高排逆止阀安装在超超临界火电机组汽轮机高压缸至再热器冷段之间的管道上，防止蒸汽倒流进入汽轮机，引起汽轮机超速，以保护汽轮机安全、有效运行。高排逆止阀具有小流量强制开启和介质倒流时快速关闭功能。

1、技术参数

1000MW超超临界火电机组配套高排逆止阀的主要技术参数如表1所示。

表1主要技术参数

2、工作原理

高排逆止阀由阀体、阀盖、阀座、阀瓣、摇臂、主轴、强关轴、强开轴、关阀气缸、开阀气缸等组成。

阀门采用旋启式结构，双气动执行机构设计，一个是开阀执行机构，一个是关阀执行机构。

阀门具有强制开启功能，以及介质逆流自动关闭和快速关闭的双重关阀功能。

高排逆止阀工作前，压缩空气经过手动球阀进入气源处理三联件( 即空气过滤器、减压阀) ，压缩空气经过滤清洁减压后再进入二位三通电磁阀，最后经快排阀进入执行机构活塞下腔，压缩弹簧，执行机构蓄能打开，关阀气缸打开，阀瓣处于自由状态，介质由左侧流入，介质力推动阀瓣开启。

当介质流量小于等于105kg/s时，开阀气缸打开，强制阀瓣处于开启状态，防止阀瓣出现颤振现象。

介质倒流或接收到事故信号时，二位三通电磁阀瞬间断电而关闭，切断气源，快排阀快速打开排出气缸下腔空气，在弹簧压力的作用下活塞迅速下移，并通过空程离合器关闭阀门。

3、结构特点

根据超超临界火电机组配套高排逆止阀的使用工况和技术参数，阀门应具有以下结构特点:1) 低流阻结构，阀座设计成25至30度倾斜角，阀体设计成橄榄球流线型，介质流动特性好，涡流扰动小，流动阻力小。

2) 自动调心结构，摇臂和阀瓣采用球面接触万向连接，阀瓣与摇臂间的夹角可自动调整，保证阀瓣与阀座的密封面完全贴合，达到良好的密封性。

3) 象鼻式结构，为减小阀门关闭时阀瓣与阀座的磨损，摇臂下端伸出一段象鼻，调整阀瓣与阀座的优先接触部位。

4) 两套保护系统，阀门具有随动关闭和强制关闭两套相互独立的保护系统，强关轴与主轴采用空行程离合连接，关阀执行器开启后，阀瓣处于自由状态，介质一旦倒流，在介质力和阀瓣自重的作用下，阀门快速关闭; 当关阀执行器接受信号时，执行机构会强制阀门关闭。

5) 手动试验阀，活塞缸上下两端，即活塞上下部分设置了旁路管道，管道上设置了手动试验阀，通过手动试验阀可连通活塞上下两腔，可在线检验活塞动作的可靠性。

4、设计与计算分析

4.1材料

高排逆止阀主要零部件的材料如表2所示。

表2主要零部件材料

4.2计算

为保证阀门在超超临界火电机组运行工况下安全、可靠的运行，其主要零部件进行了严格的设计计算。

4.2.1阀体壁厚计算

阀体壁厚按式(1) 进行计算，设计给定壁厚应大于计算壁厚。

式中:

t ———计算壁厚，mm;

p ———介质压力，MPa;

d ———阀体内径，mm;

［σ］———材料许用应力，MPa。

4.2.2阀盖壁厚计算

蝶形阀盖壁厚按式(2) 进行计算，设计给定壁厚应大于计算壁厚。

式中:

t ———计算壁厚，mm;

p ———介质压力，MPa;

Ｒ ———阀盖内球面半径，mm;

［σ］———材料许用应力，MPa;

C ———附加裕量，mm;

K ———形状系数。

4.2.3阀瓣厚度计算

阀瓣的厚度按式(3) 进行计算，设计给定厚度应大于计算厚度。

式中:

t ———计算壁厚，mm;

p ———介质压力，MPa

Ｒ ———阀瓣内球面半径，mm;

［σ］———材料许用应力，MPa;

C ———附加裕量，mm。

4.2.4应力分析

1) 阀体。

根据ASME B16． 34阀体材料在100℉，Class600时对应的设计压力为10． 34MPa，阀体内腔与介质接触表面施加压力载荷为10． 34MPa，介质对阀盖产生的作用力通过螺栓作用在阀体法兰端面上，该力的大小等效为一个表面负压力作用在阀体法兰端面，压力值为－ 10． 5MPa。阀体对称面施加对称约束，阀体支管一端施加全约束，一端自由。阀体各方向的应力如表3所示，均小于许用应力，阀体强度合格。

2) 阀盖应力分析。

阀盖与介质接触表面施加压力载荷为10． 34MPa，阀盖压缠绕垫片的相应位置施加缠绕垫片产生的压力，并通过螺栓作用在阀盖上端面处，在阀盖上螺母作用的环面加Z向约束和Y向约束，对称面处施加对称约束。经过分析阀盖各方向的应力如表4所示，均小于许用应力，阀盖强度合格。

表3阀体应力分析

表4阀盖应力分析

4.2.5流动特性分析

以开启20°为例进行流体分析，采用SolidWorks建立流体模型，将模型导入ANSYS ICEMCFD中进行网格划分，然后采用ANSYS CFX软件进行流体分析，并提取分析结果。介质在出口端内基本不产生涡流，主要涡流集中在阀体中腔内，但涡流强度不高，因此阀门流阻较小。阀门的最高流速出现在阀瓣下端面与阀体出口支管相交位置。当开启20度时，最高流速仅为77． 6m/s。满足水蒸汽的流速要求。

5、结 论

通过 计 算 机 仿 真 分 析、反 复 试 验，NPS40(DN1000) ;Class600高排逆止阀，受压部件强度合格，满足ASME B16． 34的要求; 阀门结构设计合理，具有强制关闭及强制开启两套执行机构，介质流动平稳，关闭时密封严密，满足超超临界机组运行要求。