闸板式闸阀结构与工艺设计

目录第一章 引言 4第二章 闸板式闸阀概述 52.1闸阀种类 52.2闸板式闸阀密封原理 62.3闸板式闸阀特点 62.3.1闸板式闸阀优点 62.3.2闸板式闸阀缺点 7第三章 闸板式闸阀参数设置 83.1闸阀常用压力 83.2闸阀常用温度 83.3主要标准 83.4阀体 83.5填料垫片 9第四章 闸板式闸阀设计 104.1闸阀设计软件概述 104.2闸阀设计图纸 104.3闸板式闸阀设计工艺 114.3.1主要性能规范 114.3.2主体零部件的材料和设计使用标准如下表4-2所示 12第五章 闸板式闸阀加工制作 135.1加工原料选取 135.2加工制作过程 135.3加工制作注意事项 135.4检测要点 135.5小结 13第六章 闸板式闸阀维修及保养 146.1铸件检查 146.2阀门主要尺寸检查 146.3闸阀压力试验 146.3.1壳体强度试验 146.3.2密封试验 146.3.3上密封试验 156.3.4使用注意事项 15结论 16致谢 17参考文献 18闸板式闸阀结构与工艺设计闸板式闸阀结构与工艺设计中文摘要通过实践过程反复验证发现柔性石墨使用寿命比较低，而且在密封环节中经常需要补充石墨用以加固密封效果。闸阀在往复运动过程对石墨的磨损特别严重。为此本次毕业设计针对闸阀进行挤乳沟改进。在刚性密封结构设计过程中，首先考虑到闸阀启/闭状态下密封面不接触方式，具体实现设计采用预留0.1到0.2mm间隙，这样就可以降低开关力矩。这个间隙距离可以使阀盖与阀杆起到刚性密封作用；也解决了在安全条件下更换密封件；同时在正常的使用中，闸板关闭状态下也可以实现调节功能，刚性密封附件也起到加密作用，这样可以实现二级密封。关键词：闸板式闸阀，结构与工艺，密封，密封比压闸板式闸阀结构与工艺设计闸板式闸阀结构与工艺设计15/20引言阀门“阀”的这个意义是在流体系统，用来控制方向气体液体的流量的。阀门是使配管和设备中的一些介质比如粉末状气体啊液体的流动或者控制流量停止的装置。阀门是管路流量传送系统中的控制零件。一般用于流体的控制的阀门使用的场合很多，我们从最简单的截止阀到特别复杂的自动化控制的模式中使用的各种各样的阀门，那个阀门的品种和使用规格那是各种各样的。阀门的标准直径范围最小的仪表阀门到直径为10米的工业上所使用的阀门。这个阀门是可以使用控制每一种的液体的流量，适用范围广我们来举例来说明比如水介质气体油，还有具有腐蚀性的介质等等。阀门在工作中压力的范围0.0013兆帕～1000兆帕可以说是范围广，并且它的温度范围也是这样的范围为零下269℃一直到1430℃。此阀门可以经过很多种传输的模式来进行控制比如手自动液压的控制电磁齿轮涡轮等等。在压力、温度或者另外的形式的光电信号的作用，阀门是可以根据之前提前搞好预定的我们所要求的动作，或者普通的开关闭下，从而不依赖于光电信号。该阀门依靠驱动/自动的开关控制信号左右上下移动旋转摇摆，使其改动流道中面积的可以大可以小控制功能的实现。闸板式闸阀概述闸阀的启闭部分是闸板。闸板的运动方向垂直于流体方向。闸阀只能完全打开和关闭，不能调节或节流。闸板有两个密封面。最常用的模式闸阀的两个密封面形成楔形。当介质温度不高时，楔形角阀门参数变化，通常为50°和252°。楔形闸板闸阀可以做成一个整体，称为刚性闸板。它也可以制成一个冲头，可以产生轻微的变形，以提高其可制造性并补偿加工过程中密封面角度的偏差。这种撞锤叫做弹性撞锤。2.1闸阀种类闸阀是目前应用最为广泛的一种阀门，按照闸阀的构造原理可以分为下列几种：（1）平行闸阀(密封的那个面平行于垂直中心线的闸阀，这就是密封面（两个）相互平行的)。在平行闸阀中，推力楔形结构是最常见的一种。两扇门之间有一个双面止推楔。该闸阀适用于低压中、小口径(直径40-300毫米)闸阀。