熱電站用安全閥的設(shè)計(jì)【可用于50-300MW機(jī)組鍋爐汽包或過(guò)熱器集箱上】【說(shuō)明書(shū)+SOLIDWORKS】,可用于50-300MW機(jī)組鍋爐汽包或過(guò)熱器集箱上,說(shuō)明書(shū)+SOLIDWORKS,熱電站用安全閥的設(shè)計(jì)【可用于50-300MW機(jī)組鍋爐汽包或過(guò)熱器集箱上】【說(shuō)明書(shū)+SOLIDWORKS】,熱電站,安全閥 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目 錄 摘 要 .I ABSTRACT .II 1 前言 .1 1.1 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的及意義 .1 1.2 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 .1 2 閥門概述 .3 2.1 閥門的功用 .3 2.2 閥門的分類 .3 2.3 國(guó)內(nèi)閥門行業(yè)現(xiàn)狀 .5 3 安全閥的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .7 3.1 安全閥主要零件選材 .7 3.2 閥門主要參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 .14 3.3 安全閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .19 3.4 安全閥閥體與閥蓋連接形式的設(shè)計(jì) .21 3.5 安全閥關(guān)閉件的密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .23 4 閥門驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 .24 4.1 閥門手動(dòng)裝置 .24 4.2 閥門電動(dòng)裝置 .25 4.3 閥門的氣動(dòng)裝置 .27 4.4 閥門液動(dòng)裝置 .28 5 安全閥三維建模及其工程圖 .30 5.1 SOLIDWORKS軟件簡(jiǎn)介 .30 5.2 安全閥閥體三維建模及其工程圖 .30 5.3 安全閥主要零件的三維建模及其工程圖 .33 5.4 安全閥總裝配的三維建模與工程圖 .40 II 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) 5.5 三維建模的心得體會(huì) .41 6 閥門的質(zhì)量檢驗(yàn).性能測(cè)試及安裝維護(hù) .43 6.1 閥門的質(zhì)量檢驗(yàn) .43 6.2 閥門的質(zhì)量檢驗(yàn)要求 .45 6.3 閥門的試壓項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn) .46 6.4 閥門的安裝 .48 6.5 閥門的維護(hù) .50 6.6 安全閥常見(jiàn)故障處理 .51 總結(jié)與體會(huì) .53 致謝詞 .54 參考文獻(xiàn) .55 I 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 熱電站用安全閥的 CAD 設(shè)計(jì) 摘 要 閥門是各種流體裝置中不可缺少的控制設(shè)備，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門中有著 廣 泛的應(yīng)用。隨著市場(chǎng)需求的不斷發(fā)展，對(duì)閥門產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高。為了適 應(yīng)市場(chǎng)快速變化的要求并使企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中求得發(fā)展，閥門制造廠家都紛紛從產(chǎn) 品設(shè)計(jì)入手，廣泛用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行閥門設(shè)計(jì)，從而縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周 期。因此，基于 CAD 的產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本設(shè)計(jì)通過(guò)調(diào)查研究，在收集和分析大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)熱電站用 安全閥進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并基于 SOLIDWORKS 軟件對(duì)安全閥進(jìn)行計(jì)算 機(jī)輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。完成了給定條件下的安全閥三維建模和工程圖。同時(shí)對(duì)閥門 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇、閥門的檢驗(yàn)與試驗(yàn)與閥門的使用與維護(hù)提出要求和建議。 本次設(shè)計(jì)的熱電站用安全閥可用于 50-300MW 機(jī)組鍋爐汽包或過(guò)熱器集箱上， 控制介質(zhì)工作壓力并對(duì)外排汽泄壓，以保證鍋爐和過(guò)熱器安全運(yùn)行。本畢業(yè)設(shè) 計(jì)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 【關(guān)鍵詞】 熱電站； 安全閥；閥門； Solidworks； 三維建模 II 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) Abstract Valve is one of necessary control device of liquid mechanism. It is applied in many kinds of field. With the development of valve market, higher level of valve quality is required. In order to shorten the time of production, Computer-aided design technology is used in manufacturing industry. Therefore, valve design base on CAD software is extremely important. Through investigation, collecting and analyzing many documents and materials, a safety valve for steam power plant was designed. Calculations and structural design of safety valve were made. Base on Solidworks, three- dimensional models of safety valve as well as its parts were built. The mechanical drawings are produced based on these models. At the same time selection of drivers for the valve and test of the valve as well as usage and maintenance were analyzed in this B.S thesis. The safety valve designed in the thesis may used in the 50-300MW unit boiler steam and super heater collection box. It can be used to control medium working pressure and the output gas and decompression. Consequently safety valve guarantees the boiler and the super heater under the safe operation. The work in the thesis has great values in application. 