豐泉·塑料閥門標準的介紹與問題探討

• 簡介：由于塑料閥門所具有的質量輕、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等優(yōu)點，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，其應用方面的優(yōu)勢是其他閥門無法相比的。目前在國內塑料閥門的生產與應用中，還沒有可靠的方法對其控制，造成給水和工業(yè)用其他流體的塑料閥門產品質量參差不齊，在工程應用中造成關閉不嚴和滲漏現(xiàn)象嚴重，形成了一種塑料閥門不能使用的言論，影響塑料管道應用的整體發(fā)展。我國塑料閥門的國家標準正在制定過程中，其產品標準和方法標準均根據(jù)標準而制定。
• 關鍵字：塑料閥門,使用壽命,密封試驗,疲勞強度試驗,試驗條件 

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

　　由于塑料閥門所具有的質量輕、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等優(yōu)點，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，其應用方面的優(yōu)勢是其他閥門無法相比的。目前在國內塑料閥門的生產與應用中，還沒有可靠的方法對其控制，造成給水和工業(yè)用其他流體的塑料閥門產品質量參差不齊，在工程應用中造成關閉不嚴和滲漏現(xiàn)象嚴重，形成了一種塑料閥門不能使用的言論，影響塑料管道應用的整體發(fā)展。我國塑料閥門的國家標準正在制定過程中，其產品標準和方法標準均根據(jù)標準而制定。

　　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，結構形式主要有兩通、三通和多通閥門，原料主要有ABS、PVC-U、PVC-C、PB、PE、PP和PVDF等。

　　在塑料閥門產品的標準中，首先是對生產閥門所用原料進行要求，其原料的生產廠家必須具有符合塑料管道產品標準的蠕變破壞曲線[1]；同時對塑料閥門的密封試驗、閥體試驗、整體閥門的長期性能試驗、疲勞強度試驗和操作扭矩等都進行了規(guī)定，給出了用于工業(yè)輸送流體的塑料閥門的設計使用壽命為25年的要求[2]。

　　1 標準的主要技術要求

　　1.1 原料要求

　　閥體、閥帽和閥蓋的材料應選用符合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 設計要求

　　a）如果閥門僅有一個承壓方向，應在閥體外部用箭頭標注，對稱設計的閥門應適合于流體雙向流動和隔離。

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

　　c）根據(jù)EN736-3，閥門內腔zui小通孔應符合以下兩點：

　　— 對于閥門上介質流通的任一孔徑，都不應小于閥門DN值的90％；

　　— 對于在結構上需要縮小介質流通孔徑的閥門，制造者應說明其實際zui小通孔。

　　d）閥桿與閥體之間的密封應符合EN736-3。

　　e） 在閥門耐磨性能方面，閥門的設計應考慮磨損部件的使用壽命，或者生產商應在操作指導書中注明更換整個閥門的建議。

　　f）所有閥門操作裝置所適用的流速應達到3m/s。

　　g）從閥門的上方看，閥門的手柄或手輪應為順時針方向關閉閥門。

　　1.3 制造要求

　　a） 購進原料的性能應與原料生產廠家的說明書相符，并符合產品標準要求。

　　b） 閥體上應標注出所用原料代號、通徑DN、公稱壓力PN。

　　c）閥體應標注出生產者廠名或商標。

　　d）閥體應標注出生產日期或代號。

　　e）閥體應標注出生產者不同生產地點的代號。

　　1.4 短期性能要求

　　短期性能在產品標準中是屬于出廠檢驗項目，主要是做閥座的密封試驗與閥體的密封試驗，用于檢查塑料閥門的密封性能，要求塑料閥門即不能有內泄漏（閥座泄漏）現(xiàn)象，也不能有外泄漏（閥體泄漏）現(xiàn)象。

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

1.5 長期性能要求

　　1.5.1 閥體試驗和整體閥門長期性能試驗在產品標準中屬于型式檢驗項目，閥體試驗用于驗證閥體的強度，整體閥門長期性能試驗用于驗證塑料閥門設計的整體可靠性。

1.6 系統(tǒng)應用的要求

　　1.6.1 疲勞強度試驗[4]

　　閥門應在下列狀態(tài)進行開與關的疲勞強度試驗：

　　a） 試驗介質為水，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，使水的流速達到（1±0.2）m/s；

　　c） 把閥門關閉，輸出端壓力為大氣壓；

　　d） 接著把閥門全開，使水的流速達到（1±0.2）m/s；

　　e） 循環(huán)不少于5000次。

　　試驗方法應符合標準規(guī)定,疲勞強度試驗后所有功能部分應保持完好，還能滿足短期性能的密封試驗要求。

　　1.6.2 扭矩試驗[5]