两闸板之间还有弹簧，可以产生预紧力，便于闸板的密封。(2)楔形闸阀（填料面和垂直中线成一定角度的闸阀，即两个密封呈楔形输送)。楔形闸阀有单阻尼板、双阻尼板和弹性阻尼板。这种单闸板楔型闸阀结构简单，使用可靠，但要求填料表面角度精度高，加工和维护难度大，当温度变化时按键的可能性大。双闸板楔形闸阀广泛应用于水和蒸汽介质管道。其优点是对密封面角度精度要求低，温度变化引起楔入的可能性小，可以增加垫片来补偿密封面的磨损。然而，在这种结构中有许多部件容易粘附在粘性介质中，从而影响密封。更重要的是，上下挡板容易生锈，闸板长期使用后容易脱落。弹性闸板楔形闸阀具有结构简单、使用可靠的优点。还能产生微小的弹性变形，弥补密封面角度加工的偏差，提高工艺性。现在它已经被广泛使用。（3）闸阀按照密封的属性进行类型可分为:打开阀杆闸阀(当阀杆螺母在阀盖或支架上，并且闸门打开和关闭时，通过旋转阀杆螺母可以提升和降低阀杆)。这种结构有利于阀杆的润滑，启闭程度明显，因此应用广泛。2.暗杆闸阀(阀杆螺母在这个阀体内，与介质是直接碰到的。打开和关闭活门时，旋转阀杆)。这个结构的好处是闸阀始终保持着一个不变的高度，安装所需要的空间比较小，可用用于口径比较大或者安装的空间没有那么充足的闸阀。该结构应配备一个开关指示器，以指示开关的程度。可是结构缺点是阀杆的螺纹不但不能有效的润滑，而且直接被介质所侵蚀，还特别使其损坏。2.2闸板式闸阀密封原理闸阀无论其具体结构如何，都可以分为以下三种基本密封原理:1.自动密封:在q介质>q介质压力密封的情况下，阀门在出口处密封；2.单向强制密封:当阀杆的轴向力作用在闸板上时，进口端的介质达到一定压力后流入中间腔，然后出口端在楔入力和介质作用力的作用下被密封；3.双面强制密封:即当阀杆的轴向力作用在闸板上时，入口和出口由于楔入力而密封。2.3闸板式闸阀特点(1)当流体流经闸阀时，不会改变其流向。当这个闸阀全部打开的时候，阻力的系数相当于是全部阀门中最小的，可以使用的口径的范围、温度和压力范围都是很宽松的。与同口径截止阀相比，安装尺寸较小，是化工生产设备中应用最广泛的类型。(2)闸阀手柄有两种类型:明杆和暗杆:如果来说我们用到两套以上一样的设备的切换变换时，那么这个时候所使用的明杆闸阀那就有利了。它的开启杆可以清楚地指示阀门的开启和关闭情况。(3)闸阀开一半的时候，因为阀芯就会振动，所以这个时候闸阀就用在全开全闭的状态下比较好，需要流量调节控制的场合用就不好。(4)闸阀阀体有凹槽，因此不适合含有固体颗粒的流体。2.3.1闸板式闸阀优点1.低流体阻力:阀体内部的介质所流通是直通的，介质流入闸阀时就不会改变方向。2.打开和关闭所需的扭矩很小并且节省劳动力。然而，与截止阀相比，无论是打开还是关闭，闸板的运动方向都垂直于介质流动方向。3.它可用于介质双向流动的环形网络，即介质的流动方向不受限制，流动不受干扰，压力降低。4.简单的形状，结构的长度不长，可以使用的范围广，工艺好。5.楔形闸阀阀体内的介质通道是直通的，介质流入闸阀时流向不会得到改变的，那它的流动阻力小。6.开闭时，闸板的运动方向垂直于介质的流动方向，因此开闭省力。7.介质的流动方向不受限制，可以向两边任何方向流动，从而达到填充或切断的目的。易于安装，适用于介质流向可能改变的管道。8.开杆楔式闸阀的在阀体外有着闸阀的驱动螺纹，是为了方便润滑那不是多好，那样就不用被流体所腐蚀了多好。因此，可以根据阀杆的运动方向和位置直观地判断阀门的开启和关闭位置，避免误操作造成的操作原因2.3.2优化闸板式闸阀当前市面上闸板式闸阀普遍存在下列缺陷：1.密封面之间容易发生腐蚀和磨损，维护困难。2.外部尺寸相对较大，需要一定的空间来打开和关闭。3.结构相对复杂。4．密封面太容易磨损了，这样大大的影响了使用寿限。由于闸阀具有上述相关的不足之处，本设计在现有闸阀的基础之上对相关性能进行优化改进。