CN85107737A - 抑制压力波动的止回阀 - Google Patents

Abstract

一个可在开启位置和关闭位置之间操作的止回阀，在开启位置时它提供一条流体通道，在关闭位置时它切断这条流体通道并把通道分成入口(26)和出口(27)。止回阀有一个可变容积的腔室(40～65)。它与流体通道的出口部分相连通。止回阀感受一个预先确定的压力并增加上述腔室的容积进而增加流体通道出口部分的有效容积以抵制那里的压力波动。

Description

本发明涉及一种止回阀，当流体在一液流通道内反向流动时，此阀可以自动关闭。本发明特别涉及抑制压力波动的装置，而压力波动是由干止回阀的突然关闭在流体通道内引起的。

在一个典型核蒸气生产厂，供给核反应堆的冷却水是通过一个蒸汽发生器进行循环的，其中从核反应堆流出来的水，与第二次的供水是热交换关系，供给的水被加热并转变为蒸汽，然后蒸汽直接穿过一台与之相连的蒸汽轮机到达一个冷凝器。在冷凝器里蒸汽又变成水，被冷凝的水作为冷却供水被泵回到蒸汽发生器。从几个蒸汽发生器的排气可以支管的形式在蒸汽发生器和相连的蒸汽轮机间连接。典型的排列方式是：气轮机，冷凝器和与之相连的泵压装置，它离开蒸汽发生器一定距离。当发生地震或其他猛烈的振动时，在泵压装置和蒸汽发生器之间的长长的导管可能很容易遭到破坏或断裂。因此，止回阀典型的安装方式就应是安在与蒸汽发生器相连的这根导管上。当止回阀的进流侧发生导管断裂事故时，在断裂处压力的突然降低将产生一个很大的压差，这将导致在蒸汽发生器里的加压冷却供水通过止回阀反向流向断裂处，止回阀响应这一反向流动立即关闭。

先有的止回阀的一个缺点是：由于它的突然关闭产生了一个压力波动或“水锤”效应，此压力波动将在蒸汽发生器和止回阀之间来回反射。这个压力波动的压力可能大到是正常管道压力的六倍，而且可能毁坏蒸汽发生器的导管或管道上的其他装置。

众所周知在止回阀上安装一个阻尼器会减小“水锤”效应。换句话说，把止回阀的关闭速度降下来，防止“砰”地一下关上。这一技术在减轻压力波动方面很有效，但它却不可避免地导致通过断裂处损失更多的从蒸汽发生器流出的冷却供水，这是由于阀门开的时间较长。在核蒸汽发生器的应用上，这可能是一个非常严重的缺点，因为在蒸汽发生器里的供水是作为反应堆冷却水的冷却剂。而这种冷却剂的损失可能导致核反应堆堆芯的热度升高。然而典型的蒸汽发生器配置有可替换的供水导管，以便当主供水导管发生断裂故障时，进行供水。这些可替换的导管直径要小得多，因此，不能迅速补偿损失的蒸汽发生器的供水。

本发明的主要目的是提供一种止回阀，在允许快速关闭的同时，它能抑制压力波动，此阀门具有相对简单和经济的结构并且很容易分解。

为了这一目的，本发明提供一个止回阀，它包括一个确定流体通道的阀体和由阀体支承的阀门装置，此阀门装置在开启位置和关闭位置上来回运动，当到开启位置时，流体通道打开，当在关闭位置时，流体通道关闭，并且它把阀分成两部分，进口和出口，其特征是：有一个圆柱形阀壳与上述阀体相配合并与流体通道的出口部分相连通，第一活塞安置在上述的阀壳内，并与之一起确定了一个与流体通道的出口部分相连通的腔室。上述第一活塞可以在上述阀壳内正常伸展位置和收缩位置间沿轴向移动，在正常伸展位置时，提供了最小容积的流体通道作为上述的腔室，而在收缩位置时，离开流体通道一些距离从而加大了上述腔室的容积。第二活塞安置在上述阀壳内并且与第一活塞相隔一定距离，一个弹簧安置在上述第一和第二活塞之间，弹簧的张力迫使第一活塞到伸展位置上，上述第一活塞对流体通道出口部分予先确定的压力非常敏感，它克服上述弹簧的张力移动到收缩位置来扩大上述腔室的容积以抑制在流体通道出口部分的压力波动，控制装置与上述第二活塞相连接来控制其位置，由此来调整上述予定压力。

通过对附图中所示的本发明的最佳实施例的描述（仅作为实例）本发明将会变得很清楚，在附图中：

图1是装有按本发明的特征构成的止回阀的核蒸汽生产厂的框图;

图2是本发明止回阀在正常流动开启状态下的垂直剖面图;

