升降式止回阀的设计

摘 要阀 门 是 流 体 管 路 的 控 制 装 置 ， 它 是 用 来 切 断 和 接 通 管 路 介 质 ， 用 于 控 制 流 体 的 压 力 、方 向 和 流 量 的 装 置 。 本 课 题 设 计 的 阀 门 为 升 降 式 止 回 阀 。 它 是 由 阀 体 、 阀 盖 和 阀 瓣 组 成 。阀 体 是 阀 门 中 最 重 要 的 零 件 之 一 ， 它 是 用 来 传 输 介 质 的 主 要 流 动 通 道 ， 承 受 着 工 作 介 质的 压 力 、 温 度 、 冲 蚀 和 腐 蚀 ， 它 是 阀 门 总 装 配 的 基 础 。 阀 盖 是 阀 门 中 承 受 压 力 的 重 要 零件 之 一 ， 在 使 用 过 程 中 不 但 承 受 机 制 的 压 力 ， 还 承 受 着 阀 瓣 启 闭 的 冲 击 压 力 。 阀 瓣 是 阀门 中 负 责 启 闭 的 重 要 零 件 之 一 ， 在 使 用 过 程 中 ， 通 过 介 质 的 压 力 自 动 启 闭 ， 同 时 ， 防 止介 质 倒 流 。 本 课 题 设 计 的 阀 门 为 升 降 式 。 它 既 省 去 了 很 多 零 件 （ 如 支 架 、 压 板 、 阀 杆 摇杆 ） 、 节 省 了 原 材 料 ， 又 方 便 生 产 、 方 便 使 用 ， 不 仅 给 公 司 节 省 了 生 产 时 间 和 成 本 ，同 时 也 为 使 用 者 带 来 了 很 多 方 便 。关键词：阀门 升降式止回阀 阀体 阀盖 阀瓣目 录 1 绪论32 阀门设计的基本内容42.1 阀门的型号编制方法42.2 阀门设计所需具备的基本数据82.3 阀门设计应掌握的数据和技术要求83 止回阀的设计93.1 升降式止回阀的概述93.2 止回阀阀体的设计与计算93.2.1 阀体设计的基本内容103.2.2 阀体的结构设计103.2.3 阀体壁厚的设计103.3 止回阀阀盖的设计与计算123.3.1 阀盖设计的基本内容123.3.2 阀盖的结构设计123.3.3 阀盖厚度的设计123.4 止回阀阀瓣的设计与计算133.4.1 阀瓣设计的基本内容133.4.2 阀瓣的结构设计133.4.3 阀瓣尺寸的设计144 止回阀的检查和试验144.1 止回阀的检查144.1.1 止回阀铸件的检查144.1.2 止回阀主要尺寸的检查154.1.3 止回阀清洁度的检查154.2 止回阀的压力试验164.2.1 阀体的壳体试验164.2.2 阀门的密封试验17结 论18致 谢18参考文献19第 1 章 绪论阀门是流体管路的控制装置。它是用来切断和接通管路介质，调节介质的压力和流量，改变介质的流动方向以及保护管路系统或设备的安全运行的。随着现代技术的发展，阀门的引用日益普遍。阀门在国民经济中起着重要作用，一旦阀门出现了故障，整个生产过程就会受到影响，甚至造成火灾和爆炸等事故，造成人身伤亡和国家财产的重大损失。因此，生产质量高、性能好的阀门产品，对实现四个现代化具有重大意义。阀门在国民经济各个部门中有着广泛的应用。在石油、天然气、煤炭和矿石的开采、提炼加工和管道输送系统中；在化工产品、医药和食品生产系统中；在水电、火电和核电的电力生产系统中；在城市和工业企业的给排水、供热和供气系统中；在农田的排灌系统中；在冶金生产系统中；在船舶、车辆、飞机以及各种运动机械的流体系统中，都大量的使用阀门。此外，在国防生产系统中和航天等新技术领域里也使用着各种性能特殊的阀门。