閥門螺栓強度設計

本文所述之2吋一齊開放閥，做為連結閥體與閥蓋之螺栓，其設計強度計算，係參考ASTM A 307(詳見附錄七所示)之規格；UL 之列名認證，其測試、調查(investigation)之螺栓強度鑑定，亦是採用此方式，其計算方式如下:

螺栓規格3/8吋( 9.5 mm)做計算，其拉力強度為4650 lbf， 本產品設計之標稱工作壓力為175psi (12.3 kgf/cm2)，以安全係數5做計算，則閥產品之試驗強度為

175psi(標稱工作壓力)×5(試驗之安全係數)=875psi (61.5 kgf/cm2)         (2.2)

閥蓋之受水壓面積為 πd2/4=9.64in2計算

 閥蓋受力為P閥蓋×A閥蓋=875psi × 9.64 = 84351bf     (2.3)

則1支螺栓所承受之拉力為2108lbf。

因2108lbf < 4650lbf，計算結果3/8吋的螺栓的設計規格大於安全係數10倍，似乎有over design的疑慮，但考慮到與其它尺寸閥的加工共通性及螺栓規格的共用性，降低零件庫存及管理成本，故採用3/8吋螺栓進行測試。

襯墊及隔膜片設計

襯墊及隔膜片所使用之橡膠、合成樹膠應符合『一起開放閥認可基準』[10]之規定，並達到規範之標準，標準如表2.6所示：

在65℃的環境下，將襯墊及隔膜片的材質試片投入下述各水溶液，經浸泡7日後，進行試驗，記錄其浸泡前後之拉力強度、伸長率、硬度、體積變化率及吸水率，並載明下列一~四所使用之藥劑種類及型號。

一、蛋白質泡沫水溶液

二、合成介面活性泡沫水溶液

三、水成膜泡沫水溶液

四、3%濃度的氯化鈉水溶液

          表1. 襯墊及隔膜片之材質化學試驗標準

試驗項目

 規格要求

硬度(Shore A)

 70±5

壓力損失值計算

相當於直管長度(Equivalent pipe length，等效管長、等價管長)之壓力損失值計算，同樣用上述的試驗裝置，在表4.3對應的內徑50 mm之最大流量放水700 ℓ/min時，壓力損失以最小刻度0.02kgf/cm2之壓力計測量，測量二次取其平均值成為壓力損失值。

等效管長係依據消防用一齊開放閥認可基準，用下列計算式計算[10]

(4.1)

L: 等效管長(m)

∆P: 壓力損失值(kgf/cm2)

D : 直管內徑(與一齊開放閥之閥體內徑相同大小之配管用碳鋼管(CNS 6445、4626之內徑，單位mm)

Q :流量(ℓ/min)

本產品之等效管長以700 ℓ/min的流量，壓力損失1.24kgf/cm2 ，直管內徑50mm，帶入計算得等效管長為14.7m，可得壓力損失與流量之關係，如式4-2所示，壓力損失-流量圖如圖4.4所示。

             ∆P= 6.8×10-6 Q1.85                        (4.2)

ASTM A307 規格表






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