DN400平行式双闸板闸阀设计.doc

四川理工学院毕业设计DN400平行式双闸板闸阀设计学 生： 学 号： 09011010206专 业： 过程装备与控制工程班 级： 2 指导教师： 石艳 四川理工学院机械工程学院二O一三年六月11四川理工学院毕业设计（设计）毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： DN400平行双闸板闸阀设计 院：机械工程专业 ：过程装备与控制工程 班级：2009级2班 学号：09011010209学生： 指导教师： 石艳 接受任务时间 2013年3月1 日 教研室主任 （签名）系主任 （签名）1 毕业设计（论文）的主要内容及基本要求 设计的原始数据 设计参数：P=30MPa t=400 DN=400mm 闸板类型：平行式 工作介质：水、蒸汽混合物 设计内容：1.阀体与配管结构设计 2.阀体与配管材料选择 3.阀体与配管的壁厚设计 4.阀体中腔的自紧式密封设计 5.阀芯结构设计 6.阀杆设计 7.阀盖结构与法兰连接设计 8.填料密封设计 9.阀门失效专题设计（论文）的要求：0#总装配图1张，零部件图若干，总量不少于0#设计说明书一份2指定查阅的主要参考文献 GB150-98钢制压力容器 阀门设计与计算机械设计手册阀门及其操作 阀门设计计算手册 管道与阀门 2 进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1资料收集，阅读文献，完成开题报告2013.03.01-2013.03.252完成工艺计算及结构设计。2013.03.26-2013.04.203完成所有图纸的绘制。2013.04.21-2013.05.154完成设计说明书的撰写。2013.05.16-2013.05.305完成图纸、设计说明书的修改，答辩的准备.2013.05.30-2013.06.071四川理工学院毕业设计（设计）摘要阀门主要是应用于流体系统中的控制部件。本设计为闸阀设计，主要功能是开启与关闭流体的作用，不能调节流体的大小，具有截流的功能。由于闸阀密封性能好，关闭力矩小所以广泛用于发电站。本次设计主要设计了壁厚，阀杆，阀盖，支架，自紧式密封的结构形式。关键词：截流，闸板，密封 3四川理工学院毕业设计（设计）ABSTRACTValves are mainly used in the control of fluid system components. The design for the gate valve design, the main function is to open and close the fluid action, you can not adjust the size of the fluid, with the closure function. Since valve sealing performance, closing torque is small, widely used in power stations. The design of the main design of the wall thickness, stem, valve cover, bracket, self-tight sealing of the structure.Keywords: sealed ，gate，closure31四川理工学院毕业设计（论文）目录摘要3ABSTRACT4第1章 绪论81.1 概述81.2 阀门的技术发展方向81.3 阀门分类91.4 闸阀的通径收缩9第2章 闸阀阀体设计112.1 阀体的结构设计11 2.1.2 阀体的结构设计112.2 阀体材料的选择122.3 阀体壁厚的计算12 2.3.1阀体中腔尺寸的确定12 2.3.2阀体进出口管尺寸的确定152.4阀体的压力试验15第3章 闸阀配管设计173.1 闸阀配管的结构设计173.2 闸阀配管的材料选择173.3 闸阀配管的壁厚计算17第4章 自紧式密封设计204.1 高压密封的分类204.2 自紧密封的结构设计204.3 自紧密封的材料选择20 4.3.1 自紧密封的材料选择20 4.3.2 