new明杆楔式单闸板闸阀设计解读
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WCB材料力学性能
b
WCB
485
245
458
230
408
200
330
165
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128
180
90
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65
70
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四、明杆单闸板闸板闸阀零件设计
4.1 承压件设计 4.2 密封副设计 4.3 阀体与阀盖连接形式的确定 4.4 阀杆设计 4.5 闸板设计 4.6 阀盖设计 4.7 支架设计 4.8 填料压盖设计 4.9 锁紧螺栓设计 4.10 手轮设计 4.11 阀门的流量系数
成都理工大学工程技术学院
明杆楔式单闸板闸阀设计
作者：邵雷 指导老师：郑才国 专业：机械工程及自动化
目录页
CONTENTS PAGE
一、设计背景 二、设计任务 三、阀门主体材料 四、明杆楔式单闸板闸阀零件设计与计算
一、设计背景
我国闸阀的生产历史已经有了几十年 发展，设计闸阀数量越来越多，闸阀的型 号也变得越来越丰富。尽管如此，我国国 内的闸阀技术与国际水平还是有一定的差 距。 闸阀是流体控制元件，在流体管道 系统中主要作用是管路介质的截断或接通、 防止流体回流、调节流量、调节和排泄压 力，由于所控制流体的物理性质与化学性 质的不同，闸阀的使用规格型号也就不同。 一般使用的闸阀有明杆闸阀、暗杆 闸阀、直通式截止阀、节流阀等。其中明 杆闸阀又分有明杆楔式单闸板闸阀和明杆 楔式双闸板闸阀。
d
df P
mm
mm M P a
设计给定
设Βιβλιοθήκη Baidu给定 设计给定
80
22 1
12
13
填料层总高度
阀杆与填料间 的摩擦系数
hT
μT
mm
设计给定
3
0.01
设计给定数据
平行手轮
阀杆
支架
填料函
锁紧螺栓
中法兰
阀盖
密封圈
承压件
闸板
明杆楔式单闸板闸阀
三、阀门主体材料
阀门主体与介质流体直接接触，所受腐蚀力最强，对材料的要求 十分重要，确定了阀门主体材料后，可依据阀门主体材料对阀门其余零 件选材进行参考。为了能让阀门安全可靠，节约能源、保护环境以及在 经济上的节约，阀门主体材料应当根据设计输入参数、使用条件和制造 要求选定。 设计给定：公称压力 PN 4Mpa 温度 T =20o C 参考资料[3][4]复印资料等，综合考虑后确定阀门阀体材料碳素铸 钢WCB。
PDN = tB C 计算厚度(mm)： 2.3[ L ] P
计算压力（Mpa）：P PN 4Mpa 计算内径(mm)：DN 100mm [ L ]=82 查表得：
计算得： tB
C =5
所以承压件最小壁厚为10mm。
10mm
4.2 密封副设计
密封副的密封性能是阀门是否能够正常工作的重要标准。 为了能够使密封性能提高，闸阀使用时间久，密封副的材料 一定要具有耐磨、抗压、耐腐蚀的物化性能。 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。 设计得：密封面材料：黄铜（ Hsi80 3） 楔半角 5 o
4.1 承压件设计
闸阀承压件一般为铸 造。承压件只有完全处于亚 比例状态的时候才是安全的。 承压件因受力使其变 形量达到最大比例变形量的 一半时的变形状态叫亚比例 状态。阀门在工作中受到介 质压力作用的同时还受到密 封副之间挤压力的作用。 材料：碳素铸钢 （ZG230-450）
承压件
设计给定：介质的工作温度室温，取 T 20o C 介质公称压力（Mpa）：PN 4Mpa
阀杆与填料摩力： FT d f bt P 1219.68N 计算得出：FFZ 15926.06 N、 11650.84 N FFZ
4
轴向应力： L
FFZ 62.64 N AS
Y
查表得材料的许用拉压应力为： L 220 N 、 Y 245N 因为： L L 、 Y Y
2
3
公称压力
温度
PN
T
