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1.6MPaDN300～DN1000英标铸铁闸阀的设计

1.6MPaDN300～DN1000英标铸铁闸阀的设计 2011年12月09日 来源： 1 概述　　BS5163、BS51501．6MPaDN300～DNl000英标铸铁闸阀，在英国、新加坡、马来西亚和中东一些国家的供水管道和工业管道上被广泛使用，其结构特点见：开式齿轮传动闸阀见图1；闭式齿轮传动闸阀见图2。　　本文着重阐述了1．6MPaDN300～1000英标铸铁闸阀的阀体壁厚、阀盖壁厚、闸板壁厚、阀杆直径的设计计算和设计验证——型式试验。　　2 设计　　2．1阀体壁厚的设计计算　　BS5163、BS5150标推中并未给出壳体最小壁厚的数据，设计时，必须对阀体壁厚进行设计计算。　　设计时，将阀体中腔的截面形状设计为近似椭圆形，见图3，其壁厚S′B1的设计计算，是用椭圆形壁厚的计算公式导出的计算公式：式中K——近似椭圆形截面阀体壁厚系数，其中DN300～DN500，K取1．13，DN600～DNl000，K取1.07；　　P——介质压力，设计时，P取1．6MPa；　　a——近似椭圆形截面的长轴(mm)；　　[σL]——铸铁(HT250)许用拉应力，[σL]取35．28MPa；　　C——腐蚀余量，C取5(mm)。　　DN300～DN1000阀体最小壁厚的设计计算结果见表1。　　设计中发现，阀体壁厚的设计，除了考虑阀体强度之外，还应考虑阀体的刚度，即应将阀体体腔的变形(指在1．6MPa介质压力的作用下)控制在0．001DN范围之内，否则，阀体会因受力变形而无法达到密封。　　解决阀体刚度的方法见图1，在阀体的外部、内腔设计加强筋，且阀体外部的加强筋与阀体的端法兰相连接，来达到增加阀体的刚性，必要时可设计成不等壁厚，即增加阀体近似椭圆形截面中腔部分的壁厚。　　2．2 阀盖壁厚的设计　　设计时，阀盖壁厚S′B2通常不再进行设计计算，直接取阀体壁厚的0．95作为阀盖的壁厚。DN300～DN1000阀盖最小壁厚数据见表2；阀盖加强筋的设计见图1。　　2.3 闸板壁厚的设计计算　　BS5163、BS5150标准中，同样未给出闸板最小壁厚的数据，设计时，必须对闸板壁厚S′B3进行设计计算，其计算公式如下：式中d——通径（mm）；　　P——介质压力，设计时，P取1．6MPa；　　[σW]——铸铁(HT250)许用弯曲应力，[σW]取56．84MPa；　　C——腐蚀余量，C取3(mm)。　　DN300～DN1000闸板最小壁厚的设计计算结果见表3。　　2．4阀杆直径的设计计算　　BS5163、BS5150标准中，同样未给出阀杆最小直径的数据，设计时，必须对阀杆直径进行设计计算，其计算公式如下：式中K——阀杆设计计算系数，其中DN300～DN500，K取0．70～0．75；DN600～DNl00。K取0.60～0．65；　　Q——阀杆开启时的轴向力(N)；　　[σL]——铸铁(HT250)许用拉应力，[σL]取35．28MPa；　　其中Q采用简易计算公式，且因QG(闸板组件的重量)数值小，不予计算。式中QMF——密封面达到必需比压时的作用力(N)；　　QMJ——密封面介质静压作用力(N)；　　d——通径，d=DN(mm)；　　bm——阀体密封面宽度(mm)；　　qmf——必需密封比压(MPa)；　　P——介质压力，设计时，P取1．6MPa。　　DN300～DN1000阀杆最小直径的设计计算数据见表4。　　3 设计验证——型式试验　　DN300～DN1000英标铸铁闸阀样机，通过了马来西亚国家质量权威机构SiRiM的型式试验，对设计进行了验证，型式试验严格按照英国国家标准BS5163：1986进行。型式试验的试验项目有：外观检验、尺寸检验、材料理化试验、壳体强度试验、密封试验、最大功能扭矩试验、最小强度扭矩试验、清洁度检验、涂层和标志检验。　　这里着重介绍壳体强度试验、密封试验，最大功能扭矩试验、最小强度扭矩试验。　　3．1 壳体强度试验　　壳体强度试验，试验介质压力2．4MPa，保持试验压力最短持续时间1h,不得有肉眼可见渗漏。　　3．2 密封试验　　密封试验，试验介质压力1．76MPa，保持试验压力最短持续时间15min，不得有肉眼可见渗漏，即在阀体的密封面上，15min内不能有任何肉眼可见的渗漏，包括挂在密封面上小水珠。　　需要再次强调的是：设计的阀体必须有足够的强度和刚度，密封试验时，壳体的变形必须控制在0．001DN范围之内，否则将很难通过密封试验。　　3．3 最大功能扭矩试验　　最大功能扭矩试验，是指闸阀在无介质压力和有介质压力的情况下，在开、关的全过程中，任一瞬间其最大的扭矩都不能超过表5规定的扭矩。　　3．4 最小强度扭矩试验　　最小强度扭矩试验，是对PN1．6MPaDN300～DNlO00英标铸铁闸阀设计的验证，其试验步骤：　　3．4．1 全开、全关试验　　用最大功能试验扭矩对阀门进行全开、全关操作试验，并做好全开、全关位置的记号，同时记录全开、全关过程中阀杆的转动圈数。　　3．4．2阀处于全关位置的最小强度

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