32HYPERLINK3.11.2鎖緊螺栓型號(hào) 32HYPERLINK3.12手輪設(shè)計(jì) 33HYPERLINK3.12.1手輪材料 34HYPERLINK3.12.2手輪型號(hào) 34HYPERLINK3.13閥門流量系數(shù) 35HYPERLINK總結(jié) 37HYPERLINK致謝 38HYPERLINK參考文獻(xiàn) 39前言閘閥是一種常見通用機(jī)械零部件，在生產(chǎn)生活中得到普遍應(yīng)用，是我國工業(yè)大力開展的重要機(jī)械產(chǎn)品，它與人民的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，閘閥的研究設(shè)計(jì)能夠大大的加快我國國民經(jīng)濟(jì)以及國防建設(shè)的開展。我國閘閥的生產(chǎn)歷史已經(jīng)有了幾十年開展，閘閥的制造廠家也越來越多，設(shè)計(jì)的閘閥數(shù)量越來越大，閘閥的型號(hào)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(hào)也有越來的幾十上百種開展到現(xiàn)在的數(shù)千上萬種，可以說開展迅速。盡管如此，我國國內(nèi)的閘閥技術(shù)與國際水平還是有一定的差距，許多優(yōu)秀閘閥設(shè)計(jì)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(nèi)原有的根底上大力研究開展，相信不久后我國閘閥制造技術(shù)定會(huì)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(zhì)的截?cái)嗷蚪油?、防止流體回流、調(diào)節(jié)流量、調(diào)節(jié)和排泄壓力，由于所控制流體的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)的不同，閘閥的使用規(guī)格型號(hào)也就不同。閘閥功能簡單，一般只能對介質(zhì)作全開和全關(guān)功能[2]。設(shè)計(jì)閘閥時(shí)，密封面的設(shè)計(jì)相當(dāng)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。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(huì)造成環(huán)境污染、經(jīng)濟(jì)損失，甚至可能會(huì)造成人身傷亡，十分危險(xiǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)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(jī)械強(qiáng)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(xué)問題。由于閘閥生產(chǎn)生活中的重要性，本次設(shè)計(jì)就這些物理化學(xué)等問題展開設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)，即設(shè)計(jì)任務(wù)書。明確閥門具體參數(shù)，如：公稱直徑、公稱壓力、溫度、介質(zhì)、驅(qū)動(dòng)方式等。使用條件和要求，如：室外或室內(nèi)安裝、啟用頻率等。相關(guān)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)課題：明桿閘閥設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：閥門是管道系統(tǒng)的重要組成局部，應(yīng)該滿足管道系統(tǒng)對閥門所提出平安性、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(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)內(nèi)容：確定閥門主體材料閘閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：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、手輪設(shè)計(jì)給定數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)名稱符號(hào)單位公式或來源數(shù)據(jù)1公稱通徑DNmm設(shè)計(jì)給定802公稱壓力PNMpa設(shè)計(jì)給定43溫度T℃設(shè)計(jì)給定204介質(zhì)設(shè)計(jì)給定水、油品5驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)給定手動(dòng)6附加余量mm設(shè)計(jì)給定57壁厚系數(shù)k1PN=2.0MPa時(shí)，k1=1.3;PN≥5.0MPa時(shí)k1=118密封面寬度bmmm設(shè)計(jì)給定9密封面內(nèi)徑dmm設(shè)計(jì)給定8010閥桿直徑dfmm設(shè)計(jì)給定2211介質(zhì)壓力PMPa設(shè)計(jì)給定112填料層總高度hTmm設(shè)計(jì)給定313閥桿與填料間的摩擦系數(shù)μT使用條件要求:室溫20℃，室內(nèi)外無要求，手動(dòng)控制。與管道連接形式：法蘭連接相關(guān)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)[2]：設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)系列：低壓小口徑系列閘閥

確定閥門的主體材料閥門主體與介質(zhì)流體直接接觸，所受腐蝕力最強(qiáng)，對材料的要求也十分重要，為了能讓閥門平安可靠，節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)上的節(jié)約，閥門主體材料應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)、使用條件和制造要求選定。閥門在設(shè)計(jì)和選材的時(shí)候必須考慮的問題有很多，必須重點(diǎn)考慮的一個(gè)問題是閥門在工作時(shí)的溫度。為了更好的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)力要求、溫度等作出了相關(guān)規(guī)定以便于常規(guī)閥門的設(shè)計(jì)[3]。另外，從生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)上考慮，閥門的主體材料應(yīng)該選用綜合性適當(dāng)?shù)?，防止造成?jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。根據(jù)設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)、使用條件和制造要求，并且應(yīng)符合規(guī)定，綜合考慮后確定閥門主體材料。碳素鑄鋼為閥門常見材質(zhì)編號(hào)，是機(jī)械性能為B級(jí)的中等強(qiáng)度的可焊鑄鋼件，含碳量的低碳鋼。設(shè)計(jì)給定：公稱壓力，溫度參考資料[3][4]復(fù)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(xué)性能〔Mpa〕材料牌號(hào)力學(xué)性能溫度/oC-29~343371399427454482510538565WCA41435929824018012570—207200180150120906535—WCB48545840833025618012570—245230200165128906535—

明桿楔式單閘板閘閥設(shè)計(jì)閘閥是通過啟閉件閘板對流體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行截?cái)嗫刂频囊环N機(jī)械部件，其閘板的運(yùn)動(dòng)方向與流體運(yùn)動(dòng)方向垂直，一般只能對流體作全開和全關(guān)控制，由于需要控制流體的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)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(guān)閉時(shí)，密封面可以通過介質(zhì)壓力的作用把閘板的密封面壓向另一側(cè)的閥座來形成自密封。許多閘閥也都采用強(qiáng)制密封，通過外力如人力、電機(jī)等將閘板強(qiáng)行壓向閥座來進(jìn)行密封。在有著不同壓力、溫度、介質(zhì)等條件的地方運(yùn)用不同的閥門，閥門型號(hào)種類有很多種，其中閘閥、截止閥和球閥等是主要閥類。一臺(tái)閥門，口徑和內(nèi)件的尺寸各有不同，內(nèi)件材料的物理和化學(xué)特性也都有差異，內(nèi)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(dǎo)致閥門種類不同，其運(yùn)動(dòng)方式、介質(zhì)流通形式、CV值也就不同。