图3是与图2相似的局部剖视图，它给出了发生反向流动时的情况。

图4是与图2相似的剖视图，它表示阀门在关闭状态下的情况;

图5是与图3相似的剖视图，它表示管道内压力已恢复平衡后，阀门关闭的情况;

参照图1，这是一个核蒸汽生产厂，一般用数字10来表示，它包括一台核反应堆11，此反应堆以标准形式与一蒸汽发生器12相连。更确切地说，来自反应堆堆芯的冷却水进行循环，通过导管13流向蒸气发生器12。在蒸气发生器的冷却水将流过传热管14，然后经过导管15流回核反应堆11。第二次冷却供水沿着传热管14循环，并与之进行热交换，冷却水变成蒸汽。它通过导管17流向与之相连的蒸汽轮机16和冷凝器16a，然后经过加压泵18和导管19流回蒸气发生器12。根据本发明，止回阀20安置在导管19上紧靠蒸气发生器12的一侧。为了进行图示，这里仅绘出了一个蒸气发生器12，在实际应用时，人们将更喜欢在核反应堆11和蒸气轮机16之间以支管排列形式安置许多蒸气发生器12，每一台蒸气发生器12都配置一个止回阀20。典型的安排方式是，蒸气发生器12紧靠核反应堆11，但离蒸汽轮机16要有相当大的距离。因而导管19可能有200或300呎长。从而很容易受到猛烈的震动而损坏，例如象地震而引起的那样。

现在再参照图2到图5，止回阀20包括一个具有进口22和出口23的单个阀体21，进口和出口各自有一个固定用的法兰盘24用以把止回阀20固定到导管19的相应部位上。阀体21在进口22和出口23之间确定了一个流体通道25与导管19保持流通。通道25包括一个进口腔26和一个出口腔27，阀体21还装有一个中空的颈口部分28它与出口腔27连通并且有一个环状的固定用法兰盘29。

具有凸缘31的阀门膜片30被安置在阀体21内，通过悬臂33一端中的互补开口，被一螺母32固定于此悬臂33上。悬臂33的另一端用一根轴销固定在阀体21中颈口部分28的凸出部分35上。所以人们将会理解到阀门膜片30在开启状态，如图所示，和关闭状态之间适合进行绕轴旋转运动。在开启状态下凸缘31紧紧地与限动块35a啮合，以允许流体经过通道25以正常的向前方向自由流过;在关闭状态下，如图4和图5所示，随着阀门膜片30与环形座36的整个圆周紧紧地啮合就关断了流体通道25而且把进口腔26和出口腔27分隔开来，在正常的工作状态下，由加压泵18产生的向前的流体流动将使阀门膜片30保持在开启位置上。

颈口部分28的外端有一个环状凹入部分37。在凹入部分安置了一环状座38，环状座38是由淬硬的金属合金制成的。在法兰盘29中的互补环形槽中装有垫圈39以保证与安装在颈口部分28上的圆筒形延伸阀壳（40）之间的密封。更确切地说，阀壳40有一个环形端面41与垫圈39密封啮合，阀壳40还另有一个环形法兰安装座42，靠螺栓43与法兰盘29拧在一起。在阀壳40的另一端还有一个环形法兰盘44，它的作用将在下面叙述。阀壳40沿纵轴安置。与流体通道25的轴完全垂直。在使用中典型的情况是纵向定位。在阀壳40的侧面有一个口45，通过导管46与复位装置相连接（在图中未画出）。在靠近阀壳40的上端有一个排气孔47，其作用将在下面叙述。

在靠近阀壳40的下端面内是一个圆形蓄压活塞50，在其下端面有一个圆形轴向空腔51，这样就确定了一个腔室52它与阀体21上的出口腔27相连通。在活塞50下端的圆柱形外表面倒一个角53，这样就可以与座38齐平地啮合在一起了。活塞50要能沿着外壳40的轴作轴向滑动，在活塞上沿其轴向分开一定距离配置了一对圆周密封圈54，它们分别放在活塞50外表面相应的圆周凹槽内，用以和阀壳40的内表面密封啮合。一根拉伸杆55固定在活塞50上而且与阀壳40同轴地向上伸展，更准确地说，拉伸杆55的下端可以拧到活塞50上表面的中心孔内与之接合，并用螺母57锁定。然而，也可以使用其它方法把拉伸杆55固定在活塞50上。

拉伸杆55的上端穿过在圆柱形加压活塞60中的轴向圆柱形中心孔59向上伸去，活塞60也是在阀壳40内沿轴向滑动。在加压活塞60之上拉伸杆55的上端用一个螺母61固定，此螺母的直径比中心孔59的直径要大。在活塞60上分开一定距离有一对圆形密封垫62，它们分别放在活塞60外表面上的凹形槽内，用来同阀壳40的内表面密封啮合。在中心孔59内放置一个密封圈63用来同拉伸杆55滑动密封。活塞50和活塞60与阀壳40配合确定了一个腔室64，在这个腔内设置一个压在活塞50和活塞60上的螺旋弹簧65，出口45与腔室64连通。

