1、I摘 要阀门是管路流体输送系统中控制部件，它是用来改变通路断面和介质流动方向，具有导流、截止、调节、节流、止回、分流或卸压等功能。用于流体控制的阀门，从最简单的截止闸阀到复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格繁多，阀门的公称通径从极微小的仪表阀大至通径达到 10m 的工业管路用阀。阀门可用于控制水、蒸汽、油品、气体、泥浆、各种腐蚀性介质、液态金属和放射性流体等各种类型流体的流动，阀门的工作压力可从 0. 013MPa 到 1000MPa 的超高压，工作温度从-269的超低温到1430的高温。阀门的控制可采用多种传动方式，如手动、电动、液动、气动、涡轮、电磁动、电磁-液动、电-液动等；可以
2、在压力、温度或其他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做升降、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。闸阀是指关闭件（闸板）沿通路中心线的垂直方向移动的阀门。闸阀在管路中只能作全开或全关切断用，不能作调节和节流。闸阀是使用范围很广的一种阀门，一般口径DN50mm 的切断装置都选用它，有时口径很小的切断装置也选用闸阀。本设计是以楔式弹性单闸板闸阀为设计对象，主要介绍了闸阀的结构特点和手动气动转换装置的特点，以及其工作原理。阀门设计包括很多内容，包括通用部件的设计和专用部件的设计，又包括强度、尺寸等
3、众多计算过程。其中，设计阀门的关键在于阀门密封设计，其中阀杆的强度计算，以及稳定性计算也是重点。阀门设计整个过程包括这样几个步骤。按设计参数确定结构，进行方案论证，工作原理受力分析，强度计算，稳定性校核，材料选择，测绘总装备图和手动机构装配图和气缸及阀门的全部零件图（用 Auto CAD 绘制）。闸板密封面的受力分析，闸杆稳定性校核及阀门强度计算是重难点。其中包括这样几个重点步骤。首先对工作环境进行确定，选择合适的方案，对设计的零件进行受II力分析；然后根据国家标准和推荐尺寸来确定实际尺寸；最后对强度进行校核，绘制阀门工程图。关键词：手动气动转换 密封面 楔式闸阀 弹性闸IIIAbstract
4、Valves is the control unit of the fluid piping system. It is used to change the channel sections and put to medium flow, with diversion, off, adjust the throttle, only the back, split or pressure relief function. For fluid control valves, cut-off valve from the simplest to the Commission for Discipl
5、ine Inspection of complex automation systems used in a variety of valves, and its many varieties and specifications, the valve nominal diameter gauge valve from tiny to large diameter to 10m, industrial piping valves. The valve can be used to control the water, steam, oil, gas, slurry, a variety of
6、corrosive media, liquid metals and radioactive fluid and other types of fluid flow. Working pressure of the valve from 0. 013MPa to 1000MPa. Working temperature from -269 to 1430 ultra-low temperatures. Valve control can be a variety of transmission methods, such as manual, electric, hydraulic, pneu
7、matic, turbine, electromagnetic moving, electromagnetic - hydraulic, electro - hydraulic, etc. In pressure, temperature or other forms of sensor signals under the effect of a predetermined action required, or is not a simple sensing signal and open or close the valve mechanism relies on the drive or
8、 automatic opening and closing member to make movements, slip , swing or rotary motion. Thus changing the size of the flow passage area to achieve its control function.Valve is closed parts (ram) along the channel centerline vertical movement of the valve. Valve in the pipeline can only be fully ope
9、n or fully closed off with, can not be adjusted and the throttle. Valve is to use a wide range of a valve, generally diameter DN 50mm cutting devices are used which, sometimes a small diameter cutting device also use valve.The design is flexible wedge gate valve for the design of single objects. Mai
10、nly introduced the structure characteristics of Gate. Manpower-Pneumatic the conversion device characteristic and operating principle. The valve is designed including many content. Include component design being applied or used universally and special use IVpart design. And a lot of calculation proc
11、ess such as including the intensity, the dimension. Among them, design that the valve key depends on valve hermetic sealing designs that. Among them the valve stem intensity secretly schemes against. The stability is calculated being also difficult point.The valve is designed including such step. De
12、sign parameters determined by the structure, conduct demonstration program, working principle stress analysis, strength calculation, stability check, material selection, mapping diagrams and the General Armament manual mechanism and cylinder and valve assembly drawings for all the parts diagram (wit
13、h Auto CAD drawing). Including such several priority step. First be in progress to the work environment thinking.Choose the right scheme be in progress to the part designing that by force analysis. Then come the standard and recommendation according to the country to ascertain the actual dimension.
