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国标闸阀设计毕业论文

国标闸阀设计毕业论文

1主要外形结构与尺1

2引言（或绪论）2

3闸阀的定义2

3.1闸阀的种类3

3.2闸阀的密封原理和特点4

3.2.1密封原理4

3.2.2特点4

3.3闸阀优点4

3.5闸阀的通径收缩5

3.6闸阀的常用压力6

3.7闸阀的常用温度6

3.8主要标准6

4型号编制说明6

5设计需达到技术要求7

5.1阀体7

5、2阀盖7

5、3闸板7

5、4上密封座7

5.5填料垫片8

6闸阀的工艺8

7主要性能规9

8主要零部件材料和设计采用标准10

9闸阀的检验与试压10

9.1含义10

9.2闸阀的检查10

9.2.1 铸件的检查10

9.2.2阀门主要尺寸检查10

9.3闸阀的压力试验11

9.3.1壳体强度试验11

9.3.2密封试验11

9.3.3上密封试验11

10维护、保养、安装和使用的注意事项11

可能发生的故障及消除办法13

结论14

参考文献15

国标伞齿轮传动的闸阀8''Z40H-300Lb设计

摘要：

本论文课题是设计国标伞齿轮传动的闸阀。

闸阀主要由阀体、阀盖、闸板、阀杆、等装置组成，其结构在阀体类似闸阀一样的板状物与无相配的两阀座（或单阀座）之间垂直于流体移动，从而打开或切断流道。

用它做启闭使用，并在全开时整个流道直通的作用。

闸阀适用围广泛，主要应用于石油、化工、电力、医药、火力等行业。

本文是针对8''Z40H-40型闸阀的设计展开阐述。

该闸阀设计为法兰连接形式的软密封结构，阀体与阀座采用堆焊，阀盖与支架采用连体结构。

闸阀结构设计的基本容为对闸阀标准的了解、阀体壁厚计算与校核、阀体尺寸的确定、密封性的验算、总转矩计算、阀杆强度校核等；闸阀工艺设计主要着重对闸板、阀体、阀座、阀盖、阀杆等主要零件的制造加工工艺规程编制。

它包括零件工艺分析、确定零件工序及填写零件工艺文件等容；闸阀的检查和试验、安装、维护、保养和使用注意事项进行适当说明。

关键词：

闸阀，结构与工艺，密封，密封比压，试验

1主要外形结构与尺

2引言（或绪论）

阀门是安装在各种管道和设备等流体输送系统中的控制部件，由阀体、阀盖、阀座、启闭件、驱动机构、密封件和紧固件等组成，具有导流、截止、调节、节流、防止倒流、分流或溢流卸压等功能。

用于流体控制的阀门，从最简单的截断装置到极为复杂的自控系统，其品种和规格繁多。

阀门的通径小至用于宇航的十分微小的仪表阀，大至通径达10m、重十几吨的工业管路用阀。

阀门可用于控制空气、水、蒸气、各种腐蚀性化学介质、泥浆、液态金属和放射性物质等各种类型的流体流动。

阀门的工作压力可从1.3x10-3MPa到1000MPa的超高压。

工作温度从—269℃的超低温到1430℃的高温。

阀门可采用多种传动方式，如手动、气动、液动、电动、电一气或电一液联动及电磁驱动等；可以在压力、温度及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。

阀门的种类繁多，随着各类成套设备工艺流程和性能的不断改进，阀门种类还在不断增加，且有多种分类的方法

阀门在国民经济中无所不有，它与生产、建设、国防和人民生活都有着密切关系。

比如在石油、天然气、煤炭、矿山的开采、提炼和输送；化工、医药、轻工、造纸、食品的加工；水电、火电、核电的电力系统；农业灌溉；冶金系统；城市和工业企业的给排水，供热、供气、排污系统；船舶、车辆、航天、国防系统；各种运动机械的流体系统等等均离不开阀门产品。