一般情況下在明桿閘閥閥桿上設(shè)有梯形螺紋，通過閥門頂端的螺母以及閥體上的導(dǎo)槽將閘板和閥桿所作運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，也就是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)，把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變成推矩。在閥門開啟過程中閘板提升高度與閥門通徑比值為時(shí)，流體的通道完全敞開，對介質(zhì)流體無截止作用，但在運(yùn)動(dòng)過程中，這個(gè)比值為的位置是無法看到的。因?yàn)闇囟鹊纳仙c下降使閥桿可能出現(xiàn)鎖死現(xiàn)象,通常把閥桿開到頂點(diǎn)位置上時(shí)再倒回,一般把這個(gè)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(jìn)行確認(rèn)的[2]。閘閥的密封副設(shè)計(jì)十分重要。一般一個(gè)合格的閘閥密封副是良好的，在閘板關(guān)閉和開啟時(shí)不會(huì)對輸送中的流體介質(zhì)造成泄漏。閘閥設(shè)計(jì)需要根據(jù)具體實(shí)際操作、設(shè)計(jì)給定參數(shù)和相關(guān)規(guī)定，需要將專業(yè)知識(shí)的相互結(jié)合，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)邊計(jì)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承壓件設(shè)計(jì)閥門作為壓力管道一個(gè)重要部件。由于閥門的功能比擬特殊，受力比擬復(fù)雜，所以閥門承壓件的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有著一定的特殊性。經(jīng)研究說明，基于亞比例失效準(zhǔn)那么的閥門設(shè)計(jì)是準(zhǔn)確可行的。承壓件只有完全處于亞比例狀態(tài)的時(shí)候才是平安的。承壓件因受力使其變形量到達(dá)最大比例變形量的一半時(shí)的變形狀態(tài)叫亞比例狀態(tài)。閥門在工作中受到介質(zhì)壓力作用的同時(shí)還受到密封副之間擠壓力的作用。閘閥閥體一般為鑄造，因?yàn)樾螤畹膹?fù)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(dǎo)軌是閥桿升降導(dǎo)向。檔寬是閥體兩個(gè)密封面間中心線的距離，略小于閥板中心相應(yīng)的尺寸厚度，以便使密封面有一定的磨損時(shí)，仍然能夠保證密封面的良好接觸。圖3.2閘閥承壓件承壓件材料承壓件〔閥體〕直接與閥門控制的流體接觸，其所受介質(zhì)的物理和化學(xué)作用最大，如果介質(zhì)流體是帶有腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)，那么需要用能抗腐蝕的材料進(jìn)行承壓件的制造；如果介質(zhì)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。：公稱壓力，溫度，介質(zhì)流體為水，油等所以材料選用：碳素鑄鋼〔ZG230-450〕承壓件壁厚設(shè)計(jì)給定：介質(zhì)的工作溫度室溫，取T=20℃介質(zhì)公稱壓力〔Mpa〕：參考資料?閥門計(jì)算手冊?第38頁：鋼、合金鋼及不銹鋼圓形閥體壁厚計(jì)算式〔T1〕計(jì)算厚度(mm)：〔3-1-1〕計(jì)算壓力〔Mpa〕：計(jì)算內(nèi)徑(mm)：許用壓力：查表4-3[3]，4-5[3]得附加余量：計(jì)算得：因?yàn)閷?shí)際厚度，所以密封副設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)閥門內(nèi)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(jìn)行關(guān)閉的局部，密封面在進(jìn)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?yàn)榻饘倜芊饷嬉约伴y門受介質(zhì)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(gè)要求都不能滿足，密封面就不能用這種材料制作。介質(zhì)的沖蝕會(huì)被腐蝕大大加速。同樣，盡管這種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(yīng)用性能較好的材料，制造本錢價(jià)格太高，也不適用。