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通過(guò)對(duì)國(guó)際塑料閥門產(chǎn)品和試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)中原料要求、設(shè)計(jì)要求、制造要求、性能要求、試驗(yàn)方法、系統(tǒng)應(yīng)用要求和使用壓力與溫度的關(guān)系等內(nèi)容介紹，可以了解對(duì)塑料閥門所需要的密封試驗(yàn)、扭矩實(shí)驗(yàn)和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)等基本質(zhì)量控制的要求。以表格的形式匯總了塑料閥門產(chǎn)品所需性能要求的閥座密封試驗(yàn)、閥體密封試驗(yàn)、閥體強(qiáng)度試驗(yàn)、閥門長(zhǎng)期試驗(yàn)、疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)和操作扭矩的規(guī)定。通過(guò)對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)幾個(gè)問(wèn)題的探討，使塑料閥門的生產(chǎn)者和使用者引起關(guān)注。
 

關(guān)鍵詞：塑料閥門 使用壽命 密封試驗(yàn) 疲勞強(qiáng)度試驗(yàn) 試驗(yàn)條件

 

　　隨著塑料管路在冷熱給水和工業(yè)管道工程應(yīng)用中所占比例的不斷提高，塑料管道系統(tǒng)中塑料閥門的質(zhì)量控制越來(lái)越顯得尤其重要。

　　由于塑料閥門所具有的質(zhì)量輕、耐腐蝕、不吸附水垢、可與塑料管路一體化連接和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，塑料閥門在給水（尤其是熱水與采暖）和工業(yè)用其他流體的塑料管路系統(tǒng)中，其應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)是其他閥門無(wú)法相比的。目前在國(guó)內(nèi)塑料閥門的生產(chǎn)與應(yīng)用中，還沒(méi)有可靠的方法對(duì)其控制，造成給水和工業(yè)用其他流體的塑料閥門產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，在工程應(yīng)用中造成關(guān)閉不嚴(yán)和滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重，形成了一種塑料閥門不能使用的言論，影響塑料管道應(yīng)用的整體發(fā)展。我國(guó)塑料閥門的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正在制定過(guò)程中，其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和方法標(biāo)準(zhǔn)均根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)而制定。

　　國(guó)際上塑料閥門的類型主要有球閥、蝶閥、止回閥、隔膜閥、閘閥和截止閥等，結(jié)構(gòu)形式主要有兩通、三通和多通閥門，原料主要有ABS、PVC-U、PVC-C、PB、PE、PP和PVDF等。

　　在塑料閥門產(chǎn)品的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，首先是對(duì)生產(chǎn)閥門所用原料進(jìn)行要求，其原料的生產(chǎn)廠家必須具有符合塑料管道產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的蠕變破壞曲線^[1]；同時(shí)對(duì)塑料閥門的密封試驗(yàn)、閥體試驗(yàn)、整體閥門的長(zhǎng)期性能試驗(yàn)、疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)和操作扭矩等都進(jìn)行了規(guī)定，給出了用于工業(yè)輸送流體的塑料閥門的設(shè)計(jì)使用壽命為25年的要求^[2]。

　　1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)要求

　　1.1 原料要求

　　閥體、閥帽和閥蓋的材料應(yīng)選用符合ISO 15493:2003《工業(yè)用塑料管道系統(tǒng)—ABS、PVC-U和PVC-C—管材和管件系統(tǒng)規(guī)范—*部分：公制系列》和ISO 15494:2003《工業(yè)用塑料管道系統(tǒng)—PB、PE和PP—管材和管件系統(tǒng)規(guī)范—*部分：公制系列》的規(guī)定。