本文论述的是以闸板作为启闭件的闸阀。

3闸阀的定义

闸阀（gatevalve）是指启闭件（闸板）沿介质流动方向（通道轴线）的垂直方

向移动而实现启闭的阀门，作为截止介质使用，主要由阀体、阀盖、支架、阀杆、阀杆螺母、闸板、阀座、填料函、密封填料、上密封座、填料压盖及传动装置等零件组成。

在全开时整个流通直通，此时介质运行的压力损失最小。

闸阀主要由阀体、阀盖、阀杆、支架（亦有与阀盖一体）等驱动装置组成，其结构在阀体类似闸阀一样的板状物与无相配的两阀座（或单阀座）之间垂直于流体移动，从而打开或切断流道，但闸阀只能作全开和全关,不能作调节和节流。

闸阀适用围广泛，主要应用于石油、化工、电力、医药火力发电厂等行业。

闸板有两个密封面,最常用的模式闸板阀的两个密封面形成楔形、楔形角随阀门参数而异,通常为5°,介质温度不高时为2°52'。

楔式闸阀的闸板可以做成一个整体，叫做刚性闸板；也可以做成能产生微量变形的闸板,以改善其工艺性,弥补密封面角度在加工过程中产生的偏差,这种闸板叫做弹性闸板。

3.1闸阀的种类

按密封面配置可分为楔式闸板式闸阀和平行闸板式闸阀,楔式闸板式闸阀又可分为:

单闸极式、双闸板式和弹性闸板式；平行闸板式闸阀可分为单闸板式和双闸板式。

按阀杆的螺纹位置划分，可分为明杆闸阀和暗杆闸阀两种。

闸阀关闭时,密封面可以只依靠介质压力来密封,即依靠介质压力将闸板的密封面压向另一侧的阀座来保证密封面的密封，这就是自密封。

大部分闸阀是采用强制密封的,即阀门关闭时，要依靠外力强行将闸板压向阀座,以保证密封面的密封性。

闸阀的闸板随阀杆一起作直线运动的，叫升降杆闸阀（亦叫明杆闸阀）。

通常在升降杆上有梯形螺纹，通过阀门顶端的螺母以及阀体上的导槽，将旋转运动变为直线运动,也就是将操作转矩变为操作推力。

开启阀门时，当闸板提升高度等于阀门通径的1。

1倍时，流体的通道完全畅通，但在运行时，此位置是无法监视的。

实际使用时，是以阀杆的顶点作为标志，即开不动的位置，作为它的全开位置。

为考虑温度变化出现锁死现象,通常在开到顶点位置上,再倒回1/2－1圈,作为全开阀门的位置。

因此,阀门的全开位置，按闸板的位置（即行程〉来确定。

有的闸阀,阀杆螺母设在闸板上，手轮转动带动阀杆转动,而使闸板提升,这种阀门叫做旋转杆闸阀或叫暗杆闸阀。

3.2闸阀的密封原理和特点

3.2.1密封原理

闸阀不管其具体结构如何，密封基本原理可分为如下三类：

1、自动密封：

即通过介质力，在Q介>Q密封条件下，使阀门在出口端密封。

2、单面强制密封：

即当通过阀杆轴向力作用在闸板后，进口端介质达到某一压力后流入中腔，然后通过楔紧力和介质作用力作用下出口端密封。

3、双面强制密封：

即当通过阀杆轴向力作用在闸板后，由于楔紧力而使进出口均密封。

3.2.2特点

重量轻：

本体采用高级球黑铸铁制成，重量较传统闸阀重量减轻约20%~30%，安装维修方便。

平底式闸座：

传统的闸阀往往在通水洗管后即因外物诸如石头，木块、水泥、铁屑、杂物等淤积于阀底凹槽，容易造成无法关闭紧密而形成漏水现象，弹性座封闸阀底部采用与水管机同的平底设计，不易造成杂物淤积，使流体畅通无阻。

