淺析單板蝶式止回閥的設(shè)計(jì)

汪軍平

摘 要：止回閥是自動(dòng)閥門中的一種，主要通過控制管道內(nèi)介質(zhì)流向?yàn)閱蜗颍瑥亩梢苑乐构苈分械慕橘|(zhì)倒流、容器介質(zhì)的泄放以及保證介質(zhì)正常回流。蝶式止回閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、阻力損失小等特點(diǎn)，在流體工藝系統(tǒng)中起到了非常重要的作用。而單板蝶式止回閥屬于蝶式止回閥的一種，其獨(dú)特設(shè)計(jì)思路和獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，使其應(yīng)用非常廣泛。文章對(duì)單板蝶式止回閥進(jìn)行了概述，同時(shí)闡述了其工作原理、主要零件和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：蝶式止回閥；油缸；單板蝶式止回閥

中圖分類號(hào)：TH134；TU991.39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）23-0014-02

止回閥又稱為止逆閥或者單流閥，其屬于一種自動(dòng)閥門，主要用于避免介質(zhì)逆流、防止泵及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)逆向轉(zhuǎn)動(dòng)或者容器內(nèi)介質(zhì)泄放。從結(jié)構(gòu)的角度劃分，止回閥可以分為升降式止回閥、旋啟式止回閥和蝶式止回閥三種形式，其中升降式止回閥主要有立式和臥式兩種形式；而旋啟式止回閥的三種形式有單瓣式、雙瓣式和多瓣式；而蝶式止回閥的存在形式是直通式。止回閥主要的應(yīng)用領(lǐng)域有石油、化工、電力和艦船等，將止回閥應(yīng)用到控制裝置中可以大幅度提高動(dòng)力設(shè)備和管路設(shè)備的安全性。本研究主要針對(duì)蝶式止回閥中的單板式止回閥進(jìn)行介紹。

1 單板蝶式止回閥的簡(jiǎn)介

蝶式止回閥是止回閥中最為常用的結(jié)構(gòu)形式之一，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、阻力損失小等優(yōu)勢(shì)，因而在流體工藝系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛。單板蝶式止回閥是蝶式止回閥中的典型代表之一，其油缸采用外置方式，其緩閉的過程中阻力小，而且其設(shè)重力錘以及彈簧產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，所以在緩閉的過程中不因介質(zhì)不同而不同，同時(shí)閥關(guān)閉后非常緊密。其主要的特點(diǎn)在于單板蝶式止回閥采用新型油缸的兩個(gè)腔直徑不同，所以對(duì)活塞產(chǎn)生的阻力有差異，導(dǎo)致了閥先快速后緩慢關(guān)閉，最終實(shí)現(xiàn)了控制介質(zhì)回流量小的目的。

2 工作原理

在介紹單板蝶式止回閥的工作原理之前，首先要簡(jiǎn)單介紹一下閥體的基本構(gòu)造。閥板緩閉裝置是閥體的必要裝置之一，閥板緩閉裝置由搖桿、重力錘、油缸、適配于油缸的活塞和與活塞固定連接的活塞桿組成。搖桿垂直地與閥桿的一端固定連接，且固定有力錘，另一端則鉸鏈于活塞桿上；而油缸底部鉸接在固定寬度的閥體支架上，油缸有同軸相連的上腔和下腔兩部分，下腔直徑比上腔直徑大，這樣活塞既可以密封配合在上腔中，還可以配合下腔間隙，這樣上腔和下腔實(shí)現(xiàn)相同，節(jié)流閥串接在管路上。以下對(duì)其動(dòng)作具體實(shí)例原理進(jìn)行介紹。

如果在管道內(nèi)的介質(zhì)發(fā)生了回流，會(huì)對(duì)閥板產(chǎn)生反沖擊，閥板逐漸關(guān)閉。與此同時(shí)，閥板與閥桿同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)了搖桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)了活塞桿推動(dòng)活塞在油缸內(nèi)移動(dòng)，此時(shí)活塞位于油缸的直徑較大的下腔，活塞與油缸之間的阻力幾乎為零，這樣閥板可以快點(diǎn)關(guān)閉。同樣的原理，如果活塞位于直徑小的上腔時(shí)，活塞與油缸壁密封而產(chǎn)生較大阻力，使得閥板關(guān)閉速度較低，即緩慢關(guān)閉。

如果管道系統(tǒng)正處于開泵運(yùn)行的過程，管道內(nèi)的介質(zhì)產(chǎn)生推力，推動(dòng)閥板，止回閥打開，閥桿、搖桿、搖塊的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)了液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)到下腔中。而下腔的液壓油經(jīng)過節(jié)流閥向上腔流動(dòng)。如果液壓缸活塞在下腔內(nèi)，活塞浮動(dòng)于此腔內(nèi)，不會(huì)產(chǎn)生力作用于搖桿上，閥板呈現(xiàn)自由懸掛狀態(tài)。止回閥產(chǎn)生的阻力很小，隨著止回閥展開程度的增大，活塞越接近液壓缸底部。

