1、目錄 TOC o 1-5 h z 弓I言1一、閘閥的概況21、閘閥簡(jiǎn)介22、閘閥的分類23、閘閥開(kāi)展現(xiàn)狀44、閥國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀5二、24DN300手動(dòng)閘閥的總體方案設(shè)計(jì)5 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1、24DN300手動(dòng)閘閥的設(shè)計(jì)原那么52、手動(dòng)閘閥的方案設(shè)計(jì)63、手動(dòng)閘閥液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)6三、手動(dòng)閘閥的技術(shù)改造71、強(qiáng)壓下手動(dòng)閘閥開(kāi)關(guān)“過(guò)死”分析72、閘閥摩擦力分析73、閘閥開(kāi)關(guān)潤(rùn)滑壓力分析74、靈活改造手動(dòng)閘閥設(shè)計(jì)方法8 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 參考文獻(xiàn)9致謝1024DN300手動(dòng)

2、閘閥設(shè)計(jì)一、閘閥的概況1、閘閥簡(jiǎn)介閘閥是液體輸送網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，它可以控制液體的流向、關(guān)閉或流 動(dòng)、調(diào)節(jié)流量、穩(wěn)定壓力等功能。目前有不同的閥門(mén)也將根據(jù)工作原理進(jìn)行更新。 對(duì)于閘閥可以分為兩類：1自動(dòng)閥，如控制閥、減壓閥、空氣疏水閥等，這些閥 門(mén)都是受到相應(yīng)介質(zhì)的作用影響。2驅(qū)動(dòng)式閘閥，如作為球閥、蝶閥和頸閥等, 都需要手動(dòng)、液壓和電動(dòng)翻開(kāi)和關(guān)閉。閘閥是一種常見(jiàn)的閥門(mén)，它隨著閘板線路的移動(dòng)而開(kāi)啟和關(guān)閉。閘門(mén)的移動(dòng) 方向與沿管道軸線的介質(zhì)流動(dòng)方向垂直。閘門(mén)具有以下特點(diǎn)：1渠道的原始結(jié)構(gòu) 和流體沿直線運(yùn)動(dòng)。2操作的開(kāi)始和結(jié)束沒(méi)有壓力。3全開(kāi)后閥體的所有局部受 液體介質(zhì)侵蝕和腐蝕的影響較小。4可

3、應(yīng)用于管道網(wǎng)絡(luò)中介質(zhì)可以沿著任意方向 流動(dòng)。5翻開(kāi)和關(guān)閉時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于防止水錘造成的損壞。2、閘閥的分類閘閥按閘板的構(gòu)造可分為平行式閘閥和楔式閘閥。(1)平行結(jié)構(gòu)：工作密封面和流體運(yùn)動(dòng)方向，即管軸垂直，活動(dòng)座結(jié)構(gòu)的 平板閥廣泛應(yīng)用于天然氣和化工行業(yè)，密封性能好，不易損壞，具有特殊性。適 用于對(duì)自動(dòng)控制有特殊要求的管道系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖1所示。(2)楔式結(jié)構(gòu)：它的兩個(gè)密封面不平行，但與管道軸線成一定的角度。這 種類型的回流閥通常由一個(gè)或兩個(gè)閘門(mén)組成。閘門(mén)的角度對(duì)閥門(mén)楔形閘門(mén)的實(shí)際 性能有很大影響。所需的強(qiáng)度關(guān)閉閥門(mén)，閘門(mén)隨角度下降而下降，但此時(shí)溫度變 化會(huì)導(dǎo)致管道變形。它的閘門(mén)很可能被鎖在