　　1.2 設(shè)計(jì)要求

　　a）如果閥門僅有一個(gè)承壓方向，應(yīng)在閥體外部用箭頭標(biāo)注，對(duì)稱設(shè)計(jì)的閥門應(yīng)適合于流體雙向流動(dòng)和隔離。

　　b）密封部件由閥桿帶動(dòng)進(jìn)行閥門的啟閉動(dòng)作，應(yīng)在終點(diǎn)或中間任一位置靠摩擦力或執(zhí)行裝置進(jìn)行定位，流體壓力不能將其位置變動(dòng)。

　　c）根據(jù)EN736-3，閥門內(nèi)腔*小通孔應(yīng)符合以下兩點(diǎn)：

　　— 對(duì)于閥門上介質(zhì)流通的任一孔徑，都不應(yīng)小于閥門DN值的90％；

　　— 對(duì)于在結(jié)構(gòu)上需要縮小介質(zhì)流通孔徑的閥門，制造者應(yīng)說(shuō)明其實(shí)際*小通孔。

　　d）閥桿與閥體之間的密封應(yīng)符合EN736-3。

　　e） 在閥門耐磨性能方面，閥門的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮磨損部件的使用壽命，或者生產(chǎn)商應(yīng)在操作指導(dǎo)書中注明更換整個(gè)閥門的建議。

　　f）所有閥門操作裝置所適用的流速應(yīng)達(dá)到3m/s。

　　g）從閥門的上方看，閥門的手柄或手輪應(yīng)為順時(shí)針?lè)较蜿P(guān)閉閥門。

　　1.3 制造要求

　　a） 購(gòu)進(jìn)原料的性能應(yīng)與原料生產(chǎn)廠家的說(shuō)明書相符，并符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　b） 閥體上應(yīng)標(biāo)注出所用原料代號(hào)、通徑DN、公稱壓力PN。

　　c）閥體應(yīng)標(biāo)注出生產(chǎn)者廠名或商標(biāo)。

　　d）閥體應(yīng)標(biāo)注出生產(chǎn)日期或代號(hào)。

　　e）閥體應(yīng)標(biāo)注出生產(chǎn)者不同生產(chǎn)地點(diǎn)的代號(hào)。

　　1.4 短期性能要求

　　短期性能在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中是屬于出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目，主要是做閥座的密封試驗(yàn)與閥體的密封試驗(yàn)，用于檢查塑料閥門的密封性能，要求塑料閥門即不能有內(nèi)泄漏（閥座泄漏）現(xiàn)象，也不能有外泄漏（閥體泄漏）現(xiàn)象。

　　閥座的密封試驗(yàn)是驗(yàn)證閥門隔離管道系統(tǒng)的性能；閥體的密封實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證閥門閥桿密封處和閥門各連接端密封處的泄漏情況。

　　試驗(yàn)條件見(jiàn)表1。

　　表 1 閥座和閥體試驗(yàn)的條件^[3]

　　Tab.1 Condition for seat ａnd packing tests

 

試驗(yàn)	*少測(cè)試時(shí)間/s	試驗(yàn)壓力/MPa	溫度/ ℃	試驗(yàn)介質(zhì)·內(nèi)部	試驗(yàn)介質(zhì)·外部
閥座試驗(yàn)（閥門關(guān)閉）1）	60	0.052）	20±2	空氣	水
	5）	1.1×PN3）	20±2	水4）	空氣
密封試驗(yàn)（閥門打開(kāi)）	6）	1.5×PN3）	20±2	水4）	空氣
注：1）根據(jù)有關(guān)產(chǎn)品扭矩的規(guī)定開(kāi)關(guān)閥門； 　　2）*小試驗(yàn)壓力0.05MPa； 　　3）*大試驗(yàn)壓力（PN＋0.5）MPa； 　　4）或內(nèi)部是空氣外部是水時(shí)壓力為（0.6±0.1）MPa； 　　5）閥門公稱尺寸  DN≤200：*少試驗(yàn)時(shí)間15s，DN≥250：*少試驗(yàn)時(shí)間30s； 　　6）閥門公稱尺寸  DN≤50： *少試驗(yàn)時(shí)間15s，DN≥65： *少試驗(yàn)時(shí)間30s。