Mp a
℃
设计给定
设计给定
4
20
4
5 6 7 8
介质
驱动方式 附加余量 壁厚系数 密封面宽度 k1 bm mm mm
设计给定
设计给定 设计给定 N≥5.0MPa 设计给定
水、 油品
手动 5
P N=2.0MPa k 1 =1.3;P 1
2.5
9
10 11
密封面内径
阀杆直径 介质压力
闸阀
设计课题： 明杆闸阀设计
二、设计任务
序号 1 名称 公称通径 符号 DN 单位 mm 公式或来源 设计给定 数据 80
设计要求： 阀门是管道系统的 重要组成部分，应该满足 管道系统对阀门所提出安 全性、可靠性的使用要求。 设计内容： 承压件、密封副、阀 体与阀盖、阀杆、闸板、 中法兰、支架、阀杆螺母、 填料压盖、手轮等。 设计给定数据：
阀杆稳定性示意图
阀杆头部
设计给定：阀杆直径 d f 22mm 填料层总高度 ht 3m m 介质作用于阀杆上的轴向力： QP d f 2 P 4 计算的出： Q 1520.53N P=
K1FMJ K2 FMF FP FT 关闭时阀杆总轴向力： FFZ
开启时阀杆总轴向力： FFZ K3 FMJ K4 FMF FP FT 查阅资料：K1 =0.29 、 、 K 2 0.77、 K3 0.41 K4 0.62 密封面处的介质作用力： FMJ DMN bm 2 P =21382.46 N 4 密封面上密封力： FMF DMN bm bmqMF 9071.35N 阀杆径向截面上介质作用力：FP d f 2 P 150.53 N
4.3 阀体与阀盖连接形式确定
阀盖主要是为阀体提供一个罩子，用于连 接阀体，保护阀杆密封副，所以阀盖和阀体 可以是一个整体，也可以分离。它必须经受 住工作介质的压力和温度。也可以进行法兰 连接。
法兰连接
4.4 阀杆设计
明杆闸阀阀杆是一根长形圆柱机械零件，作用是将手轮的旋 转扭力转化为上下推力。阀杆端头与闸板连接形成密封副，阀杆 上部有传动螺纹，一般采用梯形螺纹或方形螺纹。 阀杆材料多为2Cr13。
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四、明杆单闸板闸板闸阀零件设计
4.1 承压件设计 4.2 密封副设计 4.3 阀体与阀盖连接形式的确定 4.4 阀杆设计 4.5 闸板设计 4.6 阀盖设计 4.7 支架设计 4.8 填料压盖设计 4.9 锁紧螺栓设计 4.10 手轮设计 4.11 阀门的流量系数
成都理工大学工程技术学院
明杆楔式单闸板闸阀设计
作者：邵雷 指导老师：郑才国 专业：机械工程及自动化
目录页
CONTENTS PAGE
一、设计背景 二、设计任务 三、阀门主体材料 四、明杆楔式单闸板闸阀零件设计与计算
一、设计背景
我国闸阀的生产历史已经有了几十年 发展，设计闸阀数量越来越多，闸阀的型 号也变得越来越丰富。尽管如此，我国国 内的闸阀技术与国际水平还是有一定的差 距。 闸阀是流体控制元件，在流体管道 系统中主要作用是管路介质的截断或接通、 防止流体回流、调节流量、调节和排泄压 力，由于所控制流体的物理性质与化学性 质的不同，闸阀的使用规格型号也就不同。 一般使用的闸阀有明杆闸阀、暗杆 闸阀、直通式截止阀、节流阀等。其中明 杆闸阀又分有明杆楔式单闸板闸阀和明杆 楔式双闸板闸阀。
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设计给定
设Βιβλιοθήκη Baidu给定 设计给定
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填料层总高度
阀杆与填料间 的摩擦系数
hT
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设计给定
3
0.01
设计给定数据
平行手轮
阀杆
支架
填料函
锁紧螺栓
中法兰
阀盖
密封圈
承压件
闸板
明杆楔式单闸板闸阀
三、阀门主体材料