4、閥門(mén)的主體上，示意圖的設(shè)計(jì)如圖2 所示。桿）。如圖1平行式結(jié)構(gòu)閘閥如圖2楔式結(jié)構(gòu)閘閥在通常使用的回流閥設(shè)計(jì)中，它可以分為提升桿（開(kāi)桿）和旋轉(zhuǎn)回流閥（暗（1）明桿（升降桿）型：安裝在帶螺母的制動(dòng)器或閥蓋上，在操作閘門(mén)閥時(shí),支架和閥板的向后運(yùn)動(dòng)由螺母驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)有利于盤(pán)繞閥的潤(rùn)滑活動(dòng)，介質(zhì)不易腐 蝕到閘閥的螺紋局部，因此可以得到很好的保護(hù)，其類型得到廣泛的使用。（2）暗桿（旋轉(zhuǎn)桿）型：配閥門(mén)螺母介質(zhì)與其連接。當(dāng)翻開(kāi)和關(guān)閉時(shí)，它與 旋轉(zhuǎn)桿一起工作。其優(yōu)點(diǎn)是：在實(shí)際運(yùn)行中，能保持同一高度，安裝空間要求不 太高，在安裝空間有限的管網(wǎng)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。閘閥通常配有一個(gè)啟閉指示器 來(lái)顯示啟閉狀態(tài)。3、閘閥開(kāi)展

5、現(xiàn)狀閘閥的開(kāi)展階段分為手動(dòng)門(mén)閥、電動(dòng)門(mén)閥、液控閘閥和多功能泵控制閥等幾 個(gè)不同的階段。手動(dòng)閥允許操作輪翻開(kāi)和關(guān)閉閥門(mén)。其工作原理是手動(dòng)旋轉(zhuǎn)，利用閥桿線圈 與手輪之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)閥箱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)啟閉功能。過(guò)去低水平的科 學(xué)技術(shù)已經(jīng)在礦山人工排水管網(wǎng)中得到應(yīng)用，但也存在著明顯的缺點(diǎn)和缺乏。一 方面，翻開(kāi)和關(guān)閉回流閥消耗了工人的體力，服務(wù)強(qiáng)度低；另一方面，操作效率 不高，可靠性不保證；電源不能保證及時(shí)翻開(kāi)和關(guān)閉。在礦井水流量突然增加的 緊急情況下關(guān)閉回風(fēng)閥，容易發(fā)生事故，近年來(lái)信使煤礦自動(dòng)化控制技術(shù)水平顯 著提高。電動(dòng)閘閥用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)代替手動(dòng)回流閥，用電動(dòng)控制閥控制閥門(mén)，電動(dòng)控制閥 由電動(dòng)控制

6、閥和下面的閥體組成。電動(dòng)回流閥廣泛應(yīng)用于液體運(yùn)輸?shù)南到y(tǒng)任務(wù)的 不同的領(lǐng)域中。因?yàn)樗鼈兊牡筒僮鞴β剩斓姆_(kāi)和關(guān)閉速度比手動(dòng)回流閥, 可以結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)。開(kāi)關(guān)速度不適合調(diào)整，操縱性差，不能有效防止發(fā)動(dòng)機(jī)鎖 死。在傳統(tǒng)門(mén)閥結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)液壓門(mén)閥進(jìn)行了顯著的改進(jìn)。其驅(qū)動(dòng)裝置主要 是液壓集成系統(tǒng)，其性能來(lái)源于外部液壓源，目前最先進(jìn)的液壓門(mén)控制閥主要由 防爆發(fā)動(dòng)機(jī)、油泵、液壓缸、控制閥、位置傳感器和液壓缸組成。采用發(fā)動(dòng)機(jī)正 反轉(zhuǎn)的電氣控制方式，由液壓系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng)門(mén)標(biāo)簽，以翻開(kāi)和關(guān)閉線性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 即不再安裝傳統(tǒng)后閥上的手輪和螺絲刀。耦合變速器在用直線運(yùn)動(dòng)代替以前的旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置上，它具有開(kāi)慢、關(guān)慢

7、和控制靈活的優(yōu)點(diǎn)。液壓閥的主要缺點(diǎn)是手 動(dòng)操作不夠靈活，附加的手動(dòng)泵站需要。4、閥國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，可逆閥的研究主要集中在以下兩個(gè)方面：一是特殊工況和工業(yè)領(lǐng)域的 下門(mén)閥的設(shè)計(jì)與研究，特別是回流閥控制設(shè)備的設(shè)計(jì)和閥體的設(shè)計(jì)，如高溫高壓 閥門(mén)磁力驅(qū)動(dòng)閥門(mén)，我國(guó)液壓閥門(mén)液壓系統(tǒng)，大口徑閥門(mén)門(mén)等。主要內(nèi)容是分析 閥體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和優(yōu)化，分析開(kāi)閉時(shí)的流場(chǎng)。并研究了閥門(mén)的磨損機(jī)理。在中國(guó)中，吳娟等人利用功率鍵圖理論在MATLAB環(huán)境下對(duì)電液反應(yīng)閥液 壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真，分析了奠定了基礎(chǔ)的液壓缸的過(guò)渡響應(yīng)特性。對(duì) 門(mén)控液壓閥進(jìn)行了研究和分析。針對(duì)某一具體的排水系統(tǒng)，通過(guò)建立液壓控制模 型，分析了液壓

