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用于球铁压力管和管件的橡胶垫圈连接的美国标准ANSI AWWA C111


ANSI/AWWA C111/A21.11-95

用于球铁压力管和管件的橡胶垫圈连接的美国标准
第一部分:总则 1.1 范围 该标准覆盖了用于球铁压力管和球铁或灰铁管件、阀门、消防栓及其它水路 设施的以下类型橡胶垫圈连接: 1. 机 械 连 接 。 机 械 连 接 主 要 是 为 3-24in ( 76-610mm ) 的 管 子 及 3-48in

(76-1219mm)的管件设计的。 2.推进连接。推进连接主要是为 3-64in(76-1600mm)的管子和管件设计的。 3.法兰连接。法兰连接主要是为 3-64in(76-1600mm)的管子和管件设计的。 4.推进和机械连接的改型。对该标准中所列结构的改进,包括组合或采用特 种密封装置和拼合管接头,但不仅限于这些,只要设计满足 4.5 条的性能要求即 可。 1.2 目的 该标准的主要目的是对用于球铁压力管及球铁、 灰铁管件的橡胶垫圈连接制 定最低要求,包括要求及检测两部分。 1.3 应用 该标准对用于球铁压力管及球铁、 灰铁管件的橡胶垫圈连接的规范提供了参 考。该标准仅能限制球铁压力管及球铁、灰铁管件的橡胶垫圈连接。 第二部分:参考文献 该标准参考了以下文献的最新版本。这些文献组成了该标准的一部分。如有 争议,以该标准为准。 ANSI/ASME B1.1-89—统一英制螺纹。 ANSI/ASME B1.2-83—统一英制螺纹量规及测量。 ANSI/AWWA C110/A21.10-93—3-48in(75-1200mm) ,用于水和其它液体的 球铁和灰铁管件的美国标准。 ANSI/AWWA C115/A21.15-94—带有球铁或灰铁螺纹法兰的法兰球铁管的 美国标准。 ANSI/AWWA C151/A21.51-91—用于水或其它液体的离心铸造球铁管的美 国标准。 ANSI/AWWA C153/A21.53-94 — 3-24in ( 76-610mm ) 和 54-64in (1400-1600mm) ,用于水路设施的球铁压制管件的美国标准。 ANSI/AWWA C600-93—安装球铁水道主干及其配件的美国标准。 ANSI/AWWA C651-92—对水道主干杀菌的美国标准。 ASTM A48-94—灰铁铸件的标准规范。 ASTM A377-94—球铁压力管规范的标准索引。 ASTM A438-80(1991 年重新认可)—灰铸铁弯曲试验的标准试验方法。 ASTM A536-84(1993 年重新认可)—球铁铸件的标准规范。 ASTM D395-89,方法 B—橡胶特性-压缩永久变形的标准试验方法。 ASTM D412-92—硫化橡胶、热塑性橡胶和热塑性高弹体的拉力试验方法。 ASTM D572-88—由于受热和氧化使橡胶老化的测试方法。 ASTM D1149-91—橡胶损伤-内腔表面臭氧裂化的测试方法。 ASTM D2240-91—橡胶特性-硬度的标准试验方法。

