过流件结构及能量损耗分析

目前能有效防止回流的装置是采用双止回阀与一个泄流阀组成的一种组合结构，泄流阀装在两个止回阀之间，其结构如图2.36所示。其工作原理是利用流体流过第一止回阀时因弹簧阻力和过流水头损失而减压，使进口压力高于泄流阀腔的压力，而泄流阀膜片上部的压力为进口压力，膜片上部压力大于泄流阀腔和弹簧阻力，泄流阀维持关闭，流体正常流动，当进口压力与泄流阀腔的压力差小于一定值时，处于倒流的临界状态，这时泄水阀膜片上部压力小于泄流阀腔和弹簧的压力，泄流阀自动开启，将倒流流体排出管外，同时大量空气进入阀腔，形成空气隔断，杜绝流体回流，大于一定值时泄流阀自动关闭。阀后管网流体压升高超过阀前进口端流体压时，如第二止回阀密封完好，流体不会回流，此时泄流阀关闭不泄流，当第二止回阀密封失效产生渗漏时，泄流阀开启排放流体泄流。

图2.36　倒流防止器结构图

1—第一止回阀；2—泄流腔；3—第二止回阀；4—泄流阀

2.6.2.1　倒流防止器装置过流结构分析

倒流防止器装置的关键过流部件是止回阀。流体流过不同类型的止回阀过流部件及启闭装置时，流体流态差别很大，其产生的流阻能量损失差别也很大。图2.37是几种倒流防止器装置采用的止回阀过流部件及启闭装置流体流态图。

绕流复杂则流阻大，从图2.37各流态可直观看出，流体在止回阀中流动时，闸板型和蝶板型绕流简单，升降型、拍门型和斜截止型绕流复杂，闸板型止回阀结构密封并且其传动结构复杂，蝶板型、升降型、拍门型和斜截止型止回阀结构密封并且其传动结构相对简单。因此蝶板型是最好的一种止回阀过流部件。

图2.37　止回阀过流部件及启闭装置流体流态图

a—闸板型；b—蝶板型；c—升降型；d—拍门型；e—斜截止型

2.6.2.2　倒流防止器装置过流件结构能量损失计算

以上分析可知，倒流防止器装置过流件结构由第一个止回阀过流件结构、中间泄流阀过流件结构、第二个止回阀过流件结构以及相互之间的过流过度联接空间组成。倒流防止器装置过流件结构能量损失可由各组成件能量损失相加而得。

过流件结构流阻系数是通过实验获得的，国内外很多科研单位、学者做了很多实验，编写出版了许多资料，为方便讨论与计算，根据参考文献[24-27]，现将目前倒流防止器装置过流件结构有关流阻系数摘录，见表2.2、表2.3、表2.4。

表2.2　各类过流部件全开状态时流阻系数

表2.3　公称直径为150mm的单蝶板不同开度下的流阻系数(www.xing528.com)

表2.4公称直径为150mm的直通截止式（锥盘）不同开度下的流阻系数

从以上各表可看出闸板式流阻系数最小，直通截止式流阻系数最大，这与前面流体流态分析是一致的。另外，从表2.3、表2.4可看出，同一种阀不同开度下的流阻系数差别很大，实际上倒流防止器装置在运行中就可能是运行在不同开度下，不可能都是在全开状态下，所以倒流防止器装置在运行中流阻可能很大导致能量损失很大。从以上各表可看出的单蝶板不同开度下的流阻系数除很小开度下较大外，50%以上各开度都不大。可以说，就实际倒流防止器装置运行而言，蝶板型也是最好的一种止回阀过流部件。

倒流防止器装置能量损失按过流件结构能量损失计算，目前的倒流防止器装置过流件结构设计时，一般是采用相同的两个止回阀和一个泄流阀，泄流阀一般变化很少。在此，为比较倒流防止器装置能量损失，仅对两个止回阀的能量损失进行计算，并按各类止回阀倒流防止器装置全开状态时流体速度2m/s时一年能量损失计。

两个止回阀的能量损失按下式计算：

式中：T——时间（按一年8760h计）；

Q——流量，m3/s；

γ——液体的容重，9.8N/m3。

式中：υ为通常指流过局部装置后的流速，m/s；ζ为单个止回阀流阻系数。

表2.5　直径80mm流速2m/s各类止回阀倒流防止器全开状态年能量损失

从表2.5可知，直径150mm各类止回阀倒流防止器装置全开状态时流体速度2m/s时一年能量损失最大为直通截止式高达8596kW·h，最小的闸阀式仅为120kW·h，二者相差近10倍之多。可见倒流防止器装置设计中节能潜力是很大的，而目前常用的是斜流截止式，斜流截止式直径150mm年能耗也高达3629k W·h。这是目前的情况。据前面分析已知，闸板型虽然能耗最小，但用于止回阀结构密封和传动结构复杂，目前尚不能用，而单蝶板式用于止回阀结构密封和传动结构简单，且能耗与斜流截止式相比也很低，仅为斜流截止式的45.9%，节能率54.1%，节能效果非常显著。可以说单蝶板式止回阀结构的倒流防止器装置是目前的最值得开发应用的一种节能型倒流防止器装置。