8、缸控制的動(dòng)態(tài)閥響應(yīng)，驗(yàn)證了液壓缸控制的門(mén)閥具有良好的穩(wěn)定 性，郭濤等人對(duì)回油閥的控制進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了整個(gè)回油閥系統(tǒng)。介紹了水下 回流閥的結(jié)構(gòu)及重要部件，闡述了其工作原理，并利用ANSYS對(duì)各部件的電壓進(jìn) 行了分析，為水下回流閥的控制結(jié)構(gòu)提供了理論支持。在國(guó)外，采用Marcelo Cristianini U3等CFD軟件研究了流體的流動(dòng)特性 和降回閥的壓力，并將其作為評(píng)價(jià)流體過(guò)程的工具加以改進(jìn)。Seung Hwan等人 采用正交場(chǎng)法和克里金插值法對(duì)閘門(mén)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，為閘門(mén)的實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)分析 提供了指導(dǎo)。研究了閥門(mén)的扭矩，分析了輪徑、管道壓力和操作位置對(duì)回流閥旋 轉(zhuǎn)扭矩的影響，對(duì)優(yōu)化閥門(mén)結(jié)構(gòu)具有

9、參考意義。確定了工作介質(zhì)為水時(shí)錐體的最 佳角度，研究結(jié)果對(duì)改進(jìn)閘閥的設(shè)計(jì)具有重要意義。1、24DN300手動(dòng)閘閥的設(shè)計(jì)原那么24DN300手動(dòng)門(mén)閥是礦井排水系統(tǒng)不可缺少的組成局部，它必須安裝在泵的 出口處，閘閥可用于在多容積隧道中選擇地溝和井道。在多泵和多纖維管網(wǎng)中, 應(yīng)根據(jù)各泵和管道的實(shí)際運(yùn)行方式，通過(guò)輸出閥進(jìn)行選擇和控制。閘閥的設(shè)計(jì)應(yīng)輕便、靈活、平安可靠，并應(yīng)滿足地下泵的具體要求，該閥門(mén) 的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原那么。(1)閘門(mén)必須關(guān)閉良好，在實(shí)際工作條件下，密封性能對(duì)泵的初始性能有 較大影響，根據(jù)礦井排水系統(tǒng)的操作規(guī)程,從中泵啟動(dòng)前，應(yīng)先關(guān)閉閘門(mén)控制閥， 這是離心泵的功率與其流量成正比，當(dāng)流量

10、為零時(shí)(當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí))，離心泵的 初始負(fù)載最小，發(fā)動(dòng)機(jī)的初始電流也較小，從而保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)。(2)閘閥必須具有緩慢開(kāi)啟和關(guān)閉的特性。此功能可防止閥門(mén)翻開(kāi)和關(guān)閉 時(shí)水壓和管道流量發(fā)生劇烈變化，從而防止出現(xiàn)水錘。(3)閘閥應(yīng)滿足在最小條件下使用的具體要求：重量應(yīng)盡可能小，結(jié)構(gòu)緊 湊，安裝維修方便；具有防爆功能，滿足M生產(chǎn)的平安生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，可用于自動(dòng)化 系統(tǒng)。2、手動(dòng)閘閥的方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中起著極其重要的作用，工業(yè)產(chǎn)品的性能和設(shè)計(jì)水 平與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。根據(jù)各功能制定相應(yīng)的工藝方案，提出技術(shù)原理并應(yīng) 用于手動(dòng)閘閥設(shè)計(jì)系統(tǒng)。研究結(jié)構(gòu)布置并確定最正確方案，手動(dòng)閘閥控制的性能由 外部液壓源提供