在闸阀启闭两密封面预留0.1mm到0.2mm间隙。这个间隙距离可以使阀盖与阀杆起到刚性密封作用；也解决了在安全条件下更换密封件；同时在正常的使用中，闸板关闭状态下也可以实现调节功能，刚性密封附件也起到加密作用，这样可以实现二级密封。闸板式闸阀参数设置3.1闸阀常用压力闸阀在开启后，闸阀的内部介质通道是直通的，没有任何阻挡，流通阻力很小。阀门如果超过压力的后果是很严重的，会造成铸钢平板阀门中腔异常升压，里面的承压件及启闭件的工作应力会急剧增加，会使驱动机构的驱动力不堪重负，还会无法启动，更严重会导致阀杆拉断、闸板架断裂，这些现象很多发生所以制定标准压力。本次毕业设计中设计闸阀压力等级选取压力值在1.6-6.4MPa。3.2闸阀常用温度闸阀在使用时由于天气温度的变化热胀冷缩，对温度的掌控要求严格。故本次设计闸阀采用设置常用温度为-29度425度。3.3主要标准表3-1闸阀主要性能指标（1）GB/T12221-2005《金属阀门结构长度》（2）GB/T12234-2007《通用阀门法兰和对焊连接钢制闸阀》（3）GB/T12224-2007《钢制阀门一般要求》（4）JB/T7927《阀门铸钢件外观质量要求》（5）JB/T53162-94《闸阀产品质量分等》（6）JB/Z243-85《闸阀静压寿命实验规程》（7）GB/T9113.1-2000《平面、突面对焊钢制管法兰》表3-2型号编制说明（1）阀体的材料WCB（2）公称的压力40（3）结构形式密封材料(HCr13不锈钢)4升降契式弹性闸板（4）连接方式4法兰连接（5）传动模式手轮的传动（6）阀门类型Z闸阀3.4阀体1.阀体应铸造或锻造。阀体的材料应符合GB/T12230。2.如果阀体端部法兰和阀体内与阀盖一端连接的法兰就需要采用堆焊的方法来使用材料来锻造法兰，法兰与阀体焊接需要符合GB150标准，对材料的特性使用相对应的热处理方法。3.阀体壁厚应符合GB/T12234的要求。4.法兰连接阀的结构长度应符合GB/T12221关于长短型有关规定。5.端法兰对应的尺寸和法兰端面的粗糙度应该符合GB/T9113的要求。6.阀门零件使用的材料抗腐蚀性的性能不能低于阀体上使用的材料。5和2阀盖1.阀盖应具有圆锥形或球形上部密封。上密封座应通过衬套嵌入阀盖，或者不锈钢或硬质合金应覆盖在阀盖上。加工完成后的堆焊层最小厚度不得＜1.6mm2.在阀盖中的阀杆孔应该设计有较为合适的间隙，以确保阀杆的平稳提升，并防止填料的挤压。闸板体的耐蚀性不应低于阀体材料的耐蚀性。5和4个上部密封座上密封座应由耐腐蚀的不锈钢制成，且不低于阀体材料，密封面硬度不低于HB250。3.5填料垫片填充料和接口处垫圈应可以在球阀规定的温度范围内使用。任何垫圈应至少具有与阀体相同的耐腐蚀性。闸板式闸阀设计4.1闸阀设计软件概述编制阀门工艺是阀门制造厂在生产时准备过程中最为重要的环节，编制工艺规程也是一种高效优质低能耗关键性问题，所以编制阀门零件应当遵循下列条件，在相同的生产环境下，以最少的成本费用和最高的劳动生产效率来完成，生产出符合要求的零件。在保证质量的前提下，以最节省而且可靠的加工方法。所以说实现自动化高效率的加工方法是可靠的，但是在速率高的前提下质量也要有保证。如果产品批量比较小，应当选取比较便宜的结构简单的高效夹具，高成本的应考虑使用成本，我们需要选取普通的万能机床使用，还有简单的工装来降低成本，通常涉及几个加工工艺方案来进行分析，通过比较选择最合理的加工工艺方案。对人员的选择应该具有能吃苦耐劳，经验丰富的高效率方案。在加工的过程中，有限考虑产品最好质量的加工方案，条件允许也可以采用一些新工艺和新的技术，通过机床设备和工艺装备，来降低依工人技术来保证加工的质量，从而减少和提高闸阀的加工质量。