【文章內(nèi)容簡介】 料和新的密封面堆焊材料等，這些材料的出現(xiàn)無疑亦給閥門制造業(yè)創(chuàng)新提供了條件。本次設(shè)計中適用于壓力P≤，介質(zhì)溫度T≤200℃的低壓閥門，常用牌號有HT20HT254HT3054等，其機(jī)械性能按照GB/T 122262005《通用閥門 灰鑄鐵件技術(shù)條件》的規(guī)定。但是由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使用鑄鐵的成本和使用鑄鋼的成本不相上下了，使用IG25的鋼材能夠獲得更好的機(jī)械性能。本設(shè)計中決定使用IG25，其機(jī)械性能等查《閥門設(shè)計》P321頁，GB97967。 閥體的結(jié)構(gòu)形式和制造方法由閘閥的公稱壓力PN=，公稱通徑DN=300mm，通常情況閥體在結(jié)構(gòu)允許的條件下使用圓形中腔，圓形中腔較之其他形狀的中腔受力較好。閥體與閥蓋按要求選擇法蘭連接，閥體采用整體鑄造的制造形式，流道采用全通形式。 確定閥體的結(jié)構(gòu)長度和連接尺寸GB/T 122212005《金屬閥門 結(jié)構(gòu)長度》表7 法蘭連接閘閥結(jié)構(gòu)長度，參考公稱設(shè)計參數(shù)確定公稱壓力PN=，公稱通徑DN=300mm的楔式閘閥結(jié)構(gòu)長度為500mm。閥體與管道采用法蘭連接，根據(jù)閥門的公稱壓力與公稱通徑查GB ，選取凸面整體鋼制法蘭。材料為Q345R標(biāo)準(zhǔn)號GB713，其結(jié)構(gòu)及尺寸查P36~、：圖311 整體法蘭 表311 整體法蘭 結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算1 閥座密封面的設(shè)計與計算1）閥座密封面內(nèi)徑和寬度的選取閥座密封面內(nèi)徑，對于堆焊的密封面，由于堆焊工藝的要求，一般取比內(nèi)徑大4~5mm；對于非堆焊的密封面，去與閥座內(nèi)徑相等。本設(shè)計屬于堆焊，故取閥座密封面內(nèi)徑DMN=300+5=305mm。閥座密封面的寬度一般取公稱通經(jīng)的120~150,并且隨著公稱通經(jīng)的增大，密封面寬度與工程通徑之比逐漸減小。除了采用如鈷鉻鎢硬質(zhì)合金等較好的材料密封面寬度取較小之外，一般閥座密封面寬度最好不小于5mm。故取閥座密封面寬度bM=10mm。由JB 52112008T《閥門零部件 閘閥閥座》確定的閥座結(jié)構(gòu)如下：圖312 閥座其中 D2=303，D3=305，C=32）密封面形式的選取按照介質(zhì)靜壓力與介質(zhì)密封力的不同關(guān)系，閘板與閥座之間的密封有三種形式：自動密封、單面強(qiáng)制密封、雙面強(qiáng)制密封。本設(shè)計采用單面強(qiáng)制密封。這種形式的密封在介質(zhì)進(jìn)口端閘板與閥座密封面之間是不密封的，這里或者根本沒有比壓力，或者只有比密封比壓小的比壓力；在介質(zhì)出口一邊閘板與閥座密封面之間的密封性由閥桿軸向力來強(qiáng)制地加以保證，當(dāng)沒有介質(zhì)時，密封面上的額比壓力不得小于密封比壓。這是在介質(zhì)靜壓力小于密封力時所必須采取的強(qiáng)制密封的一種，也是通常采用的一種。3）單面強(qiáng)制密封的受力分析和密封面比壓的計算作用在閥門上的出口端閥座密封面的比壓要比進(jìn)口端大，其值按下列公式計算：密封面上介質(zhì)靜壓力 其中：DMN—密封面內(nèi)徑 bM—閥座密封面寬度 P—計算壓力 QMJ—密封面上介質(zhì)靜壓力介質(zhì)密封力 其中：qMF—密封比壓，由《閥門設(shè)計》P170表81查得 密封面上的總作用力： 密封面上的比壓計算： 密封面材料使用2Cr13，由《閥門設(shè)計》P171查得需用比壓[q]=45MPa，所以 故閥體密封比壓校驗(yàn)合格。 閥體壁厚的設(shè)計與計算閥體壁厚的計算方法與它的形狀有關(guān)，不同類型的閥體的形狀亦有所不同。