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    閘閥的設計與介紹

    更新時間:2019-02-25   點擊次數:2588次

    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。

      

      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、閥桿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標推中并未給出殼體小壁厚的數據,設計時,必須對閥體壁厚進行設計計算。

      

      設計時,將閥體中腔的截面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——近似橢圓形截面閥體壁厚系數,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——近似橢圓形截面的長軸(mm);

      

      [σL]——鑄鐵(HT250)許用拉應力,[σL]取35.28MPa;

      

      C——腐蝕余量,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)控制在0.001DN范圍之內,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面中腔部分的壁厚。

      

      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,必須對閘板壁厚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——腐蝕余量,C取3(mm)。

      

      DN300~DN1000閘板小壁厚的設計計算結果見表3。

      

      2.4閥桿直徑的設計計算

      

      BS5163、BS5150標準中,同樣未給出閥桿小直徑的數據,設計時,必須對閥桿直徑進行設計計算,其計算公式如下:式中K——閥桿設計計算系數,其中DN300~DN500,K取0.70~0.75;DN600~DNl00。K取0.60~0.65;

      

      Q——閥桿開啟時的軸向力(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——密封面達到必需比壓時的作用力(N);

      

      QMJ——密封面介質靜壓作用力(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——介質壓力,設計時,P取1.6MPa。

      

      DN300~DN1000閥桿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、大功能扭矩試驗、小強度扭矩試驗、清潔度檢驗、涂層和標志檢驗。

      

      這里著重介紹殼體強度試驗、密封試驗,大功能扭矩試驗、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,即在閥體的密封面上,15min內不能有任何肉眼可見的滲漏,包括掛在密封面上小水珠。

      

      需要再次強調的是:設計的閥體必須有足夠的強度和剛度,密封試驗時,殼體的變形必須控制在0.001DN范圍之內,否則將很難通過密封試驗。

      

      3.3大功能扭矩試驗

      

      大功能扭矩試驗,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,任一瞬間其大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

      

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

      

      3.4.2閥處于全關位置的小強度扭矩試驗

      

      閥處于全關位置后,再在閥桿的四方頭上,順著關緊的方向(順時針方向),逐漸施加大功能試驗扭矩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、閥桿、閥桿螺母、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閥處于全開位置的小強度扭矩試驗

      

      閥處于全開位置后,再在閥桿的四方頭上,順著開啟的方向(逆時針方向),逐漸施加大功能試驗扭矩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、閥桿、閥桿螺母、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

      

      重新用大功能試驗扭矩使閥處于全關位置,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

      

      再次用大功能試驗扭矩對閥進行全開、全關操作試驗,并核對全開、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、全關過程中閥桿的轉動圈數,核對是否與3.4.1試驗時閥桿的轉動圈數是否相同,以確認閥桿、閥桿螺母的強度、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,投入了批量生產,并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




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