閘閥的密封副設(shè)計(jì)是對稱的，由于閥桿的作用力，在進(jìn)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(qiáng)制密封足夠滿足，但高壓系統(tǒng)那么難以滿足。密封面材料除了需要滿足一般強(qiáng)度外，還需滿足對介質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)。由于密封副的閥體一樣，在閘閥工作的時(shí)候直接與介質(zhì)流體接觸，在介質(zhì)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(shí)間久，密封副的材料一定要具有耐磨、抗壓、耐腐蝕的物化性能。：公稱壓力，溫度，介質(zhì)流體為水，油等介質(zhì)公稱壓力：、公稱通徑密封面寬度：、密封面內(nèi)徑：密封面材料：黃銅〔〕，材料硬度，密封面間無滑動(dòng)3.2.2密封副的總作用力和比壓的計(jì)算密封面比壓的滿足條件：資料[3]、資料[4]第425頁式中：：密封面上的必須比壓查資料[3]表3-13：密封面的許用比壓查資料[3]表3-14：實(shí)際比壓〔MPa〕〔3-2-1〕式中：：實(shí)際密封面比壓〔MPa〕：閥座密封面內(nèi)徑，設(shè)計(jì)給定，〔mm〕：密封面寬度，設(shè)計(jì)給定，〔mm〕：出口端閥座密封面上的總作用力〔N〕，表4-67[3]計(jì)算：單面強(qiáng)制密封：〔3-2-2〕作用在出口密封面上的介質(zhì)靜壓力〔N〕：〔3-2-4〕密封面上到達(dá)必需比壓時(shí)的作用力〔N〕：〔3-2-5〕所以：實(shí)際比壓：所以：設(shè)計(jì)合格楔半角5o法蘭和對焊連結(jié)鋼制閘閥的殼體最小壁厚〔〕：表6-226[3]鋼制閥門閥體頸部的最小壁厚〔〕：表6-239[3]推薦的加工余量值：表4-2，閥體與閥蓋連接型式和密封面結(jié)構(gòu)確實(shí)定閥蓋主要是為閥體提供一個(gè)罩子，用于連接閥體，保護(hù)閥桿密封副，所以閥蓋和閥體可以是一個(gè)整體，也可以別離。它必須經(jīng)受住工作介質(zhì)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(shè)備進(jìn)出口上的法蘭，用于兩個(gè)設(shè)備之間的連接，如減速機(jī)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(jié)構(gòu)叫做法蘭連接，法蘭連接可以通過相應(yīng)的機(jī)械工具進(jìn)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(shè)備上是設(shè)備的進(jìn)出口法蘭。法蘭上有螺栓孔，螺栓使兩個(gè)法蘭相互緊密連接。兩個(gè)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，焊接法蘭那么在壓力為四公斤以上的機(jī)構(gòu)中使用。兩片法蘭盤用螺栓緊固時(shí)，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(yīng)的法蘭形狀，這種管與管道間、管與設(shè)備間、設(shè)備與設(shè)備間通過法蘭進(jìn)行連接的連接方式也稱為法蘭連接[7]。不同的法蘭連接有不同的連接型式，當(dāng)它用在閥門中的時(shí)候，其密封面結(jié)構(gòu)型式有許多種，其中光滑式、徑向自緊在一般閥門中比擬常見等。此次設(shè)計(jì)中閥體與閥蓋連接型式為法蘭連接，法蘭密封面結(jié)構(gòu)為光滑式結(jié)構(gòu)。閥桿設(shè)計(jì)明桿閘閥閥桿是一根長形圓柱機(jī)械零件，作用是將手輪的旋轉(zhuǎn)扭力轉(zhuǎn)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(dòng)螺紋，一般采用梯形螺紋或方形螺紋。明桿閘閥閥桿非螺紋局部因與填料摩擦，需要進(jìn)行外表處理，提高耐磨性和抗腐蝕能力。閘閥閥桿上的傳動(dòng)螺紋一般為左旋螺紋，手輪右向旋轉(zhuǎn)可以將閥桿旋下，密封副密封，介質(zhì)運(yùn)動(dòng)截止。明桿閘閥的閥桿螺母裝在支架上，手輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，螺母有軸向限位。閥桿材料多為2Cr13。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(gòu)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的抗壓力、扭應(yīng)力。