節能無阻力止回閥的研究

尤長遠

摘 要：本文旨在研究一種止回閥，摒棄傳統止回閥流量損失嚴重不能全開地輸送介質，并且關閉時產生很大水錘破壞管路的缺點。本項目止回閥充分運用重力與浮力關系使閥門可全通徑無阻力地輸送介質，提高水泵的工作效率降低電耗，以達到節能效果，并利用油壓缸緩閉效果達到消除水錘的目的。本項目的止回閥既能防止介質倒流保護管路又可以節能降耗。

關鍵詞：止回閥；節能；降耗；全通徑；無阻力；緩閉；消除水錘

中圖分類號：TH137 文獻標志碼：A

1 現有技術

傳統止回閥分為旋啟式和升降式，分別存在以下缺點：①旋啟式止回閥開啟時流體將閥瓣頂開，全開角度60°達不到全通徑輸送介質，流量大大減少并且閥門開啟狀態下閥瓣是依靠輸送介質的壓力處于懸浮狀態，造成流體阻力大，水泵頻繁供水，電耗高。②升降式止回閥開啟時流體將閥瓣向上頂開，閥瓣行程短造成過流面積小，嚴重影響流量，不適用于大口徑止回閥。③水泵停止時閥門快速關閉可防止介質倒流。介質的慣性會產生水錘，水錘壓力數倍增加造成管路破裂，發生安全事故，只有在閥后裝上水錘吸納器才能有效地保護管路。為保證管路系統安全正常運行，泵出口端設備裝置多、能耗多、故障點多，維護工作量大，影響整體的工作效率。④多功能水泵控制閥可一閥多用并減少部分水錘，但閥門開啟時介質需要克服彈簧阻力、摩擦力和閥瓣自重，且流通面積小致使水頭損失大。⑤傳統止回閥多用于輸送清潔介質，一旦介質有雜質就會將導閥管路或底端緩閉裝置堵死，或沉積于底端致閥無法正常啟閉。綜上所述止回閥是管路系統的故障點、水泵工作效率低、能耗高、資源浪費，研究出一種節能無阻力止回閥，特別是在“節能減排、減員增效”的今天，推廣的意義極大。

2 研究目的

針對傳統止回閥的流體阻力大，水錘大，能耗高；不能輸送有雜質的介質。本文旨在研究一種全開時可全通徑無阻力地輸送介質，關閉時可有效減少水錘，并適用于有雜質的介質，不僅提高了水泵的工作效率，降低了電耗，還達到了節能效果。

3 技術方案

節能無阻力止回閥，包括主閥體、閥瓣、搖桿、閥桿、閥蓋、彈簧限位裝置及液壓緩閉系統等部件。其中閥體與閥瓣成10°角緊密貼合，構成密封副，防止介質倒流，閥瓣與搖桿通過螺栓螺母及銷釘緊固；搖桿與閥桿通過平鍵相互作用，使閥桿在轉動時帶動搖桿及閥瓣旋啟至90°時與彈簧限位裝置中的活塞接觸，活塞上端彈簧微量變形，活塞與彈簧位于不銹鋼套筒內，不銹鋼套筒通過緊固件連接于閥蓋內部；閥蓋與閥體通過纏繞墊片保證密封，通過螺栓螺母緊固；吊耳通過螺釘緊固于閥蓋的外部，以方便吊裝閥門。液壓缸、液壓蓋、活塞、小閥桿、針型閥構成液壓裝置，小閥桿通過上下兩個螺母緊固在活塞上，活塞上下往復運動時可帶動小閥桿上下往復運動，活塞與小閥桿位于液壓缸體內，液壓缸上端通過液壓蓋緊固密封；小閥桿上端通過銷釘緊固于搖臂上，液壓缸體底端兩個耳朵分別于固定板及支撐板小端緊固，可使液壓缸左右擺動；固定板大端通過緊固件連接于閥體上，固定板與支撐板通過工字型支架連接，一起構成液壓緩閉系統。閥桿為穿透整個閥體，前后兩端分別連接液壓緩閉系統。

4 工作原理

水泵啟動后介質充滿閥腔，閥瓣緩慢旋啟帶動閥桿轉動，間接帶動液壓系統的搖臂轉動，拉動液壓系統的小閥桿向上移動，使閥門緩慢開啟。當閥瓣旋啟至90°達到全開位置時使彈簧限位裝置中的彈簧微量變形，這時閥瓣自身重力及彈簧壓緊力剛好與輸送介質的浮力相互抵消，不會對輸送介質造成任何的流阻，達到節能效果。

停泵后介質的浮力瞬間降低，彈簧推動活塞間接推動閥瓣，使閥瓣低于90°，閥瓣受自身重力影響會快速回落，同時帶動閥桿轉動，間接帶動液壓系統的小閥桿向下運動，使閥瓣緩慢回到全關位置。整套動作在快關時可有效地防止介質倒流，在緩慢關閉時可有效地減少水錘，降低水錘對管路及閥門設備的破壞。

5 研究成果

①本文研究的止回閥摒棄傳統止回閥流阻大，不能全開的缺點，通過借鑒以色列先進的節水灌溉技術與節能理念相結合，史無前例的創造出90°開啟達到全通徑的緩閉止回閥，并充分運用重力與浮力關系使閥門在全開時可全通徑無阻力地輸送介質，提高水泵的工作效率降低電耗，達到節能效果。

②閥體采用流線形設計，介質不會在閥腔內沉積，適用于清潔介質及有雜質的介質，可廣泛用于輸送長江、黃河水等較渾濁的介質，有效地解決了止回閥堵塞而無法正常啟閉的問題。

③停泵后閥瓣先快速回落防止介質倒流，并通過液壓系統使閥瓣后緩慢回到全關位置減少水錘，降低水錘對管路及閥門設備的破壞。

④液壓緩閉系統為獨立零件，與輸送介質隔離，降低液壓緩閉系統發生的故障率，方便在線更換。裝置靈活，可根據管路的口徑及壓力需要，配裝液壓緩閉系統數量。可在閥體兩側分別或單獨裝配液壓緩閉系統，閥門關閉時閥桿不發生扭轉，并且進一步加強緩閉效果，降低水錘對管路的破壞。當設計壓力較高時，可在液壓緩閉系統的搖臂末端加一重錘，在停泵回水時可加快關閉速度，防止倒流并減少水錘。

⑤主閥體與主閥瓣成10°角密封，即使在回水壓力很低的情況下依然可以保證密封。

⑥在閥蓋處加裝彈簧限位裝置，回水時可向下推動全啟的閥瓣低于90°，閥瓣受自身重力會自行回落。

⑦閥體等鑄件表面靜電噴涂環氧樹脂粉末，不會溶于水和影響水質。內腔接觸水的部位圖層厚度均不小于250μm，外表面非接觸水的部位圖層厚度均不小于150μm。噴涂后表面光滑、均勻無缺陷，不影響介質的清潔度，具有很好的耐腐蝕。

參考文獻

[1]GB/T 12236—2008，石油、石化及相關工業用鋼制旋啟式止回閥[S].

[2]GB/T 12221—2005，金屬閥門結構長度[S].

[3]GB/T 12224—2005，鋼制閥門一般要求[S].

[4]GB/T 13927—2008，通用閥門壓力試驗[S].

[5]JB/T 5296—1991，通用閥門流量系數和流阻系數的試驗方法[S].

[6]陸培文，孫曉霞，楊炯良.實用閥門設計手冊 （第二版）《閥門選用手冊》[M].北京：機械工業出版社，2008：576-593.