因此，阀门是我国实现四个现代化不可缺少的重要机械产品。它与生产建设、国防建设和人民生活都有密切的联系。阀门安装在各种管路系统中用于控制流体的压力、流量和流向。由于流体的压力、流量、温度和物理化学性质都不同，对流体系统的控制要求和使用要求也不同，所以阀门的种类和品种规格非常多。据不完全统计，我国的阀门产品品种已达三千多个型号，近三万个规格。随着新的工艺流程和控制要求的出现，随着现代阀门的技术参数和技术性能的高水平发展需要，随着生产过程日益自动化发展的需要，将会不断的提出对阀门新品种的发展需要。为了实现对流体的控制，阀门一般应具备以下性能：即密封性能、强度性能、调节性能、动作性能和流通性能。对大多数阀门来说，密封问题是首要问题。由于密封性能差或密封寿命短而产生流体的外漏或内漏，会造成环境污染和经济损失；有毒性的流体、腐蚀性流体、放射性流体和易燃易爆流体的泄露有可能产生重大的经济损失，甚至造成人身伤亡。对于高中压气体阀门和安全阀等，阀门的安全可靠性也是十分重要的。强度不够或动作不可靠，将会造成本体或系统的破坏而导致人身伤亡。除了对密封和强度的基本要求外，其调节性能的优劣也具有重大的意义。随着国民经济的不断发展、科学技术的不断进步和阀门需求量的不断增长，阀门的生产将不断创新，向着自动化、安全化、标准化、科学化、完善化的方向发展，阀门的销售市场也将更加广泛，阀门的使用也更加频繁和普及，应用领域也将更加广泛。第 2 章 阀门设计的基本内容阀门作为管道系统中的一个重要组成部分，应保证安全可靠地执行管道系统对阀门提出的使用要求。因此，阀门设计必须满足工作介质的压力、温度、腐蚀、流体特性以及操作、制造，安装、维修等方面对阀门提出的全部要求。2.1 阀门的型号编制方法阀门的型号是用来表示阀类、驱动及连接形式、密封圈材料和公称压力等要素的。由于阀门种类繁杂，为了制造和使用方便，国家对阀门产品型号的编制方法做了统一规定。阀门产品的型号是由七个单元组成，用来表明阀门类别、驱动种类、连接和结构形式、密封面或衬里材料、公称压力及阀体材料。阀门型号的组成由七个单元顺序组成（见下表）1阀门的类型代号 表 11阀门类型 代 号 阀 门 类 型 代 号 阀 门 类 型 代号闸 阀 Z 球 阀 Q 疏 水 阀 S截 止 阀 J 旋 塞 阀 X 安 全 阀 A节 流 阀 L 液 面 指 示 器 M 减 压 阀 Y隔 膜 阀 G 止 回 阀 H 柱 塞 阀 U 碟 阀 D 2传动方式代号表 12传动方式 代号 传动方式 代号电磁动 0 园锥齿轮 5电磁液动 1 气动 6电液动 2 液动 7蜗轮 3 气液动 8正齿轮 4 电动 9注：手轮、手柄和扳手传动以及安全阀、减压阀、疏水阀省略本代号。对于气动或液动：常开式用 6K、7K 表示；常闭式用 6B、7B 表示；气动带手动用 6S 表示。防爆电动用“9B”表示。3连接形式代号用阿拉伯数字表示，按表 13 的规定表 13连 节 形 式 代 号内 螺 纹外 螺 纹法 兰焊 接1246注：焊接包括对焊和承插焊4结构形式代号用阿拉伯数字表示 1413表 14闸 阀 结 构 形 式 代 号弹 性 闸 板 0单 闸 板 1楔 式双 闸 板 2单 闸 板 3明 杆平 行 式双 闸 板 4单 闸 板 5 暗 杆 楔 式刚性双 闸 板 6表 15截 止 阀 和 节 流 阀 结 构 形 式 代 号直 通 式 1 角 式 4直 流 式 5直 通 式 6平 衡角 式 7表 16球 阀 