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明杆楔式单闸板闸阀设计

作者姓名：

专业名称：机械工程及自动化

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成都理工大学工程技术学院 学位论文诚信承诺书
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承诺人（学生签名）：
201 年 月 日
注：学位论文指向我校申请学士学位所提交的本科学生毕业实习报告、毕业论文和毕业设计报告。

明杆楔式单闸板闸阀设计
摘要
阀门的使用在现代化生产中十分重要，其身影在人类的生产生活中随处可见。阀门的研究能够带动人类经济生产，在各类生产系统中极大的提高经济效益，节约能源。
如何正确设计和选用阀门是实现阀门的密封性能、调节性能、实用性能、安全性能和流通性能的关键所在。在阀门设计过程中，要对各种参数进行严格的核对验算，需要将各种相关因素考虑其中，比如介质温度、压力、腐蚀性等做到科学严谨。阀门主体、零件的也要做到科学选材，以免造成不必要的经济损失和浪费。
设计的过程中需要边计算边绘图，通过设计计算确定阀门各个部件的数据，然后在CAD上画出零件图，做到各部件数据合理。通过严格设计计算，阀门能对管道中的介质进行正常开启闭合控制，没有介质的内泄外漏，能与相应管道设备配合使用，方才设计合格。

关键词： 生产系统 正确设计 科学选材 数据合理

Abstract
The use of the valve in the modern industrial production is very important, its figure in the production of human life everywhere. The research of valve can drive the economic production of human, and can greatly improve the economic benefit and save energy in all kinds of production system..
How to design and choose the valve is the key to achieve the valve sealing performance, regulation performance, practical performance, safety and performance of the key. In the valve design process, to a variety of parameters strictly checked and checked, the need to consider all kinds of factors, such as media temperature, pressure, corrosion and so scientific rigor. Valve body, parts of the scientific selection should be scientific, so as not to cause unnecessary economic losses and waste.
The design of the process needs to draw the edge of the calculation, through the design and calculation of the valve parts of the data, and then draw a part diagram on the CAD, so that the data is reasonable for each component. Through the rigorous calculation and design, the valve can open the medium of the pipeline normally open the closure control, without the leakage of the medium inside the medium.
Keywords: Production system, Correct design, Scientific selection, Data reasonable

目录
摘要 I
Abstract II
目录 III
前言 1
一、 设计任务 2
二、 确定阀门的主体材料 4
三、 明杆楔式单闸板闸阀设计 5
3.1 承压件设计 7
3.1.1 承压件材料 8
3.1.2 承压件壁厚 8
3.2 密封副设计 9
3.2.1 密封副材料 9
3.2.2 密封副的总作用力和比压的计算 9
3.3 阀体与阀盖连接型式和密封面结构的确定 11
3.4 阀杆设计 12
3.4.1 阀杆材料 13
3.4.2 阀杆总轴向力计算 13
3.4.3 阀杆扭应力计算 16
3.4.4 阀杆弯曲应力的校核 17
3.5 闸板设计 19
3.5.1 闸板材料 20
3.5.2 闸板厚度计算 20
3.6 中法兰设计 21
3.6.1 中法兰材料 21
3.6.2 中法兰计算 21
3.6.3 中法兰垫片计算 22
3.6.4 螺栓设计计算 23
3.6.5 弯曲应力计算 24
3.7 阀盖设计 25
3.7.1 阀盖材料 25
3.7.2 阀盖壁厚计算 26
3.8 支架设计计算 26
3.8.1 支架材料 27
3.8.2 弯曲应力计算 27
3.9 阀杆螺母的设计 30
3.9.1 阀杆螺母材料 30
3.9.2 阀杆螺母挤应力计算与型号 30
3.10 填料压盖设计 31
3.10.1 填料压盖材料 31
3.10.2 填料压盖型号 32
3.11 锁紧螺栓设计 32
3.11.1 锁紧螺栓材料 32
3.11.2 锁紧螺栓型号 32
3.12 手轮设计 33
3.12.1 手轮材料 34
3.12.2 手轮型号 34
3.13 阀门流量系数 35
总结 37
致谢 38
参考文献 39

