英標(biāo)鑄鐵閘閥設(shè)計計算

1 英標(biāo)鑄鐵閘閥設(shè)計計算概述

　　之前介紹SY42AX煤礦水管路減壓閥應(yīng)用案例，現(xiàn)在介紹BS5163、BS51501.6MPaDN300～DNl000英標(biāo)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(yè)管道上被廣泛使用，其結(jié)構(gòu)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(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)計計算和設(shè)計驗證——型式試驗。英標(biāo)鑄鐵閘閥由過濾網(wǎng)、閥休、閥蓋、鑄鐵、排水噴嘴、發(fā)射管、發(fā)射臺和濾網(wǎng)托組成。它美觀、簡單、形狀象鑄鐵，其特點如下:
(1)沒有杠桿和鉸鏈。

(2)鑄鐵是的活動零件。
(8)能排出凝結(jié)水和空氣，能防止蒸汽泄PO
(4)通用性好，幾乎適合所有用途。
(5)堅固，*，使用壽命長。
(6)工作效率高且容易維護。
(7)堅固的鑄鐵不會因水擊或結(jié)凍而破損。
工作原理如。
(1)開始運行時，鑄鐵靜比在發(fā)射臺上，使凝結(jié)水噴嘴放出空氣和冷水.
(2)當(dāng)蒸汽進入英標(biāo)鑄鐵閘閥時，鑄鐵上升關(guān)閉排水孔。
(3)當(dāng)凝結(jié)水進入時，鑄鐵內(nèi)蒸汽冷凝和從其頂上的小孔逸出，浮力逐漸減小而下沉，離開凝結(jié)水噴嘴，凝結(jié)水通過排水孔排出。當(dāng)蒸汽進入英標(biāo)鑄鐵閘閥時，鑄鐵又上升到 (b)所示的位置。
如果d值過小，不能滿足排量要求，可加大鑄鐵的D值和重量W，以增大d達到排量要求。
鑄鐵也可用來控制差動閥的開閉以增大排量而不增大閥的體積。



　　2 英標(biāo)鑄鐵閘閥設(shè)計計算設(shè)計

　　2.1閥體壁厚的設(shè)計計算
　　上海申弘閥門有限公司主營閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥BS5163、BS5150標(biāo)推中并未給出殼體小壁厚的數(shù)據(jù)，設(shè)計時，必須對閥體壁厚進行設(shè)計計算。鑄鐵型英標(biāo)鑄鐵閘閥，吸取了鐘形浮子式英標(biāo)鑄鐵閘閥和偏座型自由浮球式英標(biāo)鑄鐵閘閥的優(yōu)點，在初期性能和耐久性兩方面都顯示了以下*性:
1.當(dāng)蒸汽進人鑄鐵閥內(nèi)，即可直接關(guān)閉油孔，待凝結(jié)水流過便直接開閥，在機械動作原理上無蒸汽泄漏。

2.凝結(jié)水噴嘴被水密封，密封性能非常好，不會泄漏蒸汽。
其它浮桶式英標(biāo)鑄鐵閘閥因為閥瓣(閥片、球體)在英標(biāo)鑄鐵閘閥上部，閥與閥座之間密封性差，同時，磨損也會促使閥的壽命縮短。
3，凝結(jié)水噴嘴的正面在鑄鐵的上半球上，因為經(jīng)常更換新的接觸部位，所以磨損小，一般經(jīng)使用還能保持其初期的密封性能。
4.凝結(jié)水噴嘴使用了特殊材料，幾乎不磨損。
5. 鑄鐵上無杠桿、鉸鏈，其球體穩(wěn)定地浮在水上(圖 2-47)。因此，不同于倒吊桶式英標(biāo)鑄鐵閘閥動作時是通過杠桿把不規(guī)則的振動傳遞到鉸鏈或閥瓣，使其關(guān)鍵部位變壞。
6. 英標(biāo)鑄鐵閘閥的穩(wěn)定性 ,凝結(jié)水分散流向四面八方，防止了水擊現(xiàn)象等故障，可靠地將凝結(jié)水或蒸汽導(dǎo)入鑄鐵內(nèi)的發(fā)射管。發(fā)射臺對鑄鐵的動作保持適宜的角度，鑄鐵上浮時，保證球體的密封為單點密封(與凝結(jié)水噴嘴)和雙點導(dǎo)向(蓋內(nèi));由于凝結(jié)水噴嘴為多孔式結(jié)構(gòu)能使鑄鐵緩和接觸噴嘴。
7.由于英標(biāo)鑄鐵閘閥用途廣泛，可以減少使用其他種類的英標(biāo)鑄鐵閘閥和庫存量。
8.關(guān)鍵部位的零件只有凝結(jié)水噴嘴和鑄鐵兩種，因此，經(jīng)使用后的零件容易更換。
鑄鐵蒸汽英標(biāo)鑄鐵閘閥也是一種優(yōu)良產(chǎn)品。英標(biāo)鑄鐵閘閥的采用，可以提高用汽設(shè)備的熱效率，把蒸汽耗量控制在小限度，并且有利于維修管理，從而可提高整個供氣裝置的經(jīng)濟效益。鑄鐵系列的規(guī)格。