结 构 形 式 代 号直 通 式 1L 形 4浮 动T 形三 通 式5固 定 直 通 式 7表 17蝶 阀 结 构 形 式 代 号杠 杆 式垂 直 板 式斜 板 式013表 18隔 膜 阀 结 构 形 式 代 号屋 脊 式截 止 式闸 板 式137表 19旋 塞 阀 结 构 形 式 代 号直 通 式 3T 形 三 通 式 4填 料四 通 式 5直 通 式 7 油 封T 形 三 通 式 8表 110 止 回 阀 和 底 阀 结 构 形 式 代 号直 通 式 1 升 降立 式 2单 瓣 式 4多 瓣 式 5旋 启双 瓣 式 6表 111安 全 阀 结 构 形 式 代 号带 散 热 片 全 启 式 012封 闭全 启 式 4双弹簧微启式 3微 启 式 7全 启 式 8带 板 手微 启 式 5弹 簧 不 封 闭带控制机构 全 启 式 6脉 冲 式 9注：杠杆式安全阀在类型代号前加“G”汉语拼音字母。表 112减 压 阀 结 构 形 式 代 号薄 膜 式彈 簧 薄 膜 式活 塞 式波 紋 管 式杠 杆 式12345表 113疏 水 阀 结 构 形 式 代 号浮 球 式钟 形 浮 子 式15 脉 冲 式热 动 力 式895 阀座密封面或衬里材料代号用汉语拼音字母表示，按表 114 的规定。表 114阀座密封面或衬里材料 代 号 阀座密封面或衬里材料 代 号铜 合 金橡 胶尼 龙 塑 料氟 塑 料巴 氏 合 金合 金 钢TXNFBH渗 氮 钢硬 质 合 金衬 胶衬 铅搪 瓷渗 硼 钢DYJQCP注：由阀体直接加工的阀座密封面材料代号用“W”表示；当阀座和阀瓣（闸板）密封面材料不同时，用低硬度材料代号表示（隔膜阀除外）。6公称压力数值用阿拉伯数字表示，JB4018-85 所采用的计量单位做法定单位均为“MPa” ，如 PN32 即为原 Pg320kgf/cm2。若工作温度为 540；工作压力为 14MPa时，其标注方法为“Pw 5414V”。其中“W”为温度的含义。 7. 阀体材料代号用汉语拼音字母表示，按表 115 的规定 表 115阀 体 材 料 代 号 阀 体 材 料 代 号HT25-47KT30-6QT40-15H62ZG25ZKQTCCr5Mo1Cr18Ni9TiCr18Ni12Mo2Ti12CrMoVIPRV注：PN1.0MPa 的灰铸铁阀体和 PN2.5MPa 的碳素钢阀体，省略本代号。2.2 阀门设计所需具备的基本数据1）阀门的用途和种类；2）介质的工作压力；3）介质的工作温度；4）工作介质的物理、化学性能；5）公称通经； 6）结构长度；7）与管道的连接形式；8）阀门的操作方法。2.3 阀门设计应掌握的数据和技术要求1）阀门的流通能力和流体阻力系数；2）阀门启闭速度，启闭次数；3）驱动装置能源特性；4）阀门工作环境及其保养条件；5）外形尺寸的限制；6）重量的限制；7）抗地震要求。第 3 章 止回阀的设计本课题设计的阀门为 H42H-100 DN50 的阀门。H阀门的类型为止回阀4阀门的连接方式为法兰连接2阀门的结构形式为升降立式H阀门的密封面或衬里材料为合金耐酸或不锈钢100阀门的公称压力为 100MPaDN50阀门的公称通经为 50mm3.1 升降式止回阀的概述升降式止回阀是阀瓣沿着阀体垂直中心线滑动的止回阀，升降式止回阀只能安装在水平管道上，在高压小口径止回阀上阀瓣可采用圆球。升降式止回阀的阀体形状与截止阀一样（可与截止阀通用） ，因此它的流体阻力系数较大。