4.2闸阀设计图纸图4-1闸阀设计图4.3闸板式闸阀设计工艺阀门零件工艺规程编制的方法有：进行零件的工艺分析；确定工序的具体内容；填写工艺文件。（1）在编制工艺的流程中，我们必须先对零件的内部构造和技术进行分析，还要结合工厂生产条件的情况。我们根据零件的生产类型挑选相对应材料的毛坯，模拟各个加工面的加工顺序和加工方法，还有零件的装夹方法。我们把这些过程统称为零件的工艺分析。（2）在进行工艺分析的时候，要对制定工艺路线和选择毛坯制定路线，这样更好确定工序具体内容与填写工艺文件，工艺分析是制定机械加工重要的组成部分，也是工件整个工艺准备工作首要环节，在提出工艺分析报告和工装设计任务书时，以作为编程零件铸、锻、热处理和编制材料焊接工艺消耗的定额依据作为设计工装依据。（3）经过工艺分析之后，工件的机械加工路线可以定下来，随后就需要具体确定生产的每一道工序，其中有使用的机床、夹具、刀具、量具，确定各道工序加工会产生的误差，以便填写工艺文件。生产准备工作的依据工件文艺是指导生产和进行。完整的工艺文件其中有帮助工人操作，用于生产工艺管理两个大部分组成，有关标准对于常用的工艺文件中的完整性有着要求，但是企业对产品性质的认识，铲平的复杂程度和生产类型和各自的工艺条件自行可以确定，大多数有机械加工工艺过程卡片，机械加工工序卡牌你等等，本课题主要对闸阀主要零件的机械加工工艺过程卡片的制作。4.3.1主要性能规范当前设计闸板式闸阀设计到材料加工主要性能参数如下表4-1所示表4-1性能参数表公称通径公称压力适用介质适用温度壳体试验密封试验气密封试验结构长度8040水、油品、蒸气等≤350℃6MPa4.5Map4.5MPa283±34.3.2主体零部件材料闸阀阀体使用29℃以下的低温碳钢，球体可以使用316ss的不锈钢，还有合金刚，奥氏体不锈钢等等。表4-2材料设计标准表阀体─WCB阀座─2Cr13闸板─WCB阀杆─2Cr13制造标准——API608尺寸公差——GB/T1804-2000m的规定材料标准——ASMEB143-52的规定法兰尺寸标准——GB/T9113的规定压力试验标准——API598的规定闸板式闸阀加工制作5.1加工原料选取阀门的作用在管道中起着很大的作用，但是流体受到介质温度压力的影响，对阀门材料的控制很严格，要考虑到抗腐蚀性，抗高温性，抗冲蚀性等等由于原材料中含有S.P等有害物质，需要对材料化学元素的含量检测与鉴定，避免对阀门造成伤害，C元素：随着碳元素的增多，钢的拉升强度和屈服强度提高，所以钢材当中的C含量不能超哥百分之0.22，SHK在投料前应该对全部化学部分复检。对于铸件的冶钢和化学成分也有严格规定，严格控制碳含量和碳当量。必须要选取高碳素钢材进行加工。5.2加工制作过程铸造:将液体金属浇铸到具有零件形状相适应的铸造空腔里，等待凝固后，可以获得一定形状和表面的零件毛坯。锻造：在压力设备摸具作用下，让金属坯料产生局部或者全部的塑形变形。为了减少铸件的质量，我们对冶炼、铸造工艺、补焊这写方面严格要求监视，要求铸件用钢在出刚前，对钢水采取AOD炉精炼，可以减少刚汇总杂质。5.3加工制作注意事项加工时必须进行热处理，为了满足加工性能，改善切削、减小应力和提高可塑性，阀门在选用材料前出场时必须特意规范出厂前的热处理，不同的材料有不同的状态，就是一样的材料。所以需要普通碳素结构钢，大部分都是热轧状态，也有正火状态的，对于多数高碳钢，大多数时退火状态。所以需要我们加工时注意。5.4检测要点1.外观检测：目测铸件是否有沙眼、气孔、夹渣，初次之外还要检查表面质量、粗糙度、铸件尺寸、重量等。2.化学检测：根据阀门行业制定标准检测化学元素的含量是否满足加工要求和使用性能。5.5小结在本次的加工环节中我了解到了在阀门选取材料时对C元素的严格要求，加工中对细小环节的要求。