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      倒流防止器裝置過流件結構與能量損耗分析

      時間:2018-05-10 17:00來源:未知 作者:360期刊網 點擊:

        倒流防止器裝置過流件結構與能量損耗分析

        李豪,徐涵冰,郝波,孫心明,劉存,李志鵬

        (長沙理工大學能源與動力工程學院,湖南長沙410014)

        摘要:文章在論述止回閥構成的倒流防止器裝置結構及工作原理基礎上,分析各類止回閥流態與流阻關系,并根據各止回閥過流結構的流阻系數,進行能量損失分析與計算,提出單蝶板型倒流防止器裝置具有顯著的節能效果,是一種很好的止回閥倒流防止器裝置過流部件。

        關鍵詞:回流;能量損失;止回閥;流阻

        中圖分類號:TU991.37 文獻標識碼:A 文章編號:1006-8937 (2010) 03-0070-03

        Analysis on structure and energy loss for overflow parts of

        anti-backflow units

        LI Hao,XU Han-bing,HAO Bo,SUN Xin-ming,LIU Cun,LI Zhi-peng

        (School of Energy and Power Engineering,Changsha University of Sience&Technolgy,Changsha 410014,China)

        Abstract:On the basis of the structure and the working principle in anti-backflow units made up of check valves, the relation be-tween the flow patterns and the flow resistance is analyzed, and the analysis and calculation on the energy loss are carried out ac-cording to the flow resistance coefficient of the check valve overflow structure, and bring up that the single disc type anti-backflow unit features the best significant saving energy and the best overflow parts of the check valve anti-backflow unit.

        Key words: backflow; energy loss;check valve; flow resistance

        1概述

        無論是環境保護、食品安全、水資源開發利用還是人類身體健康與社會和諧等當今社會的重要與熱點問題,都與水有著密切的聯系,特別是人們每天都離不開的飲用水,衛生檢查要求越來越嚴格,所以對飲用水的處理及防污染問題是非常重要的。水廠送出的水一般來說需要在一系列處理后水質都必須達到了規定的水質衛生標準要求,并且在通過管網輸送到使用者時也必須達到了規定的水質衛生標準要求,但實際上在輸水過程中由于管網、閥門、配件材料污染及不潔水回流等原因使得水容易受到不同程度的污染。為保證人們生活用水的質量,除應保證管網、閥門、管件材料對輸水不產生污染外,還必須防止輸水管網中各種不潔水回流的污染。目前防止輸水管網中各種不潔水回流的污染的方法是在可能產生不潔水回流的管道上安裝一種叫做倒流防止器裝置。但倒流防止器裝置的安裝對原管網而言增加了額外的能量損失,本文僅對目前各種倒流防止器裝置過流結構與能量損失進行分析和計算,希望能對以后倒流防止器裝置的開發應用有借鑒作用。

        2 倒流防止器裝置的結構及工作原理分析

        倒流防止器裝置是一種控制管道中流體只能單向流動的裝置,其功能是在任何情況下防止管道中的流體回流,以達到避免回流造成污染的目的。止回閥是最簡單的倒流防止器裝置,各類型的止回閥,雖然具有控制液體單向流動的作用,但它并不具備完全防止水回流的功能。首先是閥的關閉需要一個過程,在這一過程中,已有不潔水回流;其次閥啟閉裝置或密封件受到損壞,就會徹底失去防止倒流的作用,所以單一的止回閥不是防止回流污染的有效裝置。目前能有效防止回流的裝置是采用雙止回閥與一個泄流閥組成的一種組合結構,泄流閥裝在兩個止回閥之間(如圖l所示)。其工作原理是利用流體流過第一止回閥時因彈簧阻力和過流水頭損失而減壓,使進口壓力高于泄流閥腔的壓力,而泄流閥膜片上部的壓力為進口壓力,膜片上部壓力大于泄流閥腔和彈簧阻力,泄流閥維持關閉,流體正常流動,當進口壓力與泄流閥腔的壓力差小于一定值時,處于倒流的臨界狀態,這時泄水閥膜片上部壓力小于泄流閥腔和彈簧的壓力,泄流閥自動開啟,將倒流流體排出管外,同時大量空氣進入閥腔,形成空氣隔斷,杜絕流體回流,大于一定值時泄流閥自動關閉。閥后管網流體壓升高超過閥前進口端流體壓時,如第二止回閥密封完好,流體不會回流,此時泄流閥關閉不泄流,當第二止回閥密封失效產生滲漏時,泄流閥開啟排放流體泄流。

        3 止回閥工作原理

        止回閥是能自動阻止流體倒流的閥門。止回閥的啟閉裝置在流體壓差作用下開啟,當進口一端壓力高于出口一端時,流體從進口一端流向出口一端。當進口一端壓力低于出口一端時,啟閉件裝置在流體壓差、本身重力等因素作用下自動關閉以防止流體倒流。

        3.1止回閥類型及特性

        止回閥一般分為截止式、拍門式、旋轉式及張開式等幾種類型。

        ①截止式止回閥的結構一般與截止閥相似,其啟閉件裝置沿著通道中線作升降運動,動作可靠,但流體阻力較大,適用于輕小口徑的場合。截止式止回閥分為直流式和斜流式兩種。直流式截止止回閥二般只能安裝在水平管路,而斜流式截止止回閥一般就安裝在垂直管路。可做成緩閉式如多功能水力控制閥。