还设置一个控制组件，一般用数字70来表示，这个组件包括一个一般是杯形的连接器71，它的下面带有一个固定用的环状法兰盘72，它被螺钉73固定到活塞60的上表面。连接器71的下端有一个圆柱形空腔74，此空腔用来容纳螺母61。连接器71的上部固定在一根长的螺纹杆75上，这根螺纹杆与阀壳40同轴向上伸展。更准确地说，螺纹杆75可以拧紧在连接器71上部的凹座76内，并由一个螺母77来锁定，当然如果需要的话在使用中也可以换成其它的固紧方式。

螺纹杆75与一个圆柱形套筒螺母80拧紧，套筒螺母80的下端带有一个圆柱形法兰盘81。套筒螺母80穿出环形平面盖板83上的互补孔82，盖板83被螺栓84固定在连接法兰盘44上，来封闭阀壳40的上端面，法兰盘81紧压在平面盖板83的内表面。靠近套筒螺母80的上部固定着一个手轮85，用它可以轻松地旋转套筒螺母80。在套筒螺母80的上方，螺纹杆75的上端与之紧拧着的是螺母87和一个压紧螺母88。套筒螺母80的上端面有一个环形支承板89，可以看出排气孔47与活塞60和盖板83之间的阀壳40的内部相通。

在工作中，控制组件70用来控制加压活塞60在阀壳40中的位置，以便给压缩弹簧65提供一个牢固的基座。所以压缩弹簧65的弹力趋使蓄压活塞50伸到完全伸展位置，如图2所示，它完全与座38啮合在一起。在这种情况下，腔室52的容积是最小的。

在正常的工作中，通过流体通道25的供水向前流动使得阀门膜片30处于开启状态，如图2所示。在这个正常的工作模式中，导管19的内部压力是由加压泵18提供的，典型的压力大约为1.300磅/吋²。这个正常的压力作用在蓄压活塞50上，并试图推动活塞50在阀壳40内向上运动。然而，压缩弹簧被设计成这样，正常的工作压力，不足以克服压缩弹簧65的偏压，因而蓄压活塞50就保持在图2所示的位置上。

如果在加压泵18和止回阀20之间的导管19发生断裂的事故，那么在止回阀20的进口一侧压力将急剧下降。加压泵18将自动关闭，而仍在加压的蒸气发生器12将在止回阀20上建立一个反向压差，此压差试图使反向流动的供水穿过止回阀20。此反向流动把阀门膜片30移到关闭的位置上。当阀门膜片30快到达关闭位置时，止回阀20的出口腔27的压力将上升超过弹簧65所作用的予先确定的偏压，此时，蓄压活塞50如图3所示将开始顶着弹簧65向上抬起。当阀门膜片30砰地一下完全到达关闭位置紧紧地压在座36上时，在出口腔27里压力波动达到峰值，蓄压活塞50继续向上运动一直到图4所示的位置。连接件71上的腔室74有足够的深度来容纳活塞50这种回缩移动。

蓄压活塞50的向上运动腾出了阀壳40的下部空间使得在活塞50中的腔室52和止回阀中的出口腔27连通起来，因此有效地增大了它们的容积。容积的增加将相应地导致出口腔27中的压力减小，因此，有效地抑制了由于阀门膜片30迅速关闭而引起的压力波动，同时有效地消除了任何“水锤”效应。就这一点来说，由于水是完全不可压缩的流体，所以出口腔27的容积稍有增加就足以消耗很大的压力，这是可以理解的。在蒸气发生器12和与其相接的导管中压力恢复了平衡之后，在压缩弹簧65的弹力作用下蓄压活塞50又回到了如图所示的正常的伸展位置上。

本发明的一个重要构思是控制组件70允许选择调整弹簧65的预紧力以调整蓄压活塞50开始向上运动的预定压力。所以，当旋转手轮85时，套筒螺母80也将转动，从而使螺纹杆75沿轴向移动，连接件71和加压活塞60随之一起移动。当加压活塞60向下移动时，就增加弹簧65的预紧力。当此活塞60向上移动时，就减少弹簧65的预紧力。螺母87和88是用来限制螺纹杆75向下运动的范围，以便防止不小心把加压活塞60向下移动到能把弹簧65完全压到一起或永久变形的位置。适当地调整加压活塞的位置，就可以调整抬起活塞所需的压力。调整的范围从正常管道压力的1%或2%到正常管道压力的2-3倍。