　　試驗(yàn)方法：按照 ISO 1167《流體輸送用熱塑性塑料管材 耐內(nèi)壓試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行。做閥座的密封實(shí)驗(yàn)時(shí)閥門應(yīng)處于全關(guān)狀態(tài)；做閥體的密封試驗(yàn)時(shí)應(yīng)使閥門處于全開(kāi)位置或半開(kāi)位置（例如球閥），半開(kāi)時(shí)應(yīng)能使流體進(jìn)入閥桿密封位置。對(duì)于單向密封的閥門，只做一個(gè)方向的閥座密封試驗(yàn)；而雙向密封的閥門，則兩個(gè)方向的閥座密封試驗(yàn)都需要做。試驗(yàn)時(shí)要求排凈閥門試樣中的空氣，逐漸升高試驗(yàn)壓力，30s內(nèi)達(dá)到規(guī)定的壓力。

　　應(yīng)注意，試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)裝置不能對(duì)閥門產(chǎn)生額外的應(yīng)力。如果以空氣作為試驗(yàn)介質(zhì)時(shí)，必須采取針對(duì)壓縮氣體的安全措施。

　　1.5 長(zhǎng)期性能要求

　　1.5.1 閥體試驗(yàn)和整體閥門長(zhǎng)期性能試驗(yàn)在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中屬于型式檢驗(yàn)項(xiàng)目，閥體試驗(yàn)用于驗(yàn)證閥體的強(qiáng)度，整體閥門長(zhǎng)期性能試驗(yàn)用于驗(yàn)證塑料閥門設(shè)計(jì)的整體可靠性。

　　閥體試驗(yàn)條件見(jiàn)表2。

　　表2  閥體試驗(yàn)的條件^[3]

　　Tab.2 Conditions for shell test

 

材 料	*少測(cè)試時(shí)間/h	試驗(yàn)壓力Pt1）/MPa	設(shè)計(jì)應(yīng)力/бs1）	溫度/ ℃	試驗(yàn)介質(zhì)·內(nèi)部	試驗(yàn)介質(zhì)·外部
PE100	100　　165　　1000	1.55×PN　　0.69×PN　　0.62×PN	8	20±2　　80±2　　80±2	水　　水　　水	水　　水　　水
PE80	100　　165　　1000	1.59×PN　　0.73×PN　　0.63×PN	6.3	20±2　　80±2　　80±2	水　　水　　水	水　　水　　水
PP-H、PP-R-GR　　PP-B　　PP-R	1　　1000	4.2×PN　　0.7×PN	5	20±2　　95±2	水　　水	水　　水或空氣
	1　　1000	3.2×PN　　0.52×PN	5	20±2　　95±2	水　　水	水　　水或空氣
	1　　1000	3.2×PN　　0.7×PN	5	20±2　　95±2	水　　水	水　　水或空氣
PVC-U　　PVC-UH　　dn＜160　　dn≥160	1　　1000	4.2×PN　　3.2×PN	10	20±2　　20±2	水　　水	水　　水
	1　　1000	4.2×PN　　3.2×PN	10	20±2　　20±2	水　　水	水　　水
	1　　1000	3.36×PN　　2.56×PN	12.5	20±2　　20±2	水　　水	水　　水
PVDF	200	0.72×PN	16	95±2	水	水或空氣
注：1） 壓力Pt的計(jì)算公式如下： 　　Pt= PN×бt/бs 　　式中：бt — 試驗(yàn)應(yīng)力； 　　бs — 設(shè)計(jì)應(yīng)力。

　　整體閥門長(zhǎng)期性能試驗(yàn)條件見(jiàn)表3。

　　表3 長(zhǎng)期性能試驗(yàn)的條件^[3]

　　Tab.3 Conditions for long-term behaviour test

 