11、動(dòng)力。傳動(dòng)系統(tǒng)有兩種類型：液壓發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓缸，當(dāng)使用液壓 發(fā)動(dòng)機(jī)作為保險(xiǎn)人時(shí)，其工作原理是將液壓能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出軸，即液壓馬 達(dá)作為逆閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理類似于門(mén)的手動(dòng)閥和門(mén)的電動(dòng)閥。當(dāng)液壓缸作為執(zhí)行 機(jī)構(gòu)時(shí)，其工作原理發(fā)生顯著變化。閘門(mén)的運(yùn)動(dòng)可由圓筒的直線運(yùn)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng), 不再使用對(duì)的傳遞運(yùn)動(dòng)在驅(qū)動(dòng)設(shè)備上。將使用三維SolidWorks建模軟件對(duì)回流閥總成模型和主要部件的后續(xù)建模 進(jìn)行初步確定。該軟件有兩種裝配模型的設(shè)計(jì)方法：自上而下和自下而上，基 于裝配模型，通過(guò)零件之間的關(guān)系建立其特性，反映了建模的總體思想。第二種 更傳統(tǒng)，應(yīng)用更廣泛。即首先每個(gè)零件分別建模，然后創(chuàng)立安裝文件。前幾局部 的

12、單獨(dú)引進(jìn)是采用不同合作方式建立的最終模型，閘閥從下至上接受傳統(tǒng)的設(shè)計(jì) 技術(shù)。首先，對(duì)各功能模塊進(jìn)行分析，組裝出各功能模塊的結(jié)構(gòu)，然后以合理的 方式組裝零件模型中。3、手動(dòng)閘閥液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的工作原理是以液體為工作介質(zhì)，依靠靜態(tài)流體壓力，進(jìn)行延時(shí)和 能量傳遞，最終增加功率，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)可以由液壓原理形成, 首先可以通過(guò)液壓控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，而第二個(gè)可以實(shí)現(xiàn)不同的輸出活 動(dòng)，通過(guò)控制不同的液壓閥，以滿足不同的設(shè)備的要求。液壓系統(tǒng)是控制閘閥的 主要局部。調(diào)節(jié)器的功能是速度控制，自動(dòng)鎖定通過(guò)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)閘門(mén)過(guò)載 的保護(hù)。因此，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)閘門(mén)閥的運(yùn)行起著重要的作

13、用。以DN300管徑模型為例，根據(jù)閘門(mén)運(yùn)行現(xiàn)狀，當(dāng)閘門(mén)處于完全關(guān)閉的極限位 置時(shí)，單向閥和其他閘門(mén)閥的液壓控制在發(fā)生泄漏時(shí)會(huì)自行移動(dòng)，閘門(mén)也將是屬 于小型工程機(jī)械的閘閥阿。一次選擇系統(tǒng)的最大壓力為11兆帕。在切換閥門(mén)的 過(guò)程中，閘門(mén)將是液壓缸的外部負(fù)載，特別是包括閥板與閥座之間的摩擦力和閥 板運(yùn)動(dòng)方向上的水流力。閥板與閥板之間的摩擦力閥座主要是由載水板上水流的 橫向壓力引起的。因此，另一個(gè)開(kāi)口處的平均水力變化將影響液壓缸的外部負(fù)載。三、手動(dòng)閘閥的技術(shù)改造1、強(qiáng)壓下手動(dòng)閘閥開(kāi)關(guān)“過(guò)死”分析對(duì)于高壓管道，手動(dòng)閥兩側(cè)的壓力在關(guān)閉狀態(tài)下是不平衡的。如果施加壓差, 閘門(mén)將被緊緊地壓在閥座一側(cè)的關(guān)閉面上，

14、導(dǎo)致閘門(mén)與密封面之間的摩擦增大, 因此當(dāng)閥門(mén)翻開(kāi)時(shí)，阻力將增大,并隨著瓦數(shù)水平的增加而增大。供給需要更高， 如果壓差增大，閘門(mén)與閥座外表的摩擦阻力增大，使手動(dòng)閥難以操作。當(dāng)手動(dòng)閥 關(guān)閉時(shí)，處于開(kāi)啟狀態(tài)的門(mén)將管內(nèi)的電流介質(zhì)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能壓力作用在閥門(mén)的面板 上，關(guān)閉閥的閘門(mén)壓在密封面上，閥門(mén)閘門(mén)的承載局部越大越強(qiáng)。閘門(mén)與密封面 之間的摩擦力越大，閥門(mén)關(guān)閉時(shí)就越難控制閥門(mén)。2、閘閥摩擦力分析當(dāng)閥門(mén)翻開(kāi)時(shí)，手輪、閘板和密封面之間的摩擦阻力通過(guò)螺釘和螺母的擰緊 傳遞到手輪上，從而在保持架的上外表形成一個(gè)正的輪壓，從而增加了手部和閥 架頂部之間的摩擦。因此，在翻開(kāi)閥門(mén)時(shí)，很難四處移動(dòng)。劇烈的扭動(dòng)也會(huì)加劇 車

