鑄鐵閘閥設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)
鑄鐵閘閥設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)
1 概述
BS5163、BS51501.6MPaDN300～DNl000英標(biāo)鑄鐵閘閥，在英國(guó)、新加坡、馬來(lái)西亞和中東一些國(guó)家的供水管道和工業(yè)管道上被廣泛使用，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)見(jiàn)：開(kāi)式齒輪傳動(dòng)閘閥見(jiàn)圖1；閉式齒輪傳動(dòng)閘閥見(jiàn)圖2。
本文著重闡述了1.6MPaDN300～1000英標(biāo)鑄鐵閘閥的閥體壁厚、閥蓋壁厚、閘板壁厚、閥桿直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算和設(shè)計(jì)驗(yàn)證——型式試驗(yàn)。
2 設(shè)計(jì)
2.1閥體壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算
BS5163、BS5150標(biāo)推中并未給出殼體最小壁厚的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)閥體壁厚進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
設(shè)計(jì)時(shí)，將閥體中腔的截面形狀設(shè)計(jì)為近似橢圓形，見(jiàn)圖3，其壁厚S′B1的設(shè)計(jì)計(jì)算，是用橢圓形壁厚的計(jì)算公式導(dǎo)出的計(jì)算公式：式中K——近似橢圓形截面閥體壁厚系數(shù)，其中DN300～DN500，K取1.13，DN600～DNl000，K取1.07；
P——介質(zhì)壓力，設(shè)計(jì)時(shí)，P取1.6MPa；
a——近似橢圓形截面的長(zhǎng)軸(mm)；
[σL]——鑄鐵(HT250)許用拉應(yīng)力，[σL]取35.28MPa；
C——腐蝕余量，C取5(mm)。
DN300～DN1000閥體最小壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。
設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，閥體壁厚的設(shè)計(jì)，除了考慮閥體強(qiáng)度之外，還應(yīng)考慮閥體的剛度，即應(yīng)將閥體體腔的變形(指在1.6MPa介質(zhì)壓力的作用下)控制在0.001DN范圍之內(nèi)，否則，閥體會(huì)因受力變形而無(wú)法達(dá)到密封。
解決閥體剛度的方法見(jiàn)圖1，在閥體的外部、內(nèi)腔設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋，且閥體外部的加強(qiáng)筋與閥體的端法蘭相連接，來(lái)達(dá)到增加閥體的剛性，必要時(shí)可設(shè)計(jì)成不等壁厚，即增加閥體近似橢圓形截面中腔部分的壁厚。
2.2 閥蓋壁厚的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)時(shí)，閥蓋壁厚S′B2通常不再進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，直接取閥體壁厚的0.95作為閥蓋的壁厚。DN300～DN1000閥蓋最小壁厚數(shù)據(jù)見(jiàn)表2；閥蓋加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。
2.3 閘板壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算
BS5163、BS5150標(biāo)準(zhǔn)中，同樣未給出閘板最小壁厚的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)閘板壁厚S′B3進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，其計(jì)算公式如下：式中d——通徑(mm)；
P——介質(zhì)壓力，設(shè)計(jì)時(shí)，P取1.6MPa；
[σW]——鑄鐵(HT250)許用彎曲應(yīng)力，[σW]取56.84MPa；
C——腐蝕余量，C取3(mm)。
DN300～DN1000閘板最小壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。
2.4閥桿直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算
BS5163、BS5150標(biāo)準(zhǔn)中，同樣未給出閥桿最小直徑的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)閥桿直徑進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，其計(jì)算公式如下：式中K——閥桿設(shè)計(jì)計(jì)算系數(shù)，其中DN300～DN500，K取0.70～0.75；DN600～DNl00。K取0.60～0.65；
Q——閥桿開(kāi)啟時(shí)的軸向力(N)；
[σL]——鑄鐵(HT250)許用拉應(yīng)力，[σL]取35.28MPa；
其中Q采用簡(jiǎn)易計(jì)算公式，且因QG(閘板組件的重量)數(shù)值小，不予計(jì)算。式中QMF——密封面達(dá)到必需比壓時(shí)的作用力(N)；
QMJ——密封面介質(zhì)靜壓作用力(N)；
d——通徑，d=DN(mm)；
bm——閥體密封面寬度(mm)；
qmf——必需密封比壓(MPa)；
P——介質(zhì)壓力，設(shè)計(jì)時(shí)，P取1.6MPa。
DN300～DN1000閥桿最小直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。
3 設(shè)計(jì)驗(yàn)證——型式試驗(yàn)
DN300～DN1000英標(biāo)鑄鐵閘閥樣機(jī)，通過(guò)了馬來(lái)西亞國(guó)家質(zhì)量權(quán)威機(jī)構(gòu)SiRiM的型式試驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證，型式試驗(yàn)嚴(yán)格按照英國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) BS5163：1986進(jìn)行。型式試驗(yàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目有：外觀檢驗(yàn)、尺寸檢驗(yàn)、材料理化試驗(yàn)、殼體強(qiáng)度試驗(yàn)、密封試驗(yàn)、最大功能扭矩試驗(yàn)、最小強(qiáng)度扭矩試驗(yàn)、 清潔度檢驗(yàn)、涂層和標(biāo)志檢驗(yàn)。
