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鑄鐵閘閥設計標準及檢驗方法

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。
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