止回阀对给水系统水锤的影响.pdf

第 5 1 卷第 6期 2 0 1 4年 l 2月 化工设置与譬道 P R OC E S S E QU I P ME NT&P I P I NG Vl0 1 5l NO6 De c 2 01 4 管 道 与 q f , 件 止回阀对给水系统水锤 的影响 杨晓红 ，时兴波 ，祝洪青 ，冯晓冉 ( 1 华北电力大学，河北 保定0 7 1 0 0 3 ；2 国核电力规划设计研究院，北京1 0 0 0 0 0 ) 摘要：给水 系统 中止回阀的存在是为 了防止管路 中的逆流过大破坏泵及其他设备 ，而安装止回阀又会影 响系统水锤发 生时的压力和流量。利 用AF T i mp u l s e 软件建立核电站给水 系统的模型，模拟在 突然停泵和 阀门突然关闭时有无止回阀以及不 同止回阀类型对 系统水锤 的影响，从 中看出无止回阀时虽然 系统 中的 水锤最大压 力不大，但是逆向流量很大；普通止 回阀的存在有效地抑制 了管路 中的水倒流，但同时增大 了水锤压力；可控缓 闭止回阀结合 了两者 的优 点，既降低 了水锤最大压 力，又可以把管路 中水逆流控制 在合 理 范 围。 关键 词：止 回阀 ；给 水 系统 ；水锤 中图分类号：T Q 0 5 5 ；T H 1 3 4 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 9 。 3 2 8 l( 2 0 1 4 )0 6 0 0 5 8 0 0 4 止 回阀常安装在给水泵出 口处，目的是为 了防 止管路中的水倒流对给水泵和其他部件造成破坏 。正 常停泵和关阀时，管路系统中不会产生很大的水锤升 压且止回阀很好地抑制了管路中水的倒流 1 - 3 ，而在 突然停泵 和关 阀操作失 当时 ，管路 中可能 由于止 回阀 的存在产生很高 的水锤压力 。 突然停泵是产生停泵水锤的原因。停泵水锤是 指水 泵机组 因突然失 电或其他 原 因造成 开 阀停车 时， 在水泵及管路流剧烈变化而引起的一种压力剧变现 象 4 - 6 。突然停泵过程中，有普通止 回阀和无止回阀 是两种差别很大情况。在有普通止回阀时，一方面可 以防止离心泵过大的反转转速，但另一方面当水流倒 流，止回阀关闭时可能产生很大的水锤压力，这也是 大多数装有普通止回阀的泵站最容易发生水锤事故 的原 因 ： 无止 回阀时 ，突然停 泵后 ，给水 泵 的驱 动 力瞬间消失，但给水泵还在惯性作用下正转，转速迅 速减小，直至变为零，继而又在反向水流作用下开始 反向逆转 。给水泵正是在正转和反转这两个过程中不 断交替，同时能量不断被消耗 l 8 。其中给水泵反向转 速过大易造成泵的机械损坏。 给水系统末端阀门突然关闭时普通止 回阀随着 液体的正向流速变为零时也迅速关闭，管道中的水不 断 冲击着 阀门，同时对关 阀引起 的水锤最大压力也有 一 定 的影 响。 1 理论分析 水锤基本方程是水力过程分析和计算的基础，它 包含以微分方程 式表 示的运 动方程 和连续性 方程 。 运动方 程和连续性方 程可表示为 。 一 等 ： 塑 + 一旦8x f 2 g-4-g Ox D 2 g ( 1 ) = 一 一l l I l I at 1 一 一 8V O x ( + ) c2 ， 0c I _ 式 中 一管道直径 ，m m； 一 管道摩阻系数； 重力加速度，m s ； 产生水锤时管中的测压管水头，m； 水锤波传播的时间，s ； 产生水锤 时管中的流速 ，m s ； X 水锤波传播的距离，m； 0 |_一 水锤的传播速度，m s 。 管道发生水锤时伴随着压力的变化，其计算公 式如下 】 ： P= 口 aAV ( 3) 式 中 卜压力变化量 ，P a ； 速度的变化量，r n s ； 收稿 日期 ：2 0 1 4 0 4 2 1 基金项目 ：国家科 技重 大专项课题 ( 2 0 1 2 Z X0 6 0 0 2 0 1 7 0 7 ) 。 作者简介 ：杨 晓红 ( 1 9 6 3 一 ) ，男，河北保定市人，副教授 ，硕士生 导师 。主要研究方向为数字化设计 与制造 。 6 0 化工设置与管道 第 5 1 卷第 6期 0 0 ， 0 - 0 0 O 0 2 4 6 8 1 0 时间 s 图3 给水泵出 口流 量变化 F i g 3 T h e fl o w c h a n g e s o f p u mp o u t l e t 变化 3 2 可控缓 闭止 回阀对 水锤的影响 从 图 4中可 以看 出，突然停 泵 的情 况下 ，无止 回阀时给水系统的水锤升压与有普通止回阀和有缓 闭止回阀时相比最低，并且水锤压力波动衰减很快； 装有普通止回阀的管路系统水锤最大压力最高，水锤 压 力波 动衰 减很慢 ，水锤 压力要 达 到稳 定状 态要经 历很 长的一段 时间；给水泵 出口装有可控缓闭止 回阀 时给水系统的水锤最大压力介于无止回阀和有普通 止回阀两种情况之间，并且压力衰减速度也在两者之 间 。但是这 里需要指 出的是不 同的工况 时，缓 闭止 回 阀的动作设计是不同的，不合理的动作设计不仅不利 于减小水锤的危害，还可能导致比普通止回阀更不利 的水锤压力。 