外干扰下扑板式止逆阀的稳定性

1、外干扰下扑板式止逆阀的稳定性如年石月汽轮机技术文章编号1出1外干扰下扑板式止逆阀的 稳定性邓进龙梁克寒董爱华潘阶尸哈尔滨汽轮机厂有限责任公司1哈尔滨克罗拉太阳能屯力公司通常不是由于止逆阀设计不当或错误 所致。其主要原因之是上游扰动源对止逆阀性能影响的机理认识不足 或对常规汽水管道设计原则的忽视。甚至无视某些简易的规定。至今。 尚没有外界干扰因素对扑板式止逆阀工作性能的影响作过深入系统。 全面定量的研究。对外界干扰对扑板式止逆阀稳定性的影响因素进行 了分析。健1扑板式止逆稳定干扰因素iTK262文献标识码人扑板式止逆 阀的过早非设计和制造原因所致的零部件磨损损坏和失效将导致火 电站和核电站汽水管

2、道系统和汽轮机本体的严重损坏事故的发生，其主要原因之多是止逆阀上游管件给流体流动带来恶劣的干扰所致，对扑板式止逆阀运行性能影响机理缺乏认识是至关重要的。多年来常规推荐，止逆阀的安装位置应避免在倍管道公称直径长 度范围内的上游出现任何扰动源如弯头蝶阀通闸阀控制阀和泵类等。调查统计明，虽然事故多有发生，但尚没有对这些干扰因素对扑 板式止逆阀工作性能的影响做全面叙述，更没有系统深入地做过任何 定量的分析研宄和试验。实际上影响因素很多。诸如干扰源的性质弯头蝶阀通闸阀等上游距离为管道公称直径乃的倍数方向弯头向上向下水平止逆阀扑板设 计的开启角度等。由于受制约的因素多。组合情况复杂，所以众多的 分析研宄成

3、果将会使对扑板会为止逆阀制造厂家消除减小过早损坏 结构的改进最佳材质的选取提供可接受的方案。1止逆阀的最小流速和上游扰源扑板式止逆阀在电站汽水系统管 道中的广为采用是由于其机械结构简单。性能安全可靠。但为了确保 扑板式止逆阀正确地安装使用，规范要点是确保扑板设计在定或全开 角度位置时所需要的最小流体速度。过低的流体流速会导致流体以较小的冲量使扑板开启小角度。或由于扑板在设计压力高的情况下。被设计得很厚。致使重量大，在机 组启动时，在小蒸汽流量下即或被流体冲开。但不稳定。这是扑板会 不间断地撞击阀座。使阀杆臂的联接件销轴疲劳损坏。造成断裂或阀 座受损，另外。即使在低于设计流速。但又未造成扑板与阀

4、座的撞击 而被冲开个较小角度时，也会在较长时间内使扑板产生受迫振动， 造 成销轴严重破坏。阀门最小流速公式为公式中的常数是从个阀门的试验数据中推 导出来的，并认为适用于各种规格和压力等级的阀门， 从而导致了对 各种阀门最小流速的不精确估算。阀门的几何尺寸和物理因素也影响 着最小流速。无论何种形式的最小流速的计算公式， 均应考虑影响最小流速的 几个重要阀门设计因素。上游流体的扰动对阀门的最小流速产生定的 影响下面针对上游干扰源为弯头和蝶阀对阀门性能2上游弯管的影响2.1扑板式止逆阀最小流速和上游弯管当扑板式止逆阀上游存在弯 管干扰时。保持扑板在全开时所需最小流速的简化公式为全开角度时 所需流体最

5、小流速。C与流体比容和阀几何形状有关的系数 Wr扑板 的重久1违度。在电站的汽水管道中出现弯头是不可避免的， 弯头对流体流动会 产生两种不同的影响1所速度分布不均匀。2即使弯管水平布置。也会出现紊流流动的速度分布。这两种情况都会改变式2中确定最小流速的必要条件。为完全反映出弯头对止逆阀性能影响的特点， 有3个参数是可以 改变的弯头在止逆阀上游的距离； 相对于止逆阀的弯管方向；止逆阀 扑板全开的角度。在试验流速范围内反映了每个参数的影响。为了确立基准性能以进行比较。对上游 20的直管进行试验。2.2基准试验基准试验要建立在理想安装条件下。以确保阀门的 性能。2为75止逆阀测得的扑板位置与流速的关