- IV -

前言
闸阀是一种常见通用机械零部件，在生产生活中得到普遍应用，是我国工业大力发展的重要机械产品，它与人民的生产生活息息相关，闸阀的研究设计能够大大的加快我国国民经济以及国防建设的发展。
我国闸阀的生产历史已经有了几十年发展，闸阀的制造厂家也越来越多，设计的闸阀数量越来越大，闸阀的型号也变得越来越丰富。以前我国的生产厂家仅仅只有少数的几十家，现在已经有了数千家厂家，闸阀型号也有越来的几十上百种发展到现在的数千上万种，可以说发展迅速。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，许多优秀闸阀设计还是需要从国外引入，但是我国生产制造厂家依旧不弃不馁，依旧在国内原有的基础上大力研究发展，相信不久后我国闸阀制造技术定会站在国际顶端[1]。
闸阀是流体控制元件，对流体阻力小，适用的压力和温度范围大，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。闸阀功能简单，一般只能对介质作全开和全关功能[2]。
设计闸阀时，密封面的设计相当重要。按密封面形式的不同可以将闸阀分为楔式闸板闸阀和平行式闸板闸阀。楔式闸板闸阀又有单闸板闸阀和双闸板闸阀之分。一般而言，闸阀的密封性能十分重要，密封性的好差直接决定闸阀是否使用合格。如果产生流体外漏，可能会造成环境污染、经济损失，甚至可能会造成人身伤亡，十分危险。
设计时不但要考虑闸阀密封面的密封性能，还要考虑其选用材料的机械强度、刚度、制造工艺以及磨损等问题，以及流体温度、压力、腐蚀性等物理问题和化学问题。
由于闸阀生产生活中的重要性，本次设计就这些物理化学等问题展开设计。

一、 设计任务
设计任务，即设计任务书。明确阀门具体参数，如：公称直径、公称压力、温度、介质、驱动方式等。使用条件和要求，如：室外或室内安装、启用频率等。相关执行标准。
(一) 设计课题：明杆闸阀设计
(二) 设计主要内容：
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。其零部件可以通过CAD、UG等软件来绘制和装配，以配合完成设计。
(三) 本次设计内容：确定阀门主体材料
闸阀结构设计：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
(四) 设计给定数据：
表1.1 设计参数
序号
名称
符号
单位
公式或来源
数据
1
公称通径
DN
mm
设计给定
80
2
公称压力
PN
Mpa
设计给定
4
3
温度
T
℃
设计给定
20
4
介质

设计给定
水、油品
5
驱动方式

设计给定
手动
6
附加余量

mm
设计给定
5
7
壁厚系数
k1

PN=2.0MPa时，k1=1.3;PN≥5.0MPa时 k1=1
1
8
密封面宽度
bm
mm
设计给定
2.5
9
密封面内径
d
mm
设计给定
80
10
阀杆直径
df
mm
设计给定
22
11
介质压力
P
MPa
设计给定
1
12
填料层总高度
hT
mm
设计给定
3
13
阀杆与填料间的摩擦系数
μT

0.01

(五) 使用条件要求:
室温20℃，室内外无要求，手动控制。
(六) 与管道连接形式：
法兰连接
(七) 相关执行标准[2]：
设计标准：
设计系列：低压小口径系列闸阀