一個閥體又往往由幾種形狀所組成，即使是同一形狀，尺寸亦不一樣，例如抵押閘閥的閥體，通道兩端是圓形，而中腔確是橢圓形；中壓和高壓閘閥的閥體雖然通道兩端與中腔都是圓形，但圓的內(nèi)徑又不一樣。按理說，一個閥體的計算要根據(jù)它的形狀和尺寸一部分一部分地單獨(dú)進(jìn)行，但實(shí)際應(yīng)用上并不需要這樣做，因?yàn)榉珠_計算比較復(fù)雜，并且一個閥體中通常亦不取幾個不同的壁厚。另外需要注意的是：閥體壁厚的計算除了考慮強(qiáng)度之外，還應(yīng)考慮其剛度，否則同樣會出現(xiàn)因受力變形而報廢的現(xiàn)象。本設(shè)計采用的是WCB級的鑄鋼，屬于塑性材料因此按照塑性材料計算其壁厚根據(jù)《閥門計算》P117得壁厚計算公式： 其中：DN—中腔直徑。 P—設(shè)計壓力一般去公稱壓力PN；—材料ZG25的許用拉應(yīng)力 C—考慮鑄造偏差、工藝性和介質(zhì)腐蝕等因素而附加的裕 量，查《閥門設(shè)計》P119，表75得C=5mm；根據(jù)《實(shí)用閥門設(shè)計手冊》P1442表918查得法蘭和對焊連接鋼 。所以最后取 中法蘭的設(shè)計與計算1. 中腔尺寸DN確定閘閥閥體中法蘭是指閥體與閥蓋連接的法蘭，這樣的連接形式在閥門上是十分普遍的。中法蘭的設(shè)計必須保證在工作溫度和工作壓力下有足夠的強(qiáng)度與密封性。對在高溫下工作的閥門，應(yīng)按常溫、初加溫和高溫三種工況分別鹽酸，當(dāng)介質(zhì)溫度≤300℃時，只按照常溫工況計算。中腔尺寸的確定可參考楔式閘閥閥體、閘板軌道和軌道槽的形式根據(jù)《實(shí)用閥門設(shè)計手冊》P1281圖78得該形式的示意圖及尺寸如下：圖313 楔式閘閥閥體、閘板軌道和軌道槽的形式其中 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，確定中腔直徑。2. 中法蘭墊片尺寸和材料的選擇由《實(shí)用閥門設(shè)計手冊》P1224選擇墊片(二)，材料為X5200，尺寸由《閥門設(shè)計》P124確定如下：墊片系數(shù) 內(nèi)徑d=360，外徑D=430，厚度t=3比壓 。 3. 中法蘭結(jié)構(gòu)尺寸的確定同時參考中法蘭墊片尺寸和標(biāo)準(zhǔn)法蘭尺寸得中法蘭結(jié)構(gòu)同圖３11，尺寸如下：表312 中法蘭4. 螺栓的總計算載荷當(dāng)工作溫度小雨等于200℃是，直接計算并校核。1) 工作時(操作時總作用力)式中 QDJ—墊片處的介質(zhì)壓力， QDF—墊片密封力， QDT—墊片彈簧力， 所以2) 最小預(yù)緊力而 式中 qYJ—密封面預(yù)緊比壓；KDP—碘片形狀系數(shù)，按圓形取1所以， 螺栓計算載荷5. 螺栓的強(qiáng)度校核螺栓的材料選為35號鋼，根據(jù)《使用閥門設(shè)計手冊》P617查得。所以， 所以，選擇35號鋼的螺栓是符合設(shè)計需求的。6. 中法蘭的強(qiáng)度計算圖314 中法蘭尺寸由《實(shí)用閥門設(shè)計手冊》P1059查得中法蘭強(qiáng)度校驗(yàn)公式如下：斷面拉應(yīng)力滿足強(qiáng)度要求。ⅠⅠ斷面彎曲應(yīng)力 式中 所以 由《閥門設(shè)計手冊》P264查得IG25的 所以.ⅡⅡ斷面彎曲應(yīng)力 式中 ， 所以 由《閥門設(shè)計手冊》P264查得IG25的 所以 綜上，中法蘭的設(shè)計符合強(qiáng)度要求。 閘板的設(shè)計與計算 閘板密封面寬度和內(nèi)徑的選取閘板密封面寬度bM39。應(yīng)取得較閥座密封面寬度bM大，這基于以下幾個方面考慮:閥門在經(jīng)過一段時間的使用后，閘板與閥座密封面之間有磨損。關(guān)閉閥門時，往往容易過于用力。這兩點(diǎn)必然導(dǎo)致閘板的下竄。對于明桿閘閥，閥體導(dǎo)軌與閘板之間徑向間隙對閘板與閥座密封面之間接觸面積有一定影響。