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第三部分:定义 该标准将用到以下定义: 1.接头和配件:在该标准中,接头这一术语包括了配件。 2.制造商:制造产品的一方。 3.机械连接:密封盖的螺栓连接,见图 1。每一接头应由以下部分组成: (1) 和管子或管件整体浇铸的承口,与带螺栓孔或槽的外法兰装配,以及带有环 状槽的管夹,该环状槽用来放置密封垫圈和管子、管件的平端。 (2)管子或 管件平端。 (3)密封垫圈。 (4)带螺栓孔的附加密封盖。 (5)丁字头螺栓和 六角头螺母。 4.买方:购买产品的个人、公司或组织。 5.推进连接:单一的橡胶垫圈连接。把一个模制的连续橡胶环垫圈定位在管 夹的环状槽里,迫使管子或管件的平端进入管夹来进行装配。平端径向压紧 垫圈形成可靠密封。 垫圈和环状槽的设计和形状应该使垫圈锁紧定位不会发 生移动。 第四部分:要求 4.1 渗透 当管子可能暴露在严重污染区域时,选材对水路设施和管道系统的分配非常 关键。这些污染物质包括低分子量石油产品或有机溶液及其蒸汽。研究证明管子 材质,如聚乙烯、聚丁烯、聚氯乙烯、石棉水泥和合成橡胶等,如果用于连接垫 圈和密封压盖,很容易受到低分子量有机溶液或石油产品的渗透。如果水管必须 通过这样的污染区或易污染区,应在选材之前与制造商商量管子壁厚、连接元件 等的渗透问题。 4.2 总体要求 该标准规定的接头意在用于符合下列标准最新版本要求的球铁管 4.2.1 接头。 和球铁、灰铁管件上:ANSI/AWWA C110/A21.10,ANSI/AWWA C115/A21.15, ANSI/AWWA C151/A21.15,ANSI/AWWA C153/A21.53,ASTM A377 和其它参 考该标准接头的阀门或其它产品的 ANSI/AWWA 标准。 4.2.2 压力值。 机械连接和推进连接的接头应该和与它们一体的管子或管件具 有相同的压力值。 法兰接头不能超过与之一体的管子或管件的压力值。用于水路设施的法兰接 头的最大压力值为 250psi(1724kPa) 。但 12in 以下的法兰接头当使用特殊垫圈 。它的压力是靠 4.5 条描述的性能测试来保证 时压力值可达到 350psi(2413kPa) 的。 4.2.3 装配。应买方要求,制造商应该提供接头装配的推荐方法。 4.2.4 接头配件。除非另有规定,否则垫圈、密封盖、螺栓和螺母应该备有机 械接头,垫圈和润滑剂应该备有推进接头。配件数量应该足以保证每一处连接。 见附录 B 法兰连接的配件。 4.3 机械连接的特殊要求 4.3.1 密封盖。买方没有其它要求的话,球铁或灰铁密封盖都可以使用。密 封盖应该有一层沥青渡层, 上面铸上或冲压上制造商标记、 铸造国家及名义尺寸。 若是球铁的还应标上字母 DI 或 ductile。 4.3.1.1 灰铁密封盖。 用于密封盖的灰铁的可接受性将通过对相同铁水浇铸的 试棒的测试来决定。试棒应该是 ASTM 标准棒,铸造和测试满足 ASTM A48 的

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拉力要求,或 ASTM A438 的横向断裂载荷要求。制造商可以在拉力试验或弯曲 试验中任选一种作为验收试验。要求的特性见表 1。 表 1 灰铁密封盖的性能 跨度 最小断裂载荷 in mm lbf kN 18 457 2000 8.896 14 610 6800 30.248