二、 确定阀门的主体材料
阀门主体与介质流体直接接触，所受腐蚀力最强，对材料的要求也十分重要，为了能让阀门安全可靠，节约能源、保护环境以及经济上的节约，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。
阀门在设计和选材的时候必须考虑的问题有很多，必须重点考虑的一个问题是阀门在工作时的温度。为了更好的规范阀门主体材料所能适宜的工作温度,我国从阀门所使用材料的应力要求、温度等作出了相关规定以便于常规阀门的设计[3]。另外，从生产经济上考虑，阀门的主体材料应该选用综合性适当的，避免造成经济上的浪费。根据设计输入参数、使用条件和制造要求，并且应符合规定，综合考虑后确定阀门主体材料。碳素铸钢为阀门常见材质编号，是机械性能为B级的中等强度的可焊铸钢件，含碳量的低碳钢。
设计给定：公称压力，温度
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。
表2.1 ASTM阀门管件用铸件材料的力学性能（Mpa）
材料牌号
力学性能
温度/oC
-29~343
371
399
427
454
482
510
538
565
WCA

414
397.5
359
298
240
180
125
70
—

207
200
180
150
120
90
65
35
—
WCB

485
458
408
330
256
180
125
70
—

245
230
200
165
128
90
65
35
—

三、 明杆楔式单闸板闸阀设计
闸阀是通过启闭件闸板对流体的运动进行截断控制的一种机械部件，其闸板的运动方向与流体运动方向垂直，一般只能对流体作全开和全关控制，由于需要控制流体的物理性质和化学性质的不同，用作流体控制的闸阀规格也就不相。闸阀种类繁多，其选用需要根据不同的环境要求而定。
闸阀关闭时，密封面可以通过介质压力的作用把闸板的密封面压向另一侧的阀座来形成自密封。许多闸阀也都采用强制密封，通过外力如人力、电机等将闸板强行压向阀座来进行密封。
在有着不同压力、温度、介质等条件的地方运用不同的阀门，阀门型号种类有很多种，其中闸阀、截止阀和球阀等是主要阀类。一台阀门，口径和内件的尺寸各有不同，内件材料的物理和化学特性也都有差别，内件还有不同的加工方式，可以铸造和锻造等。由于生产生活中需要使用阀门的地方环境多样，导致阀门种类不同，其运动方式、介质流通形式、CV值也就不同。
一般情况下在明杆闸阀阀杆上设有梯形螺纹，通过阀门顶端的螺母以及阀体上的导槽将闸板和阀杆所作运动转变为直线运动，也就是将旋转运动转变成直线运动，把转矩转变成推矩。在阀门开启过程中闸板提升高度与阀门通径比值为时，流体的通道完全敞开，对介质流体无截止作用，但在运动过程中，这个比值为的位置是无法看到的。因为温度的上升与下降使阀杆可能出现锁死现象, 通常把阀杆开到顶点位置上时再倒回 , 一般把这个位置作为阀门的全开位置。所以说阀门的全开位置是由闸板的位置来进行确认的[2]。
闸阀的密封副设计十分重要。一般一个合格的闸阀密封副是良好的，在闸板关闭和开启时不会对输送中的流体介质造成泄漏。
闸阀设计需要根据具体实际操作、设计给定参数和相关规定，需要将专业知识的相互结合，设计过程中应当边计算边绘图。
图为明杆楔式单闸板闸阀：

图3.1 明杆楔式单闸板闸阀

1
2
3
3.1 承压件设计
阀门作为压力管道一个重要部件。由于阀门的功能比较特殊，受力比较复杂，所以阀门承压件的设计标准有着一定的特殊性。经研究表明，基于亚比例失效准则的阀门设计是准确可行的。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。
闸阀阀体一般为铸造，因为形状的复杂性，近年来对中小型阀体多采用紧密铸造。阀体与流体管道系统多数是法兰连接，也有焊接，阀体上有导轨是阀杆升降导向。
档宽是阀体两个密封面间中心线的距离，略小于阀板中心相应的尺寸厚度，以便使密封面有一定的磨损时，仍然能够保证密封面的良好接触。