其结构与截止阀相似，阀体和阀瓣与截止阀相同。阀瓣上部和阀盖下部加工有导向套简，阀瓣导向简可在阀盏导向简内自由升降，当介质顺流时，阀瓣靠介质推力开启，当介质停流时，阀瓣靠自垂降落在阀座上，起阻止介质逆流作用。直通式升降止回阀介质进出口通道方向与阀座通道方向垂直；立式升降式止回阀，其介质进出口通道方向与阀座通道方向相同，其流动阻力较直通式小。3.2 止回阀阀体的设计与计算 阀体是阀门中最重要的零件之一，阀体的重量通常占整个阀门总重量的 70%左右。阀体的主要功能有：1）作为工作介质的流动通道；2）承受工作介质压力、温度、冲蚀和腐蚀；3）在阀体内部构成一个空间，设置阀座，以容纳启闭件、阀杆等零件；4）在阀体端部设置连接结构，满足阀门与管道系统安装使用要求；5）承受阀门启闭载荷和在安装使用过程中因温度变化，振动，水击等影响所产生的附加载荷；6）作为阀门总装配的“基础” 。3.2.1 阀体设计的基本内容1）确定止回阀阀体材料：本阀门确定采用的材料是 WCB（碳钢） 。它具有足够的的耐蚀性，并具有可靠的强度和刚度。2)确定止回阀阀体的制造方法：根据阀门的总体设计，安装要求和材料工艺性能确定阀体的制造方法为铸造。其优点是有质量保证、组织致密，表面质量较好。3）确定阀体的结构长度：根据阀门机械行业标准 96-75 条确定 H42H-100 DN50的阀门长度应为 140mm，根据企业标准阀门的法兰厚度应为 28mm。4）确定阀体的流动通道：根据阀门的流通能力和流体阻力系数要求等确定阀体的流动通道大小为 DN50。3.2.2 阀体的结构设计由于阀门有多种类型，同类型的阀门结构形式又分成许多类别，因此，阀体的形状千变万化。阀体的结构决定与阀体与管道、阀体与阀盖的连接。阀体端口必须为圆形，介质流道应尽可能设计成直线形或流线形，尽可能避免介质流动方向的突然改变和通道形状、截面积的急剧变化，以减少流体阻力，腐蚀和冲蚀。阀门的流道形式可分为直通式、直角式和直流式。根据以上要求和省材、省料、省时的原则，本阀门采用的流道形式为直通式。3.2.3 阀体尺寸的设计1）阀体样式的设计根据经验所得，本设计的升降式止回阀阀体的样式如附图一所示，为两边法兰连接中间半球型。2）阀体壁厚的设计根据公式 3-1 及表 3-1 计算止回阀的壁厚。公式：t m=tm1+(PN-PN1)(PN2-PN1)(tm2-tm1) (3-1) 式中 t m计算的阀体壁厚（mm）PN阀门公称压力(MPa)PN1“最小壁厚表”中公称压力（小值） （MPa）PN2“最小壁厚表”中公称压力（大值） （MPa）tm1由 PN1查表得出的壁厚(mm)tm2由 PN2查表得出的壁厚(mm)表 3-1 法兰连接钢制截止阀和升降式止回阀的壳体最小壁厚（GB12235） (mm)公称压力(MPa)1.6 2.5 4.0 6.4 16.0公称通径 DN壳体最小壁厚25 6.5 6.7 6.9 7.4 10.432 6.9 7.2 7.4 8.0 11.440 7.4 7.7 7.9 8.6 12.650 7.9 8.2 8.5 9.3 14.665 8.7 9.1 9.4 10.4 16.180 9.4 9.9 10.2 11.5 18.2100 10.3 10.9 11.3 12.8 20.9150 12.1 13.0 13.7 15.9 27.7本课题设计的阀门为 H42H-100 DN50 的止回阀。即 PN=10MPa,查表 3-1 得PN1=6.4MPa，PN 2=16MPa，t m1=9.3mm,tm2=14mm.