　　手動閥門應在公稱壓力和室溫條件下，按標準規(guī)定狀態(tài)調節(jié)后進行操作扭矩試驗，并給出閥門全開或全關的zui大允許操作扭矩數(shù)值。此項數(shù)值受部件的加工精度與裝配的影響波動較大。

　　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與全關的作用力，不能超過表4給出的F值。

　　表4 操作力[6]　　

　　注：對于隔膜閥，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壓力均為1.5×PN。

　　注：L 手柄或手輪操作力臂長度，單位（mm）；

　　F 操作力，單位牛頓（N）；

　　FS zui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-端面尺寸應從下列標準中選取：

　　—PN設計的法蘭參見EN558-1；

　　—Class設計的法蘭參見EN558-2。

　　其他類型的連接端頭，應由生產商確定端面-端面尺寸。

　　b） 閥門連接端尺寸

　　法蘭連接閥門的連接尺寸應符合以下標準：

　　—PN設計的法蘭參見EN1092-1；

　　—Class設計的法蘭參見prEN1759-1:1997。

　　閥門連接端的螺紋尺寸應符合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進行焊接；

　　插口粘結連接：閥門連接部位為插口形式，與管件進行粘結連接；

　　電熔承口連接：閥門連接部位為內徑敷設電熱絲的承口形式，與管材進行電熔連接；

　　承口熱熔連接：閥門連接部位為承口形式，與管材進行熱熔承插連接；

　　承口粘結連接：閥門連接部位為承口形式，與管材進行粘結承插連接；

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

　　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，與管材或管件進行連接。

　　一個閥門上可以同時具有不同的連接方式。

　　1.7 使用壓力與溫度的關系

　　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。

　1.8 公稱壓力PN的計算：

　　PN=бs/S

　　式中 бs— 設計應力，單位MPa

　　 S — 與閥門連接管材的管系列

　　 PN— 公稱壓力，單位MPa

　　2 問題探討

　　2.1 塑料管材與塑料閥門的公稱尺寸、公稱壓力標注方式不一致。塑料管材的公稱尺寸用公稱外徑dn表示，塑料閥門的公稱尺寸用公稱通徑DN表示；用于冷熱水的塑料管材不允許標注公稱壓力PN，標注管系列S根據(jù)使用條件級別選擇使用壓力，而塑料閥門則標注公稱壓力PN，用溫度等級系數(shù)fr來選擇使用溫度。此處需要注意。

　2.2 在EN 12570:2000中操作扭矩規(guī)定的要求太低，因閥門的扭矩越大閥座磨損越大，使用壽命越短。國內已經作過扭矩試驗的廠家的塑料閥門，手柄尺寸小于100的扭矩僅為3N·m左右，相當于操作力僅為30N左右，遠低于標準要求250N的數(shù)值。是否可以提高指標，還需要增加不同廠家產品的驗證。

　　2.3 在標準中沒有規(guī)定不同規(guī)格閥門扭矩的大小，僅給出手柄長度（或手輪直徑）與作用力的要求，是不能保證閥門產品扭矩質量的，因為生產者可以用加長手柄長度（或手輪直徑）的方法使不合格品變?yōu)楹细衿贰?/p>

　　2.4 表2中的PP-R設計應力бs為5MPa，現(xiàn)在上一些原料的設計應力бs已經提高到6.3 MPa或8 MPa，在設計強度上的選擇相對其他原料品種而言有些保守。

　　2.5 縮徑閥門的zui小通徑沒有給出不同規(guī)格zui小尺寸的定量要求，僅要求生產廠家標明。這就使得一些廠家閥門縮徑過多的產品相對同規(guī)格產品就顯得結構緊湊，但會造成管路系統(tǒng)局部阻力增大。

　　2.6 標準中給出了用于工業(yè)輸送流體的塑料閥門的設計使用壽命為25年的要求，并沒有給出用于生活給水系統(tǒng)的設計使用壽命時間。

　　3 結論

　　只要選擇原料和產品控制都按照標準規(guī)定進行，塑料閥門完夠滿足塑料管路的使用要求。

　　同時標準中也存在一些不合適之處，需要關注其發(fā)展動態(tài)。