14、Last the intensity is proofread, draw valve engineering drawing.Keywords: the hand pneumatic change seal dyadic valve of wedge elasticity brake boardV目录摘 要 .IAbstract .III第一章 绪 论 .11.1 选题意义 .11.2 国内外阀门的发展 .21.2.1 国外阀门的发展 .21.2.2 国内阀门的发展 .2第二章 气动 手动楔式闸阀的工作原理及其结构特点 .42.1 工作原理 .42.2 结构设计特点 .5第三章 阀门的设计与
15、计算 .73.1 阀体的设计与计算 .73.1.1 阀体的功能 .73.1.2 阀体的选材 .73.1.3 阀体的结构形式和制造方法 .83.1.4 确定阀体的结构长度和连接尺寸 .83.1.5 结构设计与计算 .93.1.6 阀体壁厚的设计与计算 .113.1.7 中法兰的设计与计算 .123.2 闸板的设计与计算 .163.2.1 闸板密封面宽度和内径的选取 .163.2.2 闸板与阀体档宽及相应公差的计算 .163.2.3 闸板主要结构尺寸的确定 .173.2.4 闸板密封面比压计算 .183.2.5 闸板强度的校核 .183.3 阀杆的设计与计算 .193.3.1 阀杆总轴向力 .19
16、3.3.2 阀杆的直径估算 .203.3.3 阀杆的强度校核 .203.3.4 阀杆的稳定性校核 .223.3.5 阀杆主要尺寸的确定 .243.4 阀盖及填料装置的设计与计算 .243.4.1 阀盖的设计与计算 .243.4.2 填料压盖的设计与计算 .263.4.3 上密封座尺寸 .293.5 气缸的设计与计算 .303.5.1 气缸的直径粗估算与选取 .303.5.2 气缸的校核 .303.6 其他主要零件的设计与校核 .323.6.1 滚动轴承的选取 .323.6.2 阀杆螺母的校核 .323.6.3 上活塞与 T 型槽接头连接螺栓的校核 .33VI第四章 结论 .34致谢 .35参考
17、文献 .361第一章 绪 论1.1 选题意义气动闸阀从八十年代进入我国。在不到二十年的时间里，其使用范围从普通领域扩展到了更为广阔的各行各业。从矿山电厂的选煤、排矸、排渣。发展到了城市的污水处理，从一般的工业管道发展到了食品、卫生、医药等专业管道系统。超薄型的刀闸阀以其体积小、流阻小、重量轻、易安装、易拆卸等优点彻底解决了普通闸阀、平板闸阀、球阀、截止阀、调节阀、蝶阀等类阀门的流阻大、重量大、安装难、占地面积大等的疑难问题 1。随着机电一体化的趋势，以及微电子技术和计算机技术的发展，这些电动阀门在使用中出现越来越多的问题。比如控制精度不高、现场调试不方便、故障诊断方法不完善等，这就使得原有的电
18、动阀门越来越无法适应现代工业发展的需要，必将被淘汰。因此对电动阀门这一重要的工业用机械产品进行有效的改造，提高其智能化程度，使其控制过程计算机化、通讯功能数字化、故障诊断处理智能化、检测远程化，都有着非常重要的意义 2。气动阀门的设计需要综合考虑阀门、执行器、气动元件以及阀门功能等多种因素，目前设计水平和制造水平与一流执行器阀门制造商还是有一定的差距，需要虚心学习，不断提高 3。国内外在提高阀门使用性能和使用寿命等方面进行了大量的研究工作包括阀门的可靠性分析、可靠性设计、可靠性试验和提高阀门可靠性的各种方法。许多学者针对阀门进行了深入的研究研究内容主要部分为两大部分，一部分是关于具体型号阀门失
19、效模式的研究；另一部分是从理论的角度对一些故障机制和可靠性方法进行研究。目前在阀门可靠性研究领域密封问题、振动噪声问题和可靠性试验问题是人们关注的焦点也是难点。同时阀门作为典型的机械产品种类相当多，目前尚未有统一的规范来指导阀门的可靠性研究。因此，阀门可靠性技术研究的总结和展望对今后系统地进行阀门可靠性研究有重要的理论现现实意义 4。21.2 国内外阀门的发展1.2.1 国外阀门的发展国外阀门研究机构对阀门的设计与基础理论、新材料、新工艺、产品性能、可靠性和标准化的研究十分重视。国外阀门的科研特点如下:(1)试验研究与新产品开发密切结合。(2)内部研究课题与引进国外技术密切。(3)重视高新技术