图3.2 闸阀承压件

3.1.1 承压件材料
承压件（阀体）直接与阀门控制的流体接触，其所受介质的物理和化学作用最大，如果介质流体是带有腐蚀性的化学物质，则需要用能抗腐蚀的材料进行承压件的制造；如果介质流体压力很大，那么抗压性差的材料就不能作为承压件的制造材料。
已知：公称压力，温度，介质流体为水，油等
所以材料选用：碳素铸钢（ZG230-450）
3.1.2 承压件壁厚
设计给定：介质的工作温度室温，取T=20℃
介质公称压力（Mpa）：
参考资料《阀门计算手册》第38页：钢、合金钢及不锈钢
圆形阀体壁厚计算式（T1）
计算厚度(mm)： （3-1-1）
计算压力（Mpa）：
计算内径(mm)：
许用压力：查表4-3[3]，4-5[3]得
附加余量：
计算得：
因为实际厚度，所以
3.2 密封副设计
为了实现阀门内外密封的零泄漏,节能环保与提高工作效率,阀门必须具备可靠的密封性能。
阀门的密封副指的是启闭件与阀座相互接触进行关闭的部分，密封面在进行密封过程中容易受到磨损，密封性随着使用次数增加而减低。在使用过程中，因为金属密封面以及阀门受介质腐蚀和冲刷的影响容易损坏。所以阀门密封件的材料必须能够耐腐蚀、抗冲刷。如果其中的任何一个要求都不能满足，密封面就不能用这种材料制作。介质的冲蚀会被腐蚀大大加速。同样，尽管这种材料具有较大的抗腐蚀性和抗冲刷性，但由于抗擦伤性能较差，该材料同样不适用。如果在普通阀门上应用性能较好的材料，制造成本价格太高，也不适用。
闸阀的密封副设计是对称的，由于阀杆的作用力，在进口和出口上形成相同的密封。所以，对于一般工业要求，单面强制密封足够满足，但高压系统则难以满足。
密封面材料除了需要满足一般强度外，还需满足对介质的奶腐蚀性，所以材料的选择也是十分重要的。
3.2.1 密封副材料
密封副是阀门的重要部件，密封副的密封性能是阀门是否能够正常工作的重要标准。由于密封副的阀体一样，在闸阀工作的时候直接与介质流体接触，在介质流体的腐蚀与冲刷下，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。
已知：公称压力，温度，介质流体为水，油等
介质公称压力： 、公称通径
密封面宽度： 、密封面内径：
密封面材料：黄铜（），材料硬度，密封面间无滑动
3.2.2 密封副的总作用力和比压的计算
密封面比压的满足条件：资料[3]、资料[4]第425页

式中：：密封面上的必须比压
查资料[3]表3-13

：密封面的许用比压
查资料[3]表3-14

：实际比压（MPa）
（3-2-1）
式中：：实际密封面比压 （MPa）
：阀座密封面内径，设计给定，（mm）
：密封面宽度， 设计给定 ，（mm）
：出口端阀座密封面上的总作用力（N），表4-67[3]计算：
单面强制密封： （3-2-2）
作用在出口密封面上的介质静压力（N）：
（3-2-4）
密封面上达到必需比压时的作用力（N）：
（3-2-5）
所以：
实际比压：
所以：
设计合格
1. 楔半角5o
2. 法兰和对焊连结钢制闸阀的壳体最小壁厚（）：表6-226[3]

3. 钢制阀门阀体颈部的最小壁厚（）：表6-239[3]