整体包胶：

闸板采用高品质的橡胶进行整体、外包胶，欧洲一流的橡胶硫化技术使得硫化后的闸板能够保证精确的几何尺寸，且橡胶与球墨铸闸板接着牢靠，不易脱落及弹性非常好。

精铸阀体：

阀体采用精密铸造，精确的几何尺寸使得阀体部无需任何精加工即可保证阀门的密封性。

3.3闸阀优点

1、流体阻力小：

阀体部介质通道是直通的，介质流经闸阀时不改变其流动方向。

2、启闭所需的力矩较小，较省力。

但是与截止阀相比而言，因为无论是开是闭，闸板运动方向均与介质流动方向垂直。

3、可以使用在介质向两方向流动的环网管路上，即介质流向不受限制,不扰流、降低压力。

4、形体简单,结构长度短，制造工艺性好，适用围广。

5、楔式闸阀阀体部介质通道是直通的，介质流经闸阀时不改变其流动方向，因此流动阻力较小。

6、启闭时闸板运动方向与介质流动方向相垂直，因而启闭较为省力。

7、介质流动方向不受限制，可以两侧任意方向流过，均能达到充通或截断的目的。

便于安装，适用于介质的流动方向可能改变的管路中。

8、明杆楔式闸阀的传动螺纹在阀体外部，便于润滑和不受流体腐蚀。

因此可根据阀杆的运动方向和位置直观地判断阀所处的启闭位置，不致因误操而造成运行事故。

3.4闸阀的缺点

1、密封面之间易引起冲蚀和擦伤，维修比较困难。

2、外形尺寸较大，开启需要一定的空间，开闭时间长。

3、结构较复杂,一般闸阀都有两个密封副，给加工研磨和维修增加了一些困难。

4、密封面易磨损，影响使用寿命。

启闭时，闸板与阀座两个密封面相互摩擦滑动，要介质压力作用下易产生擦伤磨损，影响密封性能，缩短使用寿命

3.5闸阀的通径收缩

如果一个阀体的通道直径不一样（往往都是阀座处的通径小于法兰连接处的通径），称为通径收缩。

通径收缩能使零件尺寸缩小，开、闭所需力相应减小，同时可扩大零部件的应用围。

但通径收缩后。

流体阻力损失增大。

 在某些部门的某些工作条件下（如石油部门的输油管线），不允许采用通径收缩的阀门。

这一方面是为了减小管线的阻力损失，另一方面是为了避免通径收缩后给机械清扫管线造成障碍。

3.6闸阀的常用压力

闸阀压力等级1.6-6.4MPa

3.7闸阀的常用温度

常用温度为-29度-425度

3.8主要标准

（1）GB/T12221-2005《金属阀门结构长度》

（2）GB/T12234-2007《通用阀门法兰和对焊连接钢制闸阀》

（3）GB/T12224-2007《钢制阀门一般要求》

（4）JB/T7927《阀门铸钢件外观质量要求》

（5）JB/T53162-94《闸阀产品质量分等》

（6）JB/Z243-85《闸阀静压寿命实验规程》

（7）GB/T9113.1-2000《平面、突面对焊钢制管法兰》

4型号编制说明

Z

4

0

H

40

C

阀体材料

WCB

公称压力

40

密封材料

HCr13不锈钢

结构形式

4升降契式弹性闸板

连接方式

4法兰连接

传动方式

手轮传动

阀门类型

Z闸阀

5设计需达到技术要求

5.1阀体

1、阀体应当是铸造或者锻造成型的，阀体材料应当符合GB/T12230。

2、若阀体端法兰和阀盖连接的阀体中法兰需要采用堆焊形式的锻造材料的法兰，该法兰与阀体的焊接应当按GB150的规定，并应按材料的特性进行相应的热处理。

3、阀体壁厚应符合GB/T12234的要求。

