5-41 空排止回阀结构改进如何？
答：某船用给水泵空排止回阀安装在给水泵出口管路上，用于防止给水泵在低负荷运行时可能出现的因气蚀引起的损害以及各种噪声和振动等现象。由于阀门受结构限制，空排量较小，引发机组振动，噪声较大。而且在运行过程中多次出现阀瓣与阀杆卡阻现象，增加了给水泵的停车检修次数。为了满足给水泵使用要求，增大空排量，避免振动和噪声，对空排止回阀结构进行了改进。
（1）技术性能
总流量Q=110t/h；空排量Qk=50t/h；设计工作压力p=3.0MPa；空排压力p1=3.4MPa；空排出口压力p2=0.3MPa；介质为饱和凝结水；主阀全开启时流通面积S=42.5cm2；阀杆升程h=30mm。
（2）工作原理 空排止回阀的主要功能是能根据水泵的输出流量，调整水泵的空排量。当输出流量大于规定的空排量时，阀瓣开启，完成正常输水。当输出流量小于规定的空排量时，阀瓣靠阀瓣上的弹簧力和自重关闭，阻止介质逆流，同时空排水输送到给水泵，保证水泵能正常工作。
1）原结构。原空排止回阀（见图5-32）由下密封盖、弹簧、阀杆、阀体、阀座、阀瓣、拨杆、导套和上密封盖等零件组成。阀门随着主管路流量的变化，止回主阀瓣将自动移动到某一个位置上，并通过与止回主阀瓣相连的拨杆，将动作传递到旁路组件，对旁路减压装置进行自动调节，实现旁路的流量控制，并将压力减至旁路出口所需值。当止回主阀瓣处于完全关闭状态时，则泵流量全部通过旁路回流。当止回主阀瓣处于全开状态时，则旁路完全关闭，泵流量全部流向工艺系统。
2）改进结构。改进后的新型空排止回阀（见图5-33）由下密封盖、阀体、节流套、旁通套、阀座、阀瓣、阀杆、弹簧、上导套、上密封盖、节流阀瓣和小阀座等零件组成。阀门随着出口流量的增加，阀瓣的开启高度增大，伴随阀瓣运动的节流套上的空排开口面积减小，空排量减小。当阀门的出口流量大于或等于最大空排量时，空排开口进入旁通套内，空排量为0，切断旁通（空排）管路。当阀门出口流量减少时，则相反。
（3）特性 与原结构空排止回阀相比，结构改进后的新型空排止回阀性能较好。
图5-32 原空排止回阀
1—下密封盖 2—弹簧 3—阀杆 4—阀体 5—阀座 6—阀瓣 7—拨杆 8—导套 9—上密封盖
图5-33 改进后新型空排止回阀
1—下密封盖 2—阀体 3—节流套 4—旁通套 5—阀座 6—阀瓣 7—阀杆 8—弹簧 9—上密封盖 10—上导套 11—节流阀瓣 12—小阀座
1）由于阀杆采用上、下定位的方式，并在上导套设置了阻尼孔，既保证了阀杆与节流套、导流套的密封性能，又避免空排过程中阀体的振动。
2）节流机构采用滑动形式，避免原空排止回阀运行中出现的卡阻现象。
3）节流套上设计一种特殊的空排孔，使工艺流体经过三级节流，压力降低，流速更平稳，减少振动和噪声。
4）空排管路上设置一个止回阀，起到阻止旁通管路介质逆流的作用。
5）空排止回阀的运动机构部件少，结构简单，运行可靠性高。
（4）设计计算
1）空排开口节流面积。(https://www.daowen.com)
式中 Q——流量（m3/s）；
v——流体在截面平均速度（m/s）；
Kv——流量系数；
A——空排开口节流面积（mm2）；
ρ——水介质的密度（m3/kg）；
p1、p2——空排压力、空排出口压力（MPa）；
d——开口直径（mm）；
α——试验系数；
g——重力加速度（m/s2）。
代入相关数据，A理≈A试验≈3.8cm2，设计合格。
2）主阀开启高度。
阀门压阀Δp为
Δp=（P0+ph+W0）/A
式中 P0——弹簧初始压缩力（N）；
p——弹簧刚度（N/mm）；
W0——阀瓣重力（N）；
h——阀杆升程（mm）。
根据上式，当Q=40t/h时，h=16.1mm，Qk=6.5t/h。当Q=30t/h时，h=11.3mm，Qk=23.3t/h。当Q=20t/h时，h=6.4mm，Qk=39t/h。设计合格。
综上所述，改进的空排止回阀空装在某船用给水泵机组上后，消除了阀门空排时机组的噪声和振动，保证了给水泵机组安全和稳定运行。经过长时间的运行验证，该阀未出现卡阻及空排振动现象，达到给水泵机组长周期可靠运行的要求。