6、系从 2可以看出， 在给定流速下，最小和最大扑板位置之间的差值是来衡量扑板振动大 小和紊流水平低的标志。为厂便于比枝将理论扑板搜和应公式计算得到的相对流速的关 系也于1可以看出。除了当扑板位置接近最大全开角度这些偏差可由 阀门的扑板屏蔽效应来解释。为使扑tidii ； ireffd.i ； nm.viiiijUi实际上对扑板式止逆阀应选择全开角度为最大角度。这时扑板处于最大开启位置。是无障碍运行它与蝶阀干扰源情况不同。另外。在扑板处于最大开启角度8,在定的扑板振动角度内。允 许的流体流速变化范围大；而较低个扑板的稳定的角度范围。 应有被 选定的适当扑板最大角度的轻击区域通过流速范围来确定。这个

7、区域是指扑板最初先接触到挡块开始到扑板紧紧贴合在挡块上为止的范 围此时定义扑板的振动小于所以当开启不是最大角度的某个相对小 的适宜角度时。整个可能的流动范围由于扑板的不停的振动会造成销 轴等配合紧固件的疲劳松动等，2.3弯头试验相对止逆阀而言，可以 对弯头方向垂直向上垂直向下和水平 3个位置进行试验，方向1.试验在弯头距离止逆阀分别为123倍管道公称直径处进行。2.3.1弯头向上。零倍处扑板的振动开角度时峰间的扑板振动曲 线。从3中可以看出某些数值的特点对于 0弯头向上的情况。最大的 扑板振动是在4.范围内。它几乎是基准振动的2倍，这是因为弯管除 了产生速度不均匀外。还会引起较大对于最大的扑板

8、开启角度 73时。 扑板振动为4.55.它延续2.44，1.火的速度区域。流速从1.5218到接 近3.96，的茁对于较小的扑板全开位置，大的扑板振动发生时相差的 速度区间小得多。对63全开位置时是。76nVjgll.Siiil2.2Sms.Wfef1时 是0.158间隔1.5加8到1.67对43全开位置时是零间隔。因此，从 扑板的稳定性角度看，扑板全开角度在63或小于这个值是较理想的。扑板的轻敲区域。在全开角度 4363位置时。这个区域要远小于 73位置。因此。这时在整个可能的流动范围内会由于扑板振动而疲 劳损坏。对扑板角度较小时要比较大位置时要小得多。2320乃处弯头方向向上。向下和水平时

9、的比较试验的流违高些庄弯头方向向下时。为7达致相同的扑板位置。需要比基准试验的流 速略低些，这475逆阀扑枵在弯头+7;句时流体速度xo.3oaws流体 速度X0.3U5m相对与直管基准试验条件下，弯管方向向上，当扑板 接近全开位置时，流速的不均匀性减少，冲击在阀门扑板上的流速在 平均的或大部分的流速要比在基准条件下所需流速稍高些时。扑板将达到全开位扑板的振动范围大致与基准振动相同。2.3.4扑板全开时所需的速度为使在各种弯管及位置情况下造成 扑板紧靠挡块的速度。对 75和乃15,止逆阀以7628对弯管向下的 情况则恰恰相反。水平弯头方向对于扑板位置和速度的关系没有显出 同基准试验结果有明显的

10、偏离。在弯头向下时，扑板振动范围在 23之间。水平方向略超过3， 两者都小于弯头向上的情况。这 3.88的速度范围进行试验，可得出 如下结论无论弯头方向如何，对扑板的全开角度。对在5倍管道公称 直径距离下，弯头对速度的影响是可以忽略的，它如同基准结果样， 是个可不考虑弯头方向的事实。对弯头方向向上时。大约距离3倍管道公称与流体分离和回流区 的事实相致。这是流体通过弯头，在弯头的内半径上形成的主要紊流 源所致。在弯头向上时。弯头的内半径与止逆阀的扑板在同侧。 这就加剧 了扑板的振动。对所观察的扑板敲击区域，对弯管向上。扑板开启角度43.5363的情况。该区域己是小的。在弯管向下的情况甚至进步减小