15、輪保持架外表和頂部的磨損，導(dǎo)致摩擦副。當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，閘門(mén)和密封件之間 的摩擦阻力將這個(gè)外表轉(zhuǎn)移到螺絲刀上。通過(guò)螺絲刀在保持架的兩個(gè)外表上產(chǎn)生 正壓力，從而增加滑動(dòng)摩擦口口。在螺絲刀和閥保持架的兩個(gè)外表之間，這使得關(guān) 閉閥門(mén)非常困難，導(dǎo)致絲母和閘板屏兩個(gè)外表之間的磨損。3、閘閥開(kāi)關(guān)潤(rùn)滑壓力分析當(dāng)手動(dòng)閥門(mén)有摩擦阻力時(shí)，開(kāi)關(guān)閥會(huì)使閥門(mén)和螺紋磨損惡化，長(zhǎng)期摩擦?xí)p 壞梯形螺紋，作為一種省力的梯形螺栓，螺桿緩沖器會(huì)損壞，對(duì)工作的節(jié)省會(huì)產(chǎn) 生影響，潤(rùn)滑油進(jìn)入足夠了。由于絲母和絲庫(kù)的內(nèi)外表沒(méi)有加油孔，不可能加潤(rùn) 滑油，直接接觸時(shí)摩擦增大，自然阻力大，壓縮力大，造成絲桿與絲桿之間的摩 擦力矩大。隨著填加潤(rùn)滑劑

16、在關(guān)閉閥門(mén)，也增加了螺桿旋轉(zhuǎn)的阻力矩。4、靈活改造手動(dòng)閘閥設(shè)計(jì)方法通過(guò)技術(shù)改造，可在高壓下靈活操作，無(wú)需輔助工具的情況下生產(chǎn)手動(dòng)閥， 以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)閥門(mén)靈活操作的目的，減少員工的工作量，一是手動(dòng)閥門(mén)分解對(duì)磨損 的每個(gè)部件都進(jìn)行了仔細(xì)的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)頸閥磨損和撕裂磨損的最重要位置是最大 摩擦力的位置和兩個(gè)主要摩擦副的位置，如何去除這些現(xiàn)有的摩擦副或減少摩擦。 阻力這些為了減少手輪的操縱阻力，是技改中需要考慮的一個(gè)關(guān)鍵因素。因此， 改變了閥門(mén)的設(shè)計(jì),用滾動(dòng)代替了原來(lái)的滑動(dòng)摩擦位置，重新設(shè)計(jì)了原來(lái)的螺桿， 并變矩器在上下壓軸承的中間，把輪子放在上壓軸承上，使母輪和手輪不與上下 外表軸承連接和推動(dòng)，使力在上下

17、兩組軸承上移動(dòng)等在所謂的閥門(mén)更換過(guò)程 中。初始位移摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，使主摩擦蒸汽轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，方便了手動(dòng) 閥的切換，節(jié)省了勞動(dòng)力。參考文獻(xiàn)1陸培文.閥門(mén)選用手冊(cè)(第二版)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.2吳娟,寇子明.電動(dòng)液控閘閥仿真分析J.煤炭科學(xué)技術(shù),2009, 37(2): 94-96.3高奇峰,楊兆建，李澤松等.礦井自動(dòng)排水系統(tǒng)液壓閘閥動(dòng)態(tài)特性分析J. 礦山機(jī)械,2009, (09) : 70-73.4郭濤.水下采油樹(shù)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及力學(xué)分析J.河南科技，2014, (01) : 75-76.5郭俊波，張晶.小口徑超臨界全鍛造閘閥的設(shè)計(jì)研究J.企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)， 2014, (1

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