则：tm=tm1+(PN-PN1)(PN2-PN1)(tm2-tm1)=9.3+（10-6.4）（16-6.4）（14-9.3）11mm由此得出止回阀的壁厚为 11mm。3）阀体密封面的设计根据阀门设计手册表 450 旋启式止回阀密封面的推荐尺寸 单位：mm阀门公称通径mm D D1 D2 H50 51 54 64 1560 64 76 78 16 注：图见 CAD 密封面。设计出密封面的总直径为 64mm，阀座宽度为 4.5mm。3.3 止回阀阀盖的设计与计算阀盖是阀门中承受压力的重要零件之一。阀盖在使用过程中承受着介质压力、温度、冲蚀和腐蚀等因数的影响。阀盖的主要功能有：1）作为工作介质的流动通道；2）承受工作介质压力、温度、冲蚀和腐蚀；3）在阀盖底端设置一个通孔，用以容纳阀瓣；4）承受阀瓣启闭冲击压力和在使用过程中因温度变化，冲蚀，水击等影响所产生的附加冲击压力。 3.3.1 阀盖设计的基本内容1）确定止回阀盖的材料：本阀门确定采用的材料是 WCB（碳钢） 。它具有足够的的耐蚀性，并具有可靠的强度和刚度。2)确定止回阀阀盖的制造方法：根据阀门的总体设计，安装要求和材料工艺性能确定阀体的制造方法为铸造。其优点是有质量保证、组织致密，表面质量较好。3）确定阀盖的结构长度：根据阀门阀体的相关数据计算阀盖长度应为 51mm。3.3.2 阀盖的结构设计在各种不同类型的阀门中，通常是有阀盖和阀体共同组成“承压壳体” ，按照阀盖与阀体不同的连接型式分类，阀盖可以分为：法兰式阀盖、自紧式阀盖、螺纹式阀盖等，本设计采用的是螺纹式阀盖。阀盖通常分为整体式阀盖和分离式阀盖。整体式阀盖不但作为承压壳体的一部分，还与阀杆螺母连接作为阀杆的支架，整体式阀盖通常用于中小口径的阀门。大口径阀门的阀盖通常分为两部分，与阀体连接的部分称为分离式阀盖，与阀杆螺母连接的部分称为支架。本设计的止回阀阀盖是无需阀杆连接的阀门，故没有支架。3.3.3 阀盖厚度的设计根据公式 3-2 及表 3-2 计算阀盖的厚度。公式： P=DC(0.25p t+C)1/2+C (3-2)式中 P阀盖厚度（mm）p设计压力（MPa）DC阀盖计算直径（mm） t设计温度下材料的许用应力（MPa） C附加裕量（mm） 表 3-2 附加裕量 C 值 （mm）SB-C C SB-C C5 5 2130 2610 4 30 11120 3 - - P=DC(0.25p t+C)1/2+C =4(0.251044+3)1/2+341.75+3=10mm3.4 止回阀阀瓣的设计与计算阀瓣也是阀门中最重要的零件之一，是控制介质流通。本设计的止回阀阀瓣还具有防止介质倒流的作用。3.4.1 阀瓣设计的基本内容1）确定止回阀瓣材料：本阀门确定采用的材料是 WCB（碳钢） 。它具有足够的的耐蚀性，并具有可靠的强度和刚度。2)确定止回阀阀瓣的制造方法：根据阀门的总体设计，安装要求和材料工艺性能确定阀体的制造方法为铸造。其优点是有质量保证、组织致密，表面质量较好。3）确定阀瓣的结构长度：根据阀门阀体流通道、密封面、阀盖的相关数据计算阀盖的尺寸。3.4.2 阀瓣的结构设计结构见 CAD 附图阀瓣杆的上部是与阀盖杆的下部连接，阀盖面是下部是与阀体的密封面相接触。3.4.3 阀瓣尺寸的设计 1）确定止回阀瓣面厚度的设计：根据所设计阀门的通径和公称压力查表得阀瓣面的厚度为 16mm。2）确定止回阀瓣面直径的设计：根据阀体密封面的大小，设计阀瓣面直径为66mm。