因?yàn)椋航橘|(zhì)公稱壓力：公稱通徑所以材料:2Cr133.4.2閥桿總軸向力計(jì)算設(shè)計(jì)給定：閥桿直徑填料層總高度介質(zhì)作用于閥桿上的軸向力：〔3-4-1〕:介質(zhì)的工作壓力所以：填料層的寬度:〔3-4-2〕取填料函內(nèi)徑：〔3-4-3〕當(dāng)，填料圈數(shù)，取填料函深度：〔3-4-4〕填料層總高度〔設(shè)計(jì)給定〕閥桿與填料間摩擦系數(shù)閥桿與填料間摩擦力：〔3-4-5〕資料[1]第60頁：關(guān)閉時(shí)閥桿總軸向力:〔3-4-6〕開啟時(shí)閥桿總軸向力：〔3-4-7〕閥桿最大軸向力，取、中的最大值。查閱資料：、、、密封面處介質(zhì)作用力：〔3-4-9〕密封面內(nèi)徑密封面寬度公稱壓力所以：密封面上密封力：〔3-4-10〕密封面必須比壓所以：閥桿徑向截面上介質(zhì)作用力：〔3-4-11〕閥桿直徑所以：閥桿與填料摩力：〔3-4-12〕無石棉填料系數(shù)，按填料深度和填料寬度查表可得所以：：、、、所以：關(guān)閉時(shí)閥桿總軸向力：開啟時(shí)閥桿總軸向力：軸向應(yīng)力：、〔3-4-13〕閥門最小截面面積螺紋公稱直徑和螺距，查表[4]可知：所以：軸向應(yīng)力、查表得：許用拉應(yīng)力、許用壓應(yīng)力、設(shè)計(jì)合格。3.4.3閥桿扭應(yīng)力計(jì)算扭應(yīng)力：〔3-4-14〕關(guān)閉時(shí)閥桿螺紋摩擦力矩：〔3-4-15〕閥桿最小斷面系數(shù)：螺紋摩擦半徑，表4-19[3]：、所以：關(guān)閉時(shí)閥桿螺紋摩擦力矩扭應(yīng)力〔3-4-16〕因?yàn)椋核裕汉细窈蠎?yīng)力：〔3-4-17〕因?yàn)椋核裕汉细耖y桿端部的強(qiáng)度計(jì)算[3]剪應(yīng)力：〔3-4-18〕：開啟時(shí)閥桿總軸向力：閥桿與填料摩擦力：〔3-4-19〕閥桿銑扁后截面寬度：〔設(shè)計(jì)給定〕閥桿銑扁處到底面高度：〔設(shè)計(jì)給定〕所以：，設(shè)計(jì)合格。3.4.4閥桿彎曲應(yīng)力的校核彎曲應(yīng)力的校核：彎曲應(yīng)力：〔3-4-20〕：、、、、所以：，設(shè)計(jì)合格。閥桿的穩(wěn)定性計(jì)算[3]：閥桿計(jì)算長度：〔3-4-21〕密封面內(nèi)徑：所以：，取閥桿的柔度確認(rèn)：〔3-4-22〕閥桿的慣性半徑〔mm〕：〔3-4-23〕，所以：無中間支承閥桿，所以：所以：此時(shí)狀態(tài)為中細(xì)長小柔度壓桿，需滿足：為閥桿的壓應(yīng)力〔Mpa〕：〔3-4-24〕中細(xì)長比壓桿的穩(wěn)定許用應(yīng)力(Mpa)：〔3-4-25〕：依賴于材料性質(zhì)的系數(shù)〔Mpa〕，資料?閥門設(shè)計(jì)手冊?第456頁穩(wěn)定平安系數(shù)：所以：，設(shè)計(jì)合格。閘板設(shè)計(jì)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(gè)密封面與管道軸線成楔形形狀，楔形角一般2o52’或5o。楔式閘閥常見結(jié)構(gòu)是楔式單閘板閘閥、楔式雙閘板閘閥。楔式單閘板閘閥結(jié)構(gòu)簡單、平安性高、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閘板材料閥蓋與閥體相互連接，一般為法蘭連接，也可以是和閥體為一整體，目的是保護(hù)閥體內(nèi)部零件，防止被外部環(huán)境影響，降低閥門的密封性，平衡內(nèi)外氣壓，所以閥蓋的材料可以與閥體一致。應(yīng)選用材料：20鋼。3.5.2閘板厚度計(jì)算計(jì)算閘板厚度〔mm〕：〔3-5-1〕圓弧過渡處半徑密封面平均半徑〔mm〕：〔3-5-2〕設(shè)計(jì)給定：、所以：查表得系數(shù)：計(jì)算壓力：許用彎曲應(yīng)力：查表4-5附加余量：所以：實(shí)際厚度：?。褐蟹ㄌm設(shè)計(jì)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(gè)法蘭之間進(jìn)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(shè)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(hào)也不同。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(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算載荷來選擇。