材料	*少測(cè)試時(shí)間/h	試驗(yàn)壓力Pt/MPa	溫度 /℃	試驗(yàn)介質(zhì)·內(nèi)部	試驗(yàn)介質(zhì)·外部
PE100,PE80	1000	1.5×PN	20±2	水	水
PP-HPP-B,PP-R,PP-R-GR	10001000	2.24×PN1.6×PN	20±220±2	水水	水水
PVC-U,PVC-UH	1000	1.3×PN	40±2	水	水
PVDF	1000	1.45×PN	20±2	水	水
注：對(duì)于隔膜閥，除PVC-U和PVC-UH（1.3×PN）、PVDF（1.45×PN）以外其他材料的閥門的試驗(yàn)壓力均為1.5×PN。

　　試驗(yàn)方法：按照ISO 1167《流體輸送用熱塑性塑料管材 耐內(nèi)壓試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行。閥體試驗(yàn)和整體閥門長(zhǎng)期性能試驗(yàn)時(shí)要求排凈閥門試樣中的空氣，逐漸升高試驗(yàn)壓力，30s內(nèi)達(dá)到規(guī)定壓力，試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)裝置不能對(duì)閥門產(chǎn)生額外的應(yīng)力。

　　1.5.2 閥體試驗(yàn)和整體閥門長(zhǎng)期性能試驗(yàn)是將閥體和閥門按ISO 12092《無(wú)增塑聚氯乙烯（PVC-U）、氯化聚氯乙烯（PVC-C）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯（ASA）管材、管件和閥門系統(tǒng)—耐內(nèi)壓—試驗(yàn)方法》的要求裝配后，進(jìn)行試驗(yàn)。

　　1.5.3 在閥體試驗(yàn)和整體閥門長(zhǎng)期性能試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中，試樣沒(méi)有出現(xiàn)泄漏或破裂現(xiàn)象，則判定試驗(yàn)合格。試樣在試驗(yàn)結(jié)束前出現(xiàn)泄漏或破裂現(xiàn)象，則判定試驗(yàn)不合格。如果在連接處出現(xiàn)問(wèn)題，則判定試驗(yàn)無(wú)效，需要重新取試樣測(cè)試。

1.6 系統(tǒng)應(yīng)用的要求

　　1.6.1 疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)^[4]

　　閥門應(yīng)在下列狀態(tài)進(jìn)行開(kāi)與關(guān)的疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)：

　　a） 試驗(yàn)介質(zhì)為水，在閥門輸入端壓力為公稱壓力PN和溫度為（20±3）℃的條件下；

　　b） 把閥門全開(kāi)，使水的流速達(dá)到（1±0.2）m/s；

　　c） 把閥門關(guān)閉，輸出端壓力為大氣壓；

　　d） 接著把閥門全開(kāi)，使水的流速達(dá)到（1±0.2）m/s；

　　e） 循環(huán)不少于5000次。

　　試驗(yàn)方法應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)后所有功能部分應(yīng)保持完好，還能滿足短期性能的密封試驗(yàn)要求。

　　1.6.2 扭矩試驗(yàn)^[5]

　　手動(dòng)閥門應(yīng)在公稱壓力和室溫條件下，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定狀態(tài)調(diào)節(jié)后進(jìn)行操作扭矩試驗(yàn)，并給出閥門全開(kāi)或全關(guān)的*大允許操作扭矩?cái)?shù)值。此項(xiàng)數(shù)值受部件的加工精度與裝配的影響波動(dòng)較大。

　　1.6.3 操作允許作用力的要求

　　塑料閥門的手柄或圓手輪的全開(kāi)與全關(guān)的作用力，不能超過(guò)表4給出的F值。

　　表4 操作力^[6]

　　Tab.4 Manual force

 

L	100	125	160	200	250	315	400	500	630	720	800	1000
F	250	300	300	350	400	400	400	400	400	400	400	400
Fs	500	600	600	700	800	800	1000	1000	1000	1000	1000	1000

