鑄鐵閘閥設計及檢驗

1 概述

BS5163、BS51501.6MPaDN300～DNl000英標鑄鐵閘閥，在英國、新加坡、馬來西亞和中東一些國家的供水管道和工業管道上被廣泛使用，其結構特點見：開式齒輪傳動閘閥見圖1；閉式齒輪傳動閘閥見圖2。

本文著重闡述了1.6MPaDN300～1000英標鑄鐵閘閥的閥體壁厚、閥蓋壁厚、閘板壁厚、閥杆直徑的設計計算和設計驗證——型式試驗。

2 設計

2.1閥體壁厚的設計計算

BS5163、BS5150標推中並未給出殼體小壁厚的數據，設計時，對閥體壁厚進行設計計算。

設計時，將閥體中腔的截麵形狀設計為近似橢圓形，見圖3，其壁厚S′B1的設計計算，是用橢圓形壁厚的計算公式導出的計算公式：式中K——近似橢圓形截麵閥體壁厚係數，其中DN300～DN500，K取1.13，DN600～DNl000，K取1.07；

P——介質壓力，設計時，P取1.6MPa；

a——近似橢圓形截麵的長軸(mm)；

[σL]——鑄鐵(HT250)許用拉應力，[σL]取35.28MPa；

C——腐蝕餘量，C取5(mm)。

DN300～DN1000閥體小壁厚的設計計算結果見表1。

設計中發現，閥體壁厚的設計，除了考慮閥體強度之外，還應考慮閥體的剛度，即應將閥體體腔的變形(指在1.6MPa介質壓力的作用下)控製在0.001DN範圍之內，否則，閥體會因受力變形而無法達到密封。

解決閥體剛度的方法見圖1，在閥體的外部、內腔設計加強筋，且閥體外部的加強筋與閥體的端法蘭相連接，來達到增加閥體的剛性，必要時可設計成不等壁厚，即增加閥體近似橢圓形截麵中腔部分的壁厚。

2.2 閥蓋壁厚的設計

設計時，閥蓋壁厚S′B2通常不再進行設計計算，直接取閥體壁厚的0.95作為閥蓋的壁厚。DN300～DN1000閥蓋小壁厚數據見表2；閥蓋加強筋的設計見圖1。

2.3 閘板壁厚的設計計算

BS5163、BS5150標準中，同樣未給出閘板小壁厚的數據，設計時，對閘板壁厚S′B3進行設計計算，其計算公式如下：式中d——通徑(mm)；

P——介質壓力，設計時，P取1.6MPa；

[σW]——鑄鐵(HT250)許用彎曲應力，[σW]取56.84MPa；

C——腐蝕餘量，C取3(mm)。

DN300～DN1000閘板小壁厚的設計計算結果見表3。

2.4閥杆直徑的設計計算

BS5163、BS5150標準中，同樣未給出閥杆小直徑的數據，設計時，對閥杆直徑進行設計計算，其計算公式如下：式中K——閥杆設計計算係數，其中DN300～DN500，K取0.70～0.75；DN600～DNl00。K取0.60～0.65；

Q——閥杆開啟時的軸向力(N)；

[σL]——鑄鐵(HT250)許用拉應力，[σL]取35.28MPa；

其中Q采用簡易計算公式，且因QG(閘板組件的重量)數值小，不予計算。式中QMF——密封麵達到必需比壓時的作用力(N)；

QMJ——密封麵介質靜壓作用力(N)；

d——通徑，d=DN(mm)；

bm——閥體密封麵寬度(mm)；

qmf——必需密封比壓(MPa)；

P——介質壓力，設計時，P取1.6MPa。

DN300～DN1000閥杆小直徑的設計計算數據見表4。

3 設計驗證——型式試驗

DN300～DN1000英標鑄鐵閘閥樣機，通過了馬來西亞國家質量機構SiRiM的型式試驗，對設計進行了驗證，型式試驗嚴格按照英國國家標準 BS5163：1986進行。型式試驗的試驗項目有：外觀檢驗、尺寸檢驗、材料理化試驗、殼體強度試驗、密封試驗、功能扭矩試驗、小強度扭矩試驗、 清潔度檢驗、塗層和標誌檢驗。