钢铁等 级 25 25

试棒直径 in mm 1.2 30.5 2.0 50.8

最小拉力 psi MPa 25000 172 25000 172

4.3.1.2 球铁密封盖。 球铁密封盖的物理特性的标准验收试验是对用密封盖相 同铁水浇铸的试棒进行拉力试验。 试棒浇铸和试验应该满足 ASTM A536 的要求。 浇铸密封盖的球铁应该有最小 5%的延伸率。 4.3.2 尺寸及公差。承口、管夹、平端和密封盖前缘的尺寸及螺栓孔的直径 和位置应该定期测量,以确保符合图 1 和表 2 的尺寸要求。 4.3.3 螺栓孔或槽。当必要安装螺栓时,承口法兰应该有与螺栓孔直径相等 宽度的槽孔。如果规定了,还应备有装配双头螺栓的孔。 4.3.4 垫圈。垫圈尺寸应该满足图 2 和表 3 所示的尺寸及公差,特殊设计和 形状要满足 4.5 条的性能要求。垫圈上应该模制或永久标上规格、模号、垫圈制 造商标记、铸造国家、字母 MJ 及制造年份,见图 2。标记不能位于密封表面。 4.3.4.1 橡胶垫圈应该用硫化苯乙烯聚丁橡胶(SBR)制造,除非买方另有规 定。其它满足 4.3.4.3 物理性能的合成橡胶也可用于特定装置。某些特殊合成橡 胶,如碳氟化合物可以有不同的物理性能。特殊合成橡胶垫圈可以根据 4.3.4 鉴 别,也可以通过永久标记在垫圈上的材质名称来鉴别。有特殊用途的客户应该与 管子、管件或配件制造商联系。回收橡胶不能使用,垫圈应该没有疏松、异物和 其它影响预期使用的缺陷。 4.3.4.2 质量控制程序用来确保垫圈满足该标准要求。 制造商应该每月保留对 该月生产的垫圈进行的质量控制试验的典型结果记录。 4.3.4.3SBR 垫圈橡胶的要求特性和要求试验方法见表 4。 4.3.5 螺栓和螺母。丁字头螺栓和六角头螺母的尺寸应满足图 3 和表 5 所列 的尺寸和公差。厂商可以选择用至少含 0.5%铜的高强度铸铁或高强度低合金钢 制造。钢应该具备表 6 所列特性。紧固件应该完全符合国际条例 101-592“紧固 件质量条例” 。 4.3.5.1 螺 纹 。 内 螺 纹 和 外 螺 纹 的 设 计 应 该 符 合 ANSI/ASME B1.1 和 ANSI/ASME B1.2 的规定。螺纹形式应该满足粗牙螺纹(UNC)的标准和尺寸; 外螺纹符合等级 2A 的限定,内螺纹符合等级 2B 的限定。螺栓攻丝应该和螺栓 体的纵向轴线同心。螺母攻丝应该和纵向轴线同心并与受力表面成直角,公差为 2°,确保轴向载荷。 4.3.5.2 验证试验。 采用统计质量控制来确保螺栓和螺母能承受指定的试验载 荷而不发生永久伸长。装配的螺栓和螺母应该在指定的拉力下进行验证试验。试 验时,螺母装配应该与螺栓末端平齐。载荷应该采用适当的机器无冲击的加在螺 母和螺栓头之间,确保轴向载荷。指定的试验载荷应该不会使螺母或螺栓断裂或 使螺栓发生永久伸长。永久伸长即每单位螺栓长度伸长 0.002 个单位。装配的螺 栓和螺母应该在表 7 所给的载荷下进行试验,表 7 的载荷是在使螺纹齿根承受 45000psi(310MPa)的压力基础上确定的。

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表3 规格 in 3 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24 30 36 42 48 管子 外径 3.96 4.80 6.90 9.05 11.10 13.20 15.30 17.40 19.50 21.60 25.80 32.00 38.30 44.50 50.80 A ±0.01in 0.48 0.62 0.62 0.62 0.62 0.62 0.62 0.62 0.62 0.62 0.62 0.73 0.73 0.73 0.73

机械连接垫圈的尺寸(3-48in) 普通橡胶垫圈的尺寸 B C D E ±1% 0.62 0.31 3.86 0.12 0.75 0.31 4.68 0.16 0.75 0.31 6.73 0.16 0.75 0.31 8.85 0.16 0.75 0.31 10.87 0.16 0.75 0.31 12.95 0.16 0.75 0.31 14.99 0.16 0.75 0.31 17.07 0.16 0.75 0.31 19.13 0.16 0.75 0.31 21.20 0.16 0.75 0.31 25.34 0.16 1.00 0.38 31.47 0.16 1.00 0.38 37.67 0.16 1.00 0.38 43.78 0.16 1.00 0.38 49.98 0.16

F ±0.01in 0.15 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.37 0.37 0.37 0.37

G ±0.02in 1.05 1.22 1.22 1.22 1.22 1.22 1.22 1.22 1.22 1.22 1.22 1.54 1.54 1.54 1.54

SBR 机械连接垫圈的特性要求和试验方法 特性 ASTM 试验方法 要求值 回跳(肖氏)硬度“A” D2240-91 75±5 最小极限拉力 D412-92 1500psi(10MPa) a 最小极限延伸率 D412-92 150% b c 最小老化 D572-88 60% 最大压缩永久变形 D395-89,方法 B 20% d 表面臭氧抗力 D1149-91 无裂纹 裂纹
a. 相对于原始长度。 b. 相对于拉力和极限延伸率的原始值。 c. 氧气气压方法,在压力为 300psi±10(2068kPa±69) 、温度为 70℃±1°的条件下保 持 96 小时。 d. 在 104℉(40℃) ,把一个外表面延伸率为 20%的环形固定的垫圈暴露在浓度为 50-pphm 臭氧中,过 25 小时后的结果。

表4

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规格 in

5/8X3 3/4X31/2 3/4X4 3/4X41/2 3/4X5 1X6 11/4X61/2

表 5 低合金钢或铸铁机械连接螺栓和螺母尺寸的标准设计(in) B* A C D# 每英 F H J +0.030 +0.25 +0.15 ±0.05 寸螺 -0.074 -0.06 -0.03 纹数 E· 1.50 0.625 3.0 2.00 11 0.625±0.04 1.062+0.00 0.625
-0.04