四合环的材料选择20 4.3.3 密封圈的材料选择21 4.3.4 螺栓的材料选择214.4 自紧式的计算21 4.4.1 载荷的计算21 4.4.2 螺栓的计算22 4.4.3 四合环的计算23 4.4.4 阀体端部的计算24 4.5 支承环的计算29第5章 启闭件设计315.1 阀座的设计31 5.1.1 阀座的结构设计31 5.1.2 阀座的尺寸确定31 5.1.3密封面形式以及材料315.2 闸板的设计31 5.2.1闸板的结构形式31 5.2.2 闸板的结构设计和材料选择32 5.2.3闸板的计算33第6章 阀杆的设计366.1 阀杆的结构设计366.2 阀杆材料的选择366.3 阀杆的计算37 6.3.1阀杆直径的估算37 6.3.2 a-a截面和b-b截面得强度校核376.4 阀杆的稳定性校核42第7章 阀盖及支架设计与计算437.1 阀盖的设计43 7.1.1 阀盖的结构设计43 7.1.2 阀盖材料的选择43 7.1.3 阀盖的计算437.2 支架的设计44 7.2.1 支架的结构设计44 7.2.2 支架材料的选择44 7.2.3 支架的计算44第8章 填料密封设计498.1 填料密封的选择49 8.2 螺栓的选择498.3 填料压盖的设计49 8.3.1 填料压盖材料的选择49 8.3.2 填料压盖的计算50第9章 滚动轴承的选择529.1 滚动轴承的选择52第10章 阀门失效专题5310.1 填料函泄漏5310.2 关闭件泄漏5310.3 阀杆升降失灵5410.4 其他54总结56参考文献57致谢58第1章 绪 论1.1 概述阀门是使配管和设备内的介质（液体、气体、粉末）流动或停止、并能控制其流量的装置。阀门的分类多种多样，阀门的用途也十分的广泛。我国阀门生产三家约2300多个,能提供的阀门产品有几大类,3500多个品种,40000多个规格。目前,国内外阀门市场竞争很剧烈,尤其是国内市场,国营企业与乡镇企业和民营个体企业之间的竞争,加之其购买力的相对减弱,使一些阀门企业面临生存的危机,同时,国外市场的一些机会,也导致国内企业为了生存去努力开拓。我国阀门市场前景可观。阀门产品的开发要围绕国家经济建设的重点来发展。我国“十五”经济建设的重点是能源、农业、环保工业和城建,也就是说,阀门产品的未来市场主要在电力、石化、化肥、环保和城建等行业。目前,尽管我国阀门行业各生产厂家正逐步加大科研和开发力度,但产品技术上的落伍,使得竞争不得力,生产的阀门品种仅能满足市场需求的70%左右。锦秋财智分析师认为，我国阀门市场依然还有较大一部分市场值得开拓。1.2 阀门的技术发展方向阀门技术的发展，依赖于材料科学，结构学的发展。近年，我国合成材料，新合金钢及新技术的发展，新兴金属材料的利用，取得了很大进展，这些都为阀门技术的发展增添了新的内容。如钛金属的发展，由于钛对氧有极高亲和力，能生成一层牢固的氧化物保护膜，以致在许多强腐蚀介质中呈钝态，显示优异的耐腐蚀性能，可在酸、碱和有机物中广泛使用，在某些混合有机酸中不锈钢伐只使用一二星期，而钛阀可以长期使用。另外，金属材料锆，也是另一种耐腐蚀性能良好的金属。合成材料更是层出不穷，如聚丙烯、聚碳酯、尼龙等材料制造阀门，已在化工领域使用。新型陶瓷阀门也正在逐步推广使用。新的结构，也在不断推出，如硬密封蝶阀的推出，在国内是近十多年的事情。高温高压电站阀门的开发、应用等。新密封材料：柔性石墨的应用。它是在石墨的晶格中浸入某种液体，随后强制汽化，改变晶格排列方向，从而改变石墨脆性而成为柔软的物质，他可以做垫片和盘根，由于石墨纯度高，几乎能耐所有化学品种，如果在其中夹镍丝增加强度可用于高温高压电控阀门作填料、垫片。世界各国为了降低成本，提高竞争能力，成套设备向大型化发展；目前最大火力发电机组是130万千瓦(美国、瑞士造)一台60万千瓦发电机组与三台20万千瓦发电机组相比，设备单位功率造价下降1020%，电站建设费用，单位功率，制造工时，钢材消耗量减少20%一座600万吨/年炼油厂与两座300万吨/年炼油厂相比，投资只相当于后者的69%，钢材消耗量为53%，占地面积为54%，生产费用是75%，而劳动生产率却提高了170%国外目前最大炼油厂为3640万吨/年，而2000万吨/年以上已有20多家。