        ②拍門式止回閥的啟閉件裝置繞轉軸作旋轉運動,旋轉00~900實現開啟和關閉,流體阻力一般小于升降式止回閥,它適用于較大口徑的場合。拍門式止回閥根據啟閉件的數目可分為單門旋啟式、雙門式及多門拍門式三種。單門拍門式止回閥一般適用于中等口徑的場合。大口徑管路選用單門旋啟式止回閥時,可做成能減小水錘壓力的緩閉止回閥。雙門拍門式止回閥適用于大中口徑管路。對夾雙門拍門式止回閥結構小、重量輕,是一種發展較快的止回閥;多門拍門式止回閥適用于大口徑管路。

        ③旋轉式止回閥有球式和蝶式,啟閉件繞閥桿旋轉00~ 90。實現開啟和關閉。蝶式的結構類似于蝶閥、也有單蝶板、雙蝶板之分,也能做成緩閉式,如管力閥、液力自動閥、旋球閥。其結構簡單、流阻較小,水錘壓力亦較小。適宜大口徑場合。

        ④張開式止回閥有直合式和卷合式等多種結構形式,啟閉件均采用橡膠制作,具有較好的低流阻性能,結構簡單,成本較低,原來靠從國外引進,國內近年來推廣應用較快。但張開式止回閥的使用溫度和壓力受到橡膠材料的限制,主要用于低壓場合。

        3.2 止回閥過流部件及啟閉裝置

        流體流過不同類型的止回閥過流部件及啟閉裝置時,流體流態差別很大,其產生的流阻能量損失差別也很大。下面是幾種倒流防止器裝置采用的止回閥過流部件及啟閉裝置流體流態圖(圖2)。

        我們知道,繞流復雜則流阻大,從圖2咨流態可直觀看出,流體在止回閥中流動時,閘板型和蝶板型繞流簡單,升降型、拍門型和斜截止型繞流復雜,閘板型止回閥結構密封并且其傳動結構復雜,蝶板型、升降型、拍門型和斜截止型止回閥結構密封并且其傳動結構相對簡單。綜合以上分析認為蝶板型是最好的一種止回閥過流部件。

        4 倒流防止器裝置過流件結構能量損失計算

        以上分析可知,倒流防止器裝置過流件結構由第一個止回閥過流件結構、中間泄流閥過流件結構、第二個止回閥過流件結構以及相互之間的過流過度聯接空間組成。倒流防止器裝置過流件結構能量損失可由各組成件能量損失相加而得。

        4.1倒流防止器裝置過流件結構流阻系數

        過流件結構流阻系數是通過實驗獲得的,國內外很多科研單位、學者做了很多實驗,編寫出版了許多資料,為方便討論與計算,根據參考文獻,現將目前倒流防止器裝置過流件結構有關流阻系數摘錄。

        閘板式流阻系數最小,直通截止式流阻系數最大,這與前面流體流態分析是一致的。另外,從表2、表3可看出,同一種閥不同開度下的流阻系數差別很大,實際上倒流防止器裝置在運行中就可能是運行在不同開度下,不可能都是在全開狀態下,所以倒流防止器裝置在運行中流阻可能很大導致能量損失很大。從以上各表可看出的單蝶板不同開度下的流阻系數除很小開度下較大外,50%以上各開度都不大。可以說,就實際倒流防止器裝置運行而言,蝶板型也是最好的一種止回閥過流部件。

        4.2倒流防止器裝置過流件結構能量損失計算

        倒流防止器裝置能量損失按過流件結構能量損失計算,目前的倒流防止器裝置過流件結構設計時,一般是采用相同的兩個止回閥和一個泄流閥,泄流閥一般變化很少。在此,為比較倒流防止器裝置能量損失,僅對兩個止回閥的能量損失進行計算,并按各類止回閥倒流防止器裝置全開狀態時流體速度2 m/s時一年能量損失計。兩個止回閥的能量損失按下式計算:

        E=2T一y QHj(kW.h)式中:T為時間(按一年8 760 h計);Q為流量,II13/S;^y為液體的容重,9.8N/n13。hj=C 2g式中:1J為通常指流過局部裝置后的流速,m/s;f為單個止回閥流阻系數。

        倒流防止器全開狀態年能量損失,結構 閘閥式單拍門式單碟板式直通截止式斜流截止式能量損失( kW -hl 141.2 528.2 387.3 1408.8 845.1從表4可知,直徑150 mm各類止回閥倒流防止器裝置全開狀態時流體速度2 m/s時一年能量損失最大為直通截止式高達8596 kW-h,最小的閘閥式僅為120kW-h,二者相差近10倍之多。可見倒流防止器裝置設計中節能潛力是很大的,而目前常用的是斜流截止式,斜流截止式直徑150 mm年能耗也高達3 629kW-h。這是目前的情況。據前面分析已知,閘板型雖然能耗最小,但用于止回閥結構密封和傳動結構復雜,目前尚不能用,而單蝶板式用于止回閥結構密封和傳動結構簡單,且能耗與斜流截止式相比也很低,僅為斜流截止式的45.9%,節能率54.1%,節能效果非常顯著。可以說單蝶板式止回閥結構的倒流防止器裝置是目前的最值得開發應用的一種節能型倒流防止器裝置。

        5結語

        可用于構造倒流防止器裝置的止回閥結構有多種型式,其能耗差別很大,應根據能耗大小來優選止回閥結構,目前應用的多為斜流截止式,從傳動、密封及流阻等方面看,單蝶板式是一種好型式。代替斜流截止式節能效果非常顯著,在今后設計開發中值得嘗試。

        參考文獻:

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