【Keywords】 Steam Power plant, Safety valve, valve, Solidworks, Three- dimensional modeling 1 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 前 言 1.1 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的及意義 高等院校的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）教學(xué)過(guò)程是實(shí)現(xiàn)本科培養(yǎng)目標(biāo)要求的重要培 養(yǎng)階段，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是大學(xué)期間，學(xué)生畢業(yè)前的最后學(xué)習(xí)階段，是學(xué)習(xí) 深化與升華的重要過(guò)程，是學(xué)生學(xué)習(xí)、研究與實(shí)踐成果的全面總結(jié)；是學(xué)生綜 合素質(zhì)與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)效果的全面檢驗(yàn)，是學(xué)生畢業(yè)及學(xué)位資格認(rèn)證的重 要依據(jù)，是衡量高等學(xué)校教育質(zhì)量和辦學(xué)效益的重要評(píng)價(jià)內(nèi)容。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來(lái)源某企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目，閥門在現(xiàn)代工業(yè)中用大量的 應(yīng)用，并且隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)閥門的需求越來(lái)越大，用戶對(duì)產(chǎn)品 的質(zhì)量要求越來(lái)越高，這必將使得閥門設(shè)計(jì)制造在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中扮演更重要 的角色，因此對(duì)于即將畢業(yè)參加工作的機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，能對(duì)工 廠的實(shí)際應(yīng)用課題進(jìn)行研究訓(xùn)練是個(gè)難得的機(jī)會(huì)，它不僅能促使我們綜合應(yīng)用 大學(xué)四年來(lái)所學(xué)的各種知識(shí)，是對(duì)自己以前所學(xué)的一個(gè)綜合考察，全面總結(jié)， 也是一個(gè)將所學(xué)專業(yè)知識(shí)全面提高的機(jī)會(huì)，通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)更將使我們能更好的 適應(yīng)即將投入的工作中，所以本次設(shè)計(jì)課題意義重大。 1.2 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 本畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì)，本題目基于 SOLIDWORKS 對(duì) 熱電站常用閥門安全閥進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。完成給定條件下的安全 閥三維建模和工程圖。 1. 適用介質(zhì)：蒸汽 2. 工作壓力：1720MPa 3. 工作溫度：555 4. 開(kāi)啟高度：20mm 5. 閥座當(dāng)量?jī)?nèi)徑：82.5mm 6. 排氣常數(shù)：0.33 7. 公稱通徑： DN=176-250mm 8. 配管尺寸：234mm 本設(shè)計(jì)任務(wù)結(jié)合科研課題，主要培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，收集、分析和加 工整理文獻(xiàn)資料，正確使用設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行工業(yè)閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算、應(yīng)用 CAD 軟 件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)、工程制圖、技術(shù)文件編寫的能力。要求學(xué)生綜合 2 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) 運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立分析和解決問(wèn)題，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 1. 文獻(xiàn)檢索，查閱和收集資料文獻(xiàn)檢索，收集、查閱文獻(xiàn)資料 10 篇以上， 記錄、分析整理資料。 2. 了解熱電站安全閥類型、特點(diǎn)、用途和工作原理，掌握熱電站安全閥 的設(shè)計(jì)方法和步驟。 3. 安全閥主要零部件強(qiáng)度計(jì)算。 4. 應(yīng)用 SOLIDWORKS 進(jìn)行安全閥零部件和裝配三維設(shè)計(jì)。 5. 安全閥主要零部件和裝配體工程圖 （全部圖紙折合為零號(hào)圖紙不少于 3 張） 6. 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（2 萬(wàn)字左右，有英文題目和摘要） 7. 翻譯與課題有關(guān)的外文資料，譯文不少于 3000 字。 8. 制作 10 分鐘內(nèi)的畢業(yè)答辯多媒體課件。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線： 1. 了解設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)目的，查找安全閥相關(guān)資料及考察實(shí)物，對(duì)熱電 站用安全閥知識(shí)有全面的認(rèn)識(shí)； 2. 認(rèn)真分析設(shè)計(jì)任務(wù)，確定安全閥的功能和用途，根據(jù)實(shí)用閥門設(shè)計(jì) 手冊(cè)的設(shè)計(jì)步驟.設(shè)計(jì)要求及計(jì)算公式計(jì)算設(shè)計(jì)出安全閥各部分的結(jié) 構(gòu).尺寸，確定各零件的材料，元件的選擇等。 3. 應(yīng)用 SOLIDWORKS 繪制安全閥零部件的零件圖，然后組裝完成總的裝配 圖，最后在裝配圖的基礎(chǔ)上生成工程圖，完善工程圖的標(biāo)注等，并翻 譯與課題有關(guān)的外文資料，譯文不少于 3000 字，用 PowerPoint 制作 10 分鐘內(nèi)的畢業(yè)答辯多媒體課件，最終完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 3 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 閥門概述 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì)，是以閥門作為研究對(duì)象的，在此，首先簡(jiǎn)單介 紹一下閥門。 閥門在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門中有著廣泛的應(yīng)用。在石油、天然氣、煤炭和礦 石的開(kāi)采，提煉加工和管道輸送系統(tǒng)中;在化工產(chǎn)品、醫(yī)藥和食品生產(chǎn)系統(tǒng)工程 中;在水電、火電和核電的電力生產(chǎn)系統(tǒng)中;在船舶、車輛、飛機(jī)以及各種運(yùn)動(dòng) 機(jī)械的流體系統(tǒng)中，都大量地使用閥門。此外，在國(guó)防生產(chǎn)系統(tǒng)中和航天等新 技術(shù)領(lǐng)域里也使用著各種性能特殊的閥門。因此，閥門是我國(guó)實(shí)現(xiàn)國(guó)民生產(chǎn)中 不可缺少的重要機(jī)械產(chǎn)品。 用于流體控制的閥門，從簡(jiǎn)單的截?cái)嘌b置到極為復(fù)雜的自控系統(tǒng)，其品種 和規(guī)格繁多。閥門可以控制空氣、水、各種腐蝕性化學(xué)介質(zhì)，泥漿、液態(tài)金屬 和放射性物質(zhì)等各種類型的流體的流動(dòng)。 2.1 閥門的功用 閥門是流體輸送系統(tǒng)中的控制部件，主要功能有導(dǎo)流、截流、調(diào)節(jié)、節(jié)流、 防止倒流，分流或溢流卸壓等功能。具體來(lái)講，它有以下幾種用途: （1） 接通或切斷管路各段的介質(zhì)，如:閘閥、截止閥、止回閥、球閥等。 （2）調(diào)節(jié)管路的流量和壓力，如節(jié)流閥、安全閥、減壓閥等。 （3）改變介質(zhì)的流動(dòng)和方向，如:分配閥、三通旋塞等。 （4） 指示和調(diào)節(jié)液面，如:液面指示器、液面調(diào)節(jié)器等。 （5）其它特殊用途，如:阻氣排水閥、溫度調(diào)節(jié)器等。 2.2 閥門的分類 對(duì)閥門分類，首先應(yīng)明確，類是將事物進(jìn)行邏輯劃分的基本概念，也就是 要對(duì)事物進(jìn)行分類，必須從事物的最基本特征出發(fā)，即應(yīng)從閥門的最基本概念 和要素出發(fā)。 閥門的種類繁多，可以按各種方法分類: 2.2.1 按用途和作用分類 （1）截?cái)嚅y類主要用于截?cái)嗷蚪油ń橘|(zhì)流。包括閘閥、截止閥、隔膜閥、 4 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) 旋塞閥、球閥和蝶閥等。 （2）調(diào)節(jié)閥類主要用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量，壓力等。包括調(diào)節(jié)閥、節(jié)流閥 和減壓閥等。 （3）止回閥類用于阻止介質(zhì)倒流。包括各種結(jié)構(gòu)的止回閥。 （4）分流閥類用于改變灌錄中介質(zhì)流動(dòng)的方向，起分配，分離和混合介 質(zhì)的作用。包括各種結(jié)構(gòu)的分配閥和疏水閥等。 （5）安全閥類用于超壓安全保護(hù)，排放多余介質(zhì)，防止壓力超過(guò)規(guī)定數(shù) 值。包括各種類型的安全閥。 2.2.2 按主要參數(shù)分類 1. 按壓力分類 (1) 真空閥工作壓力低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的閥門。 (2) 低壓閥公稱壓力 PN 450的閥門。 (2) 中溫閥120 t450的閥門。 (3) 常溫閥-40Ct120的閥門。 (4) 低溫閥-100 t-40的閥門。 (5) 超低溫閥t-100的閥門。 3. 按閥體材料分類 (1) 非金屬材料閥門如陶瓷閥門、玻璃鋼閥門、塑料閥門。 (2) 金屬材料閥門如銅合金閥門、鋁合金閥門、鉛合金閥門、鈦合金閥 門、蒙乃爾合金閥門、鑄鐵閥門、鑄鋼閥門、低合金鋼閥門、高合金鋼閥門。 (3) 金屬閥體襯里閥門如襯鉛閥門、襯塑閥門、襯搪瓷閥門。 4. 按公稱通徑分： (1) 小口徑閥門- 公稱通徑 DN1200mm 的閥門。 5. 按與管道連接的方式分： (1) 螺紋連接閥門- 閥體上帶有內(nèi)螺紋或外螺紋，與管道采用螺紋連接。 5 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (2) 法蘭連接閥門- 閥體上帶有法蘭，與管道采用法蘭連接。 (3) 焊接連接閥門- 閥體上帶有焊口，與管道采用焊接。 (4) 對(duì)夾連接閥門- 用雙頭螺栓將閥門連接在管道上的法蘭之間。 (5) 夾箍連接閥門- 閥體上帶有夾口紋，與管道采用夾箍連接。 (6) 卡套連接閥門- 采用卡套與管道連接。 2.2.3 通用分類法 這種分類方法即按原理、作用劃分，又按結(jié)構(gòu)劃分，是目前國(guó)內(nèi)、國(guó)際最 常用的分類方法。一般分為:閘閥、截止閥、旋塞閥、球閥、蝶閥、隔膜閥、止 回閥、節(jié)流閥、安全閥、減壓閥、疏水閥、調(diào)節(jié)閥。 2.3 國(guó)內(nèi)閥門行業(yè)現(xiàn)狀 改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)閥門行業(yè)得到了快速發(fā)展，現(xiàn)己基本形成人才培養(yǎng)、 科學(xué)研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和制造較為完善的體系，除少數(shù)的特殊閥門產(chǎn)品外， 現(xiàn)有的產(chǎn)品品種和數(shù)量基本能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的需要，但各類閥門的可靠 性和配套能力與國(guó)際水平仍有較大的差距。 2000 年全行業(yè)企業(yè)數(shù) 1308 個(gè)，其中合資企業(yè) 11 個(gè)?？蒲性核袡C(jī)械工業(yè) 合肥通用機(jī)械研究、沈陽(yáng)閥門研究所以及 12 個(gè)廠辦研究所，職工人數(shù) 18.5 萬(wàn) 人，其中工程技術(shù)人數(shù) 9200 人。工業(yè)總產(chǎn)值 100 億，工業(yè)增加值 32 億，固定 資產(chǎn)原值 62.2 億，凈值 40.5 億，銷售收入 91.1 億，利稅總額 7.4 億，其中利 潤(rùn)總額 2.3 億。全員勞動(dòng)生產(chǎn)率 17297 元/人;主要出口值 1.5 億。機(jī)械系統(tǒng)閥 門協(xié)會(huì)會(huì)員企業(yè) 167 家，其中合資企業(yè) 5 個(gè)，科研院所 7 個(gè)。職工人數(shù) 8.5 萬(wàn) 人，其中工程技術(shù)人員 5500 人。根據(jù) 1999 年協(xié)會(huì)會(huì)員廠資料統(tǒng)計(jì)，工業(yè)總產(chǎn) 值 42 億，工業(yè)增加值 9.7 億，固定資產(chǎn)原值 31.7 億，凈值 20.9 億，銷售收入 28.7 億，利稅總額 1.5 億，其中利潤(rùn)總額 1958 萬(wàn)。 國(guó)內(nèi)閥門行業(yè)發(fā)展經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，已具有一定的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以 下幾個(gè)方面: (1)我國(guó)閥門行業(yè)生產(chǎn)的品種規(guī)格大幅度增多; (2)改革開(kāi)放以來(lái)，我們閥門行業(yè)引進(jìn)大量設(shè)計(jì)制造技術(shù)，通過(guò)對(duì)引進(jìn)技術(shù) 消化和借鑒合資企業(yè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，尤其是大幅度的采用國(guó)際和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)， 閥門行業(yè)己有 30 多家取得了工 509000 認(rèn)證和 11 家取得了 AP 工認(rèn)證，同時(shí)還 有十多家長(zhǎng)期生產(chǎn)出口產(chǎn)品。我國(guó)閥門產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，有的達(dá)到了發(fā)達(dá)國(guó) 6 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) 家水平; (3)通過(guò)“七五 ， 、 “八五”的技術(shù)改造，閥門行業(yè)的技術(shù)裝備水平和生產(chǎn) 工藝也有較大提高和改善。不但降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且提高了零部件質(zhì)量和勞 動(dòng)效率; (4)目前閥門行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系己經(jīng)比較完整，己有 184 項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有些主要基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)己達(dá)到國(guó)際和國(guó)外先進(jìn)水平; (5)閥門設(shè)計(jì)水平較過(guò)去有了較大的提高，基本實(shí)現(xiàn)了“三無(wú)”設(shè)計(jì)。 與國(guó)外閥門行業(yè)的差距： 國(guó)外的閥門產(chǎn)品在技術(shù)水平和質(zhì)量方面優(yōu)于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，我國(guó)閥門的生產(chǎn)和 技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距，主要是在閥門設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)工藝 以及管理水平上主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面： 1. 從勞動(dòng)生產(chǎn)率比，按 1995 年資料，美國(guó)產(chǎn)值為 107 億美元，德國(guó) 79 億 馬克，法國(guó) 61 億法郎，日本 42 億美元。