4. 推荐的加工余量值：
表4-2，
3.3 阀体与阀盖连接型式和密封面结构的确定
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。
法兰是用于管道间相互连接的零件，也叫突缘或法兰凸缘盘。也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，如减速机法兰。法兰、垫片以及螺栓三者相互连接而成的一组组合密封结构叫做法兰连接，法兰连接可以通过相应的机械工具进行拆卸。在管道装置中管与管相连接用的法兰叫管道法兰，用在设备上是设备的进出口法兰。法兰上有螺栓孔，螺栓使两个法兰相互紧密连接。两个法兰中间的密封需要使用密封垫。法兰的连接方式有许多种，如：螺纹连接、丝扣连接、焊接以及卡夹。通常法兰的使用是成对的，丝接法兰可以在低压管道上使用，焊接法兰则在压力为四公斤以上的机构中使用。两片法兰盘用螺栓紧固时，两者之间需要加上密封垫。法兰厚度和螺栓的使用因压力的不同而不同。水泵和阀门在和管道连接的地方也制成相对应的法兰形状，这种管与管道间、管与设备间、设备与设备间通过法兰进行连接的连接方式也称为法兰连接[7]。
不同的法兰连接有不同的连接型式，当它用在阀门中的时候，其密封面结构型式有许多种，其中光滑式、径向自紧在一般阀门中比较常见等。
此次设计中阀体与阀盖连接型式为法兰连接，法兰密封面结构为光滑式结构。
3.4 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。明杆闸阀阀杆非螺纹部分因与填料摩擦，需要进行表面处理，提高耐磨性和抗腐蚀能力。闸阀阀杆上的传动螺纹一般为左旋螺纹，手轮右向旋转可以将阀杆旋下，密封副密封，介质运动截止。
明杆闸阀的阀杆螺母装在支架上，手轮带动旋转，螺母有轴向限位。阀杆材料多为2Cr13。

图3.3 阀杆稳定性示意图

图3.4 阀杆头部

3.4.1 阀杆材料
阀杆与闸相连接，手轮同构阀杆将力矩传送给闸板，闸板与阀座开口闭合，形成密封。所以阀杆材料须具有一定的抗压力、扭应力。
因为：介质公称压力： 公称通径
所以材料:2Cr13
3.4.2 阀杆总轴向力计算
设计给定：阀杆直径 填料层总高度
介质作用于阀杆上的轴向力： （3-4-1）
:介质的工作压力
所以：
填料层的宽度: （3-4-2）
取
填料函内径： （3-4-3）
当，填料圈数，取
填料函深度： （3-4-4）
填料层总高度（设计给定
阀杆与填料间摩擦系数
阀杆与填料间摩擦力： （3-4-5）
资料[1]第60页：
关闭时阀杆总轴向力: （3-4-6）
开启时阀杆总轴向力： （3-4-7）
阀杆最大轴向力，取、中的最大值。
查阅资料：、、、
密封面处介质作用力： （3-4-9）
密封面内径
密封面宽度
公称压力
所以：
密封面上密封力： （3-4-10）
密封面必须比压
所以：
阀杆径向截面上介质作用力： （3-4-11）
阀杆直径
所以：
阀杆与填料摩力： （3-4-12）
无石棉填料系数，按填料深度和填料宽度查表可得

所以：
已知：、、、
所以：关闭时阀杆总轴向力：

开启时阀杆总轴向力：

轴向应力： 、 （3-4-13）
阀门最小截面面积
螺纹公称直径和螺距，查表[4]可知：

所以：轴向应力、
查表得：许用拉应力、许用压应力
、
设计合格。
3.4.3 阀杆扭应力计算
扭应力： （3-4-14）
关闭时阀杆螺纹摩擦力矩： （3-4-15）
阀杆最小断面系数：
螺纹摩擦半径，表4-19[3]：

所以：关闭时阀杆螺纹摩擦力矩
扭应力 （3-4-16）

因为：
所以：合格
合应力： （3-4-17）

因为：
所以：合格
阀杆端部的强度计算[3]
剪应力： （3-4-18）
已知：开启时阀杆总轴向力：
阀杆与填料摩擦力： （3-4-19）
阀杆铣扁后截面宽度：（设计给定）
阀杆铣扁处到底面高度：（设计给定）
所以：

，设计合格。
3.4.4 阀杆弯曲应力的校核
弯曲应力的校核：
弯曲应力： 3-4-20）
已知：、、、
、
所以：
，设计合格。
阀杆的稳定性计算[3]：
阀杆计算长度： （3-4-21）
密封面内径：
所以：，取