闸板式闸阀维修及保养6.1铸件检查闸阀铸件需要的地方以下内容：1、化学组成2、力学结构3、铸件的重量；其中有铸件的形状、尺寸重量与偏差；表面质量；承压件强度；处理方法。6.2阀门主要尺寸检查（1）阀门的构造长度误差检查；（2）阀门的法兰封闭面垂直度或平行度误差判断；（3）阀门壳体其中对于最小壁厚的核查；（4）阀门各大主要尺寸的核查；（5）阀门光洁度的核查。6.3闸阀压力试验6.3.1壳体强度试验阀门对壳体的实验是对阀体和阀盖连接成为整个阀门进行外壳压力的实验，它最终是为了检验闸阀的阀体和阀盖致密性与它们两个连接处里面在壳体的耐压承受能力。在JB/T9092中有规定材料必须在38°的田间和大气压1.5的压力对壳体进行实验，对于壳体强度的实验，实验中需要介质的压力为6.0Mpa，这个实验中测试压力最短的持续实验为1min。在最短持续实验解书之后，闸阀的各个部件不允许有泄露填料来保持实验压力。6.3.2密封试验密封试验是来检验阀体内副性能和启动闭合件性能的测试。依据ISO5208规定中使用的材料必须在38°温度和大气压1.1的压力中进行封闭实验，其中介质的压力为4．5MPa，而且持续的最短时间为12min，在阀体的密封面上不能有肉眼可见的渗漏，在12min内的标准其中也包括密封面上面的水珠。试验中需要注意的点：阀体的设计必须要有高的刚度和强度，在密封的同时对于壳体的形变必须要控制在0.001N的范围以内，如果没有，整个密封试验将通过困难。6.3.3上密封试验用于检验阀杆阀盖整体密封性和副密性有关性能测试。标准是JB/T9092中的材料在1.1大气压雅克i下进行，而且温度必须保持在38°；保持压力最短的时间为60S，不得有渗漏现象，液体不允许有肉眼可见的水滴现象和潮湿现象。气体低压上密封试验，取介质压力为5MP，试验压力0.6MP。6.3.4使用注意事项要对在室外的阀门进行保护措施，加装保护套隔绝雨水，以免产生锈蚀。长时间不使用阀门，会损害使用周期，定期的手动转动，添加润滑油，防止锈蚀互相咬住。对于经常使用的螺纹要与发干螺母经常摩擦，所以需要润滑添加一些石墨粉起到润滑的作用。新阀门刚开始使用，填充的料不要太多，不要让阀杆压力过大，这样会加快磨损，这样启闭会更加困难。当气温低于0°是，里面的水阀闭合，所以要将阀门弄的积水排出。在使用中温度会升高，在200℃以上高温阀门，温度升高里面的螺栓会升温膨胀，间隙会变大需要二次加固，叫做热紧，要警惕防止泄露。阀门在正常使用的时候，一个月至少要加润滑油一次。手轮和手柄及传动机构都不可当作起吊用，碰撞发生严谨。应该通过平衡进出口压差相对应减小开启力，带有旁通阀的闸阀在启动前第一步应该先打开旁通阀。10.出厂之前每一道工序都要严格检查，各个部件必须严格测试其性能极限。结论闸阀广泛的使用于石油行业、化工行业、医药行业、电力行业、城建行业等。本次设计的方案涵盖闸阀中的内部结构与工艺设计，基本达到任务书的要求。在这一次设计前期自己学习闸阀设计的基础性知识，回顾机械设计，金属热处理和互换性的知识，对于本次闸阀实物的模拟了解其结构和功能，到车间学习它的加工工艺，而且对阀门相关的使用维修做了许多的了解，让自己对闸阀设计与加工流程比较了解，也去查阅了许多资料，从而为这次设计的成功打下坚实了基础。但是自己的时间、经验和水平有限，在工艺设计的部分没有对热处理工艺和焊接工艺具体描述，只有的简单描述了机械加工工艺过程，感觉自己在详述机械加工工艺当中过程还是有不好的地方，有许多改进的空间，相信在以后的实践中去掌握、去积累、去精通。致谢人的一生有很多第一次，我读书这么多年，第一次走进工厂，总要学会适应。出了学校门对自己来说是一种挑战，也是一种机遇，以前在学校学习了机械制图、机械设计、加工工艺、金属材料有关的知识，这次实习也都有用到很多知识，很好的锻炼了自己机械专业的能力。在实习设计中也碰到了很多的有关技术的问题，自己去查阅资料，请教老师同学，慢慢的自己