随着炼油业发展输油管线也得到快速发展。目前已建成最长输油管线4830公里(伊朗)。最长输气管线7680公里(从阿拉斯加经加拿大到美国)最大管径1420mm和1620mm。最大管线压力912MPa 这些管线对阀门有着严格要求。均采用遥控操纵。火力发电也随着机组增大，为了提高效率，其工作参数也随之提高； 表1-1 新型阀门参数数据规范温度压力亚临界温度56616.9MPa起临界温度58324.6MPa超临界温度65035MPa以上综述，由设备的大型化对阀门材料、结构、可靠性提出了更为严格的要求。1.3 阀门分类阀门的用途广泛，种类繁多，分类方法也比较多。可分两大类：第一类自动阀门：依靠介质(液体、气体)本身的能力而自行动作的阀门。如止回阀、安全阀、调节阀、疏水阀、减压阀等。第二类驱动阀门：借助手动、电动、液动、气动来操纵动作的阀门。如闸阀，截止阀、节流阀、蝶阀、球阀、旋塞阀等。1.4 闸阀的通径收缩如果一个阀体内的通道直径不一样(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范围。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。 四川理工学院毕业设计（设计）第2章 闸阀阀体设计2.1 阀体的结构设计2.1.1 阀体的流道设计阀体的流道可以分为通开孔式和缩孔式两种。流道孔径与阀门公称通径与阀门公称通径基本相同的为通孔式；流通孔径比阀门公称通径小的称为缩孔式。虽然采用缩孔式流道可以缩小闸阀的尺寸、减轻重量和降低成本，以及减小闸板得行程和操纵闸阀所需要的力和力矩，但是加大了阀门的制造难度，不宜于锻造，而且是流道的阻力损失增大，所以应采用通开式的流道。2.1.2 阀体的结构设计闸阀阀体的结构决定于阀体与管道，阀体与阀盖的连接，就制作方法而言，有铸造、锻造、锻焊、铸焊以及管板焊接等几种。通常从经济性考虑，公称通径大于等于50mm的阀门采用铸造，小于50mm的采用锻造，但是随着现代铸、锻技术的发展，已经逐步突破这种限制。锻造阀体已向大口径方向发展，而铸造阀体逐渐向小口径方向发展。任何一种闸阀阀体既可以锻造，也可铸采用试验压力为45MPa进行压力实验符合标准。四川理工学院毕业设计（论文）第3章 闸阀配管设计3.1 闸阀配管的结构设计配管的作用是为防止闸阀密封面在介质流速下被冲坏，并且改善其流体力学性能，在闸阀中采用导流管。为了方便与阀体进、出口管段的焊接，减小流体对阀芯的冲击力，可以将其设计成为喇叭口形状，与进出管采用对接焊。3.2 闸阀配管的材料选择采用材料。由可知在不同温度下的许用应力为：表3-1 在不同温度下的许用应力t/350375400116113110 常温下为，为，不小于，不小于。自动焊焊丝用，焊剂、。度下的许用应力t/250300350270270245 由插入法算的在温度320时38CrMoAl的许用应力为：2604.3.3 密封圈的材料选择为了保证密封面不被压溃所以需对设计的楔形垫镀金属。镀层金属有银、金、铂、铜、锡、铅、铟等。在高温高压阀门中通常采用纯铁镀或不锈钢作楔形垫。此密封圈采用。其抗拉强度为，伸长率不小于不，布氏硬度，屈服强度不小于。4.3.4 螺栓的材料选择采用材料，螺栓规格，常温下抗拉强度为，屈服强度为，伸长率不小于。考虑温度系数，计算温度为介质温度的0.8倍，所以计算温度为320。由可知材料在不同温度下的许用应力为：表4-3 在不同温度下的许用应力t/250214210203螺栓的硬度一般应比螺母稍高，可通过选用不同强度级别的钢材或不同的热处理状态实现。螺栓和螺母的组合按下表选取螺栓用钢螺母用钢钢材标准使用温度范围 由插入法算的在温度320下的许用应力是：2074.4 自紧式的计算4.4.1 载荷的计算4.4.1.1 内压引起的总轴向力，即介质作用力： (4-1) 式中：P工作压力/； 中腔内径cm。 4.4.1.2 螺栓的预紧力： （4-2）式中： 为； 摩擦角； 接触面宽度； 密封比压； （4-3） 圆整取b=6.5cm。 （4-4）对于闸阀，取。25.495MPa=254.95流体中含有气体成分时q取1.4q。