B无 J E 回阀 0 l 2 3 4 5 6 7 8 9 l 0 时间 s 图4 三种情况压力对比图 F i g 4 P r e s s u r e c o mp a r i s o n o f t h r e e c a s e s 从图5 可以看到， 给水泵出口安装缓闭止回阀时， 反 向流量介于不安装止 回阀和安装普通止回阀两者 之间，即给水泵的反向旋转速度介于两种情况之间， 结合图 4可以知道，给水泵出口安装缓闭止回阀有利 于在减小水锤最大压力的同时控制给水泵反 向最大 飞逸转速。 0 1 Z 3 4 5 6 7 8 9 l 0 时问 s 图5三种情况流量对 比图 Fi g 5 F l o w c o mp a r i s o n o f t h r e e c a s e s 3 3 末端阀门突然关 闭时， 有无止 回阀对水锤 的影响 从 图 6中可 以看 出，有 普通 止 回 阀时 ，末端 阀 门入口处水锤压力最大值较大，波动衰减较慢，波峰 间隔较短振动较快，压力波动范围较小，而无止回阀 时，水锤最大压力衰减较快，从图上可以看出，大约 1 0 S 以后压力波动就不十分明显了。 一 B有 普通 止回 阀 1 1 日 室 j 4 ) b ， 9 l U 时间 s 图6 给水 系统末端 阀门入 口压力变化 F i g 6 P r e s s u r e c h a n g e s i n v a l v e i n l e t o f t h e e n d o f wa t e r s u p p l y s ys t e r m 从流量变化对比图 ( 图 7 ) 可以知道，泵出 E l 在 装有普通止 回阀的情况下，末端阀门关闭后，流量 迅速减小到零附近，之后泵出口的流量值波动不大， 由此可知 给水 泵反转 速度不大 。而无 止 回阀情 况下 ， 反方向流量较大，故可以知道无止回阀的情况下，泵 更容易反向转动且反转速度较大。 O 5 0 4 一 O 3 0 2 0 1 。 一 0 一O 1 一O 2 -0 3 3 4 5 6 7 8 9 1 0 时 间 s 图7 给水泵出口流量变化对比图 Fi g 7 The ou t l e t flo w c ha n ge s of pu mp 化 4 2 O 2 4 6 0 O 0 一 山) _軎 3 2 1 0 9 8 7 6 5 B d R 醴 2 0 1 4年 1 2月 杨 晓红 ，等 止 回阀对给水 系统水锤的影响 4 结束语 无止 回阀 时，核 电站给水 系统 突然 停泵 时引起 的水锤最大压力值不大且衰减很快，但反向流量很 大，会引起泵反转，反向最大逆转速度很大；装有 普通止回阀的给水系统中，泵的反转被很好的抑制， 但 同时增 大了最大水锤压力 ，这也是许 多装有普通止 回阀的核 电厂最容易发生水锤事故 的原 因。 缓闭止 回阀很好 地把 以上两种 的优点结合起来 ， 即消弱 了最大水锤压力 ，也把 泵反转 速度控 制在可接 受的范围之内，但可控制的缓闭止回阀的关闭动作不 好确定 ，不 同的管路 中缓闭止 回阀的关 闭动作是不 同 的，要设定合理的可控缓闭止回阀的关闭动作。 参 考 文 献 1 陈志坚 泵站水锤计 算与缓闭止 回阀关 闭时间的确定 J _ 黑 龙江水 利科技 ， 2 0 1 1 ，3 9 ( 6 ) ：5 7 5 8 左巧林，秋穗正，芦苇，等 核反应堆一回路系统水锤数值 模拟 J 核动力工程 ， 2 0 1 2 ，3 3( 4 ) ：8 5 9 0 杨国来 ，伍 国果 ，刘小雄 ，等 轴流式止 回阀动态 特性 J 排灌 机械工程 学报 ， 2 0 1 3 ，3 1 ( 1 ) ： 4 6 4 9 罗伟，储凤林 停泵水锤的简易算法及算例 J 水泵技术， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 2 3 2 7 韩建 军，张旭峰 ，陈红刚 大型泵站叠压输水水锤防护研究 J 水利建设与管理，2 0 1 2 ( 增刊) ：2 5 2 8 王鑫， 韩伟实 压水堆核电厂主给水管道水锤计算及分析 J 原子能科学技 术， 2 0 1 0 ，4 4 ( 增刊 1 ：1 9 2 1 9 7 王学芳 工业管道中的水锤 M】 北京： 科学出版社，1 9 9 5 ， 1 金锥 停 泵水 锤 及 防护 【 M】 北京 ：中 国建筑 工业 出版社 ， 2 0 04 ， l 1 高婧宇，车威 重力有压输水系统主线调节 阀关闭水锤计算 J 阀 门，2 0 1 2 ，1 ( 1 ) ：2 9 3 2 蔡坤，秦洁 核电站主给水隔离阀关闭引起的水锤分析 J 阀门， 2 0 1 3 ，1 ( 1 1 ：4 8 I nflue nc e s o f Che c k Va l v e t o W a t e r Ha m me r i n W a t e r Fe e di ng S ys t e m Y ANG Xi a o h o n g ，S HI Xi n g b o ，ZHU Ho n g q i n g ，F ENG Xi a o r a n ( 1 No r t h C h i n a El e