11、。由于在 弯管向下时明显的速度不均匀和最高紊流位置弯管内半径是远离流 到扑板上的流动流线的。233弯管试验结果直径0，为达到扑板全开位置并趋稳定所需的 速度比基准情况略为增加约3, 51以8或更少，在弯头距离止逆阀端 面为，倍和1倍管道公称直径时，相对于基准情况弯头向上需要的最 大速度裕量。通常保守地认为，这时超过基准速度40道公称直径时， 为使保持扑板稳定所需要的速度。必须超过基准速度 1.4倍。而对于 1倍和5倍管道公称直径之间的位置时，它的数值由1.4倍减少到1.0 基于止逆阀实用的观点，从其上游弯管扰动试验分析。得出了两个实 质内容对给定的弯管方向和距离的情况下。在扑板到达全开位置之

12、前。扑板的最大振动。对个给定上游弯管方向和距离的扑板全开弯头方向向下时，弯头向下是最为有利的方向。当扑板全开启时。它需要超过基准速度最少 的速度裕量。事实上。名义速度的不均匀的影响，往往会在低于基准 速度时使扑板达到全开位置。从实用的观点来看。为适用于弯头向下。 在最靠近止逆阀的启角度时所需的速度值这两个实质内容可从3的曲线中得到，弯头方向和上游弯管不同距离时的最大扑板振动的情 况。由5可以看出，弯管方向向上0.在距离为01倍处最大扑板振动 大约为，对弯管方向向下的扑板振动较小。般为 4或大于4,它只是 略微高于基准振动的23的范围。弯管水平方向时上游弯头到阀门的 距阐1弯头向下，弯头水平基准

13、振动上游弯头到阀门的距离乃，倍和1倍管道公称直径处的影响。超过基准速度。 305的裕量是七眵的， 在弯头距离七逆阀为 3倍管道公称直径或更大时则不需要有速度裕 量。当弯头处于水平方向时，只需要，加个很少并超过基准速度的裕 量即可，对弯头在，倍到3倍管道公称直径之间的距离8+扑板在全 开位置而且稳定。这时0.305, 1的速度裕量已足够了。综上所述。对于上游弯头来说。大约在5倍管道公称直径或更远 处时对扑板式止逆阀性能的影响可以忽略不计。注意上述乃是针对上 游弯头而言，至于其它形式的上游扰动有可能需要更长的距离。3上游节流蝶阀的影响由上述可知，当上游存在干扰源时就可能 使扑板靠着挡块的平衡位置处

14、发生振动，甚至在实际流速超过最小流 速时也是如此，它破坏了扑板的稳定于在扰动流体中的波动引起的。 干扰强度和开启角度对稳定性方面的影响可以利用某些与干扰特性 有关的简化假设的闭合形式的解来分析。下面介绍采用个节流蝶阀作为个扰动源而引起关于扑板激烈振 动的情况，它对电厂实际流动系统中出现的流速范围对干扰源的距离 和扑板开启角度的影响明，扑板开启某个角度的选择和在推荐的流速 范围内进行，能使扑板式止逆阀在最严重3.1扑板稳定性的分析通常， 电厂都采用典型结构的扑板式止逆阀。对于典型结构的扑板式止逆阀，为了避免由于扑板振动和碰撞而 过早地磨损和损坏，希望扑板相对于挡块有个稳定的不变位置。 众所 周知