q=1.4254.95=356.93 =286417.6N=28641.764.4.2 螺栓的计算该处螺栓受到预紧力和阀杆轴向以及扭转力矩作用，设螺栓的公称直径为36mm。 每个螺栓应承受的力为： （4-17） （4-18） e 计算系数C： （4-19） f 根据及C值由GB150-98查图得值 g 沿中性面YY单位长度上的径向载荷： （4-20）式中： 沿中性面YY单位长度上的径向载荷，； 密封反力引起的径向载荷，N。h 计算弯矩： （4-21）式中： 计算弯矩，； 最大弯矩取322式中绝对值较大者： （4-22）所以aa截面强度满足要求。3.4.4.1 bb环向截面的当量应力按式323校核 （4-23）式中： bb环向截面的当量应力MPa； 弯曲应力MPa； 切应力MPa；按下式计算： 按下式计算： 所以满足条件。4.4.5 支承环的计算 支承环的尺寸依据筒体端部的尺寸和操作条件及材料而定。确定起尺寸后需要对作用于纵向截面的弯曲应力和aa环向截面的当量应力进行校核纵向截面的弯曲应力按式校核。 （4-24） ：密封面上必需比压：关闭时密封面的摩擦系数，查表得： 5.2.2.2 闸阀密封面比压的验算按下式进行 （5-2） 式中：密封面上必需的比压；密封面的许用比压； 尺寸验算符合要求可以用。5.2.2.3 闸阀闸板厚度校核本设计采用的是，弹性闸板 .校核公式： （5-3）式中：系数 为许用弯曲应力 Mpa ,=145Mpa 满足要求。查表5-1得：mm故而：确定阀板厚度和楔角，查得阀板高度推荐值(h=435.0mm) 表5-1 附加余量C的值Sb-C30C54321 (6-2)式中：阀杆截面所受介质力T：填料轴向摩擦力 由上计算可得即关闭瞬间闸板受到轴向力为最大6.3.2.2 阀杆采用升降式时受到的最大力矩为： (6-3) 式中： 为轴承间摩擦力矩， ：阀杆轴向力 ：轴承平均直径 ：轴承摩擦系数 梯形螺纹间的扭转力矩 式中： 梯形螺纹平均直径，螺纹中径mm； 梯形螺纹摩擦角，按经验取； 梯形螺纹螺旋角； 梯形螺纹螺距。由可知公称直径为的梯形螺纹的基本尺寸。表6-2 梯形螺纹的基本尺寸公称直径（）螺距（）外螺纹小径（）内、外螺纹中径（）内螺纹大径（）内螺纹小径（） a-a截面拉应力校核 故取以合成应力校核是否合理 故检验合格b-b截面拉应力校核：根据拉应力确定 故取用合成应力校核 检验合格适用6.4 阀杆的稳定性校核由阀体和支架的高度可以初步确定出阀杆的长度为 设L=1700 mm：阀杆的柔度按下式计算： 式中：阀杆的柔度；L：阀杆的计算长度；i：阀杆的惯性半径；与阀杆两端支承的状况有关的长度系数； 阀杆相当长度；取，查附表中表得：当时，将以上的，数据代入：，得到常见的材料阀杆的上界柔度和下界柔度值见表，故查得材料2Cr13的上界柔度和下界柔度值：所以：可得 当 时，如果满足下式条件，则阀杆稳定！图7-1支架简图支架截面的应力为： （7-3） 式中： 弯曲应力，； 拉应力，； 力矩引起的弯曲应力，。 （7-4）式中： 计算截面对于轴的抗弯模量，； 弯曲力矩，； （ 7-5） 支架重心间距离，； 支架的高度，； 截面对轴的惯性矩，； 截面对轴的惯性矩，；Y 形心位置，mm。 =52.86mm =34133333.33 =48026666.99 =62798022.88 截面抗弯模量。，（与两截面相同）。所以有： （7-6） =18.17 （7-7）式中： 阀杆螺母凸肩摩擦力矩,， 计算截面对于轴的抗弯模量, 。 （7-8） 轴承外径,mm。 轴承内径,mm。凸肩部分摩擦系数查得=0.3。=46901496.45 填料压盖如图所示： 图81填料压盖截面所承受的应力为： （8-2）式中： 铰链销所承受的拉力； 铰链螺栓中心距； 铰链螺栓许用载荷； 填料室外径；其他尺寸如图所示。取，。其中： 式中： 铰链螺栓螺纹内径; 铰链螺栓材料的许用拉应力。铰链螺栓材料采用，考虑温度系数，铰链螺栓的计算温度为介质温度的倍，所以铰链螺栓的计算温度为。由查值法可以知道在时铰链螺栓的许用拉应力为：可得 由查表可以的螺栓的螺纹内径为。 其中： 所以满足强度要求。四川理工学院毕业设计（论文）第9章 滚动轴承的选择9.1 滚动轴承的选择滚动轴承的选择为了减小操作力矩，一般在阀杆轴向力超过4000kgf的情况下，用单向推力轴承。