阀杆的柔度确认： （3-4-22）
阀杆的惯性半径（mm）： （3-4-23）
，所以：
无中间支承阀杆，
所以：

所以：
此时状态为中细长小柔度压杆，需满足：
为阀杆的压应力（Mpa）： （3-4-24）
中细长比压杆的稳定许用应力(Mpa)：
3-4-25）
：依赖于材料性质的系数（Mpa），资料《阀门设计手册》第456页

稳定安全系数：
所以：
，设计合格。
3.5 闸板设计
闸阀闸板种类规格有许多种，根据闸板形状分为楔式闸阀、平行式闸阀。楔式闸阀的两个密封面与管道轴线成楔形形状，楔形角一般2o52’或5o。楔式闸阀常见结构是楔式单闸板闸阀、楔式双闸板闸阀。楔式单闸板闸阀结构简单、安全性高、安装简单方便，但对楔形角精度要求较高，维修困难，生产制造企业一般只能配做，不可以更换。
常用材料：20钢。

图3.5 楔式单闸板

3.5.1 闸板材料
阀盖与阀体相互连接，一般为法兰连接，也可以是和阀体为一整体，目的是保护阀体内部零件，避免被外部环境影响，降低阀门的密封性，平衡内外气压，所以阀盖的材料可以与阀体一致。故选用材料：20钢。
3.5.2 闸板厚度计算
计算闸板厚度（mm）： （3-5-1）
圆弧过渡处半径密封面平均半径（mm）：
（3-5-2）
设计给定：、
所以：
查表得系数：
计算压力：
许用弯曲应力：查表4-5
附加余量：
所以：
实际厚度：
取：
3.6 中法兰设计
法兰是工业、生产、建造中经常使用的重要零件。一般为圆形，也有其它形状，法兰盘四周有螺纹孔，用于两个法兰之间进行螺栓连接形成密封。法兰在使用中常受环境的影响，不同的设备连接，使用的法兰连接方式不同。不同的使用压力法兰的厚度也不同，用于法兰连接的螺栓型号也不同。
3.6.1 中法兰材料
中法兰是位于阀门中部的法兰，用于连接阀盖与支架，支撑阀杆。法兰的设计计算很重要，由于需要承受的压力大，密封性等需要，其材料的选择要根据计算载荷来选择。
已知：温度、材料ZG230-450、螺栓材料35钢
3.6.2 中法兰计算
常温时比值系数： （3-6-1）
初加温比值系数： （3-6-2）
高温时比值系数： （3-6-3）
计算载荷（N）：
取比值系数、、中的最大值
常温时螺栓计算载荷（N）：取总用力、的最大值

操作下总作用力（N）：

最小预紧力（N）：
3.6.3 中法兰垫片计算
垫片处介质作用力（N）：
（3-6-4）
垫片平均直径（mm）：
计算压力（Mpa）：取
垫片上的密封力（N）：
（3-6-5）
垫片的有效宽度（mm）：查表4-26[3]，根据查得

垫片的宽度（mm）：设计给定
垫片系数（Mpa）：查表4-27[3]得
垫片弹性力（N）：
（3-6-6）
系数：按固定法兰得
关闭时阀杆总作用力（N）：
必须预紧力（N）：
（3-6-7）
密封面预紧比压（Mpa）：查表4-27得
垫片形状系数：按圆形取
介质工作温度（）：设计给定
法兰材料线胀系数（）：根据查表4-12[1]得
3.6.4 螺栓设计计算
螺栓计算长度（mm）：、
中法兰温度（）： （3-6-8）
螺栓温度（）： （3-6-9）
螺栓总截面积（mm2）： （3-6-10）
螺栓数量（个）：设计给定
单个螺栓截面积（mm2）：根据的值，查表4-13[3]得
螺栓直径（mm）：设计给定
螺栓材料弹性模具（Mpa）：根据得值，查表4-12[3]得

