英标铸铁闸阀的设计
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zui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zui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zui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zui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zui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zui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zui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、zui大功能扭矩试验、zui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，zui大功能扭矩试验、zui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zui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zui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 zui大功能扭矩试验
zui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zui大的扭矩都不能超过表5规定的扭矩。
3．4 zui小强度扭矩试验
zui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zui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zui小强度扭矩试验
阀处于全关位置后，再在阀杆的四方头上，顺着关紧的方向（顺时针方向），逐渐施加zui大功能试验扭矩3倍的扭矩，即zui小强度试验扭矩，见表6；以验证阀体、阀盖、闸板、阀杆、阀杆螺母、填料函等主要零件及中法兰螺栓的强度是否达到bs5163：1986标准的要求。
3．4．3阀处于全开位置的zui小强度扭矩试验
阀处于全开位置后，再在阀杆的四方头上，顺着开启的方向（逆时针方向），逐渐施加zui大功能试验扭矩3倍的扭矩，即zui小强度试验扭矩，见表6；以验证阀体、阀盖、闸板、阀杆、阀杆螺母、填料函等主要零件及中法兰螺栓的强度是否达到bs5163：1986标准的要求。
3．4．4密封试验
重新用zui大功能试验扭矩使阀处于全关位置，再次进行密封试验，试验介质压力1.76mpa,保持试验压力zui短持续时间15min不得有任何肉眼可见的渗漏，以确认阀是否产生变形；设计是否达到bs5163：1986标准的要求。
3．4．5全开、全关试验
再次用zui大功能试验扭矩对阀进行全开、全关操作试验，并核对全开、全关的位置是否与3.4．1试验时全开、全关的位置是否相符；再次记录全开、全关过程中阀杆的转动圈数，核对是否与3．4．1试验时阀杆的转动圈数是否相同，以确认阀杆、阀杆螺母的强度、刚度是否满足bs5163：1986标准的要求。
3．5零件检验
拆开零件，检验阀体、阀盖、闸板、阀杆、阀杆螺母、填料函等零件及中法兰的螺柱、螺母是否完好，以确认阀体、阀盖、闸板、阀杆、阀杆螺母、填料函等主要零件及中法兰螺栓的设计是否满足bs5163：1986标准的要求。
4结束语
经设计验证——型式试验，确认bs5163、bs51501．6mpadn300～d
nl000英标铸铁闸阀的设计满足了bs5163：1986标准的要求，投入了
批量生产，并大批量出口马来西亚、新加坡。通过设计，深切感到bs5163标准的型式试验方法——zui小强度扭矩试验是十分科学的，应该在阀门行业中推广，这是企业进行阀门新产品设计验证的好办法；深切感到阀门行业应该规范各类阀门的zui大功能试验扭矩，即规范各类阀门的启闭力矩，这是时代发展、社会进步对阀门进行人性化设计提出的新要求。
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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zui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zui小壁厚的设计计算结果见表1。
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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zui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zui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zui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zui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zui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、zui大功能扭矩试验、zui小强度扭矩试验、清洁度检验、涂层和标志检验。
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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zui短持续时间1h,不得有肉眼可见渗漏。
3．2 密封试验
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3．3 zui大功能扭矩试验
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3．4 zui小强度扭矩试验
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3．4．2阀处于全关位置的zui小强度扭矩试验
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3．4．3阀处于全开位置的zui小强度扭矩试验
阀处于全开位置后，再在阀杆的四方头上，顺着开启的方向（逆时针方向），逐渐施加zui大功能试验扭矩3倍的扭矩，即zui小强度试验扭矩，见表6；以验证阀体、阀盖、闸板、阀杆、阀杆螺母、填料函等主要零件及中法兰螺栓的强度是否达到bs5163：1986标准的要求。
3．4．4密封试验
重新用zui大功能试验扭矩使阀处于全关位置，再次进行密封试验，试验介质压力1.76mpa,保持试验压力zui短持续时间15min不得有任何肉眼可见的渗漏，以确认阀是否产生变形；设计是否达到bs5163：1986标准的要求。
3．4．5全开、全关试验
再次用zui大功能试验扭矩对阀进行全开、全关操作试验，并核对全开、全关的位置是否与3.4．1试验时全开、全关的位置是否相符；再次记录全开、全关过程中阀杆的转动圈数，核对是否与3．4．1试验时阀杆的转动圈数是否相同，以确认阀杆、阀杆螺母的强度、刚度是否满足bs5163：1986标准的要求。
3．5零件检验
拆开零件，检验阀体、阀盖、闸板、阀杆、阀杆螺母、填料函等零件及中法兰的螺柱、螺母是否完好，以确认阀体、阀盖、闸板、阀杆、阀杆螺母、填料函等主要零件及中法兰螺栓的设计是否满足bs5163：1986标准的要求。
4结束语
经设计验证——型式试验，确认bs5163、bs51501．6mpadn300～d
nl000英标铸铁闸阀的设计满足了bs5163：1986标准的要求，投入了
批量生产，并大批量出口马来西亚、新加坡。通过设计，深切感到bs5163标准的型式试验方法——zui小强度扭矩试验是十分科学的，应该在阀门行业中推广，这是企业进行阀门新产品设计验证的好办法；深切感到阀门行业应该规范各类阀门的zui大功能试验扭矩，即规范各类阀门的启闭力矩，这是时代发展、社会进步对阀门进行人性化设计提出的新要求。
【声明】：
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目前上有些文章未注明作者或出处，甚至标注错误，此类情况出现并非不尊重作者及出处，而是因为有些资料来源的不规范。如果有了解作者或出处的原作者或网友，请告知，本将立即更正注明，并向作者道歉。
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