R 最大值

0.312 0.375 0.375 0.375 0.375 0.500 0.625

1.75 1.75 1.75 1.75 2.25 2.50

0.750 0.750 0.750 0.750 1.000 1.250

3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 6.5

2.50 3.00 3.00 3.00 3.00 3.50

10 10 10 10 8 7

0.750±0.06 0.750±0.06 0.750±0.06 0.750±0.06 1.000±0.08 1.250±0.08

1.250+0.00
-0.06

0.750 0.750 0.750 0.750 1.000 1.250

1.250+0.00
-0.06

1.250+0.00
-0.06

1.250+0.00
-0.06

1.625+0.00
-0.08

2.000+0.00
-0.08

注:*铸铁螺栓的公差是±0.03in。若螺纹是滚制的,则主干的直径可以减到大约螺纹的节圆 直径。 #公差:+3,-0 螺纹。 · 每英寸的螺纹数—粗牙螺纹系列 (ANSI/ASME B1.1) 等级 2A, , 外螺纹满足 UNC2A 和等级 2B,UNC2B(ANSI/ASME B1.2) 。

表 6 钢制丁字头螺栓的最小特性值 特性 值 最小屈服强度 psi 45,000(310MPa) 2in 的最小延伸率% 20 最大含量% 碳 0.20 锰 1.25 硫 0.05 最小含量% 镍 0.25 铜 0.20 混合(镍、铜、铬) 1.25

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丁字头螺栓和螺母的最小验证载荷 载荷 in mm lbf kN 5/8 15.9 9,000 40.032 3/4 19.1 13,000 60.048 1 25.4 24,500 108.976 11/4 31.8 40,000 177.920 4.3.5.3 工艺。 螺栓体的平直度应该是每 6in 长度不超过 1/16in 1mm/100mm) ( 。 螺栓头的两个受力表面应该位于与螺栓体成直角的公共平面上。 4.3.5.3.1 螺栓和螺母应该完好、清洁,涂上一层防绣润滑油;它们的表面应 该没有防碍预定机械连接的突起。 4.4 推进连接的特殊要求 4.4.1 图纸。如果买方要求的话,制造商要提供接头和垫圈的图纸。 4.4.2 尺寸及公差。承口、管夹和平端的尺寸应该满足制造商标准设计尺寸 和公差。这些尺寸应该定期测量确保尺寸控制。 4.4.3 垫圈。垫圈尺寸应该满足制造商标准设计尺寸和公差。垫圈尺寸和形 状应该保证在装配后对平端和管夹提供足够的压力, 使得在接头和垫圈公差累积 起来的情况下仍能形成可靠密封。 垫圈上应铸上或永久标上商标、规格、模号、垫圈制造商标志、铸造国家、 生产年份等,标识不能位于密封表面。 4.4.3.1 橡胶垫圈应该用硫化苯乙烯聚丁橡胶制造,除非买方另有规定。其它 满足 4.4.3.2 物理性能的合成橡胶也可用于特定装置。某些特殊合成橡胶,如碳 氟化合物可以有不同的物理性能。特殊合成橡胶垫圈可以根据 4.4.3 鉴别,也可 以通过永久标记在垫圈上的材质名称来鉴别。有特殊用途的客户应该与管子、管 件或配件制造商联系。 回收橡胶不能使用。当一个垫圈包含两种不同硬度的橡胶时,软硬部分应该 整体成型,并用强硫化粘合剂连接。垫圈应该没有疏松、异物和其它影响预期使 用的缺陷。 4.4.3.2SBR 垫圈橡胶的特性及试验方法见表 8。 表 8 SBR 推进连接垫圈的要求特性和试验方法 特性 ASTM 试验 垫圈主体 硬的部分(如果使用的话) 方法 US 标准 公制 US 标准 公制 名义硬度, D2240-91 50-65 50-65 80-85 80-85 A边 硬度公差 ±5 ±5 ±5 ±5 最小极限拉 D412-92 2,000psi 14MPa 1,200psi 8MPa 力 最小极限延 D412-92 300% 300% 125% 125% 伸率* 最小老化· D572-88# 60% 60% —— —— 最大压缩永 D395-89, 20% 20% —— —— 久变形 方法 B 表面臭氧裂 D1149-91^ 无裂纹 —— —— 纹抗力