垫片面积（mm2）：
（3-6-11）
垫片材料弹性模具（Mpa）：
3.6.5 弯曲应力计算
许用弯曲应力（Mpa）：查表4-3[3]、4-5[3]得
Ⅰ—Ⅰ断面弯曲应力（Mpa）：
（3-6-12）
力臂长度（mm）： （3-6-13）
螺栓孔中心圆直径（mm）：设计给定
中法兰根部直径（mm）：设计给定
Ⅰ—Ⅰ断面系数（mm3）：
（3-6-14）
中法兰厚度（mm）：设计给定
Ⅱ—Ⅱ断面弯曲应力（Mpa）： （3-6-15）
力臂长度（mm）：
（3-6-16）
计算内径（mm）：设计给定
Ⅱ—Ⅱ断面系数（mm3）：
（3-6-17）
常温时：、为合格。
综上：设计合格。
3.7 阀盖设计
阀门里的阀盖与阀座相连，连接方式有多种，可以是焊接或法兰连接，也可以和阀座用同一种材料直接铸造而成。
阀盖在阀门中主要是起一个支撑作用和保护作用，阀杆从阀盖中心孔穿过，与闸板形成密封副，可以对流体介质的运动进行控制。在阀杆与阀盖相连接的位置，也就是锥形面的位置，叫做下密封面，上密封面在阀杆上。
阀盖支撑阀杆，阀杆才能与阀门介质通道形成垂直，才能方便阀门对介质的全开与全关动作。阀盖上有螺纹孔，作用是进行密封或强度实验时排放空气，保证内外气压平衡。
对闸阀一般采用带开口的蝶型阀盖。

图3.6 阀盖

3.7.1 阀盖材料
阀盖与阀体通过法兰连接，保护阀体内部零件，平衡阀体内外压强，防止流体介质的泄漏。阀盖可以和阀体为一整体铸件，选用阀盖材料：ZG230-450
3.7.2 阀盖壁厚计算
壁厚： （3-7-1）
计算压力：
内半球半径：设计给定
过渡半径：设计给定
许用弯曲应力：查表4-3[3]得
形状系数：根据 值，查表3.7 [3]：
表3.7 形状系数K的值

0.06
0.10
0.15
0.20
0.22
0.24
0.25

2.00
1.65
1.40
1.30
1.25
1.10
1.00

得
附加余量：
所以：
实际厚度：
因为，所以设计合格。
3.8 支架设计计算
阀门支架作为支撑机构，在阀门中十分重要，在使用中常受启闭力的作用。
阀门支架形状较为复杂，常为铸件。许多阀门中的支架常与阀杆直接接触，承受手轮等压力作用。如果阀门中的支架出现断裂、歪斜等现象，会直接多阀杆造成影响，使的阀门无法正常工作。

图3.8 T形加强筋支架结构

3.8.1 支架材料
因为支架承受了许多压力和扭力等，所以支架材料、型号规格的选用极为重要。
支架材料确定：ZG230-450
3.8.2 弯曲应力计算
Ⅰ-Ⅰ断面弯曲应力(Mpa)：
（3-8-1）
关闭时阀杆总轴向力（N）：
（3-8-2）
框架两重心处距离（mm）： （3-8-3）
框架内径距离（mm）：设计给定
加强筋截面重心：
（3-8-4）
加强筋截面高（mm）：
加强筋截面长（mm）：
加强筋截面宽（mm）：
加强筋截面厚（mm）：
加强筋总高（mm）：
Ⅲ-Ⅲ截面惯性矩（mm4）：
（3-8-5）
支架上端外径（mm）：
支架上端内径（mm）：
支架上端高度（mm）：
Ⅱ-Ⅱ断面惯性矩（mm4）：
（3-8-6）
Ⅰ-Ⅰ断面断面系数（mm3）： Ⅱ-Ⅱ与Ⅰ-Ⅰ的断面系数相同
Ⅲ-Ⅲ断面弯曲应力(Mpa)：
（3-8-7）
Ⅱ-Ⅱ断面弯曲力矩(mm)：
（3-8-8）
Ⅲ-Ⅲ断面断面系数(mm3)：
（3-8-9）
Ⅰ-Ⅰ断面拉应力(Mpa)：

