蓄电池间排风系统风量值低的原因分析及处理

邓长桥，郜振晓，杨旭光

（中核辽宁核电有限公司，辽宁兴城 125100）

0 引言

电厂运行期间，控制厂房蓄电池间的蓄电池处于充电、浮充或放电等状态，所处的环境直接影响其寿命：高温将缩短电池寿命，低温则降低电池放电性能。蓄电池投用时，会定期对蓄电池进行充、放电，而在充电和浮充状态时会产生氢气和酸性气体，易造成设备损坏且存在爆炸风险。控制厂房排风系统正是基于上述要求而设计的，用于对安全系列蓄电池间进行排风，使得蓄电池间压力为微负压并保持房间温度为（18～25）℃，保证氢气和酸性气体浓度＜3%且有害气体不向周边扩散。作为衡量调试结果好坏的重要依据，排风系统的排风量是否满足设计要求将直接影响厂房蓄电池间的正常投用。

在调试过程中发现，排风系统的风量一直低于设计要求，无法实现对蓄电池间的排风，不仅导致该系统无法投用，还有造成蓄电池间设备损坏或存在爆炸风险的可能，严重影响机组调试的工期。因此，研究和探讨出一种可行性高的措施来提高蓄电池间排风系统的风量值具有重要意义。

1 问题描述

该排风系统有4个相同又互相独立的系列分别为蓄电池房间通风，系统由应急电源供电，连续运行。每个系列由2台防爆风机（1用1备）、防火花止回阀、带压力机构的隔离阀及风管组成。对系统调试的过程中，发现系统中4个系列8台风机的总风量在（1000～1500）m3/h 之间（表 1）。

表1 风机风量测试数据m/h

根据该系统的设计文件和GB 50243—2002《通风与空调施工质量验收规范》要求，系统风量测量值与设计值允许偏差10%，该系统设计风量为1900 m3/h，因此系统风量测量值在（1710～2090）m3/h内才能满足验收准则。显然，目前的测量结果满足不了设计文件和国标的要求。

为了确定系统风量小于设计值这一问题的真正原因，以系统的组成部件为分组依据，在4个系列分时段分地点采取了60组数据，以在每个时段各部件的工作状态是否正常以及是否符合技术规格书的运行准则为标准，确定相应的部件是否存在缺陷，以故障次数为衡量标准。60组数据的分布：风机/电机2次，防冲击波阀1次，风管1次，止回阀56次。

图1 圆形对开结构的重锤式止回阀结构

由上述统计数据可知，止回阀缺陷是系统风量小于设计值的主要原因。进一步调查发现，该排风系统的止回阀为圆形对开结构的重锤式止回阀（图1），有2个半圆的阀瓣，每个阀瓣绕传动轴旋转90°开启，2根传动轴通过传动齿轮啮合，一根传动轴上连接重锤杆，阀门立式安装。其工作原理为：当管道内关闭的阀前形成正向压力且风速达到开启风速值时，阀瓣克服关闭力矩开启，阀瓣的开启角度随管道内风速的变化而变化，风速大时阀瓣开启角度大，反之开启角度小。当管道内阀门前后没有压差或有反向压差时，重锤及阀瓣自重可使阀瓣自动关闭，切断介质回流，实现其逆止功能[5]。

目前，在测量风量过程中止回阀存在的缺陷：阀门全开度为75°～80°，而在风机实际启动时，阀门仅自动开启 20°，此时测出风量数据不满足设计要求。而当手动将阀门开到55°左右（阀门在50°以上不会影响试验结果）时可测出符合设计要求的风量数据，但在这个开度下停运风机，阀门不会自动回座，丧失了止回阀应有的功能。由上述实际调查情况可以确定，开度不足是止回阀缺陷产生的原因。

2 问题分析

造成该类止回阀开度不足的原因有很多。与设计院和厂家进行沟通后，初步确认的原因有传动齿轮失效、传动机构缺少润滑、阀瓣重量不足3项。

2.1 传动齿轮失效

因两阀瓣之间靠传动齿轮联动，如果传动齿轮失效，则会造成阀瓣运转卡涩，使阀门的开度达不到要求，即“止回阀开度不足”。齿轮失效形式一般有轮齿折断、齿轮崩角、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形等。经过现场开启阀门齿轮箱对传动齿轮进行检查，确认传动齿轮外形结构完好，齿面光滑无磨损、无变形，两齿轮啮合完好无间隙。因此排除传动齿轮失效导致止回阀开度不足的可能。

水利工程一般建在高山、峡谷和荒滩、湿地等交通不便的地区，因此，为与外界联系，还需要修筑公路、建设相应的办公和生活区等，工程现场的准备时间较长。

2.2 传动机构缺少润滑

从止回阀的运转机理来看，如果止回阀的传动机构间缺少润滑，运转卡涩，将导致阀门的启闭卡涩，产生“止回阀开度不足”的问题。检查阀门传动部件，传动齿轮、传动轴轴承润滑正常，手动盘动，无卡涩黏连感，因此排除是这一原因导致止回阀开度不足的可能。

2.3 阀瓣重量不足

为了验证“止回阀开度不足”是否为“阀瓣重量不足”造成的，采用理论计算的方式进行评判。设定阀瓣重量产生的力矩为Mb，重锤重力产生的力矩为Mz，风机启动后气流对阀瓣产生的力矩为 Mf。