阀门主体与介质流体直接接触，所受腐蚀力最强，对材料的要求 十分重要，确定了阀门主体材料后，可依据阀门主体材料对阀门其余零 件选材进行参考。为了能让阀门安全可靠，节约能源、保护环境以及在 经济上的节约，阀门主体材料应当根据设计输入参数、使用条件和制造 要求选定。 设计给定：公称压力 PN 4Mpa 温度 T =20o C 参考资料[3][4]复印资料等，综合考虑后确定阀门阀体材料碳素铸 钢WCB。
PDN = tB C 计算厚度(mm)： 2.3[ L ] P
计算压力（Mpa）：P PN 4Mpa 计算内径(mm)：DN 100mm [ L ]=82 查表得：
计算得： tB
C =5
所以承压件最小壁厚为10mm。
10mm
4.2 密封副设计
密封副的密封性能是阀门是否能够正常工作的重要标准。 为了能够使密封性能提高，闸阀使用时间久，密封副的材料 一定要具有耐磨、抗压、耐腐蚀的物化性能。 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。 设计得：密封面材料：黄铜（ Hsi80 3） 楔半角 5 o
4.1 承压件设计
闸阀承压件一般为铸 造。承压件只有完全处于亚 比例状态的时候才是安全的。 承压件因受力使其变 形量达到最大比例变形量的 一半时的变形状态叫亚比例 状态。阀门在工作中受到介 质压力作用的同时还受到密 封副之间挤压力的作用。 材料：碳素铸钢 （ZG230-450）
承压件
设计给定：介质的工作温度室温，取 T 20o C 介质公称压力（Mpa）：PN 4Mpa
阀杆与填料摩力： FT d f bt P 1219.68N 计算得出：FFZ 15926.06 N、 11650.84 N FFZ
4
轴向应力： L
FFZ 62.64 N AS
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查表得材料的许用拉压应力为： L 220 N 、 Y 245N 因为： L L 、 Y Y
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公称压力
温度
PN
T
Mp a
℃
设计给定
设计给定
4
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5 6 7 8
介质
驱动方式 附加余量 壁厚系数 密封面宽度 k1 bm mm mm
设计给定
设计给定 设计给定 N≥5.0MPa 设计给定
水、 油品
手动 5
P N=2.0MPa k 1 =1.3;P 1
2.5
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密封面内径
阀杆直径 介质压力
闸阀
设计课题： 明杆闸阀设计
二、设计任务
序号 1 名称 公称通径 符号 DN 单位 mm 公式或来源 设计给定 数据 80
设计要求： 阀门是管道系统的 重要组成部分，应该满足 管道系统对阀门所提出安 全性、可靠性的使用要求。 设计内容： 承压件、密封副、阀 体与阀盖、阀杆、闸板、 中法兰、支架、阀杆螺母、 填料压盖、手轮等。 设计给定数据：
阀杆稳定性示意图
阀杆头部
设计给定：阀杆直径 d f 22mm 填料层总高度 ht 3m m 介质作用于阀杆上的轴向力： QP d f 2 P 4 计算的出： Q 1520.53N P=
K1FMJ K2 FMF FP FT 关闭时阀杆总轴向力： FFZ
开启时阀杆总轴向力： FFZ K3 FMJ K4 FMF FP FT 查阅资料：K1 =0.29 、 、 K 2 0.77、 K3 0.41 K4 0.62 密封面处的介质作用力： FMJ DMN bm 2 P =21382.46 N 4 密封面上密封力： FMF DMN bm bmqMF 9071.35N 阀杆径向截面上介质作用力：FP d f 2 P 150.53 N
4.3 阀体与阀盖连接形式确定
阀盖主要是为阀体提供一个罩子，用于连 接阀体，保护阀杆密封副，所以阀盖和阀体 可以是一个整体，也可以分离。它必须经受 住工作介质的压力和温度。也可以进行法兰 连接。
法兰连接
4.4 阀杆设计
明杆闸阀阀杆是一根长形圆柱机械零件，作用是将手轮的旋 转扭力转化为上下推力。阀杆端头与闸板连接形成密封副，阀杆 上部有传动螺纹，一般采用梯形螺纹或方形螺纹。 阀杆材料多为2Cr13。