：溫度、材料ZG230-450、螺栓材料35鋼中法蘭計(jì)算常溫時(shí)比值系數(shù)：〔3-6-1〕初加溫比值系數(shù)：〔3-6-2〕高溫時(shí)比值系數(shù)：〔3-6-3〕計(jì)算載荷〔N〕：取比值系數(shù)、、中的最大值常溫時(shí)螺栓計(jì)算載荷〔N〕：取總用力、的最大值操作下總作用力〔N〕：最小預(yù)緊力〔N〕：中法蘭墊片計(jì)算墊片處介質(zhì)作用力〔N〕：〔3-6-4〕墊片平均直徑〔mm〕：計(jì)算壓力〔Mpa〕：取墊片上的密封力〔N〕：〔3-6-5〕墊片的有效寬度〔mm〕：查表4-26[3]，根據(jù)查得墊片的寬度〔mm〕：設(shè)計(jì)給定墊片系數(shù)〔Mpa〕：查表4-27[3]得墊片彈性力〔N〕：〔3-6-6〕系數(shù)：按固定法蘭得關(guān)閉時(shí)閥桿總作用力〔N〕：必須預(yù)緊力〔N〕：〔3-6-7〕密封面預(yù)緊比壓〔Mpa〕：查表4-27得墊片形狀系數(shù)：按圓形取介質(zhì)工作溫度〔〕：設(shè)計(jì)給定法蘭材料線脹系數(shù)〔〕：根據(jù)查表4-12[1]得3.6.4螺栓設(shè)計(jì)計(jì)算螺栓計(jì)算長度〔mm〕：、中法蘭溫度〔〕：〔3-6-8〕螺栓溫度〔〕：〔3-6-9〕螺栓總截面積〔mm2〕：〔3-6-10〕螺栓數(shù)量〔個(gè)〕：設(shè)計(jì)給定單個(gè)螺栓截面積〔mm2〕：根據(jù)的值，查表4-13[3]得螺栓直徑〔mm〕：設(shè)計(jì)給定螺栓材料彈性模具〔Mpa〕：根據(jù)得值，查表4-12[3]得墊片面積〔mm2〕：〔3-6-11〕墊片材料彈性模具〔Mpa〕：彎曲應(yīng)力計(jì)算許用彎曲應(yīng)力〔Mpa〕：查表4-3[3]、4-5[3]得Ⅰ—Ⅰ斷面彎曲應(yīng)力〔Mpa〕：〔3-6-12〕力臂長度〔mm〕：〔3-6-13〕螺栓孔中心圓直徑〔mm〕：設(shè)計(jì)給定中法蘭根部直徑〔mm〕：設(shè)計(jì)給定Ⅰ—Ⅰ斷面系數(shù)〔mm3〕：〔3-6-14〕中法蘭厚度〔mm〕：設(shè)計(jì)給定Ⅱ—Ⅱ斷面彎曲應(yīng)力〔Mpa〕：〔3-6-15〕力臂長度〔mm〕：〔3-6-16〕計(jì)算內(nèi)徑〔mm〕：設(shè)計(jì)給定Ⅱ—Ⅱ斷面系數(shù)〔mm3〕：〔3-6-17〕常溫時(shí)：、為合格。綜上：設(shè)計(jì)合格。閥蓋設(shè)計(jì)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(gè)支撐作用和保護(hù)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(zhì)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)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(zhì)通道形成垂直，才能方便閥門對介質(zhì)的全開與全關(guān)動(dòng)作。閥蓋上有螺紋孔，作用是進(jìn)行密封或強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)時(shí)排放空氣，保證內(nèi)外氣壓平衡。對閘閥一般采用帶開口的蝶型閥蓋。圖3.6閥蓋閥蓋材料閥蓋與閥體通過法蘭連接，保護(hù)閥體內(nèi)部零件，平衡閥體內(nèi)外壓強(qiáng)，防止流體介質(zhì)的泄漏。閥蓋可以和閥體為一整體鑄件，選用閥蓋材料：ZG230-450閥蓋壁厚計(jì)算壁厚：〔3-7-1〕計(jì)算壓力：內(nèi)半球半徑：設(shè)計(jì)給定過渡半徑：設(shè)計(jì)給定許用彎曲應(yīng)力：查表4-3[3]得形狀系數(shù)：根據(jù)[3]：形狀系數(shù)K的值得附加余量：所以：實(shí)際厚度：因?yàn)?，所以設(shè)計(jì)合格。支架設(shè)計(jì)計(jì)算閥門支架作為支撐機(jī)構(gòu)，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(fù)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(huì)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(qiáng)筋支架結(jié)構(gòu)支架材料因?yàn)橹Ъ艹惺芰嗽S多壓力和扭力等，所以支架材料、型號(hào)規(guī)格的選用極為重要。