勞動(dòng)生產(chǎn)率美國(guó)為 13.8 萬(wàn)美元/人年， 德國(guó) 9.6 萬(wàn)美元/人年，法國(guó) 8.8 萬(wàn)美元/人年，日本 9.5 萬(wàn)美元/人年。我國(guó)全 國(guó)平均只達(dá) 3 萬(wàn)元人民幣/人年。 2. 從進(jìn)出口來(lái)比，據(jù)資料稱，國(guó)際上各國(guó)出口閥門總額約 60 億美元。美 國(guó)出口 16.2 億美元，進(jìn)口 16.8 億美元。德國(guó)出口 18.87 億美元，進(jìn)口 11.32 億美元，日本出口 11.32 億美元，進(jìn)口 4.03 億美元。我國(guó) 1996 年出口只有 1.264 億美元，進(jìn)口 2.6 億美元。 3. 從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)比，發(fā)達(dá)國(guó)家的閥門廠，無(wú)論是生產(chǎn)品種、工 藝、規(guī)模都各有專長(zhǎng)，其顯著特點(diǎn)是重復(fù)性很少。而國(guó)內(nèi)行業(yè)廠家近 1500 家， 參加協(xié)會(huì)的 150 多家，絕大多數(shù)廠家都同時(shí)生產(chǎn) Z41, J41 等普通閥門，裝備和 工藝也大同小異。而國(guó)家重大裝備需要的要求嚴(yán)，難度大的一些特殊閥門，基 本上依靠進(jìn)口。行業(yè)的總體技術(shù)水平和質(zhì)量水平一般，生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟(jì)效益 差?？梢?jiàn)，我國(guó)閥門行業(yè)的生產(chǎn)和技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距。 7 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3. 安全閥的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 安全閥主要零件選材 制造閥門零件材料很多，包括各種不同牌號(hào)的黑色金屬和有色金屬及其合 金、各種非金屬材料等。 制造閥門零件的材料要根據(jù)下列因素來(lái)選擇： 1. 工作介質(zhì)的壓力、溫度和特性。 2. 該零件的受力情況以及在閥門結(jié)構(gòu)中所起作用。 3. 有較好的工藝性。 4. 在滿足以上條件情況下，要有較低的成本。 3.1.1 閥體、閥蓋和閥板（閥瓣）的材料 閥體、閥蓋和閘板（閥瓣）是閥門主要零件之一，直接承受介質(zhì)壓力，所 用材料必須符合“閥門的壓力與溫度等級(jí)”的規(guī)定。常用材料有下面幾種： （1） 灰鑄鐵：灰鑄鐵適用于公稱壓力 PN1.0MPa，溫度為10200 的水、蒸汽、空氣、煤氣及油品等介質(zhì)?；诣T鐵常用牌號(hào)為： HT200、HT250、HT300、HT350。 （2）可鍛鑄鐵：適用于公稱壓力 PN2.5MPa，溫度為30300的水、蒸 汽、空氣及油品介質(zhì)，常用牌號(hào)有：KTH30006、KTH330 08、KTH35010。 （3） 球墨鑄鐵：適用于 PN4.0MPa，溫度為30350的水、蒸汽、空 氣及油品等介質(zhì)。常用牌號(hào)有：QT40015、QT450 10、QT5007。 鑒于目前國(guó)內(nèi)工藝水平，各廠參差不齊，用戶又往往不易檢驗(yàn)。根據(jù)經(jīng) 驗(yàn)，建議 PN2.5MPa，閥門還是采用鋼制閥門為安全。 （4）耐酸高硅球墨鑄鐵：適用于公稱壓力 PN0.25MPa，溫度低于 120的 腐蝕 介質(zhì)。 （5）碳素鋼：適用于公稱壓力 PN32.0MPa，溫度為30425的水、蒸 汽、空氣、氫、氨、氮及石油制品等介質(zhì)。常用牌號(hào)有 WC1、WCB、ZG25 及優(yōu)質(zhì) 鋼 20、25、30 及低合金結(jié)構(gòu)鋼 16Mn。 （6）銅合金：適用于 PN2.5MPa 的水、海水、氧氣、空氣、油品等介質(zhì)， 以及溫度40250的蒸汽介質(zhì)，常用牌號(hào)為 ZGnSn10Zn2(錫青銅）， H62、Hpb591（黃銅）、QAZ19 2、QA194(鋁青銅 )。 8 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) （7）高溫銅：適用于公稱壓力 PN17.0MPA、溫度570的蒸汽及石油產(chǎn) 品。常用牌號(hào)有 ZGCr5Mo,1Cr5M0. ZG20CrMoV, ZG15Gr1Mo1V, 12CrMoV , WC6, WC9 等牌號(hào)。具體選用必須按照閥門壓力與溫度規(guī)范的規(guī)定。 （8）低溫鋼，適用于公稱壓力 PN6.4Mpa,溫度196乙烯，丙烯，液 態(tài)天然氣，液氮等介質(zhì)，常用牌號(hào)）有 ZG1Cr18Ni9 、0Cr18Ni9、 1Cr18Ni9Ti 、ZG0Cr18Ni9 （9）不銹耐酸鋼，適用于公稱壓力 PN6.4Mpa 、溫度200硝酸，醋酸 等介質(zhì)，常用牌號(hào)有 ZG0Cr18Ni9Ti 、 ZG0Cr18Ni10 ，ZG0Cr18Ni12Mo2Ti 、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti。 3.1.2 密封面材料 密封面是閥門最關(guān)鍵的工作面，密封面質(zhì)量的好壞關(guān)系到閥門的使用壽命， 通常密封面材料要考慮耐腐蝕，耐擦傷，耐沖蝕，抗氧化等因素。 通常分兩大類： 1. 軟質(zhì)材料 （1） 橡膠（包括丁睛橡膠，氟橡膠等）； （2） 塑料（聚四氟乙烯，尼龍等）。 2. 硬密封材料 （1） 銅合金（用于低壓閥門）； （2） 鉻不銹鋼（用于普通高中壓閥門）； （3） 司太立合金（用于高溫高壓閥門及強(qiáng)腐蝕閥門）； （4）鎳基合金（用于腐蝕性介質(zhì)）。 3.1.3 閥桿材料 閥桿在閥門開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中，承受拉、壓和扭轉(zhuǎn)作用力，并與介質(zhì)直接 接觸，同時(shí)和填料之間還有相對(duì)的摩擦運(yùn)動(dòng)，因此閥桿材料必須保證在規(guī)定溫 度下有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，有一定的耐腐蝕性和抗擦傷性，以及良好的工 藝性。 常用的閥桿材料有以下幾種。 1. 碳素鋼 用于低壓和介質(zhì)溫度不超過(guò) 300的水、蒸汽介質(zhì)時(shí)，一般選用 A5 普通碳 素鋼。 9 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 用于中壓和介質(zhì)溫度不超過(guò) 450的水、蒸汽介質(zhì)時(shí)，一般選用 35 優(yōu)質(zhì)碳 素鋼。 2. 合金鋼 用于中壓和高壓，介質(zhì)溫度不超過(guò) 450的水、蒸汽、石油等介質(zhì)時(shí)，一般 選用 40Cr（鉻鋼）。 用于高壓、介質(zhì)溫度不超過(guò) 540的水、蒸汽等介質(zhì)時(shí)，可選用 38CrMoALA 滲氮鋼。 用于高壓、介質(zhì)溫度不超過(guò) 570的蒸汽介質(zhì)時(shí)，一般選用 25Cr2MoVA 鉻鉬 釩鋼。 3. 不銹耐酸鋼 用于中壓和高壓、介質(zhì)溫度不超過(guò) 450的非腐蝕性介質(zhì)與弱腐蝕性介質(zhì)， 可選用 1Cr13、2Cr13、3Cr13 鉻不銹鋼。 用于腐蝕性介質(zhì)時(shí)，可選用 Cr17Ni2、1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti、Cr18Ni12Mo3Ti 等不銹耐酸鋼和 PH15- 7Mo 沉淀硬化鋼。 4. 耐熱鋼 用于介質(zhì)溫度不超過(guò) 600的高溫閥門時(shí)，可選用 4Cr10Si2Mo 馬氏體型耐 熱鋼和 4Cr14Ni14W2Mo 奧氏體型耐熱鋼。 3.1.4 閥桿螺母材料 閥桿螺母在閥門開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中，直接承受閥桿軸向力，因此必須具備 一定的強(qiáng)度。同時(shí)它與閥桿是螺紋傳動(dòng)，要求摩擦系數(shù)小，不生銹和避免咬死 現(xiàn)象。 1.銅合金 銅合金的摩擦系數(shù)較小，不生銹，是目前普遍采用的材料之一。對(duì)于 Pg1.6Mpa 的低壓閥門可采用 ZHMn58-2-2 鑄黃銅。對(duì)于 Pg16-6.4Mpa 的中壓閥 門可采用 ZQAL9-4 無(wú)錫青銅。對(duì)于高壓閥門可采用 ZHAL66-6-3-2 鑄黃銅。 2.鋼 當(dāng)工作條件不允許采用銅合金時(shí)，可選用 35、40 等優(yōu)質(zhì)炭素鋼， 2Cr13、1Cr18Ni9、Cr17Ni2 等不銹耐酸鋼。 