节能无阻力止回阀的研究

尤长远

摘 要：本文旨在研究一种止回阀，摒弃传统止回阀流量损失严重不能全开地输送介质，并且关闭时产生很大水锤破坏管路的缺点。本项目止回阀充分运用重力与浮力关系使阀门可全通径无阻力地输送介质，提高水泵的工作效率降低电耗，以达到节能效果，并利用油压缸缓闭效果达到消除水锤的目的。本项目的止回阀既能防止介质倒流保护管路又可以节能降耗。

关键词：止回阀；节能；降耗；全通径；无阻力；缓闭；消除水锤

中图分类号：TH137 文献标志码：A

1 現有技术

传统止回阀分为旋启式和升降式，分别存在以下缺点：①旋启式止回阀开启时流体将阀瓣顶开，全开角度60°达不到全通径输送介质，流量大大减少并且阀门开启状态下阀瓣是依靠输送介质的压力处于悬浮状态，造成流体阻力大，水泵频繁供水，电耗高。②升降式止回阀开启时流体将阀瓣向上顶开，阀瓣行程短造成过流面积小，严重影响流量，不适用于大口径止回阀。③水泵停止时阀门快速关闭可防止介质倒流。介质的惯性会产生水锤，水锤压力数倍增加造成管路破裂，发生安全事故，只有在阀后装上水锤吸纳器才能有效地保护管路。为保证管路系统安全正常运行，泵出口端设备装置多、能耗多、故障点多，维护工作量大，影响整体的工作效率。④多功能水泵控制阀可一阀多用并减少部分水锤，但阀门开启时介质需要克服弹簧阻力、摩擦力和阀瓣自重，且流通面积小致使水头损失大。⑤传统止回阀多用于输送清洁介质，一旦介质有杂质就会将导阀管路或底端缓闭装置堵死，或沉积于底端致阀无法正常启闭。综上所述止回阀是管路系统的故障点、水泵工作效率低、能耗高、资源浪费，研究出一种节能无阻力止回阀，特别是在“节能减排、减员增效”的今天，推广的意义极大。

2 研究目的

针对传统止回阀的流体阻力大，水锤大，能耗高；不能输送有杂质的介质。本文旨在研究一种全开时可全通径无阻力地输送介质，关闭时可有效减少水锤，并适用于有杂质的介质，不仅提高了水泵的工作效率，降低了电耗，还达到了节能效果。

3 技术方案

节能无阻力止回阀，包括主阀体、阀瓣、摇杆、阀杆、阀盖、弹簧限位装置及液压缓闭系统等部件。其中阀体与阀瓣成10°角紧密贴合，构成密封副，防止介质倒流，阀瓣与摇杆通过螺栓螺母及销钉紧固；摇杆与阀杆通过平键相互作用，使阀杆在转动时带动摇杆及阀瓣旋启至90°时与弹簧限位装置中的活塞接触，活塞上端弹簧微量变形，活塞与弹簧位于不锈钢套筒内，不锈钢套筒通过紧固件连接于阀盖内部；阀盖与阀体通过缠绕垫片保证密封，通过螺栓螺母紧固；吊耳通过螺钉紧固于阀盖的外部，以方便吊装阀门。液压缸、液压盖、活塞、小阀杆、针型阀构成液压装置，小阀杆通过上下两个螺母紧固在活塞上，活塞上下往复运动时可带动小阀杆上下往复运动，活塞与小阀杆位于液压缸体内，液压缸上端通过液压盖紧固密封；小阀杆上端通过销钉紧固于摇臂上，液压缸体底端两个耳朵分别于固定板及支撑板小端紧固，可使液压缸左右摆动；固定板大端通过紧固件连接于阀体上，固定板与支撑板通过工字型支架连接，一起构成液压缓闭系统。阀杆为穿透整个阀体，前后两端分别连接液压缓闭系统。

4 工作原理

水泵启动后介质充满阀腔，阀瓣缓慢旋启带动阀杆转动，间接带动液压系统的摇臂转动，拉动液压系统的小阀杆向上移动，使阀门缓慢开启。当阀瓣旋启至90°达到全开位置时使弹簧限位装置中的弹簧微量变形，这时阀瓣自身重力及弹簧压紧力刚好与输送介质的浮力相互抵消，不会对输送介质造成任何的流阻，达到节能效果。

停泵后介质的浮力瞬间降低，弹簧推动活塞间接推动阀瓣，使阀瓣低于90°，阀瓣受自身重力影响会快速回落，同时带动阀杆转动，间接带动液压系统的小阀杆向下运动，使阀瓣缓慢回到全关位置。整套动作在快关时可有效地防止介质倒流，在缓慢关闭时可有效地减少水锤，降低水锤对管路及阀门设备的破坏。

5 研究成果

①本文研究的止回阀摒弃传统止回阀流阻大，不能全开的缺点，通过借鉴以色列先进的节水灌溉技术与节能理念相结合，史无前例的创造出90°开启达到全通径的缓闭止回阀，并充分运用重力与浮力关系使阀门在全开时可全通径无阻力地输送介质，提高水泵的工作效率降低电耗，达到节能效果。

②阀体采用流线形设计，介质不会在阀腔内沉积，适用于清洁介质及有杂质的介质，可广泛用于输送长江、黄河水等较浑浊的介质，有效地解决了止回阀堵塞而无法正常启闭的问题。

③停泵后阀瓣先快速回落防止介质倒流，并通过液压系统使阀瓣后缓慢回到全关位置减少水锤，降低水锤对管路及阀门设备的破坏。

④液压缓闭系统为独立零件，与输送介质隔离，降低液压缓闭系统发生的故障率，方便在线更换。装置灵活，可根据管路的口径及压力需要，配装液压缓闭系统数量。可在阀体两侧分别或单独装配液压缓闭系统，阀门关闭时阀杆不发生扭转，并且进一步加强缓闭效果，降低水锤对管路的破坏。当设计压力较高时，可在液压缓闭系统的摇臂末端加一重锤，在停泵回水时可加快关闭速度，防止倒流并减少水锤。

⑤主阀体与主阀瓣成10°角密封，即使在回水压力很低的情况下依然可以保证密封。

⑥在阀盖处加装弹簧限位装置，回水时可向下推动全启的阀瓣低于90°，阀瓣受自身重力会自行回落。

⑦阀体等铸件表面静电喷涂环氧树脂粉末，不会溶于水和影响水质。内腔接触水的部位图层厚度均不小于250μm，外表面非接触水的部位图层厚度均不小于150μm。喷涂后表面光滑、均匀无缺陷，不影响介质的清洁度，具有很好的耐腐蚀。

参考文献

[1]GB/T 12236—2008，石油、石化及相关工业用钢制旋启式止回阀[S].

[2]GB/T 12221—2005，金属阀门结构长度[S].

[3]GB/T 12224—2005，钢制阀门一般要求[S].

[4]GB/T 13927—2008，通用阀门压力试验[S].

[5]JB/T 5296—1991，通用阀门流量系数和流阻系数的试验方法[S].

[6]陆培文，孙晓霞，杨炯良.实用阀门设计手册 （第二版）《阀门选用手册》[M].北京：机械工业出版社，2008：576-593.