c t r i c Po we r Un i v e r s i ty , Ba o d i n g 0 7 1 0 0 3 ， C h i n a ； 2 S t a t e Nu c l e a r El e c t r i c Po we r Pl a n n i n g a n d De s i g n I n s t i t u t e , Be ij i n g 1 0 0 0 0 0 , Ch i n a) Ab s t r a c t ：Ch e c k v a l v e s i n wa t e r s u p p l y s y s t e m i s u s e d f o r p r e v e n t i n g wa t e r b a c k fl o w S O a s t o d a ma g e p u mp s a n d o t h e r e q u i p me n t s But c h e c k va l ve a l s o i n flue n ce s t he pr es s ur e a n d flo w wh e n wa t e r ha mme r oc c ur s A n ucl e a r po we r pl a n t wa t e r s up pl y s ys t e m mo d e l wa s e s t a b l i s h e d b y AF T i mp u l s e s o ftwa r e ， f r o m wh i c h t h e i n f l u e n c e o f c h e c k v a l v e wh e n p um p i s s t o p p e d a n d v a l v e i s s h u t d o wn s u d d e n l y wa s a n a l y z e d I t wa s s h o wn t h a t t h e ma x i mu m wa t e r h a mme r p r e s s u r e i s n o t h i g h b u t t h e b a c k f t o w o f t h e wa t e r i n t h e p i p e l i n e i s v e r y l a r g e u n d e r t h e c o n d i t i o n t h e r e i s n o c h e c k v a l v e Ho we v e r t h e e x i s t e n c e o f o r d i n a ry c h e c k v a l v e s e f f e c t i v e l y s u p p r e s s e s t h e wa t e r fl o w b a c k i n t h e p i p e l i n e ， b u t a t t h e s a me t i me ， i t i n c r e a s e s t h e wa t e r h a mm e r p r e s s u r e Co n t r o l l a b l e s l o w c l o s e c h e c k v a l v e h a s t h e c o mb i n a t i o n o f the a d v a n t a g e s o f b o t h ， a n d i t n o t o n l y r e d u c e s t h e wa t e r h a m me r m a x i mum p r e s s ur e b u t a l s o c o ntro l s wa t e r ba c k flo w i n t h e pi pe s wi t h i n a r e a s on a bl e r a nge Ke y wo r d s ：c h e c k v a l v e ；wa t e r f e e d i n g s y s t e m ；wa t e r h a mme r 石油化工建设杂志2 0 1 5 年征订启事 石油化工建设是 国内外公开发行 的科技期-? lJ( 刊号 C N1 3 1 3 5 0 T Q I S S N 1 6 7 2 9 3 2 3 ) ，立足 中国石化 、 化 工、石 油建设 系统 ，面向全 国工程建设行业 ，内容 涉及工程建设的各个方面 。 杂志主要 内容 包括 ：工程 建设 的项 目管理 、设备安装 、建筑施 工、焊接 、 吊装 、电气仪表安装 与调试 、防 腐与绝热、I T技术、设计与施工、标准与规范、检修与维修等方面的技术与管理经验成果，新技术、新设备、 新材料的推广应用，最新工程新闻报道、行业动态和国家有关的政策法规等。 订阅办法：订 户可直接 汇款 至编辑部订 阅，也可通过邮局订 阅 ( 邮发代号 1 8 - 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