尽管本发明主要目的在于消除由于连接导管19发生断裂事故时，止回阀20迅速关闭而引起的较大压力波动，本发明也适用于抑制较适中的压力波动（这种压力波动通常发生在核蒸气制造厂10的正常运转中）这一点非常重要。因此，由于加压泵18或工厂10内其他部分的作用。此系统内有正常的压力变化可以把控制组件70这样调整，使这些正常情况下发生的压力波动也可以得到抑制。

本发明另一个重要构思是活塞50和60及控制组件70可完全从阀壳40中拆卸出去。因此卸下盖板83，提着手轮85就可以把完整的控制组件拿出去。套筒螺母80将拉起盖板83，而连接件71将拉起加压活塞60，而活塞60和螺母61靠紧继而拉起杆55和蓄压活塞50。可以看出整个组件可以阀壳40中拆出，其操作很简单，不需要分别拆卸各零件。

在加压活塞60上方的排气孔47使得阀壳40内保持大气压力。这防止了由干活塞60向上和向下移动而产生的活塞上方压力增加或真空。密封圈54有效地防止了供水穿过蓄压活塞50而进入活塞50和60之间的空间。尽管如此，还设置有孔45用来排除由于密封圈54损坏而渗入到活塞50和60之间去的任何水份。这个排水装置是必不可少的。因为水是不可压缩的，在活塞50和60之间注上水就会有效地阻止蓄压活塞50向上运动。

尽管结合一个核工厂中的应用描述了止回阀，但本发明的原则也可用于其它类型的应用上。同样，虽然上面描述的止回阀是旋转膜片式的，但也可采用其它类型的止回阀结构。尽管这里使用弹簧作蓄压活塞50的偏压装置，但也可利用其他类型的可压缩偏压装置，例如气压或类似装置。

在本发明的一个结构形式中，阀体21和阀壳40以及活塞50和60以及连接件71可用适当的金属制成。密封垫39可用石墨材料制成，而密封圈54、62和63则可用橡胶或其他合适的有弹性的柔性材料制成。本发明也可以用于不同大小和不同类型的止回阀，而且根据特殊的用途采用特殊的材料。更准确地说，止回阀20的材料和尺寸将随着通过止回阀20的流体的化学成份以及工作压力和温度改变。

从上面的叙述中，可以看出本发明提供了一个经过改进的止回阀，其结构简单经济并且在允许阀门迅速地关闭的同时又能有效地抑制压力波动，本发明还提供了一个阈限驱动压力的调整装置和一种简单的一步拆卸的方法。

Claims (5)

1、一个止回阀(20)包括一个阀体(21)，它确定了一条流体通道(25)；由阀体支承的阀门膜片(30)在开启状态和关闭状态之间移动，在开启位置允许流体流过，在关闭位置则阻止流体流过并把通道分成入口腔(26)和出口腔(27)两部分。其特征是：一个圆柱形阀壳(40)连接到上述的阀体上，并与流体通道的输出部分相连通，第一活塞(50)安置在上述阀壳(40)中并与之共同确定了一个腔室(52)，此腔室与流体通道的输出部分相连通，上述第一活塞(50)可在上述阀壳(40)内沿轴向在正常伸展位置和收缩位置间来回移动，在正常位置时上述腔室(52)容积最小，在收缩位置时活塞离开流体通道一定距离从而加大上述腔室(52)的容积，第二活塞(60)安置在阀壳(40)内并与第一活塞(50)离开一定距离；一根弹簧(65)安放在上述第一和第二活塞(50、60)之间。而且弹簧弹力迫使上述第一活塞(50)到达其伸展位置；上述第一活塞(50)感受流体通道出口部分的预先确定的压力并克服上述弹簧的力移动到收缩位置上，从而加大上述腔室的容积以抑制在流体通道出口部分的压力波动；控制组件(70)连接到上述的第二活塞(60)上来控制它的位置从而调整上述预先确定的压力。

2、根据权力要求1的止回阀，其特征在于：上述第一和第二活塞（50、60）用一个空动结构互相连接从而可以方便地从阀壳（40）中一同拆卸出去。

3、根据权力要求2的止回阀，其特征在于：上述空动结构包括一个穿过上述第二活塞（60）的轴向孔，一个与上述第一活塞（50）连接在一起并沿轴向穿过上述孔的杆（55），与上述第一活塞相对的上述第二活塞（60）的一侧有一连接在上述杆上的止动件（61），它的尺寸设计成可以避免从上述轴向孔（59）中穿过去。

4、根据权力要求1到3中任一项的止回阀，其特征在于：上述第一和第二活塞（50、60）包含有密封圈（54，62），它们有效地阻塞了流体穿过上述第一和第二活塞（50、60）的通道。

5、根据权力要求1到4中任一项的止回阀，其特征在于：阀壳体上的孔（45、47）安排在上述第二活塞（60）的任何一侧以向外排放流体。

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