間隙量越大，實(shí)際接觸面積就越有可能較理論接觸面積為小?？紤]到以上三點(diǎn)，為了保證閘閥密封面能夠與整個閥座密封面接觸，就必須去bM39。較bM大。一般取，大口徑、高壓力取較小值，故取bM39。=18mm。閘板密封面平均直徑應(yīng)取得與閥座密封面平均直徑相等，這樣便于得出閘板密封面內(nèi)徑。 閘板與閥體檔寬及相應(yīng)公差的計算對于楔式閘閥，其閥座的檔寬Lk已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，可以由閥門的公稱通經(jīng)DN，公稱壓力PN直接查到。由《實(shí)用閥門設(shè)計手冊》P1283表712查得LK=80mm。所謂檔寬就是指閥座或閘板兩密封面在其中心線上的距離。正確的設(shè)計應(yīng)使閘板密封面邊緣(最低點(diǎn))與閥座密封面下緣重合。由于閥座與閘板的檔寬名義尺寸不等，所以在全關(guān)的位置上，閘板的中心線不會與閥座的中心線重合，而是由一定的距離 .上述的是理想情況的名義尺寸，即為沒有任何偏差的情況下。但實(shí)際上閘板與閥座的加工都會有偏差的存在，使得閘板與閥座裝配時的實(shí)際關(guān)閉位置上，即閘板的實(shí)際位置可能上移或者下移。一次要對閥座和閘板規(guī)定適當(dāng)?shù)墓罘秶?，以保證他們能夠良好的密封，得到最佳的密封性能，達(dá)到設(shè)計的最小磨損裕量行程。閘板與閥座的密封面磨損后，閘板的關(guān)閉位置下移至二者的密封面上緣(最高點(diǎn))對齊時，即為極限位置，這是尚能使兩者密封面全面積接觸，當(dāng)兩者密封面繼續(xù)磨損下移，則認(rèn)為兩者不能保證密封，認(rèn)定此閥門損廢。密封面的公差確定：閘板密封面的檔寬LB的確定應(yīng)使閥門在設(shè)計關(guān)閉時閘板密封面與閥座密封面下端對齊，這樣便得出 由于閥體檔寬上下偏差，設(shè)閘板公差為；由于閘板按其公差上限的最大檔寬于閥座按其公差下限的最小檔寬相結(jié)合，若閘板上移1mm，即；由于閘板按其公差下限的最大檔寬于閥座按其公差上限的最小檔寬相結(jié)合，若閘板下移但仍能保證最小磨損形成，即，y= ；所以，閘板密封面的檔寬。 閘板主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定1. 閘板與閥桿頭部相配合的T型槽尺寸由《實(shí)用閥門設(shè)計手冊》P1289圖721和表722以及已知的公稱通徑、閥桿直徑確定閘板T形槽結(jié)構(gòu)與尺寸如下：圖321 閘板T形槽結(jié)構(gòu)如圖：， ， 2. 閘板密封面外徑閘板密封面外徑為。3. 閘板其他機(jī)構(gòu)尺寸由《實(shí)用閥門設(shè)計手冊》P1284圖714表714確定閘板其他結(jié)構(gòu)尺寸如下：圖322 閘板尺寸其中 ， D1=297， b=18， d=218， S=16 h=22， A=80， B=75， D=345， H=176 閘板密封面比壓計算閘板密封面大于閥座密封面，則當(dāng)閘閥關(guān)閉時，兩則接觸面積即為受壓面積，及閥座密封面，所以閘板密封面比壓于閥座密封面比壓相同q39。=。 閘板強(qiáng)度的校核閘板的單邊厚度SB原則上應(yīng)使閘板厚度能滿足強(qiáng)度和剛度的要求，但是閘板并非均勻厚度的圓板，形狀不規(guī)則，故難以建立起強(qiáng)度和剛度的精確計算工時。設(shè)計時刻根據(jù)下面的強(qiáng)度近似計算式確定。公式為 ： 式中 RB—中間薄板根部處半徑 C—腐蝕裕量，取3； —IG25的許用應(yīng)力，《閥門設(shè)計手冊》P264查得 IG25的。所以閘板強(qiáng)度滿足設(shè)計要求。 閥桿的設(shè)計與計算1. 關(guān)閉時楔式閘閥作用于閥桿上的力由《實(shí)用閥門設(shè)計手冊》P1028表587得關(guān)閉時閥桿總軸向力計算公式如下： 式中：KK2—由《實(shí)用閥門設(shè)計手冊》P681表331查得