式中 d——阀瓣的直径，m；

mb—— —阀瓣的质量，kg

Gb—— —阀瓣产生的重力，N

Gz—— —重锤产生的重力，N

Mb—— —阀瓣重力产生的力矩，，N·m

Mz—— —重锤重力产生的力矩，N·m

ρz—— —重锤材料的密度，kg/m3

ρb—— —阀瓣材料的密度，kg/m3

Vz—— —重锤的体积，m3

L——重锤与轴心的标准距离，m

F——风机启动后气流对阀瓣产生的作用力，N

α——阀瓣开启的角度，°

P—— —动压，Pa

查阀门质量手册、安装图纸等资料，阀瓣直径为282 mm，厚度3 mm，密度7.98 g/cm3；重锤直径70 mm，厚度28 mm，与轴心的标准距离130 mm，密度7.93 g/cm3。

阀门开启，需满足 Mz＜Mb+Mf；阀门关闭，则需满足 Mz＞Mb，即阀门正常运行状态下满足Mb＜Mz＜Mb+Mf。根据风机性能，其在最佳工况下产生的理论动压Pl=87 Pa。现场使用风量测量仪对8台风机的动压进行测量（表2）。

表2 风机动压测量数据 Pa

可以看到，测得的最大动压值为Pc=54 Pa。将此值代入公式，经过计算整理可得：r=141 mm=0.141 m，δ=3 mm=0.003 m，L=130 mm=0.13 m，ρb=7.98 g/cm3=7.98×103kg/m3，ρz=7.93 g/cm3=7.93×103 kg/m3，Vz=π×0.0352×0.028=1.08×10-4m3，Pl=87 Pa=87 N/m2，Pc=54 Pa=54 N/m2，g=9.8 N/kg，cosα 为变量。

由上述数据可得，阀瓣的实际质量 mb=ρb×πr2δ=1.49 kg。

将上述整理的数据和理论动压Pl代入到公式（1）、（2）、（3），得到阀瓣质量的理论区间1.33＜mb1＜1.88。即阀瓣的实际质量1.49 kg满足其理论区间，理论上可以正常开启和关闭。

将上述整理的数据和测量动压 Pc代入到公式（1）、（2）、（3）中得到阀瓣质量的测量区间1.54＜mb2＜1.88。阀瓣的实际质量1.49 kg，小于使阀门开启的最小值1.54 kg，阀门不能正常开启。

通过上述分析认为，阀瓣质量不足以使阀门正常开启，是“止回阀开度不足”的根本原因。

3 处理措施

3.1 制定问题处理方案

为了解决由于“阀瓣重量不足”而导致的“止回阀开度不足”问题，与设计院和厂家沟通后提出了3种改进方案，并分析了方案的优缺点（表3）。

综合评定上述各方案的优缺点后，确定“增加阀瓣厚度”为解决方案。

表3 方案评价表

3.2 实施问题解决方案

具体的对策实施分为阀瓣厚度计算和更换后效果检查2个环节。

3.2.1 阀瓣厚度计算

在 2.3 中，推导计算得出阀瓣实际质量 mb实=ρb×πr2δ=1.49 kg，而 1.54 kg＜mb测＜1.88 kg，因此需要增加的阀瓣质量（0.05～0.39）kg。

3.2.2 更换效果检查

确定完需更换的阀瓣厚度后，联系厂家，要求配送相应阀瓣，待配件到货后按照更换计划对止回阀阀瓣进行更换。安装完成后，风机正常运行时重新测量各通道止回阀的开度（表4）。

表4 止回阀开度测量数据

根据上述测量结果可以看出，在增加风机出口止回阀阀瓣厚度后，启动风机时止回阀开度满足不小于50°的要求。试验组成员又重新测量了3组各通道的排风量数据（表5）。

表5 风机风量测试数据 m3/h

测量结果显示，风机运行时风量值（1750～2050）m3/h，满足系统设计风量（1710～2090）m3/h的要求。

由此可以看出，当风机正常运行时整个系统运行状态良好，阀门能够处于全开状态，同时风机出口风量能够达到要求；关闭风机后止回阀能自动回座，说明采取的措施已解决了问题。

4 结语

综上所述，蓄电池间排风系统风量值低是由于止回阀阀瓣重量不足导致止回阀开度不足引起的。经过合理技术改造，制定了提高阀瓣重量的解决措施，很好地解决了蓄电池间排风系统风量值低的问题。同时，针对以上技术改造，还从其他方面给出了巩固措施。

（1）严格审查提交给厂家设备采购文件的相关技术参数，确保其准确性。

（2）派专业的验收人员到厂家现场见证设备出厂前的性能验证试验，避免出现设备出厂性能不达标的情况。

（3）加强对设备运输和现场安装环节的监管力度，避免设备在运输和安装过程中发生损坏。

这次针对蓄电池间排风系统风量值低的原因分析及处理方法，希望能为同类工况下排风系统调试过程提供参考。

［1］杨辉琴，金波.泵站止回阀关闭特征和条件的研究探讨［J］.水利水电技术，2016（3）：106-108.

［2］马纪鑫.蝶形止回阀结构改进设计与强度分析［D］.鞍山：辽宁科技大学，2015.

［3］李建红.热风炉风机出口止回阀设计［J］.阀门，2010（3）：4-6.

［4］刘俊章.双阀瓣蝶式缓冲止回阀［J］.阀门，1998（2）：10-12.

［5］张彦刚.止回阀运行维修手册［Z］.2015.