4、法兰连接阀门的结构长度应符合GB/T12221长型或短型的规定。

5、端法兰尺寸和法兰端面的粗糙度按GB/T9113的规定。

6、阀门零件材料的抗腐蚀性应不低于阀体材料。

5、2阀盖

1、阀盖上应有一个圆锥形或球面形的上密封，上密封座采用衬套镶在阀盖上，或在阀盖处堆焊不锈钢或硬质合金。

堆焊层加工后最小厚度应不小于1.6mm。

2、阀盖的阀杆孔应设计有适当的间隙，使其既能保证阀杆顺利的升降，并能防止填料的挤出。

5、3闸板

闸板本体的抗腐蚀性能应当不低于阀体材料。

5、4上密封座

上密封座应采用具有抗腐蚀性能、不低于阀体材料的不锈钢材料，密封面的硬度应不低于HB250。

5.5填料垫片

填料、垫片应能在球阀的使用温度围使用。

任何金属垫片应至少与阀体具有同等的耐腐蚀性能。

6闸阀的工艺

6.1

由于编制工艺规程是实现产品优质、高效、低耗辩证统一的关键性技术准备工作，因此，编阀门工艺规程就成为阀门制造厂生产技术准备工作中的一个重要环节。

编制阀门零件工艺规程应遵循如下原则：

即，在一定的生产条件下，以最少的生产费用及最高的劳动生产率可靠地加工出合乎图纸要求的零件。

（1）编制工艺规程时，首先应选择能够可靠地保证零件的加工质量的工艺方案。

要尽可能地依靠采用新工艺和新技术，依靠机床设备和工艺装备，而较少依靠工人的技术来保证零件的质量，以减少废品和提高加工质量的稳定性。

（2）在保证加工质量的前提下，应选择最经济的加工方案。

一般来讲，高效率的加工方法是比较经济的，但也不能盲目地追求高效率。

当生产批量很小时，选用昂贵的高效率机床和采用复杂的高效夹具在经济上并不合理。

在这种情况下，选用普通万能机床和简单的工装反而会降低产品的成本。

通常是以几个工艺方案进行经济性分析，对比的办法来选择经济上最合理的工艺方案。

编制的工艺规程还应保证工人具有良好的、安全的劳动条件。

6.2

阀门零件工艺规程编制的方法有：

进行零件的工艺分析；确定工序的具体容；填写工艺文件。

（1）在编制工艺规程时，首先必须对零件的结构和技术要求进行分析，并结合工厂具体的生产条件和零件的生产类型来选择零件的毛坯种类、拟订各加工表面的加工方法和加工顺序及确定零件的装夹方法等。

这些过程的总和在阀门生产厂里习惯称为零件的工艺分析。

（2）进行工艺分析时，不仅要选择毛坯和制定工艺路线，以便于确定工序具体容和填写工艺文件，而且要提出工艺分析单和工装设计任务书，以作为编制零件铸、锻、热处理及焊接工艺和编制材料消耗定额的依据并作为设计工装的依据。

工艺分析是制订机械加工工艺规程的重要阶段，也是零件整个工艺准备工作中的首要环节。

（3）经工艺分析后，零件的机械加工工艺路线已确定下来，这时就必须具体确定零件在每道工序中使用的机床、夹具、刀具和量具，确定各工序的加工尺寸及公差，以便填写工艺文件。

6.3

工艺文件是指导生产和进行生产准备工作的依据。

完整的工艺文件应包括指导工人操作和用于生产、工艺管理的两大部分。

有关标准对常用工艺文件的完整性作了规定。

但各企业可根据产品生产性质，生产类型和产品的复杂程度及各自的工艺条件自行确定。

一般应有机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片、工艺装备综合明细表（包括工具卡片）、产品材料工艺定额明细表。