15、，在个完全正确均匀。没有上游干扰的管道中，如果实际流体速度超过某最小流速时。扑板相对于挡块就能够有稳定位置当上游存在干扰源时。若实际流体速度超过最小速度时，就会造 成波动速度分量和扑板上相应波动的力会使扑板从它的稳定位置变 成不稳定状态。譬如考虑均匀的单轴向扰动的情况，即流动参数是平均流违1和 波动分是沿流动的轴线方向作用的。并沿整个流动截面均匀地分布。 为了保持扑板与挡块的接5,必须满足下面的条件经整理后得段设干 扰强度是1即=0.1行计算在式5中假设旋涡大小或干扰的程度同扑板 直径有相同的数量级，在6中给出了其稳定性准则的结果。这些最重 要的结果特点之是扑板的振动和不稳定性近似地随着扑板开

16、启角度 甲的，大而增加。因此，在无障碍通道扑板式止逆阀的设计中较大的 扑板开启角度是不可取的；因为如果干扰是严重的话，在理论上没有 咼于1 ； 1的增加量就能完全抑制扑板的振动。6对1种1扰强度和全开角度的抑制扑板振动所需速度余量与之 相反。可以从这个分析中得到个结论，在较高的干扰水平情况下较小 的扑板开启角度能使扑板的振动有较好的抗干扰性。为了在止逆阀的上游形成个扰动。可以采用这说明在个均匀单方 向干扰强度为高出的平均速度下，作。通常。在实际上单轴向的干扰是不存在的， 同时个处于节流位置 的蝶阀作为个干扰源进行试验，以各种不同程度的节流来改变干扰的 强度和确定蝶阀开启大小的影响来进行初始的研

17、宄。试验结果发现， 扑板振动的量比上游存在双座控制阀。多孔由于干扰的速度波动发生 在所有的方向上，假设其轴向和径向波动的速度分量和是相等的。 某 些数学的简化是可能提供个闭合形式的解， 当进行给出在各向同性干 扰的假设下进行扑板的稳定性分析。发现在这种情况下扑板的稳定性 不仅取决于干扰的强度而且也取决于相对于流体流动方向的扑板板 造成的量来得严重。因此从扑板式止逆阀扑板的稳定性观点来看。 节 流蝶阀可以认为是个严重的干扰源。 它除了引起高的干扰强度外。大 多数扰动往往会改变下游的流型。 蝶阀会使速度分布形成扭曲，也同 上游弯管相似。然而，蝶阀扭曲的量比由个弯管所形成的量要高些。 这取决于节流的

18、程度。开厌扔，私健类，酿加，也，1毙，1髹，杵盘速鳐袅泛处试似。 发现干扰源，移至较远时扑板最大振动减少。75和50试验结果相似。 8所上游蝶阀到阀门的距离2加75不涂黑蝶阀与上游有弯管的试验 情况不同，在有弯管能方面的影响可忽略不计。 而个严重的干扰源蝶 蝶阀在上游1倍处，流速3.8, 8谱。其中12显出存在两个能量峰值。 这是扑板碰撞挡块的频率范围，它可为提供对疲劳分析的基础。通常, 在蝶阀干扰试验中比在弯管试验中更容易观察到较高频率的扑板的 振动。3.6流量系数为了测量止逆阀的流量系数值， 在75和150两个扑 板式止逆阀上进行了有关试验，试验时，采用不同的流量下对各自的 终止角度位置，

19、测取通过止逆阀的压降。以其计算，如下式时间s弯管向上，在上游，倍处，流速1.58时间s，为了抑制扑板振动和使扑 板稳固于挡块所需的实际速度将随干扰源的变化而变化。从阀的内部零件的疲劳和磨损损坏观点来看，对扑板振动的速度区域和这些振动 量是要着重考虑的，如上所述，干扰 3.3扑板的振动和不稳定区域干 扰源对于75止逆阀的最大扑板振动组合曲线，它各个全开角度扑板 的稳定性。该显出使用较小的扑板全开角度的优点是显著地改善了处 在高干扰源下的扑板式止逆阀的稳定性。当以，450止逆阀试验时与之相似。会减少到可以忽略的程度。3.5扑板振动的时间关系曲线乃75止逆阀在上游为弯管和蝶阀作 为干扰源。其中9的自由旋启状态，特指其没有与挡块相接触而言。定性地分析，在蝶阀存在的干扰试验中，扑板振动至出现轻敲击 碰撞