這里著重介紹殼體強(qiáng)度試驗(yàn)、密封試驗(yàn)，最大功能扭矩試驗(yàn)、最小強(qiáng)度扭矩試驗(yàn)。
3.1 殼體強(qiáng)度試驗(yàn)
殼體強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)介質(zhì)壓力2.4MPa，保持試驗(yàn)壓力最短持續(xù)時(shí)間1h,不得有肉眼可見(jiàn)滲漏。
3.2 密封試驗(yàn)
密封試驗(yàn)，試驗(yàn)介質(zhì)壓力1.76MPa，保持試驗(yàn)壓力最短持續(xù)時(shí)間15min，不得有肉眼可見(jiàn)滲漏，即在閥體的密封面上，15min內(nèi)不能有任何肉眼可見(jiàn)的滲漏，包括掛在密封面上小水珠。
需要再次強(qiáng)調(diào)的是：設(shè)計(jì)的閥體必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，密封試驗(yàn)時(shí)，殼體的變形必須控制在0.001DN范圍之內(nèi)，否則將很難通過(guò)密封試驗(yàn)。
3.3 最大功能扭矩試驗(yàn)
最大功能扭矩試驗(yàn)，是指閘閥在無(wú)介質(zhì)壓力和有介質(zhì)壓力的情況下，在開(kāi)、關(guān)的全過(guò)程中，任一瞬間其最大的扭矩都不能超過(guò)表5規(guī)定的扭矩。
3.4 最小強(qiáng)度扭矩試驗(yàn)
最小強(qiáng)度扭矩試驗(yàn)，是對(duì)PN1.6MPaDN300～DNlO00英標(biāo)鑄鐵閘閥設(shè)計(jì)的驗(yàn)證，其試驗(yàn)步驟：
3.4.1 全開(kāi)、全關(guān)試驗(yàn)
用最大功能試驗(yàn)扭矩對(duì)閥門進(jìn)行全開(kāi)、全關(guān)操作試驗(yàn)，并做好全開(kāi)、全關(guān)位置的記號(hào)，同時(shí)記錄全開(kāi)、全關(guān)過(guò)程中閥桿的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。
3.4.2閥處于全關(guān)位置的最小強(qiáng)度扭矩試驗(yàn)
閥處于全關(guān)位置后，再在閥桿的四方頭上，順著關(guān)緊的方向(順時(shí)針?lè)较?，逐漸施加最大功能試驗(yàn)扭矩3倍的扭矩，即最小強(qiáng)度試驗(yàn)扭矩，見(jiàn)表6；以驗(yàn)證閥體、閥蓋、閘板、閥桿、閥桿螺母、填料函等主要零件及中法蘭螺栓的強(qiáng)度是否達(dá)到BS5163：1986標(biāo)準(zhǔn)的要求。
3.4.3閥處于全開(kāi)位置的最小強(qiáng)度扭矩試驗(yàn)
閥處于全開(kāi)位置后，再在閥桿的四方頭上，順著開(kāi)啟的方向(逆時(shí)針?lè)较?，逐漸施加最大功能試驗(yàn)扭矩3倍的扭矩，即最小強(qiáng)度試驗(yàn)扭矩，見(jiàn)表6；以驗(yàn)證閥體、閥蓋、閘板、閥桿、閥桿螺母、填料函等主要零件及中法蘭螺栓的強(qiáng)度是否達(dá)到BS5163：1986標(biāo)準(zhǔn)的要求。
3.4.4密封試驗(yàn)
重新用最大功能試驗(yàn)扭矩使閥處于全關(guān)位置，再次進(jìn)行密封試驗(yàn)，試驗(yàn)介質(zhì)壓力1.76MPa,保持試驗(yàn)壓力最短持續(xù)時(shí)間15min
不得有任何肉眼可見(jiàn)的滲漏，以確認(rèn)閥是否產(chǎn)生變形；設(shè)計(jì)是否達(dá)到BS5163：1986標(biāo)準(zhǔn)的要求。
3.4.5全開(kāi)、全關(guān)試驗(yàn)
再次用最大功能試驗(yàn)扭矩對(duì)閥進(jìn)行全開(kāi)、全關(guān)操作試驗(yàn)，并核對(duì)全開(kāi)、全關(guān)的位置是否與3.4.1試驗(yàn)時(shí)全開(kāi)、全關(guān)的位置是否相符；再次記錄全開(kāi)、全關(guān)過(guò)程 中閥桿的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，核對(duì)是否與3.4.1試驗(yàn)時(shí)閥桿的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)是否相同，以確認(rèn)閥桿、閥桿螺母的強(qiáng)度、剛度是否滿足BS5163：1986標(biāo)準(zhǔn)的要求。
3.5零件檢驗(yàn)
拆開(kāi)零件，檢驗(yàn)閥體、閥蓋、閘板、閥桿、閥桿螺母、填料函等零件及中法蘭的螺柱、螺母是否完好，以確認(rèn)閥體、閥蓋、閘板、閥桿、閥桿螺母、填料函等主要零件及中法蘭螺栓的設(shè)計(jì)是否滿足BS5163：1986標(biāo)準(zhǔn)的要求。
4結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證——型式試驗(yàn)，確認(rèn)BS5163、BS51501.6MPaDN300～DNl000英標(biāo)鑄鐵閘閥的設(shè)計(jì)滿足了BS5163：1986標(biāo)準(zhǔn)的 要求，投入了批量生產(chǎn)，并大批量出口馬來(lái)西亞、新加坡。通過(guò)設(shè)計(jì)，深切感到BS5163標(biāo)準(zhǔn)的型式試驗(yàn)方法——最小強(qiáng)度扭矩試驗(yàn)是十分
科學(xué)的，應(yīng)該在閥門行業(yè)中推廣，這是企業(yè)進(jìn)行閥門新產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證的好辦法；深切感到閥門行業(yè)應(yīng)該規(guī)范各類閥門的最大功能試驗(yàn)扭矩，即規(guī)范各類閥門的啟閉力矩，這是時(shí)代發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步對(duì)閥門進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)提出的新要求。
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[6]BS4504－1989第3．2部分鑄鐵法蘭技術(shù)條件
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