Ⅰ-Ⅰ断面转矩引起的弯曲应力(Mpa)：
（3-8-10）
弯曲力矩(Mpa)：
阀杆螺母台肩摩擦力矩()：
（3-8-11）
阀杆螺母台肩摩擦系数：查表4-19[3]
阀杆螺母凸肩外半径(mm)：
阀杆螺母凸肩内半径(mm)：
Ⅰ-Ⅰ断面合成应力(Mpa)： （3-8-12）
许用拉应力(Mpa)：
许用弯曲应力(Mpa)：
计算得：、
所以设计合格。
3.9 阀杆螺母的设计
阀杆螺母在阀杆与阀盖之间，是使阀杆能够有上升运动动作的重要零件。阀杆螺母的磨损，会使阀门密封性能下降，影响阀门的使用功能。
阀杆是将手轮、电机等转矩转变成扭矩的机械零件，阀杆螺母直接承受着阀杆来的扭矩。阀杆螺母材料的选用要严谨，不能选择和阀杆的材料一样，配合公差也样相互配合，否则会造成咬死现象。
3.9.1 阀杆螺母材料
阀杆螺母材料的选用不仅需要强度、应力等适宜，还要根据阀杆材料及手轮或电机的运作方式来选用。
阀杆螺母材料选用参考资料[1]:铸铝青铜（ZCuAl9Mn2）
3.9.2 阀杆螺母挤应力计算与型号
阀杆螺母螺纹表面的挤压应力计算：
（3-9-1）
：常温时，阀杆最大轴向力（N），取、中的较大值
因为，所以取
螺纹总高度（mm）：
螺纹螺距（mm）：
取阀杆螺母尺寸规格：
、、、、、、、、、、、
3.10 填料压盖设计

图3.9 填料压盖

3.10.1 填料压盖材料
填料压盖材料选用：20钢
3.10.2 填料压盖型号
根据明杆闸阀阀杆直径选取填料压盖标准[3]：
、、、、、、、、、、、、、、
3.11 锁紧螺栓设计
锁紧螺栓是圆柱形的带有螺纹一种禁锢零件，它与相应规格的螺母配用。把两个的机械零件通过螺栓、垫片和螺母的相互配合进行的机械连接叫做螺栓连接。螺栓连接属于可拆卸连接，它能通过一些固有的机械工具将螺母从螺栓上旋下，把原本紧密连接的机械零件拆分下来。
锁紧螺栓也是有规格的，不同的公称压力、公称通径的机械零件需要通过不同型号规格的螺栓进行连接。
3.11.1 锁紧螺栓材料
公称压力、公称通径的铸钢闸阀的阀杆螺母的结构型式及尺寸见图锁紧螺母所示，锁紧螺母的材料选用35钢[2]。
3.11.2 锁紧螺栓型号

图3.10 锁紧螺栓

设计给定：公称压力、阀杆直径
锁紧螺栓选用规格：
、、、、、、、
3.12 手轮设计
手轮通过外力产生力矩，经由阀杆将扭力矩转变成推力矩，控制阀杆的上升下降来保证闸阀闸板的开启闭合，手轮是闸阀的重要机械零件，也是动力输入机械机构手轮的选取直接影响到阀门密封副的密封性能，所以阀门的规格型号也十分重要。

图3.11 手轮

3.12.1 手轮材料
手轮作为闸阀启闭件动力来源，其材料的选择尤为重要，须具有一定的扭曲应力与强度。选用材料：球墨铸铁
3.12.2 手轮型号
手轮直径的确定：
（3-12-1）
式中：阀杆上的最大扭矩（N．mm）：取和的最大值
关闭时阀杆总力矩：
开启时阀杆总力矩（N．mm）：
关闭时阀杆螺纹摩擦力矩（N．mm）：
开启时阀杆螺纹摩擦力矩（N．mm）：
关闭时螺纹摩擦半径（mm）：查表4-19[3]
开