缪克在

(浙江省泵阀产品质量检验中心，浙江 永嘉325105)

摘要 介绍了对阀门外载荷弯曲试验原理、试验方法以及载荷参数选取与统计分析的研究，给出了阀门外载荷弯曲试验模型和参数，提供了评定管线阀门承受外载荷可靠性依据。

关键词 管线阀门;外载荷;弯曲;试验

1 概述

管线阀门出厂普遍采用压力性能试验(强度试验和密封试验，即内压试验，仅考虑了阀门承受压力边界安全性)，很少进行外载荷弯曲试验，故而管线阀门经常出现出厂检验合格，但现场安装试运行时或使用后短期内出现泄漏"故障或损坏等问题。在国外大型管线工程中使用的阀门已实施外载荷弯曲试验，我国仅对管线全焊接球阀采用了模拟工况外载荷试验!本文主要论述管线阀门承受弯曲或弯矩的外载荷试验方法。

2 试验原理与模型

外载荷试验主要是评定管线阀门在承受内部介质压力、地基载荷、地质滑坡、地面沉降和洪水等苛刻工况重要条件下，出现泄漏、断裂、永久变形或阀门无法启闭操作等故障的可能性，其中承受弯矩是管线阀门常见的外部载荷之一。

施加载荷采用静载荷方式(假设被测阀门不受扭转力)。根据材料静力学原理(图1)，支点反作用力R为施加载荷F的1/2。考虑载荷施加支架的受力安全性、施加载荷的有效性以及支架跨度和强度，DN50及以下管线阀门采用平行支架(图1a)加载，DN50以上管线阀门需采用拱形支架(图1b)加载，或采用等效的两部分等值载荷F/2同时加载。被测阀受施加于试验连接管上载荷F产生的弯矩M为

对于DN50及以下管线阀门，试验连接件应是实心的，其施加载荷至被测阀中心线距离L1可取152.5 mm，支点反作用力至被测阀中心线距离L₂可取305 mm。对于DN50以上管线阀门，考虑外载荷弯曲试验装置的载荷源与连接管的成本，以及试验时必须确保载荷源在连接管上施加载荷而不致管道变形的可靠性等要求，通过统计分析方法得出实际施加载荷换算质量不大于1.5 _t(表1)，对于公称尺寸DN65~DN300阀门的外载荷弯曲测试，将其载荷源换算质量设计为2_t以内。支点反作用力至被测阀中心线距离L₂推荐分两段选取，DN65~DN125的阀门L₂长度取40 x DN，DN150~DN300的阀门L:长度取60xDN。施加载荷至被测阀中心线距离L1取值一般应选L₂/2。

3 试验方法与参数

外载荷试验的连接管尺寸与被测阀公称尺寸应相同。当被测阀的进口端与出口端尺寸不一致时，按较小尺寸端的规定选择载荷。当被测阀、试验连接管、施加载荷支架、载荷源、相关力学传感元件等部件安装后，按表1或表2规定施加载荷(不计管道重量)，试验施加载荷过程中被测阀不允许出现断裂或破坏，卸载后不允许出现导致阀门无法启闭的永久性变形或阀门密封试验与壳体试验出现泄漏。

图1 外载荷试验原理(模型)

表1 DN50以上管线阀门外载荷试验参数

DN50及以下管线阀门，应分别在被测阀开启和关闭位置测试其承受弯矩的可靠性。若被测阀为螺纹连接端，则试验连接管端应按ASME B1. 20. 1、GB/T7306和GB/T7307等有关标准加工螺纹端。

表2 DN50及以下管线阀门外载荷试验参数

公称尺寸DN50以上管线阀门，应分别在被测阀与连接管垂直安装与水平安装两个方向上进行外载荷弯曲试验。试验过程中被测阀需部分开启，且被测阀及试验连接管内部应充满0.9 MPa的试验介质(空气或氮气)，试验持续时间内不允许出现外泄漏。被测阀承受外载荷过程中应进行10次全行程的启闭操作。表1中弯矩M、载荷F以及载荷换算质量是基于试验连接金属钢管材料的屈服强度为245 MPa确定的。考虑试验连接管的刚性与强度需满足试验要求，推荐连接管按ASME 836. 10M中schedule 40标准规格选取。若试验时选用其他材料连接管，则表1中弯矩、载荷以及载荷换算质量等参数需进行修正。

(1)若管材为塑性金属材料，修正系数为试验连接管金属材料实际屈服强度除以相关材料标准规定的最小屈服强度。

(2)若管材为脆性金属材料，修正系数为试验连接管金属材料的实际抗拉强度除以相关材料标准规定的最小抗拉强度。

4 结语

从天然气管线事故与阀门返修统计数据情况分析，管线阀门实际应用过程中，由于承受地基沉降或安装后管道束缚导致的应力集中等外载荷，引发阀门出现泄漏、无法启闭甚至壳体断裂等较多问题，常导致事故、财产损失或工程延期。管线阀门外载荷弯曲试验用于出厂型式鉴定，可有效降低产品投入使用后受外载荷作用产生失效的发生率，提高产品安全性能，延长使用寿命。