　　注：L  手柄或手輪操作力臂長(zhǎng)度，單位（mm）；

　　F  操作力，單位牛頓（N）；

　　F_S  *大操作力，單位牛頓（N）。

　　1.6.4 連接尺寸

　　 a） 端面-端面尺寸

　　法蘭連接系統(tǒng)用閥門的端面-端面尺寸應(yīng)從下列標(biāo)準(zhǔn)中選�。�

　　—PN設(shè)計(jì)的法蘭參見(jiàn)EN558-1；

　　—Class設(shè)計(jì)的法蘭參見(jiàn)EN558-2。

　　其他類型的連接端頭，應(yīng)由生產(chǎn)商確定端面-端面尺寸。

　　b） 閥門連接端尺寸

　　法蘭連接閥門的連接尺寸應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)：

　　—PN設(shè)計(jì)的法蘭參見(jiàn)EN1092-1；

　　—Class設(shè)計(jì)的法蘭參見(jiàn)prEN1759-1:1997。

　　閥門連接端的螺紋尺寸應(yīng)符合ISO 7-1或ISO 228-1。

　　1.6.5 塑料閥門與管路系統(tǒng)連接的方式有

　　對(duì)焊連接：閥門連接部位的外徑與管材的外徑相等，閥門連接部位端面與管材的端面相對(duì)進(jìn)行焊接；

　　插口粘結(jié)連接：閥門連接部位為插口形式，與管件進(jìn)行粘結(jié)連接；

　　電熔承口連接：閥門連接部位為內(nèi)徑敷設(shè)電熱絲的承口形式，與管材進(jìn)行電熔連接；

　　承口熱熔連接：閥門連接部位為承口形式，與管材進(jìn)行熱熔承插連接；

　　承口粘結(jié)連接：閥門連接部位為承口形式，與管材進(jìn)行粘結(jié)承插連接；

　　承口橡膠密封圈連接：閥門連接部位為內(nèi)鑲橡膠密封圈的承口形式，與管材進(jìn)行承插連接；

　　法蘭連接：閥門連接部位為法蘭形式，與管材上的法蘭進(jìn)行連接；

　　螺紋連接：閥門連接部位為螺紋形式，與管材或管件上的螺紋進(jìn)行連接；

　　活接連接：閥門連接部位為活接形式，與管材或管件進(jìn)行連接。

　　一個(gè)閥門上可以同時(shí)具有不同的連接方式。

　　1.7 使用壓力與溫度的關(guān)系

　　隨著使用溫度的提高，塑料閥門的使用壽命要縮短。要想保持相同的使用壽命，就需要降低使用壓力。表5給出了閥體材料的溫度等級(jí)系數(shù)f_r。

　　表5 使用壽命25年的等級(jí)系數(shù)f_r^[2]

　　Tab.5 Minimum values for rating factor f_r for a lifetime up 25 years

 

溫度/℃	ABS	PE80	PP-H	PVC-C	PVC-U	PVDF
-40	1.0	1.0	—	—	—	a
-30	1.0	1.0	—	—	—	a
-20	1.0	1.0	—	—	—	1.0
-10	1.0	1.0	—	—	—	1.0
05	1.01.0	1.01.0	—1.0	——	——	1.0 　　1.0
10	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
20	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
25	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
30	0.80	0.76	0.85	0.85	0.80	0.90
40	0.60	0.53	0.70	0.65	0.60	0.80
50	0.40	0.35	0.55	0.50	0.35	0.71
60	0.20	0.24	0.40	0.35	0.15	0.63
70	—	—	0.27	0.25	—	0.54
80	—	—	0.15	0.15	—	0.47
90	—	—	0.08	a	—	0.36
100	—	—	a	—	—	0.25
110	—	—	－	—	—	0.17
120	—	—	—	—	—	0.12
130	—	—	—	—	—	a
140	—	—	—	—	—	a
注：這些等級(jí)系數(shù)fr與管材、管件其他相關(guān)的折減系數(shù)不一致。
a: 此等級(jí)系數(shù)應(yīng)由制造者給出。

　　1.8 公稱壓力PN的計(jì)算：

　　PN=б_s/S

　　式中 б_s— 設(shè)計(jì)應(yīng)力，單位MPa

　　     S — 與閥門連接管材的管系列