大型單向止回閥防海水倒灌設(shè)計(jì)

大型單向止回閥防海水倒灌設(shè)計(jì)

利用海水資源創(chuàng)造富人，具有廣闊的發(fā)展前景。然而,海水通過雨水排海管網(wǎng)系統(tǒng)倒灌到沿海的地下土層,對地下水質(zhì)及相關(guān)設(shè)備造成破壞,是急待解決的關(guān)鍵問題。我單位在承接的國家重點(diǎn)工程—《大連港海水熱泵工程》中,為解決海水倒灌所設(shè)計(jì)的大型單向止回閥,有效地解決了這個難題,保障了海水熱泵安全正常工作。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、有效,所取得少許成功經(jīng)驗(yàn),有必要與同行共享,期望可以起到拋磚引玉的作用。1防止海水倒灌排海管口倒排北方的海水熱泵工程實(shí)質(zhì)上是利用熱泵吸收海水和土壤中的熱量,為人們提供必要的熱能。在熱泵工作循環(huán)中,遇到了海水因漲潮,而倒灌排海管網(wǎng)系統(tǒng)中的問題,嚴(yán)重消耗了地下熱資源,影響了熱泵技術(shù)的使用。為此必須使用這種單向止回閥,必要時封住排海管口,防止海水倒灌入排海管網(wǎng)中。然而,排海管口口徑為大于1.5m直徑的水泥不平整圓口,由于該類管道口徑大,海水腐蝕力強(qiáng),尤其是隨著海水潮汐的變化,自動、手動控制閥門開合均有很大難度,所以此類單向止回閥一直無人研發(fā)。2結(jié)構(gòu)和工作原則2.1從其配重上的位置不同閥體1主要依靠吊繩2安裝在排水管口8的表面上,吊繩的一端系于閥體中部以上的位置,另一端穿過轉(zhuǎn)輪5系于配重6上;系于閥體的吊繩在閥體上盤結(jié)成“X”型,并由“X”型的兩個上節(jié)點(diǎn)系于閥體上;閥體的上端用浮動支撐(支撐轉(zhuǎn)軸3)固定。2.2海水水位上升正常情況下,閥體靠自重處于常閉狀態(tài)。當(dāng)落潮時,及水泥管道8需要排水時,水泥管道8中的水位只要大于海水水位150mm,則閥體被推開,進(jìn)行排水。當(dāng)漲潮時,海平面上升,海水水位大于水泥管道8陸側(cè)的水位,則閥體在自重及海水推動下自動閉合;由于閥體有兩米以上的回轉(zhuǎn)半徑,開啟力小,僅150mm液位差即可開啟,完全不用人工控制,實(shí)現(xiàn)了自然力的自動化。3浮動支點(diǎn)受力方程經(jīng)過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)確定閥體的外觀形狀采用如圖2所示的傘形比較合理,這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)固然有結(jié)實(shí)耐用的一面,但更主要的是其重心的位置距離排水管口有一個向右的偏移量(可參見圖1、2),調(diào)整系于閥體上的吊繩位置及配重大小,就可以使閥體依靠自重來關(guān)閉止回閥。根據(jù)圖2單向止回閥閥體受力分析圖可知,閥體受重力G、吊繩拉力N、浮動支點(diǎn)支撐力Rx及排水管口不均勻支撐力σp作用,G力的作用點(diǎn)坐標(biāo)(xg,yg);N力作用點(diǎn)坐標(biāo)(xn,yn),夾角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為排水管口不均勻支撐力,按直角三角形分布,∑σp為其合力,作用點(diǎn)在閥體直徑D的2323處(從浮動支點(diǎn)向下測量);根據(jù)安裝要求,吊繩的安裝夾角θ≈84°;閥體的材料要具備抗海水腐蝕能力,所以采用硬塑料制做,其最大直徑D=1780mm。經(jīng)計(jì)算重量為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即吊繩一端配重為152.6kg;當(dāng)排水管內(nèi)水壓大于管外水壓16kg時可以排水,約150mm～200mm液位差即可開啟排水。由第三個方程式,N力的作用點(diǎn)xn的大小與yn成反比。若N力的作用點(diǎn)在x方向上取在G力作用點(diǎn)的右邊,并設(shè)閥體剛好處于關(guān)閉狀態(tài)時,即∑σp=0取xn=100>xg,則得yn=D2+G?XgΝ?cosθ-tgyn=D2+G?XgN?cosθ?tgθ·xn=612mm。4大型單向回流的開發(fā)在2009年,經(jīng)我單位專業(yè)技術(shù)人員不懈的努力,開發(fā)了完全依靠重力和水力作用開合、耐海水腐蝕的大型單向止回閥,當(dāng)年投入使用,取得了良好的實(shí)效。4.1工作的舒適度排海管用大型單向止回閥,由于有較大的回轉(zhuǎn)半徑,開啟力小,僅150～200mm液位差即開啟,工作便利。4.2結(jié)構(gòu)簡單無動力、傳動、自控等裝置,采用自重式設(shè)計(jì),重力及潮水等自然力自動開合,結(jié)構(gòu)簡單。4.3密封可靠利用發(fā)泡海綿密封,密封表面根據(jù)水泥管口形狀確定,密封可靠。4.4耐腐蝕，耐低溫采用塑料及尼龍等材質(zhì),無金屬件,耐海水腐蝕,最低工作溫度達(dá)-20℃,不老化,使用年限長。4.5經(jīng)濟(jì)指數(shù)的提高閥體結(jié)構(gòu)簡單,用材便宜,無復(fù)雜的固定裝置,節(jié)省材料,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好。5關(guān)于化混合型的選擇,該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工藝價值排海管用大型單向止回閥已經(jīng)安裝使用三年了,閥體運(yùn)行狀況良好。為進(jìn)一步的大型化、復(fù)雜化該類止回閥的設(shè)計(jì)提供了初步的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。但是