支架材料確定：ZG230-450彎曲應(yīng)力計(jì)算Ⅰ-Ⅰ斷面彎曲應(yīng)力(Mpa)：〔3-8-1〕關(guān)閉時(shí)閥桿總軸向力〔N〕：〔3-8-2〕框架兩重心處距離〔mm〕：〔3-8-3〕框架內(nèi)徑距離〔mm〕：設(shè)計(jì)給定加強(qiáng)筋截面重心：〔3-8-4〕加強(qiáng)筋截面高〔mm〕：加強(qiáng)筋截面長〔mm〕：加強(qiáng)筋截面寬〔mm〕：加強(qiáng)筋截面厚〔mm〕：加強(qiáng)筋總高〔mm〕：Ⅲ-Ⅲ截面慣性矩〔mm4〕：〔3-8-5〕支架上端外徑〔mm〕：支架上端內(nèi)徑〔mm〕：支架上端高度〔mm〕：Ⅱ-Ⅱ斷面慣性矩〔mm4〕：〔3-8-6〕Ⅰ-Ⅰ斷面斷面系數(shù)〔mm3〕：Ⅱ-Ⅱ與Ⅰ-Ⅰ的斷面系數(shù)相同Ⅲ-Ⅲ斷面彎曲應(yīng)力(Mpa)：〔3-8-7〕Ⅱ-Ⅱ斷面彎曲力矩(mm)：〔3-8-8〕Ⅲ-Ⅲ斷面斷面系數(shù)(mm3)：〔3-8-9〕Ⅰ-Ⅰ斷面拉應(yīng)力(Mpa)：Ⅰ-Ⅰ斷面轉(zhuǎn)矩引起的彎曲應(yīng)力(Mpa)：〔3-8-10〕彎曲力矩(Mpa)：閥桿螺母臺(tái)肩摩擦力矩()：〔3-8-11〕閥桿螺母臺(tái)肩摩擦系數(shù)：查表4-19[3]閥桿螺母凸肩外半徑(mm)：閥桿螺母凸肩內(nèi)半徑(mm)：Ⅰ-Ⅰ斷面合成應(yīng)力(Mpa)：〔3-8-12〕許用拉應(yīng)力(Mpa)：許用彎曲應(yīng)力(Mpa)：計(jì)算得：、所以設(shè)計(jì)合格。閥桿螺母的設(shè)計(jì)閥桿螺母在閥桿與閥蓋之間，是使閥桿能夠有上升運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的重要零件。閥桿螺母的磨損，會(huì)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(jī)等轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變成扭矩的機(jī)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(yán)謹(jǐn)，不能選擇和閥桿的材料一樣，配合公差也樣相互配合，否那么會(huì)造成咬死現(xiàn)象。閥桿螺母材料閥桿螺母材料的選用不僅需要強(qiáng)度、應(yīng)力等適宜，還要根據(jù)閥桿材料及手輪或電機(jī)的運(yùn)作方式來選用。閥桿螺母材料選用參考資料[1]:鑄鋁青銅〔ZCuAl9Mn2〕閥桿螺母擠應(yīng)力計(jì)算與型號(hào)閥桿螺母螺紋外表的擠壓應(yīng)力計(jì)算：〔3-9-1〕：常溫時(shí)，閥桿最大軸向力〔N〕，取、中的較大值因?yàn)?，所以取螺紋總高度〔mm〕：螺紋螺距〔mm〕：取閥桿螺母尺寸規(guī)格：、、、、、、、、、、、填料壓蓋設(shè)計(jì)圖3.9填料壓蓋填料壓蓋材料填料壓蓋材料選用：20鋼填料壓蓋型號(hào)根據(jù)明桿閘閥閥桿直徑選取填料壓蓋標(biāo)準(zhǔn)[3]：、、、、、、、、、、、、、、鎖緊螺栓設(shè)計(jì)鎖緊螺栓是圓柱形的帶有螺紋一種禁錮零件，它與相應(yīng)規(guī)格的螺母配用。把兩個(gè)的機(jī)械零件通過螺栓、墊片和螺母的相互配合進(jìn)行的機(jī)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(jī)械工具將螺母從螺栓上旋下，把原本緊密連接的機(jī)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(jī)械零件需要通過不同型號(hào)規(guī)格的螺栓進(jìn)行連接。鎖緊螺栓材料公稱壓力、公稱通徑的鑄鋼閘閥的閥桿螺母的結(jié)構(gòu)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]。鎖緊螺栓型號(hào)圖3.10鎖緊螺栓設(shè)計(jì)給定：公稱壓力、閥桿直徑鎖緊螺栓選用規(guī)格：、、、、、、、手輪設(shè)計(jì)手輪通過外力產(chǎn)生力矩，經(jīng)由閥桿將扭力矩轉(zhuǎn)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(jī)械零件，也是動(dòng)力輸入機(jī)械機(jī)構(gòu)，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(hào)也十分重要。圖3.11手輪手輪材料手輪作為閘閥啟閉件動(dòng)力來源，其材料的選擇尤為重要，須具有一定的扭曲應(yīng)力與強(qiáng)度。選用材料：球墨鑄鐵手輪型號(hào)手輪直徑確實(shí)定：〔3-12-1〕式中：閥桿上的最大扭矩〔N．mm〕：取和的最大值關(guān)閉時(shí)閥桿總力矩：開啟時(shí)閥桿總力矩〔N．mm〕：關(guān)閉時(shí)閥桿螺紋摩擦力矩〔N．mm〕：開啟時(shí)閥桿螺紋摩擦力矩〔N．mm〕：關(guān)閉時(shí)螺紋摩擦半徑〔mm〕：查表4-19[3]開啟時(shí)螺紋摩擦半徑〔mm〕：查