工作條件不允許指下列情況： 10 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) 1.用于電動(dòng)閥門上，帶有瓜形離合器的閥桿螺母，需要進(jìn)行熱處理獲得高 的硬度或表面硬度。 2.工作介質(zhì)或周圍環(huán)境不適合選用銅合金時(shí)，如對(duì)銅有腐蝕的氨介質(zhì)。 選用鋼制閥桿螺母時(shí)，要特別注意螺紋的咬死現(xiàn)象。 3.1.5 緊固件、填料及墊片材料 3.1.5.1 緊固件材料 緊固件主要包括螺栓、雙頭螺栓和螺母。緊固件在閥門上直接承受壓力， 對(duì)防止介質(zhì)外流起關(guān)重要作用，因此選用的材料必須保證在使用溫度下有足夠 的強(qiáng)度與沖擊韌性。 根據(jù)介質(zhì)壓力和溫度選擇緊固件材料時(shí)可按表 3-1 選擇。 表 3-1 緊固件材料選擇 選用合金鋼材料時(shí)必須經(jīng)過(guò)熱處理。對(duì)緊回件有特殊耐腐蝕要求時(shí)，可選 用 Cr17Ni2、2Cr13、1Cr18Ni9 等不銹耐酸鋼。 3.1.5.2 填料材料 在閥門上，填料是用來(lái)充填閥蓋填料室的空間，以防止介質(zhì)經(jīng)由閥桿和閥 蓋填料室空間泄漏。 1、 對(duì)填料的要求 （1） 耐腐蝕性好，填料與介質(zhì)接觸，必須能耐介質(zhì)的腐蝕。 （2） 密封性好，填料在介質(zhì)及工作溫度的作用下不泄漏。 （3） 摩擦系數(shù)小，以減小閥桿與填料間的摩擦力矩。 介 質(zhì) 溫 度 （）公稱壓力 Pg (Mpa) 300 350 400 425 450 530 1.6-2.5 A3 35 30CrMoA _ 4.0-10.0 35 35CrMoA 25Cr2MoVA 螺栓 雙頭 螺栓 16.0-20.0 30CrMoA 35CrMoA 25Cr2MoVA 1.6-2.5 A3 30 35 _ 4.0-10.0 30 35 35CrMoA 螺母 16.0-20.2 35 35CrMoA 11 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2、 填料的種類 填料可分為軟質(zhì)填料及硬質(zhì)填料兩種： （1）軟質(zhì)填料：系由植物質(zhì)，即大麻、亞麻、棉、黃麻等，或由礦物質(zhì)， 即石棉纖維或由石棉纖維內(nèi)夾金屬絲和外涂石墨粉等編織的線繩，也有壓成的 成型的填料，以及近年來(lái)新發(fā)展的柔性石墨填料材料。植物質(zhì)填料較便宜，常 用于 100以下的低壓閥門；礦物質(zhì)填料可用于 450-500的閥門。 近年來(lái)使用橡膠 O 型圈做填料的結(jié)構(gòu)在逐步推廣，但介質(zhì)溫度一般限制在 60以下。高溫高壓閥門上的填料也有采用純石棉加片狀石墨粉壓緊而成的。 （2）硬質(zhì)填料：即由金屬或金屬與石棉、石墨混合而成的填料以及聚四氟 乙烯壓合燒結(jié)而成型的填料，金屬填料使用較少。 （3） 填料的選擇 選擇填料要根據(jù)介質(zhì)、溫度和壓力來(lái)選擇，常用的材料有以下幾種： 1） 油浸石棉繩，可按表 3-2 選擇。 2） 橡膠石棉繩：可按表 3-3 選擇。 3） 石墨石棉繩：石棉繩上涂有石墨粉，可用溫度 450以上，壓力可以 達(dá)到 16Mpa，一般適用于高壓蒸汽上。近后來(lái)又逐步采用了壓成人字型填料， 單圈放置，密封性好。 4） 聚四氟乙烯：這是一種目前使用較廣的一種填料。特別適用腐蝕性介 質(zhì)上，但溫度不得起過(guò) 200。一般采用壓制或棒料車制而成 表 3-2 油浸石棉繩材料填料表 名 稱 牌 號(hào) 形 狀 規(guī) 格 （直徑或方形邊長(zhǎng)） 適用極限 壓力 kgf/cm 適用極限 溫度 （） 用途 F 3.4.5.6.8.10 13.16.19.22.25 Y 5.6.8.10.13 16.19.22.25 油 浸 石 棉 繩 YS450 N 3.5.6.8.10.13 16.19.22.25 60 450 用于 水蒸 氣、 空氣、 12 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) YS350 F、 Y、 N 3.5.6.8.10.13 16.19.22.25. 45 350 YS250 F、 Y、 N 3.5.6.8.10.13. 16.19.22.25 45 250 石油 產(chǎn)品 注：形狀代號(hào) F 表示方的，穿心或一至多層編結(jié)；Y 表示圓的，中間是一扭制芯子，外 邊是一至多層編結(jié)；N 表示扭制的。 表 3-3 橡膠石棉繩材料填料表 名 稱 牌 號(hào) 規(guī) 格 （直公式或方形邊 長(zhǎng)） 適用極限壓 力 kgf/cm 適用極限溫 度 （） 用 途 XS450 60 450 XS350 45 350 橡膠 石棉 盤根 XS250 3 . 4 . 5 . 6 . 8 10 . 13 . 16 . 19 22 . 25 . 28 45 250 用于蒸 汽 、石油 產(chǎn) 品 3.1.5.3 墊片材料 墊片是用來(lái)充填兩個(gè)結(jié)合面（如閥體和閥蓋之間的密封面）間所有凹凸不 平處，以防止介質(zhì)從結(jié)合面間泄漏。 1、對(duì)墊片的要求 墊片材料在工作溫度下具有一定的彈性和塑性以及足夠的強(qiáng)度，以保證密 封。同時(shí)要具有良好的耐腐蝕性。 2 . 墊片材料的種類和選擇 墊片可分為軟質(zhì)和硬質(zhì)兩種，軟質(zhì)一般為非金屬材料，如硬紙板、橡膠、 石棉橡膠板，聚四氟乙烯等。硬質(zhì)一般為金屬材料或者金屬包石棉、金屬與石 棉纏繞的等。 13 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 墊片的形狀有很多，有扁平的、圓形的、橢圓形的、齒形的、透鏡式的以 及其他特殊形狀的。 金屬墊片的材料一般用 08、10、20 優(yōu)質(zhì)碳素鋼和 1Cr13、1Cr18Ni9 不銹鋼， 加工精度和表面光潔度要求較高，適用于高溫高壓閥門。 非金屬墊片材料一般塑性較好，用不大的壓力就能達(dá)到密封。適用于低溫 低壓閥門。 墊片材料可按表 3-4 選擇。 表 3-4 不同材料墊片的適用介質(zhì)及應(yīng)用范圍 應(yīng)用范圍墊 片 材 料 介 質(zhì) 壓力 （Mpa） 溫度（） 厚紙板 水、油類 10 40 油浸紙板 水、油類 10 40 橡膠板 水、空氣 6 50 石棉板 蒸汽、煤氣 6 450 聚四氟乙烯 腐蝕性介質(zhì) 25 200 橡膠石棉板 XB-450 水蒸汽、空氣、煤 氣 60 450 XB-350 水蒸汽、空氣、煤 氣 40 350 XB-200 水蒸汽、空氣、煤 氣 15 200 耐油橡膠石棉板 油類 160 30 08 鋼與 XB-450 充填 蒸汽 100 450 08 鋼與 XB-350 充填 蒸汽 40 350 1Cr13、0Cr13 石棉充 填 蒸汽 100 600 08 鋼與耐油橡膠石棉 充填 油類 100 350 銅 水蒸汽、空氣 100 250 鋁 水蒸汽、空氣 64 350 10 鋼、20 鋼 水蒸汽、油類 200 450 1Cr13 蒸汽 200 550 1Cr13Ni9 蒸汽 200 600 依據(jù)以上原則選取的安全閥的主要零部件的材料如下： 14 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) 表 3-5 安全閥主要零件的選材 零件代號(hào) 零件名稱 零件材料 A8125.1101 下 閥 體 12Cr1Mov A8125.1102 閥 瓣 12Cr1Mov A8125.1103 閥 桿 20Cr1Mo1v1A A8125.1104 閥瓣螺母 25Cr2Mo1vA A8125.1105 閥 座 12Cr1Mov A8125.1106 上 閥 體 2Si5CrMov A8125.1107 閥 蓋 12Cr1Mov A8125.1108 緩 沖 室 2Si5CrMov A8125.1109 螺 母 套 2Cr13 A8125.1110 上 閥 桿 20Cr1Mo1v1A A8125.1111 彈 簧 60Si2MnA A8125.1112 緩沖活塞 3Cr13 A8125.1113 緩沖室蓋 25 A8125.1114 墊 圈 2Cr13 A8125.1115 壓緊螺母 2Cr13 A8125.1116 螺 栓 20Cr1Mo1v1A A8125.1117 活 塞 2Cr13 A8125.1118 銘 牌 L2 A8125.1119 擋 銷 35 A8125.1120 墊 圈 25 A8125.1121 碟形彈簧 60Si2MnA A8125.1122 活 塞 套 2Cr13 A8125.1123 小壓板 35 A8125.1124 螺 栓 30CrMoA A8125.1125 小 彈 簧 65Mn A8125.1126 管 接 頭 35 A8125.1127 填料壓蓋 35 A8125.1128 連接螺母 25Cr2MoVA A8125.1129 防松墊圈 1Cr18Ni9Ti A8125.1130 壓 板 12Cr1Mov A8125.1131 墊 圈 1Cr18Ni9Ti A8125.1132 活 塞 套 2Cr13 GB71-85 螺釘 M610 35 TM1032- 88（170） 齒形襯墊 25 GB898- 88（M36） 雙頭螺栓 25 GB93-85（10） 墊 圈 65Mn 15 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 注：其他 GB 標(biāo)準(zhǔn)件和 DG 廠家標(biāo)準(zhǔn)件分別按國(guó)標(biāo)和廠家標(biāo)準(zhǔn)選用，在此不再 贅述。 