表7 螺栓尺寸

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* 相对于原始长度。 ·相对于拉力和极限延伸率的原始值。 # 氧气气压方法,在压力为 300psi±10(2068kPa±69) 、温度为 70℃±1°的 条件下保持 96 小时。 ^ 在 104℉(40℃) ,把一个外表面延伸率为 20%的环形固定的垫圈暴露在浓度为 50-pphm 臭氧中,过 25 小时后的结果。

4.4.3.3 质量控制程序用来确保垫圈满足该标准要求。 制造商应该每月保留对 该月生产的垫圈进行的质量控制试验的典型结果记录。 4.4.4 润滑剂。润滑剂应该适合对装配的连接件进行润滑。润滑剂应该无毒、 不利于细菌生长,并对垫圈材质无损蚀。当管子按 ANSI/AWWA C651 的要求清 洗并按 ANSI/AWWA C600 的要求使用时,应该不会给水带来异味。装润滑剂的 容器应该贴上标有商标及管子制造商名称的标签。 4.5 性能要求。 符合该标准的接头应该满足下列性能要求。对推进和机械连接的改型, (包括但不仅限于垫圈或组合或特种密封装置和拼合管接头) ,该标准中没有规 定详细尺寸。制造商应该进行以下规定的试验来控制接头的质量,并保留试验记 录。 4.5.1 工作压力值。接头的工作压力值是通过对典型样品在两倍给定工作压 力下进行水压测试来确定的。 但任何情况下都不能低于表 9 所列最小工作压力的 两倍。进行水压测试时,接头样品的平端与管夹之间应该具有公差范围内的最大 间隙,这些样品是在无偏折的条件下试验的,有些样品将在制造商推荐的最大偏 折角度下试验。对推进连接,至少有一个样品应该在管夹内横向偏移到最大程度 进行试验。在试验中不允许出现渗漏。试验装置应该适当阻挡以防止接头分散。 该标准中接头的工作压力见表 9。 表 9 接头的最小工作压力值 接头尺寸 in ﹤20 20 24 30-64 mm ﹤500 500 600 750-1600 psi 350 300 250 200 压力值 kPa 2413 2068 1724 1379

4.5.2 装配。典型规格的装配应该使平端与管夹之间具有公差范围内的最小 间隙。这些接头应该能装配和偏折到最大的可行角度(不超过制造商推荐的最大 值)而不会对垫圈、管子或管件造成损坏,也不会使垫圈偏离预定的位置。 4.5.3 垫圈。用来检验接头质量的垫圈和在工作中使用的垫圈应该具有相同 的材质和样式。 第五部分:鉴定 5.1 检验 5.1.1 检验。检验根据所购管子或管件应遵循的标准条例来进行。 5.1.2 附件。如果买方想要参观密封盖、螺栓或垫圈的生产过程,则在下订

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单时就必须进行专门的商定。 5.2 鉴定和试验记录 对密封盖、螺栓和垫圈的指定试验的记录应该保存 1 年,并且在工厂能够提 供给买方。 第六部分:交货 6.1 标识 6.1.1 管子和管件。推进连接的管子或管件应该标上专用名称或接头的商标。 6.1.2 螺栓和螺母。螺栓和螺母应该带有区别材质和生产厂家的标记。该区 别标记应该铸在或冲压在螺栓和螺母上。不允许喷涂标记。如果在买方规范或购 货订单中要求了,只要提供了以下有关螺栓和螺母的信息:材质、相应鉴别标记 和产地等,制造商就该邀请出价。工业紧固件协会为那些自愿注册的紧固件生产 厂家的标志制定了一套编码。这一注册处的建立是和 ISO TC2、ASME 委员会 B18 及委员会分会 25 共同商议的。这些紧固件必须完全符合国际条例 101-592 “紧固件质量条例” 。 6.2 包装 包装时螺母和螺栓应该装配好,从螺栓制造厂装运时,螺栓和螺母应该包装 在适当的纸箱中,纸箱上应清晰的标着制造商名称、产地、规格、数量及每箱重 量。 6.3 合格证书 当买方订单中要求了,制造商应该提供能证明已经进行了规定的检测和试 验,并且试验结果满足该标准要求的报告书。


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