大型单向止回阀防海水倒灌设计

大型单向止回阀防海水倒灌设计

利用海水资源创造富人，具有广阔的发展前景。然而,海水通过雨水排海管网系统倒灌到沿海的地下土层,对地下水质及相关设备造成破坏,是急待解决的关键问题。我单位在承接的国家重点工程—《大连港海水热泵工程》中,为解决海水倒灌所设计的大型单向止回阀,有效地解决了这个难题,保障了海水热泵安全正常工作。其设计结构简单、有效,所取得少许成功经验,有必要与同行共享,期望可以起到抛砖引玉的作用。1防止海水倒灌排海管口倒排北方的海水热泵工程实质上是利用热泵吸收海水和土壤中的热量,为人们提供必要的热能。在热泵工作循环中,遇到了海水因涨潮,而倒灌排海管网系统中的问题,严重消耗了地下热资源,影响了热泵技术的使用。为此必须使用这种单向止回阀,必要时封住排海管口,防止海水倒灌入排海管网中。然而,排海管口口径为大于1.5m直径的水泥不平整圆口,由于该类管道口径大,海水腐蚀力强,尤其是随着海水潮汐的变化,自动、手动控制阀门开合均有很大难度,所以此类单向止回阀一直无人研发。2结构和工作原则2.1从其配重上的位置不同阀体1主要依靠吊绳2安装在排水管口8的表面上,吊绳的一端系于阀体中部以上的位置,另一端穿过转轮5系于配重6上;系于阀体的吊绳在阀体上盘结成“X”型,并由“X”型的两个上节点系于阀体上;阀体的上端用浮动支撑(支撑转轴3)固定。2.2海水水位上升正常情况下,阀体靠自重处于常闭状态。当落潮时,及水泥管道8需要排水时,水泥管道8中的水位只要大于海水水位150mm,则阀体被推开,进行排水。当涨潮时,海平面上升,海水水位大于水泥管道8陆侧的水位,则阀体在自重及海水推动下自动闭合;由于阀体有两米以上的回转半径,开启力小,仅150mm液位差即可开启,完全不用人工控制,实现了自然力的自动化。3浮动支点受力方程经过计算和实验确定阀体的外观形状采用如图2所示的伞形比较合理,这种结构的优点固然有结实耐用的一面,但更主要的是其重心的位置距离排水管口有一个向右的偏移量(可参见图1、2),调整系于阀体上的吊绳位置及配重大小,就可以使阀体依靠自重来关闭止回阀。根据图2单向止回阀阀体受力分析图可知,阀体受重力G、吊绳拉力N、浮动支点支撑力Rx及排水管口不均匀支撑力σp作用,G力的作用点坐标(xg,yg);N力作用点坐标(xn,yn),夹角θ,受力方程式:Rx+∑σp=ΝcosθΝsinθ=G-Νcosθ⋅(D2-yn)+Νsinθ⋅xn-G⋅xg+∑σp⋅23D=0}Rx+∑σp=NcosθNsinθ=G−Ncosθ⋅(D2−yn)+Nsinθ⋅xn−G⋅xg+∑σp⋅23D=0⎫⎭⎬⎪⎪⎪⎪式中:σp为排水管口不均匀支撑力,按直角三角形分布,∑σp为其合力,作用点在阀体直径D的2323处(从浮动支点向下测量);根据安装要求,吊绳的安装夹角θ≈84°;阀体的材料要具备抗海水腐蚀能力,所以采用硬塑料制做,其最大直径D=1780mm。经计算重量为151.75kg(公斤),其重心位置xg=70.8mm;代入方程,得:Ν=Gsinθ=151.75/sin84°=152.6kgN=Gsinθ=151.75/sin84°=152.6kgRx+∑σp=N×cosθ=152.6×cos84°=16kg即吊绳一端配重为152.6kg;当排水管内水压大于管外水压16kg时可以排水,约150mm～200mm液位差即可开启排水。由第三个方程式,N力的作用点xn的大小与yn成反比。若N力的作用点在x方向上取在G力作用点的右边,并设阀体刚好处于关闭状态时,即∑σp=0取xn=100>xg,则得yn=D2+G⋅XgΝ⋅cosθ-tgyn=D2+G⋅XgN⋅cosθ−tgθ·xn=612mm。4大型单向回流的开发在2009年,经我单位专业技术人员不懈的努力,开发了完全依靠重力和水力作用开合、耐海水腐蚀的大型单向止回阀,当年投入使用,取得了良好的实效。4.1工作的舒适度排海管用大型单向止回阀,由于有较大的回转半径,开启力小,仅150～200mm液位差即开启,工作便利。4.2结构简单无动力、传动、自控等装置,采用自重式设计,重力及潮水等自然力自动开合,结构简单。4.3密封可靠利用发泡海绵密封,密封表面根据水泥管口形状确定,密封可靠。4.4耐腐蚀，耐低温采用塑料及尼龙等材质,无金属件,耐海水腐蚀,最低工作温度达-20℃,不老化,使用年限长。4.5经济指数的提高阀体结构简单,用材便宜,无复杂的固定装置,节省材料,经济指标好。5关于化混合型的选择,该产品的设计和工艺价值排海管用大型单向止回阀已经安装使用三年了,阀体运行状况良好。为进一步的大型化、复杂化该类止回阀的设计提供了初步的经验和数据。但是