這裏著重介紹殼體強度試驗、密封試驗，功能扭矩試驗、小強度扭矩試驗。

3.1 殼體強度試驗

殼體強度試驗，試驗介質壓力2.4MPa，保持試驗壓力短持續時間1h,不得有肉眼可見滲漏。

3.2 密封試驗

密封試驗，試驗介質壓力1.76MPa，保持試驗壓力短持續時間15min，不得有肉眼可見滲漏，即在閥體的密封麵上，15min內不能有任何肉眼可見的滲漏，包括掛在密封麵上小水珠。

需要再次強調的是：設計的閥體有足夠的強度和剛度，密封試驗時，殼體的變形控製在0.001DN範圍之內，否則將很難通過密封試驗。

3.3 功能扭矩試驗

功能扭矩試驗，是指閘閥在無介質壓力和有介質壓力的情況下，在開、關的全過程中，任一瞬間其的扭矩都不能超過表5規定的扭矩。

3.4 小強度扭矩試驗

小強度扭矩試驗，是對PN1.6MPaDN300～DNlO00英標鑄鐵閘閥設計的驗證，其試驗步驟：

3.4.1 全開、全關試驗

用功能試驗扭矩對閥門進行全開、全關操作試驗，並做好全開、全關位置的記號，同時記錄全開、全關過程中閥杆的轉動圈數。

3.4.2閥處於全關位置的小強度扭矩試驗

閥處於全關位置後，再在閥杆的四方頭上，順著關緊的方向(順時針方向)，逐漸施加功能試驗扭矩3倍的扭矩，即小強度試驗扭矩，見表6；以驗證閥體、閥蓋、閘板、閥杆、閥杆螺母、填料函等主要零件及中法蘭螺栓的強度是否達到BS5163：1986標準的要求。

3.4.3閥處於全開位置的小強度扭矩試驗

閥處於全開位置後，再在閥杆的四方頭上，順著開啟的方向(逆時針方向)，逐漸施加功能試驗扭矩3倍的扭矩，即小強度試驗扭矩，見表6；以驗證閥體、閥蓋、閘板、閥杆、閥杆螺母、填料函等主要零件及中法蘭螺栓的強度是否達到BS5163：1986標準的要求。

3.4.4密封試驗

重新用功能試驗扭矩使閥處於全關位置，再次進行密封試驗，試驗介質壓力1.76MPa,保持試驗壓力短持續時間15min

不得有任何肉眼可見的滲漏，以確認閥是否產生變形；設計是否達到BS5163：1986標準的要求。

3.4.5全開、全關試驗

再次用功能試驗扭矩對閥進行全開、全關操作試驗，並核對全開、全關的位置是否與3.4.1試驗時全開、全關的位置是否相符；再次記錄全開、全關過程 中閥杆的轉動圈數，核對是否與3.4.1試驗時閥杆的轉動圈數是否相同，以確認閥杆、閥杆螺母的強度、剛度是否滿足BS5163：1986標準的要求。

3.5零件檢驗

拆開零件，檢驗閥體、閥蓋、閘板、閥杆、閥杆螺母、填料函等零件及中法蘭的螺柱、螺母是否完好，以確認閥體、閥蓋、閘板、閥杆、閥杆螺母、填料函等主要零件及中法蘭螺栓的設計是否滿足BS5163：1986標準的要求。

4結束語

經設計驗證——型式試驗，確認BS5163、BS51501.6MPaDN300～DNl000英標鑄鐵閘閥的設計滿足了BS5163：1986標準的 要求，投入了批量，並大批量出口馬來西亞、新加坡。通過設計，深切感到BS5163標準的型式試驗方法——小強度扭矩試驗是十分

科學的，應該在閥門行業中推廣，這是企業進行閥門新產品設計驗證的好辦法；深切感到閥門行業應該規範各類閥門的功能試驗扭矩，即規範各類閥門的啟閉力矩，這是時代發展、社會進步對閥門進行人性化設計提出的新要求。