3）确定止回阀瓣杆直径和高度的设计:根据阀盖杆下部与阀瓣相连接的部分确定阀盖杆的高度和直径分别是 42mm 和 20。第 4 章 止回阀的检查和试验阀门的检查和试验通常分为出厂试验和型式试验两大类。对于零部件检查，在分等标准中，除了主要零部件的主要项目外，一般均不检查。零部件的检查主要在生产过程中由质检部门检查。4.1 止回阀的检查阀门的检查分为：铸件的检查、主要尺寸的检查和清洁度的检查。4.1.1 止回阀铸件的检查1）化学成分检查：根据表 4-1 对止回阀铸件的化学成分进行检查；2）试样型式和尺寸：按 GB397 的规定；3）性能要求：根据表 4-2 对止回阀的性能要求进行检查；4）铸件的形状、尺寸和偏差：按 JB2580 第 I 级的规定；5）表面质量：按 GB12231 的规定；6）铸件的缺陷及处理：如焊补的凹陷深度超过壁厚 20%或 25mm（取小值） ，焊补的凹陷面积大于 65cm2；或壳体试验中发现缺陷而进行焊补，则焊补后应进行消除应力处理或热处理。表 4-1 碳素钢的极限分析偏差化学元素（%） WCA 级 WCB 级 WCC 级C 0.025 0.029 0.026Mn 0.066 0.090 0.090Si 0.122 0.122 0.122P 0.010 0.010 0.010S 0.017 0.017 0.017表 4-2 碳素钢铸件的力学性能（GB12229）力学性能 WCA 级 WCB 级 WCC 级抗拉强度（MPa） 415 485 485屈服强度(MPa) 205 250 275伸长率（%） 24 22 22断面收缩率（%） 35 35 354.1.2 止回阀主要尺寸的检查1）阀门的结构长度偏差按 GB12233铁制截止阀与升降止回阀进行检查：公称通径 1520 的偏差+1.0，-1.5；公称通径 2565 的偏差+1.0，-2.0。2）阀门壳体最小壁厚按表 3-1 进行检查。4.1.3 止回阀清洁度的检查阀门清洁度是表示阀门整机内腔的清洁程度，它以阀门内腔表面所附杂质和污物的多少来衡量。它们是阀门产品质量检查和等级评定的主要项目。1）清洁度的考核指标：G=S(DN/25) 2G允许的杂质和污物的质量总和（g）S系数，按表 4-3 选取DN被检阀门的公称通径（mm）表 4-3 阀门的 S 值阀门类型 材料 S锻钢 0.15铸铁 0.2调节阀、止回阀铸钢 0.22）清洁度检查方法和要求：各零件的清洗部位清洗后无明显粘砂；过滤前筛网应烘干，称得初始质量并做好编号和质量记录；清洗后的清洗液经筛网过滤，收集杂质和污物；过滤后将筛网连同杂质、污物一起放入温度为 105左右的干燥箱内烘烤 1 小时后自然冷却至室温再称重；清洁度的检查结果按式 4-1 进行计算：G1=G2-G3G1杂物和污物量的质量（g）G2筛网和杂物、污物的总质量（g）G3筛网的初始质量（g）4.2 止回阀的压力试验压力试验是阀门最基本也是最重要的试验，是阀门出厂前必不可少的一步。4.2.1 阀门的壳体试验试压，指的是阀体强度试验。试漏，指的是密封面严密性试验，这两项试验是对阀门主要性能的检查。试验介质，一般是常温清水，重要阀门可使用煤油。安全阀定压试验，可使用氮气较稳定气体，也可用蒸汽或空气代替。对于隔膜阀，使用空气作试验。（一）试验压力阀门强度试验压力，与公称压力有下列关系公称压力（Mpa） 强度试验压力（Mpa）0.1 0.20.25 0.40.4 0.60.6