20、在阀门上的应用研究。(4)重视高参数和特殊工况用阀门的试验研究。(5)重视阀门基础理论的研究工作。(6)重视现场试验与改进工作 5。在 50 年代以前，国外的一些国家就已经形成了独立阀门专业及其行业体系，有了阀门行业组织或者阀门专业学术组织。像美国、英国、东欧、西欧等都有了阀门行业协会，日本也有阀门工业会和阀门研究会，前苏联则有阀门设计研究院。这些阀门行业和专业组织，都是为了提高生产技术和对外竞争的需要而建立起来的。国际阀门贸易市场在最近几年中十分活跃，竞争也相当激烈，实力较强的国家则是德国和美国，其中德国是世界最大的阀门出口国 6。随着高压技术的广泛使用, 超高压系统中的超高压阀门性能直接影
21、响整个系统工作的可靠性、安全性、工作效率和使用寿命，所以对阀门的材料选择和结构提出了更高的要求。美国 HIP 公司的超高压针阀, 工作压力为690MPa的采用奥氏体316不锈钢,工作压力 1034MPa 的采用马氏体型沉淀硬化不锈钢17- 4PH 7。1.2.2 国内阀门的发展阀门是随着流体管路的产生而产生的。人类使用阀门已经有近 4000 年的历史了。中国古代从盐井中吸卤水制盐时，就曾在竹制管路中使用过木塞阀。公元前 1800 年，古埃及人为了防止尼罗河泛滥而修建大规模水利时，也曾采用过类似的木制旋塞来控制水流的分配。这些都是阀门的雏形。工业用阀门的大量应用，是从瓦特发明蒸汽机以后才开始的。
22、二十世纪初出现了铸铁、铸钢、锻钢、不锈钢、铬钼钢、黄铜、球墨铸铁等各种 材质的阀门。应用于各个行业，各种工矿。国内最早引进国外阀门生产技术的公司不 多，后引进国外生产技术，使得国内阀门生产技术突破，质量提高，寿命加长 8。随着工业用陶瓷技术的开发成功，也出现了陶瓷材料阀门。陶瓷材料在低冲角下具有高的抗冲蚀性能 9。目前中国四大阀门未来发展前景及趋势：（1）工程节能阀门走向系列；（2）水力控制阀一阀多用；（3）智能电动调节阀瞄准摇控；（4）阀门迈向通用3化 10。2009 年 1-12 月，全国累计生产阀门 4,583,935.72 吨，比 2008 年增长了 3.74%；2010年 1-12
23、月，我国阀门产量累计为 5,390,394.75 吨；2011 年 1-12 月，我国阀门的产量为5,958,729.61 吨；2012 年 1-4 月我国阀门产量达 2,041,987.98 吨。在我国目前的阀门市场上，除低压阀门达到国际市场能接受的水平外，高压阀门仍然需要依靠进口 11。从产品情况来看，我国阀门行业目前已经能生产十几大类产品，如闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、安全阀、止回阀、节流阀、旋塞阀、减压阀、隔膜阀、疏水阀、紧急切断阀等，最高使用温度达到 570，最低为-196，最高压力为 600MPa，最大通径达到 5350 毫米 12。阀门产品市场的强劲需求，国有经济持续稳定发展，固定
24、资产投资逐步扩大。尤其是几项世纪工程“西气东输”、“西电东送”、“南水北调”等项目的开工需要大量的阀门产品配套；另外，我国正面临着工业化时代的到来，石化行业、电力部门、冶金部门、化工行业和城市建设等使用阀门大户将增强对阀门产品的需求 13。西气东输为代表的油气输送管线的建设和快速发展，我国高压管线阀门的设计制造技术有了重要突破，特别是成功研制开发了用于主管线口径为 NPS40 和 NPS48、压力为 Class600 和 Class900 的高压大口径全焊接球阀，打破了国外阀门企业对于该领域的垄断 14。电动和气动两种驱动形式的闸阀，是现在使用最为广泛的闸阀类型，电动闸阀和气动闸阀随着阀门技术的不断进步，向着高技术、高规格、抗腐蚀、寿命长的方向发展，两者工作性能的提高，使其在行业中占的比重越来越大，得到更多的市场发展空间 15。4第二章 气动手动楔式闸阀的工作原理及其结构特点2.1 工作原理本设计以 050.7MPa 净化压缩空气工作压力，推动活塞，带动闸板座垂直于流体的位移实现开启关闭阀门的目的。双层气缸和缓冲机构的工作原理，按闸板工作的四个阶段分述如下：图 2-1 双层气缸和缓冲机构的工作原理图工作状况（1） 工作状况（2）开阀初始阶段工作力=2P 开阀终了阶段工作力 P工作状况（1） 工作状况（2）开阀初始阶段工作力=2P 开阀终了阶段工作力 P