本课题主要对闸阀主要零件进行机械加工工艺过程卡片的编制。

7主要性能规

公称通径

80

公称压力

40

适用介质

水、油品、蒸气等

适用温度

≤350℃

壳体试验

6MPa

密封试验

4.5Map

气密封试验

4.5MPa

结构长度

283±3

8主要零部件材料和设计采用标准

阀体─WCB　阀座─2Cr13闸板─WCB　阀杆─2Cr13

制造标准——API608

尺寸公差——GB/T4-2000m的规定

材料标准——ASMEB143-52的规定

法兰尺寸标准——GB/T9113的规定

压力试验标准——API598的规定

一、设计基本参数……………………………………………………………2

1、型号…………………………………………………………………2

2、执行标准……………………………………………………………2

3、阀门结构……………………………………………………………2

二、计算过程…………………………………………………………………2

1、密封面比压的验算…………………………………………………2

2、阀体最小壁厚计算…………………………………………………3

①、查表法……………………………………………………………3

②、计算法……………………………………………………………3

3、闸板的计算…………………………………………………………3

4、阀杆得强度计算……………………………………………………4

5、阀杆头部强度验算…………………………………………………6

6、阀杆稳定性验算……………………………………………………7

7、中法兰连接螺栓………………………………………………7

7.1常温时强度验算……………………………………………………7

7.2中法兰连接螺栓初加温时强度验算………………………………9

7.3中法兰连接螺栓高温时强度验算…………………………………10

8、阀体（中法兰）强度验算………………………………………………11

9、阀盖的强度验算………………………………………………………13

10、阀盖支架（T型加强筋）……………………………………………14

11、手轮总扭矩及圆周力………………………………………………16

参考文献…………………………………………………………………………18

一、设计基本参数：

1、型号：

80Z40H-40

2、执行标准：

阀门设计按照GB/T12234-2007年的规定；

阀门法兰按照GB/T9113.1-4的规定；

阀门结构长度按照GB/T12221的规定；

阀门试验与检验按照GB/T13927的规定；

3、技术参数：

①、公称尺寸DN：

80

②、公称压力PN：

40

③、适用温度围：

≤350℃

④、介质化学性能：

水、蒸汽、油品。

4、阀门结构：

①、密封副结构：

环状密封

②、中法兰结构：

凹凸面

③、阀杆结构：

明杆

二、计算过程：

1、密封面比压的验算

1、密封面比压计算公式：

-------④

式中：

阀座密封面径d=80mm；

阀座密封面宽度bm=4.5mm；

2、出口端阀座密封面上的总作用力：

式中：

作用在出口密封面上的介质静压力：

QMJ=π/4（DMN+bM）2P=177238.3N；①

密封面上达到必需比压时的作用力：

QMF=π（DMN+bM）bMqMF=56629.5N；②

代入得：

QMZ=QMJ+QMF=233967.8N；

代入④得：

q=QMZ/π（DMN+bM）bM=77.9Mpa；

查表得：

密封面必需比压

=18.86Mpa；

密封面许用比压[q]=250Mpa；

则得：

验算合格

2、阀体最小壁厚计算：

①、查表法：

按GB/T12234-2007查表的阀体最小壁厚为：

17.5mm。

②、计算法：

按塑性材料薄壁阀体厚度公式计算：

式中：

设计压力p=5Mpa；

设计径DN=mm；

许用拉应力=51Mpa；

附加裕量C=4mm；

代入上式得：

=12.9mm；

则最小壁厚实际取

=18mm.。

3、闸板的计算：

计算厚度：

S′B=R

式中：

圆弧过渡外半径密封面平均半径

R=（DMN+bM）/2=46mm；

系数：

K=1.24（自由周边：

钢1.24）；

计算压力p：

设计给定4.0Mpa；

许用弯曲应力〔σw〕=102MPa；

腐蚀余量C：

设计给定4.5mm；

代入上式得：

S′B=14.64mm；

实际厚度SB：

设计给定16mm；

则得：

S′B

4、阀杆强度计算

关闭时阀杆总轴相力:

Q′FZ=K1QMJ+K2QMF+Qp+QT=102970；①

开启时阀杆总轴向力:

Q″FZ=K3QMJ+K2QMF－Qp+QT=105570.6N；②

阀杆最大轴向力（取Q′F、Q″FZ较大值）：

QFZ=105570.6N；

查表3-28得：

系数:

K1=0.29K2=0.77K3=0.41K4=0.62

密封面处介质作用力，由1序号①得:

QMJ=177238.3N；

密封面上密封力，由1序号②得:

QMF=56629.5N；

阀杆径向截面上介质作用力：

Qp=π/4dF2p=5086.8N；

阀杆直径：

设计给定

dF=36mm；

计算压力p设计给定P=4.0MPa；

阀杆与填料摩擦力：

QT=ψdFbTp=2880N；③

查表3-15得（按h

/b

）：

系数：

ψ=2.0；

填料深度hT：

设计给定hT=52mm；

填料宽度bT:

设计给定bT=8mm；

轴向拉应力：

σL=Q″FZ/Fs=75.5Mpa；

轴向压应力：

σY=Q′FZ/Fs=73.7Mpa；

查表3-17（按退刀槽处At）得：

阀杆最小截面积Fs：

Fs=1398mm2；

扭应力：

τN=M′FL/Ws=7Mpa；

关闭时阀杆螺纹摩擦力矩：

M′FL=M′FL+Ws=104656.45Nmm；④

查表3-16得：

螺纹摩擦半径RFM:

0.862mm；

查表3-17（按退刀槽处At）得：

阀杆最小断面系数Ws：

15030mm3；

合成应力：

σ∑=√σY2+4τN2=76.8Mpa；

查表3-7得

许用拉压力：

〔σL〕=150Mpa；

许用压应力：

〔σY〕=160Mpa；

许用扭应力：

〔τN〕=95Mpa；

许用合成应力：

〔σ∑〕=155Mpa；

σL<〔σL〕，τN<〔τN〕，σY<〔σY〕，σ∑<〔σ∑〕合格。

5、阀杆头部强度验算

剪应力：

τ=（Q″FZ－QT）/2bh=50.74Mpa；

开启时阀杆总作用力，由4序号②得：

Q″FZ=105570.6Mpa；

阀杆与填料摩擦力，由4序号③得：

QT=2880N；

图示b：

设计给定b=46mm；

图示h：

设计给定h=22mm；

查表3-7得：

许用剪应力：

〔τ〕=102Mpa；

注：

τ<〔τ〕合格。

6、阀杆稳定性验算

允许细长比λ0：

λ0=30；

实际细长比：

λ=4µλlF/dF=35.61；

支承型载影响系数：

µλ=1；

阀杆直径dF：

设计给定36mm；

计算长度lF:

设计给定730mm；

查表3-22得：

临界细长比：

λL=81；

压应力：

σ

=Q′FZ/F=49.7Mpa；

关闭时阀杆总轴向力，由4序号①得：

Q′FZ=105570.6N；

阀杆截面积：

F=2124mm2

由图3-2得：

实际许压应力：

〔σY〕=244Mpa；

注：

1、λ0<λ<λL合格2、σY　<〔σY〕合格

7、中法兰连接螺栓

螺栓材料：

35CrMo

7.1常温时强度验算：

操作下总作用力：

Q′=QDJ+QDF+QDT+Q′FZ=321517N；①

最小预紧力：

Q″=QYJ=1573.5N；

螺栓计算载荷（取Q'或Q"中较大值）：

QL=321517N；②

垫片处介质作用力：

QDJ=DDPpπ/4=78033N；

垫片平均直径DDP：

设计给定DDP=141mm；

计算压力p：

设计给定p=5Mpa；

垫片上密封力：

QDF=2πDDPB

mDPp=96761.05N；

由表3-23（根据bDP）得：

垫片有效宽度：

B

=8.5mm；

垫片宽度bDP：

设计给定8mm；

由表3-24得

垫片系数：

mDP=3.25；

垫片弹性力：

QDT=ηQDJ=15606.5N；

系数：

η=0.2（按固定法兰取0.2）；

关闭时阀杆总轴向力，由4序号①得：

Q′FZ=105570.6N；

必须预紧力：

QYJ=πDDPBNqYJKDP=1573.5N；

查表3-24得：

密封面预紧比压：

qYJ=38.8Mpa；

垫片形状系数：

KDP=1（按圆形取1）；

螺栓拉应力：

σL=QL/FL=89.2Mpa；

螺栓总截面积：

FL=ZF1=3603.2mm2；③

螺栓数量Z：

设计给定16；