　　設(shè)計時，將閥體中腔的截面形狀設(shè)計為近似橢圓形，見圖3，其壁厚S′B1的設(shè)計計算，是用橢圓形壁厚的計算公式導(dǎo)出的計算公式：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(yīng)力，[σL]取35.28MPa；

　　C——腐蝕余量，C取5(mm)。

　　DN300～DN1000閥體小壁厚的設(shè)計計算結(jié)果見表1。

　　設(shè)計中發(fā)現(xiàn)，閥體壁厚的設(shè)計，除了考慮閥體強度之外，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(nèi)腔設(shè)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(shè)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英標(biāo)鑄鐵閘閥設(shè)計計算 閥蓋壁厚的設(shè)計
　　設(shè)計時，閥蓋壁厚S′B2通常不再進行設(shè)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(shù)據(jù)見表2；閥蓋加強筋的設(shè)計見圖1。

　　2.3 閘板壁厚的設(shè)計計算
　　BS5163、BS5150標(biāo)準(zhǔn)中，同樣未給出閘板小壁厚的數(shù)據(jù)，設(shè)計時，必須對閘板壁厚S′B3進行設(shè)計計算，其計算公式如下：式中d——通徑(mm)；
　　P——介質(zhì)壓力，設(shè)計時，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閘板小壁厚的設(shè)計計算結(jié)果見表3。

　　2.4閥桿直徑的設(shè)計計算
　　BS5163、BS5150標(biāo)準(zhǔn)中，同樣未給出閥桿小直徑的數(shù)據(jù)，設(shè)計時，必須對閥桿直徑進行設(shè)計計算，其計算公式如下：式中K——閥桿設(shè)計計算系數(shù)，其中DN300～DN500，K取0.70～0.75；DN600～DNl00。K取0.60～0.65；

　　Q——閥桿開啟時的軸向力(N)；

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

　　其中Q采用簡易計算公式，且因QG(閘板組件的重量)數(shù)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(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)計時，P取1.6MPa。

　　DN300～DN1000閥桿小直徑的設(shè)計計算數(shù)據(jù)見表4。

　　3 設(shè)計驗證——型式試驗
　　DN300～DN1000英標(biāo)鑄鐵閘閥樣機，通過了馬來西亞國家質(zhì)量機構(gòu)SiRiM的型式試驗，對設(shè)計進行了驗證，型式試驗嚴(yán)格按照英國國家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(zhì)壓力2.4MPa，保持試驗壓力短持續(xù)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(zhì)壓力1.76MPa，保持試驗壓力短持續(xù)時間15min，不得有肉眼可見滲漏，即在閥體的密封面上，15min內(nèi)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(diào)的是：設(shè)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(nèi)，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(zhì)壓力和有介質(zhì)壓力的情況下，在開、關(guān)的全過程中，任一瞬間其大的扭矩都不能超過表5規(guī)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(biāo)鑄鐵閘閥設(shè)計的驗證，其試驗步驟：

　　3.4.1 全開、全關(guān)試驗

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

　　3.4.2閥處于全關(guān)位置的小強度扭矩試驗

　　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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(guān)位置，再次進行密封試驗，試驗介質(zhì)壓力1.76MPa,保持試驗壓力短持續(xù)時間15min

　　不得有任何肉眼可見的滲漏，以確認閥是否產(chǎn)生變形；設(shè)計是否達到BS5163：1986標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　3.4.5全開、全關(guān)試驗

　　再次用大功能試驗扭矩對閥進行全開、全關(guān)操作試驗，并核對全開、全關(guān)的位置是否與3.4.1試驗時全開、全關(guān)的位置是否相符；再次記錄全開、全關(guān)過程中閥桿的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，核對是否與3.4.1試驗時閥桿的轉(zhuǎn)動圈數(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計是否滿足BS5163：1986標(biāo)準(zhǔn)的要求。



　　英標(biāo)鑄鐵閘閥設(shè)計計算經(jīng)設(shè)計驗證——型式試驗，確認BS5163、BS51501.6MPaDN300～DNl000英標(biāo)鑄鐵閘閥的設(shè)計滿足了BS5163：1986標(biāo)準(zhǔn)的要求，投入了批量生產(chǎn)，并大批量出口馬來西亞、新加坡。通過設(shè)計，深切感到BS5163標(biāo)準(zhǔn)的型式試驗方法——小強度扭矩試驗是十分科學(xué)的，應(yīng)該在閥門行業(yè)中推廣，這是企業(yè)進行閥門新產(chǎn)品設(shè)計驗證的好辦法；深切感到閥門行業(yè)應(yīng)該規(guī)范各類閥門的大功能試驗扭矩，即規(guī)范各類閥門的啟閉力矩，這是時代發(fā)展、社會進步對閥門進行人性化設(shè)計提出的新要求。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組?