3.2 閥門主要參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 閥門參數(shù)說(shuō)明如表 3-6 表 3-6 閥門參數(shù)表 參數(shù) 符號(hào) 數(shù)值 適用介質(zhì) 蒸汽 工作壓力 P 1720MPa 工作溫度 F 555.C 開(kāi)啟高度 h 20mm 閥座當(dāng)量?jī)?nèi)徑 d 82.5mm 排氣常數(shù) c 0.33 配管尺寸 234mm 公稱通徑 DN 176250mm 安全閥設(shè)計(jì)包括了閥體厚度、閥體密封面上總作用力及計(jì)算比壓、閥瓣密 封面總作用力及計(jì)算比壓、圓周力的計(jì)算。 3.2.1 閥體厚度 閥體分了三種類型： 鋼及合金鋼閥體（圓形） 、鑄鐵閥體（圓形） 、鑄鐵閥體（橢圓形） 。 計(jì)算鋼及合金鋼閥體（圓形）閥體厚度和鑄鐵閥體（圓形）閥體厚度時(shí)不 輸入圖示 a 。 計(jì)算鑄鐵閥體（橢圓形）閥體厚度是不輸入計(jì)算內(nèi)徑 Dn 。 注：表中所指查表都是指陸培文所著實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)中對(duì)應(yīng)的表，即參考文獻(xiàn) 2。 表 3-7 厚度計(jì)算（鋼及合金鋼閥體） 序號(hào) 名稱 公式或索引 單位 1 計(jì)算壓力 p PN 設(shè)計(jì)給定 MPa 2 計(jì)算內(nèi)徑 Dn 設(shè)計(jì)給定 mm 16 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) 3 許用拉應(yīng)力 L 查表 3-3（或 表 3-5） MPa 4 腐蝕余量 C 設(shè)計(jì)給定 mm 5 圖示 a 設(shè)計(jì)選定 mm 6 實(shí)際厚度 SB 設(shè)計(jì)選定 mm 7 計(jì)算厚度 SB PDn / (2.3L p)+C mm 注：1、SB SB，為合格。 2、管路附件壓力-溫度額定值是根據(jù)材料相應(yīng)溫度下的許用應(yīng)力而制定的， 故不進(jìn)行高溫核算。 通過(guò)計(jì)算我們我們確定壁厚為 25mm 的橢圓形閥體，如圖 3.1，引自參考文 獻(xiàn)2。 圖 3.1 鑄鐵閥體 圖 3.2 橢圓形截面閥體 17 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 帶防轉(zhuǎn)鍵手輪總轉(zhuǎn)矩及圓周力 表 3-8 總轉(zhuǎn)矩及圓周力 序號(hào) 名稱 公式或索引 單位 1 關(guān)閉時(shí)總轉(zhuǎn)矩 M MFL+M TJ (不帶滾珠軸承)M FL+M KZ（帶滾珠軸承） Nmm 2 開(kāi)啟時(shí)總轉(zhuǎn)矩 M MFL+M TJ (不帶滾珠軸承) MFL+M KZ（帶滾珠軸承） Nmm 3 MFL 表 5-96 序號(hào) 20 Nmm 4 閥桿 螺母 凸肩 摩擦 力矩 MFL 表 5-96 序號(hào) 21 Nmm 5 閥桿 螺母 摩擦 力矩 MTJ 表 5-139 序號(hào) 20 Nmm 3.2.2 閥體密封面上總作用力及計(jì)算比壓 表 3-9 密封面上總作用力及計(jì)算比壓（M1） 序號(hào) 名稱 公式或索引 單位 1 密封面上總作用力 Q MZ QMJ+QMF N 2 密封面處介質(zhì)作用力 Q MJ (DMN+bM)2) p/4 N 3 密封面內(nèi)徑 D MN 設(shè)計(jì)給定 mm 4 密封面寬度 b M 設(shè)計(jì)給定 mm 5 計(jì)算壓力 p PN 設(shè)計(jì)給定 MPa 6 密封面必需比壓 q MF 查 表 3-10 MPa 7 密封面上密封力 Q MF (DMN+bM) b MqMF N 8 密封面計(jì)算比壓 q QMZ / (D MN+bM) b M MPa 9 密封面許用比壓 q 查 表 3-11 MPa 注：q MF=q=q，為合格。 18 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) 圖 3.3 平面密封 3.2.3 閥瓣密封面總作用力及計(jì)算比壓 表 3-10 封面總作用力及計(jì)算比壓 序 號(hào) 名稱 公式或索引 單位 1 密封面上總作用力 QMZ QMF+QMJ N 2 密封面上密封力 QMF 表 5-78 序號(hào) 7 N 3 密封面處介質(zhì)作用力 QMJ ( (DMN+bM)2 ) -dFdF p/4 N 4 密封面內(nèi)徑 D mn 設(shè)計(jì)給定 mm 5 密封面寬度 b M 設(shè)計(jì)給定 mm 6 閥桿直徑 d F 設(shè)計(jì)給定 mm 7 計(jì)算壓力 p 設(shè)計(jì)給定 MPa 8 密封面計(jì)算比壓 q QMZ / (D MN+bM) bM MPa 9 密封面必需比壓 qMF 查表 3-10 MPa 10 密封面許用比壓 q 查表 3-11 MPa 注：q MF=q=q，為合格。 19 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 圖 3.4 帶有卸壓的平面密封結(jié)構(gòu) 根據(jù)以上原則，查手冊(cè)并計(jì)算得出安全閥主要外形連接尺寸如下表： 表 3-11 安全閥主要外形連接尺寸 主要結(jié)構(gòu)尺寸 (mm) 型號(hào) 公稱 通徑 DN (mm) L H D1 D2 D D” DI Z-d 流通 面積 (cm2) 重量 (kg) 備注 A69Y- P55。5 17V 125 660 1576 380 320 180 127 123 12- 34 53.46 574 300MW 3.3 安全閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.3.1 安全閥設(shè)計(jì)的基本項(xiàng)目 安全閥作為管道系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，應(yīng)保證安全可靠的執(zhí)行管道 系統(tǒng)對(duì)截止閥提出的使用要求。因此，截止閥設(shè)計(jì)必須滿足工作截止閥的壓力、 溫度、腐蝕、流體特性及其操作、制造、安裝、維修等方面對(duì)安全閥提出的全 部要求。 安全閥設(shè)計(jì)不許明確給定的技術(shù)數(shù)據(jù)，即“設(shè)計(jì)輸入” ，在此基礎(chǔ)上方可完 成設(shè)計(jì)。 安全閥“設(shè)計(jì)輸入”必須具備的基本數(shù)據(jù)： 1. 安全閥的用途或種類； 2. 介質(zhì)的工作壓力； 20 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) 3. 介質(zhì)的工作溫度； 4. 介質(zhì)的物理、化學(xué)性能（腐蝕性、易燃易爆性、毒性、物態(tài)等） ； 5. 公稱通徑； 6. 結(jié)節(jié)長(zhǎng)度； 7. 與管道的連接形式； 截止閥的操作方式在截止閥技術(shù)的工作圖設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)掌握的數(shù)據(jù)和技術(shù)要 求有： 1. 安全閥的流通能力和流體阻力； 2. 安全閥啟閉速度和啟閉次數(shù)； 3. 驅(qū)動(dòng)裝置能源特性（交流電或直流電，電壓，空氣壓力等；） 4. 外形尺寸的限制； 5. 重量的限制； 6. 抗地震要求。 3.3.2 安全閥閥體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于閥門有多種類型，同類型的閥門結(jié)構(gòu)形式又分成許多類別，因此，閥 體的形狀千變?nèi)f化。盡管如此，由于閥體在受力和功能面基本相似，故在結(jié)構(gòu) 上也有共性，在此將重點(diǎn)介紹閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最具代表性的閥門閥體和閘閥閥 體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 截止閥閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則適用于節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥、安全閥、減壓閥、柱 塞閥以及止回閥等閥體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 1. 