根据能力系数C来选择轴承： （9-1）式中：Q 阀杆最大轴向力；对T形槽进行补加工，让它有一定的光洁度。双闸板阀门的闸板不能压紧密封面：双闸板的张力是*顶楔产生的，有些闸阀，顶楔材质不佳（低牌号铸铁），使用不久便磨损或折断。顶楔是个小件，所用材料不多，使用单位可以用碳钢自行制作，换下原有的铸铁件。四川理工学院毕业设计（论文）总结闸阀主要是功能是开启与关闭阀门的作用，通过闸板上的楔形块在阀杆的带动下上下移动闸阀来断流的原理，首先通过壁厚计算算出壁厚为100cm。对于密封上有一定要求，根据本设计要求密封选择为自紧式密封形式材料为。阀门是一个为了阀门是控制流动的流体介质的流量、流向、压力、温度等的机械装置，阀门是管道系统中基本的部件。闸阀是阀门其中的一种，闸阀的功能只是起着关闭与开启的作用，并没有调节流量的功能。所以在设计闸阀的时候并没有像调节阀，球阀那么难，要求也不是特别高。在闸阀中的工作原理是，通过外力的作用将阀杆带动使阀杆上下移动，且阀杆带动阀腔里的闸板使得闸阀上下移动这样管道里的流体就会通过，这就是闸阀的工作原理！在闸阀中对于高温，高压闸阀来说对闸阀的要求相对较高。在设计中主要设计有阀体，阀盖，支架，阀杆，阀座，密封形式等！本设计的主要几个参数为，支架的高度为840cm，阀杆的长度为1700，阀座的长度为435cm由于阀体与阀盖是焊接在一起的总得高度为2400cm，密封形式为自紧式密封。在管子接口处接管的形式为喇叭型，阀体内部通道为开式流道。在设计过程中设计到了很多材料力学上面的知识，涉及到了强度的校核，以及支架弯矩的计算，阀体的壁厚计算等。使得自己在这方面得到了强化，并且在写说明说的时候让我更熟练的掌握了wps的应用，在制图的时候使自己落下的cad知识得以重拾回来。在本次设计中我遇到了很多困难，但在老师同学的帮助下。让我得以完成毕业设计。困难不可怕，可怕的是没有不解决困难的勇气。四川理工学院毕业设计（论文）参考文献1 彭利英,马承恩超临界流体技术应用手册M北京：化学工业出版社，2005.122 张松林.轴承手册M. 江西.江西科学出版社,2005.23 吴宗泽,罗圣国机械设计课程设计手册M北京：高等教育出版社，2006.5 4 化工设备设计手册编写组.材料与零部件（上）M上海：上海人民出版社，1973.105 哈尔滨工业大学里论力学教研室理论力学(第六版)M.北京：高等教育出版社，2002.86 邱宣怀机械设计（第四版）M北京：高等教育出版社，1997.77 化工厂机械手册编辑委员会化工厂机械手册M北京：化学工业出版社，1990.108 郑津洋，董其伍，桑芝富过程设备设计（第二版）M北京：化学工业出版社，2005.79 刘鸿文材料力学（第四版）M北京：高等教育出版社，2004.110 贺匡国.化工容器及设备简明设计手册M.北京：化学工业出版社，1989.1211 朱辉，曹桄，唐保宁，陈大复画法几何及工程制图（第五版）M上海：上海科技出版社，2003.312 董大勤，袁凤隐压力容器设计大全M北京：化学工业出版社，2006.113 储凯，许斌，李先民，李维民机械工程材料M重庆：重庆大学出版社，1998.614 杨源泉阀门设计手册M北京：机械工业出版社，1992.1215 洪勉成，陆培文，高凤琴阀门设计计算手册M北京：中国标准出版社，1994.716 姜培正过程流体机械M北京：化学工业出版社，2001.817 徐鸿，董其伍过程装备与控制工程M北京：化学工业出版社，2006.118 黄振任，魏新利过程装备成套技术设计指南M北京：化学工业出版社，2001.119 美J.L.莱昂斯 阀门设计手册M北京：机械工业出版社，1991.20 朱培元，闸阀设计技术及图册北京：机械工业出版社，20127四川理工学院毕业设计致谢 感谢四年来老师们对我的教学，感谢老师不辞辛苦的对我们的辛勤指导，是我们能在专业方面有更好的理解与见解，是我们能够在本专业能够有所了解。老师不仅让我们学了书上的东西更让我们学会了怎么读书，教会我们做人的道理等等！特别是在最后一学期的毕业设计里，老师不仅要教课还要带我们几十个学生的毕业设计在此对我的指导老师石老师以衷心的感谢。并且还要感谢我身边的同学们有了他们的帮助我才能更顺利的完成本期的毕业设计。谢谢大家！