止回阀(单向阀/逆止阀)以它的在线功能得名,是工业系统中常见管路中的自动设备,它的主要特点是允许介质顺流时通过,逆流时被隔断,此类型阀门不需靠外力控制,在单方向流体压力作用下,阀瓣打开,当流体反方向流动时,由流体压力和阀瓣的自重作用于阀座,从而阻断流动。一般泵出口及压缩机出口均需设置止回阀。基于此功能,止回阀要求关闭迅速,稳定性要好,尽可能避开介质扰动大的地方。在第三代核电ACP1000型号机组中,核岛内常用止回阀有升降式止回阀和旋启式止回阀两种。

图1 升降式止回阀

图2 旋启式止回阀
一、升降式止回阀的开闭是借助于介质本身的力量来自动工作,介质按规定方向流动时,阀瓣被冲开抬起,离开阀座让介质通过
当介质停止流动或回流时,阀瓣被介质压在阀座上而将通道关闭,发挥隔流的作用。与其他型式的止回阀相比,升降式止回阀的升程最短,因而最可能达到快速关闭。其结构特点如下:一是升降式止回阀关闭件的位移方向与阀座平面垂直,靠阀瓣自重(或带有助力弹簧)产生落座力,因此自重式升降止回阀不能倒装在管线上;二是不宜安装在频繁启闭动作的场合;三是升降式止回阀不适合安装在大口径的管道中。
常见的升降式止回阀有:带辅力弹簧的升降式止回阀、球芯式升降式止回阀、软密封圆柱阀瓣升降式止回阀等。
二、旋启式止回阀的开闭是借助于介质本身的力量来自动工作
当介质按规定方向流动时,阀瓣受力后以摆臂销进行转动,让介质通过,摆开的角度到定位把碰到管壁为最大点,当介质停止流动或回时,阀瓣靠自重和介质回冲力压回阀座将通道关闭,起到隔流的作用。其结构特点如下:一是旋启式止回阀关闭件的位移方向与阀座平面成一定的角度开闭,靠阀瓣自重产生落座力,因此摆臂止回阀在管道的安装角度有严格的要求,更不能倒装在管线上;二是旋启式止回阀安装方向有要求的,属于单向阀,该类阀门不宜安装在频繁启-闭动作的场合;三是旋启式止回阀适合安装在大口径、高温高压的系统中。
常见的旋启式止回阀还有:带气动/电动装置式止回阀;球芯式止回阀;隔膜式止回阀等等。
三、两种止回阀结构特点对比及设计要求
旋启式止回阀内设置有铰链机构,是止回阀的核心部件,由阀瓣、销轴和摇杆组成,阀瓣可在重力作用下,沿销轴旋转并自由停靠在倾斜的阀座表面上,转轴的轴线必须和阀体密封面在一个平面上。为确保阀瓣启闭都能满足其功能要求,阀瓣的设计使其有足够的旋启空间,并使阀瓣可完全与阀座接触。当旋启式止回阀关闭后,反向介质压力作用在阀瓣上的力形成密封力,同时密封比也就形成。通过介质压力越高,密封力就越大,越容易保证密封。当密封比很大时,一定要考虑小于材料所允许的许用比压,保证阀的安全可靠行。
升降式止回阀的阀瓣沿流体通道中心升降,在ACP1000核电机组中,止回阀门在结构设计中应考虑动态超负载(开启和关闭的反作用力)、热冲击等瞬态运行工况,并应在最大压差下保证开启和关闭功能。为了保证密封,所有止回阀的安装方向考虑止回元件在重力作用下关闭并与流动方向相反。所有止回阀门包括其附件,都不应出现任何整体结构失效,而导致阀门零件成为飞射物。阀体和阀盖要一体设计,采用铸造或者锻造的形式,而且应保证当阀门焊接到管线上时没有损坏、热变形和泄露。升降式止回阀流体通过通道是比较狭窄的,压力降和流体阻力比旋启式止回阀大些,一般只适用于口径较小的工艺条件。
核岛中常用旋启式止回阀的口径一般都在DN80以上,与闸阀相对应,可以做成较高压力,而且通径DN也可以做到很大,可适用任何工作介质和任何工作温度范围。对于抗震类的止回阀门及其支承件,应能够在各种地震荷载下保证结构的完整性且无泄露,且保证在相当于事故环境条件的设计基准事故下的可操作性。升降式止回阀的口径一般都在DN50以下,与截止阀相对应,其结构应满足以下要求:一是机械性能在超过40年经受1x105Gy的环境下不偏离10%;二是不耐腐蚀钢制的螺栓和螺母应进行表面处理以限制腐蚀;三是根据RCC-M的要求,工作温度超过250℃的核级阀门应进行高温弹性极限检查。在BNI的辅助系统(如设备冷却水等系统)中,与管道的连接常采用对夹式法兰,便于检修。
四、止回阀的布置原则
一是直通式升降止回阀只能安装于水平管路上。二是旋启式止回阀要保证销轴水平,一般情况尽量安装在水平管道上,当需安装在垂直管道上时,应注意介质流向应为自下往上,反之则很难建立有效的密封。三是止回阀不应直接布置在管道弯管或弯头下游,以避免介质流经此处造成的涡流影响阀门。四是在设计过程中,应考虑阀门关闭时产生的水锤压力对阀门、管道或设备的破坏性,尤其对于大口径管道或高压管道。五是管道由垂直段变为水平段上的止回阀需要与弯头距离至少5倍直径(5D),避免振荡。
五、结语
在第三代压水堆核电站中,止回阀的特点及布置相比二代核电有了更高要求,对核电站各系统的正常运行有重要影响,本文从两种止回阀的结构特点深入分析,总结了不同类型止回阀在布置安装上的特点,为后续核电设计及安装提供了有价值的参考。