閥體的流道 截止閥閥體的流道可分為直通式、直角式和直流式三種，如圖 3.5（5- 229）所示： 21 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 圖 3.5 閥體的流道形式 a)直通式 b)直角式 c)直流式 閥體流道設(shè)計(jì)的原則如下： 閥體端口必須為圓形，介質(zhì)流道應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成直線形或流線型，盡可能避免 介質(zhì)流動(dòng)方向的突然改變和通道形狀和截面積的急劇變化，以減少流體阻力， 腐蝕和沖蝕。 （1） 在直通式閥體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證通道喉部的流通面積至少等于閥體端口的 截面積。 （2） 閥座直徑不得小于閥體端口直徑（公稱通經(jīng)）的 90%。 （3） 直流式閥體設(shè)計(jì)時(shí)，閥瓣啟閉軸線（閥桿軸線）與閥體流道出口端軸 線的夾角通常為 4560 度。 2. 閥體的結(jié)構(gòu) （1） 鑄造閥體 鑄造閥體圖 3.6（圖 5-230）是目前應(yīng)用最廣泛的一種結(jié)構(gòu) 形式。其最大優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)鑄造件造型，既能夠達(dá)到所要求的合理的幾何形狀， 特別是流道形狀，又可少受重量方面的限制。 圖 3.6 鑄造閥體圖 （2）鍛造閥體 鍛造閥體一般都用于小口徑閥門，特別是用于公稱通經(jīng)小于 或等于 50mm 的高溫、高壓閥門。 （3）鍛焊與鑄焊閥體 若鍛造重量受到限制或由于工藝上的原因，可以考慮 采用這種形式。 （4）焊接閥體 焊接閥體有鋼管焊接和鋼板焊接兩種。這種結(jié)構(gòu)既接受材料 又能獲得理想流道。對(duì)于清潔要求較高的大口徑閥門，這種結(jié)構(gòu)也是比較理想 的。 3.4 安全閥閥體與閥蓋連接形式的設(shè)計(jì) 閥體與閥蓋的連接形式有螺紋連接、法蘭連接、夾箍連接、焊接連接、自 22 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) 動(dòng)緊式密封結(jié)構(gòu)的連接。 1. 螺栓的間距 螺栓的最小間距應(yīng)滿足扳手操作空間的要求。 2 .法蘭密封面形式 根據(jù)法蘭密封面形式，可分為光滑式、凹凸式、梯形槽式、透鏡墊式分別 采用平墊片、纏繞式墊片、橢圓形墊片、透鏡墊、金屬環(huán)墊片等密封。 3. 自緊密封工作原理及應(yīng)用范圍 表 3-12 閥體與閥蓋的連接形式 連接方式 簡(jiǎn)圖 特點(diǎn) 應(yīng)用范圍 螺紋連接 螺紋連接可分為內(nèi) 羅紋和外螺紋兩種。其 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊；但螺 紋易銹蝕，且銹蝕后拆 卸困難 用于低 壓，較小 口徑截止 閥 法蘭連接 法蘭通常是與殼體 制成一體的，法蘭連接 結(jié)構(gòu)雖然尺寸較大，但 拆卸方便，密封可靠 用于 各種壓力 的大小口 徑的截止 閥 夾箍連接 是一種不帶法蘭的 連接。夾箍連接用的螺 栓僅有二個(gè)，因此裝卸 方便，可以實(shí)現(xiàn)快速裝 卸。而且比法蘭結(jié)構(gòu)緊 湊，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加 工困難，因此這種形式 很少采用 用于 中、高壓， 中、大口 徑的截止 閥 23 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 焊接連接 是一種不可拆卸的 連接，連接密封可靠， 但截止閥內(nèi)件損壞，導(dǎo) 致內(nèi)漏時(shí)，無(wú)法拆卸進(jìn) 行維修 適用 于對(duì)密封 性要求嚴(yán) 格，而不 需經(jīng)常拆 卸的場(chǎng)合 自緊式密 封結(jié)構(gòu)的 連接 利用介質(zhì)自身的壓 力來(lái)達(dá)到密封的目的， 因此介質(zhì)壓力越高，密 封效果越好 適用 于高溫、 高壓截止 閥 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要結(jié)果如下： 1.整個(gè)閥門由上閥體、下閥體及緩沖室組成，閥門進(jìn)口為焊接連接，出口 為法蘭連接； 2.閥瓣內(nèi)平面倒密封結(jié)構(gòu)，密封面堆焊硬質(zhì)合金，硬度高，抗沖刷性強(qiáng)； 3.閥瓣開(kāi)啟靠脈沖閥來(lái)的汽源推動(dòng)活塞，關(guān)閉靠彈簧及介質(zhì)作用力； 4.上閥體與緩沖室之間采用中法蘭密封結(jié)構(gòu)； 3.5 安全閥關(guān)閉件的密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 安全閥的密封件主要分為： 1. 平面密封便于加工、研磨和修復(fù)、應(yīng)用廣泛。 2. 錐形密封通常適用于高壓小口徑的場(chǎng)合。為避免卡住，密封面錐角一 般不小于 90。 3. 彈性密封其閥瓣帶有彈性密封唇。作用在密封唇上的介質(zhì)壓力起到一 定的壓力密封作用。由于密封唇較薄、熱傳導(dǎo)較快，故密封面前后的溫差較?。?當(dāng)發(fā)生微泄露時(shí)，由于介質(zhì)膨脹降溫而產(chǎn)生的溫差也較小。從而減小了溫差變 形，提高了在高溫條件下的密封性。 4. 雙密封面彈性密封-同上。其閥瓣密封面被一個(gè)環(huán)形槽分割為兩部分， 外側(cè)部分與閥座密封面成一個(gè)小的傾角，或者被適當(dāng)磨低一些。內(nèi)側(cè)密封面起 密封作用，而外側(cè)密封面起保護(hù)內(nèi)側(cè)密封面作用。 24 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) 5 .軟密封之一閥座密封面由壓入閥座的氟塑料等彈性非金屬材料構(gòu)成， 閥瓣密封面為刀形金屬密封面。 6 .軟密封之二閥座為刀形或平面形金屬封面，彈性非金屬材料的密封圈 嵌入閥瓣槽內(nèi)并用壓緊墊圈固定。 25 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 閥門驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 閥門驅(qū)動(dòng)方式的選擇 選用依據(jù)： （1）閥門的形式、規(guī)格與結(jié)構(gòu)。 （2）閥門的起閉力矩、推力。 （3）最高環(huán)境溫度與流體溫度。 （4）啟閉速度與時(shí)間。 （5）閥桿直徑、螺距、旋轉(zhuǎn)方向。 4.1 閥門手動(dòng)裝置 4.1.1 手輪 1. 手輪材料 手輪可采用可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵或鋼、也有采用鋁合金或塑料等材料。 2 .手輪直徑 手輪直徑按下式確定： Dn=2M/Q （4- 1） 式中 Dn-手輪直徑（mm） M-閥桿上的最大力矩（Nmm） Q-手輪上的圓周力（N） 3. 手輪旋向 關(guān)閥：順時(shí)針；關(guān)閥：逆時(shí)針 4.1.2 遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)裝置 遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)裝置是用機(jī)械手段克服由于閥門安裝位置限制帶來(lái)的操作 不便而采用的一種裝置。該裝置可以配合手動(dòng)閥門安裝，也可以配合電動(dòng)閥門 安裝，通常在閥桿頂部采用方向聯(lián)軸節(jié)過(guò)渡。 4.1.3 齒輪傳動(dòng)手動(dòng)裝置 26 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)手動(dòng)裝置分兩種，一種是在閥門支架上設(shè)置齒輪減速機(jī)構(gòu)，一種 是齒輪減速箱式手動(dòng)裝置。前者大多為一級(jí)齒輪減速，后者又可分為多回轉(zhuǎn)手 動(dòng)裝置。 減速箱式手動(dòng)裝置設(shè)有開(kāi)度指示和調(diào)整機(jī)構(gòu)。手動(dòng)裝置與閥門的連接可以 與電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置一致。 4.2 閥門電動(dòng)裝置 4.2.1 操作力矩 操作力矩是選擇閥門電動(dòng)裝置的最主要參數(shù)。電動(dòng)裝置的輸出力矩應(yīng)大于 閥門操作過(guò)程中所需的最大力矩，一般前者應(yīng)等于后者的 1.21.5 倍。因此， 準(zhǔn)確地掌握閥門所需的力矩是選擇閥門電動(dòng)裝置的關(guān)鍵。然而，由于實(shí)際情況 的復(fù)雜性，計(jì)算所得到的閥門力矩，誤差往往都比較大；采用實(shí)驗(yàn)方法實(shí)測(cè)閥 門的最大操作力矩時(shí)，又受到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)條件和設(shè)備的限制，也受到閥門本身結(jié) 構(gòu)形式多樣性的限制，很難取得典型的數(shù)據(jù)。從目前情況來(lái)看，可以采用計(jì)算 或?qū)崪y(cè)的方法取得近似結(jié)果，然后，在選用電動(dòng)裝置是留有適當(dāng)?shù)脑６取?1. 閘閥的操作特性 當(dāng)閥門的開(kāi)度在 10%以上時(shí)，閥門的軸向力，即閥門的操作力矩的變化不 大。當(dāng)閥門的開(kāi)度低于 10%時(shí)，由于流體的節(jié)流，使閘閥的前后壓差增大。這 個(gè)壓差作用在閘板上，是閥桿需要較大的軸向力才能帶動(dòng)閘板，所以在此范圍 內(nèi)，閥門操作力矩的變化比較大。 閘板關(guān)閉時(shí)，由于密封面的密封方式不同，會(huì)產(chǎn)生不同的情況。對(duì)于自動(dòng) 密封面的密封方式不同，會(huì)產(chǎn)生不同的情況。對(duì)于自動(dòng)密封閘閥（包括平板閘 閥） ，在閥關(guān)閉時(shí)，閘板的密封面恰好對(duì)正閥座密封面，既是閥門的全關(guān)位置。 但此位置在閥門運(yùn)行條件下是無(wú)法監(jiān)視的，因此在實(shí)際使用時(shí)是將閥門關(guān)至下 止點(diǎn)的位置作為閘閥全關(guān)位置。由此可見(jiàn)，自動(dòng)密封的閥門全關(guān)位置是按閘板 的位置（即行程）來(lái)確定的。對(duì)于強(qiáng)制密封的閘閥，閥門關(guān)閉時(shí)必須使閘板向 閥座施加壓力。此壓力可以保證閘板和閥座之間的密封面嚴(yán)格密封，是強(qiáng)制密 封閥門的密封力。這個(gè)密封力由于閥桿螺紋的自鎖將會(huì)繼續(xù)作用。顯然，為了 向閘板提供密封力，閥桿螺母?jìng)鬟f的力矩比閥門操作過(guò)程中的力矩大。由此可 見(jiàn)，對(duì)于強(qiáng)制密封的閘閥，閥門的全關(guān)位置是按閥桿螺母所受的力矩大小來(lái)確 定的。 27 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 閥門關(guān)閉后，由于介質(zhì)或環(huán)境溫度的變化，閥門部件的熱膨脹會(huì)使閘板和 閥座之間的壓力變大，反映到閥桿螺母上，就為再次開(kāi)啟閥門帶來(lái)困難。所以， 開(kāi)啟閥門所需的力矩比關(guān)閉閥門所需的力矩大。此外，對(duì)于一對(duì)互相接觸的密 封面來(lái)說(shuō)，它們之間的靜摩擦系數(shù)也比動(dòng)摩擦系數(shù)大，要使它們從靜止?fàn)顟B(tài)產(chǎn) 生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，同樣需施加較大的力以克服靜摩擦力；由于溫度變化，使密封 面間的壓力變大，需要克服的靜摩擦力也隨之變大，從而是開(kāi)啟閥門時(shí)，對(duì)閥 桿螺母上需施加的力矩有時(shí)會(huì)增大很多。 2. 截止閥的操作特性 在閥門由全開(kāi)位置開(kāi)始關(guān)閉的階段，隨著閥瓣的下降，流體在閥瓣前后造 成壓差，以阻止閥瓣下降，而且這個(gè)阻力隨閥瓣下降而迅速增加。當(dāng)閥門全關(guān) 時(shí)，閥瓣前后壓差等于介質(zhì)工作壓力，這時(shí)阻力最大。再加以強(qiáng)制的密封力， 使閥門關(guān)閉瞬間的操作力增加很快。 截止閥開(kāi)啟時(shí)，閥瓣的開(kāi)啟高度達(dá)到閥門公稱直徑的 25%30%時(shí)，流量即 已達(dá)到最大，即表明閥門已達(dá)到全開(kāi)位置，所以截止閥的全開(kāi)位置應(yīng)由閥門已 達(dá)到全開(kāi)位置，所以截止閥的全開(kāi)位置應(yīng)由閥瓣行程來(lái)確定。截止閥關(guān)閉時(shí)的 情況和關(guān)嚴(yán)后再次開(kāi)啟的情況與強(qiáng)制密封式的閘閥相似，因此，閥門的關(guān)閉位 置應(yīng)按操作力矩增加到規(guī)定值來(lái)確定。 4.2.2 操作推力 閥門電動(dòng)裝置的主機(jī)結(jié)構(gòu)，一種是不配置推力盤的，此時(shí)直接輸出力矩； 一種是配置有推力盤的，此時(shí)輸出力矩通過(guò)推力盤中的閥桿螺母轉(zhuǎn)換為輸出推 力。輸出力矩?fù)Q算成輸出推力時(shí)引入了閥桿系數(shù)的概念。輸出力矩與輸出推力 之比稱為閥桿系數(shù)。閥桿螺母的梯形羅紋確定后，閥桿系數(shù)按下式計(jì)算： 關(guān)閥： =d p(f + costan)/2（cos-f tan） （4-2） 開(kāi)閥 =d p(f- costan)/2（cos-ftan） （4-3） 式中 - 關(guān)閥時(shí)的閥桿系數(shù) -開(kāi)閥時(shí)的閥桿系數(shù) 28 熱電站用安全閥 CAD 設(shè)計(jì) dp -梯形螺紋平均直徑 f -閥桿羅紋摩擦系數(shù) f -開(kāi)閥時(shí)閥桿螺紋摩擦系數(shù)，f= f + 0.1 -梯形螺紋升角（） 2-梯形螺紋的牙形角（） 1. 輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) 電動(dòng)裝置輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的多少與閥門的口徑，閥桿螺距，螺紋頭數(shù)有關(guān)， 按下式計(jì)算： M=H/2S （4- 4） 式中 M-電動(dòng)裝置應(yīng)滿足的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) H-閥門的開(kāi)啟高度，即閥門啟閉件的全行程（mm） S-閥桿螺紋的螺距（mm） Z-閥桿螺紋的頭數(shù) 2. 閥桿直徑 對(duì)于多回轉(zhuǎn)類的升降桿閥門來(lái)說(shuō)，如果電動(dòng)裝置允許通過(guò)的最大閥桿直徑 不能通過(guò)所配閥門的閥桿時(shí)是不能組裝成電動(dòng)閥門的，因此，電動(dòng)裝置空心輸 出軸的內(nèi)徑必須大于升降桿閥門的閥桿外徑。對(duì)于部分回轉(zhuǎn)閥門以及多回轉(zhuǎn)閥 門中的旋轉(zhuǎn)桿閥門，雖不用考慮閥桿直徑的通過(guò)問(wèn)題，但在選配時(shí)亦應(yīng)充分考 慮閥桿直徑與鍵及鍵槽的尺寸，使之裝配后能正常工作。 3. 輸出轉(zhuǎn)速 閥門的操作速度快，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是有利的。但操作速度過(guò)快容易產(chǎn)生 水擊現(xiàn)象，因此應(yīng)根據(jù)不同的使用條件選擇合適的操作速度。 4.安裝 電動(dòng)裝置的安裝方式有：垂直安裝、水平安裝、落地安裝。 4.3 閥門的氣動(dòng)裝置 閥門氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置安全、可靠、成本低，使用維修方便，是閥門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 29 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 中的一大分支。目前氣動(dòng)裝置在具有防爆要求的場(chǎng)合應(yīng)用較多。閥門氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 裝置采用氣源的工作壓較低，一般不大于 0.82MPa，又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過(guò)大， 因而閥門氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的總推力不可能很大。 4.3.1 閥門氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的使用條件 表 4-1 閥門氣動(dòng)裝置使用條件 氣源工作壓力 0.40.7MPa 環(huán)境溫度和介質(zhì)溫度 560 活塞工作速度和葉片外徑線速度 105