如果正在工作時(shí)出現(xiàn)斷電或者突然停泵，管道系統(tǒng)內(nèi)的介質(zhì)第一時(shí)間發(fā)生回流，介質(zhì)在與重力錘、扭轉(zhuǎn)彈環(huán)和閥板重力共同作用的情況下，閥板快速關(guān)閉。在閥桿、搖桿、搖塊的作用下推動(dòng)液壓缸底部的活塞運(yùn)動(dòng)向上腔。

當(dāng)閥板關(guān)閉程度達(dá)到70 左右時(shí)，下腔內(nèi)的活塞都會(huì)呈現(xiàn)浮動(dòng)狀態(tài)，與搖桿沒有相互作用。不同的管道系統(tǒng)進(jìn)行的工作狀況存在一定差異，根據(jù)具體情況對(duì)重力錘在搖桿上的位置進(jìn)行調(diào)整，可以控制閥板關(guān)閉的快慢和系統(tǒng)介質(zhì)回流量，從而確保水泵的倒轉(zhuǎn)速度小于等于水泵額定轉(zhuǎn)速的1.3倍。如果活塞正處于上腔時(shí)發(fā)生阻塞，液壓缸產(chǎn)生的阻力較小，從而通過搖塊、搖桿、閥桿使得閥板關(guān)閉速度較低。通過節(jié)流閥液壓缸上腔的液壓油向下腔流去。閥板在達(dá)到緩慢關(guān)閉后，當(dāng)關(guān)閉程度在15 時(shí)閥板關(guān)閉完全。節(jié)流閥大小的調(diào)節(jié)直接決定了閥板慢速關(guān)閉所需要的時(shí)間，管道系統(tǒng)在閥板快速關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的水錘，在慢速關(guān)閉過程中得到釋放和控制，這樣可以控制管道系統(tǒng)的水錘峰值小于等于管道系統(tǒng)介質(zhì)工作壓力的1.5倍。

如果重力錘正處于閥板打開的上限位置，重力錘具有較小的力臂，產(chǎn)生的力矩幾乎可以忽略。而扭簧還纏繞在閥桿上，扭簧兩端分別被固定在閥體的內(nèi)壁上和擠壓在閥板上，這樣可以產(chǎn)生閥板關(guān)閉轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。因此，在彈簧、重力錘兩種的作用下，閥板在低壓工況下也可以具有充足的關(guān)閉轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。

3 設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算

單板蝶式止回閥的設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括閥體材質(zhì)、球墨鑄鐵、不銹鋼、鑄鋼、公稱壓力、最高允許溫度、最大排量、最高工作壓力和工作溫度等。可以通過具體的數(shù)學(xué)模型，如基本控制方程、閥板運(yùn)動(dòng)模型等，進(jìn)行計(jì)算。

4 基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

單板蝶式止回閥包括閥體1和閥板2，閥板2通過固定在閥桿3上得以穩(wěn)定，閥桿3的兩端轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接在閥體1上。閥體1上設(shè)有閥板緩閉裝置。

閥板緩閉裝置主要通過圖1、圖2進(jìn)行展示，該裝置包括搖桿6、重力錘7、油缸9、與油缸9適配的活塞11及與活塞11固連的活塞桿12，搖桿6垂直固連在閥桿3的一端，搖桿6的一端固定有重力錘7，另一端與活塞桿12鉸接，為方便搖桿6與活塞桿12的鉸接，如圖2所示，搖桿6與活塞12共同鉸接在搖塊8上。油缸9底部與閥體固連的支架4鉸接。油缸9分為同軸相連的上腔13和下腔14，下腔14直徑大于上腔13直徑，使得活塞11與上腔13密封配合，與下腔14間隙配合，上腔13和下腔14在油缸外管道連接，管路上串有節(jié)流閥10。

通過圖1可以得出，閥桿3兩端分別纏繞有扭簧5，扭簧5固定在閥體1的內(nèi)壁上，另一端擠壓在閥板2上，是閥板2具有關(guān)閉趨勢(shì)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。

活塞11在油缸9內(nèi)的行程與搖桿6的轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，搖桿6的行程約為85 ，如圖2所示，在開始的70 范圍內(nèi)使搖桿6的行程對(duì)應(yīng)活塞11在油缸下腔14內(nèi)，搖桿6在余下的15 范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)活塞11在油缸的上腔13內(nèi)。為了適應(yīng)不同的介質(zhì)壓力，重力錘7與搖桿6的連接可調(diào)，這樣即可根據(jù)介質(zhì)壓力的大小，調(diào)節(jié)重力錘7在搖桿6上的位置，來改變力臂，從而產(chǎn)生不同的力矩，適應(yīng)不同的介質(zhì)壓力。

單板蝶式止回閥主視圖，如圖1所示。

閥板緩閉裝置，如圖2所示。

單板蝶式止回閥俯視圖，如圖3所示。

單板蝶式止回閥俯視圖，如圖4所示。

5 結(jié) 語

止回閥不僅可以在工業(yè)管道上用于阻止介質(zhì)逆流，還可以在石油鉆柱內(nèi)用于防治管道系統(tǒng)外噴。而在止回閥進(jìn)行正常作業(yè)時(shí)，難免會(huì)有油外漏的現(xiàn)象，而造成經(jīng)濟(jì)的損失。單板蝶式止回閥是一種采用油缸外置方式的止回閥，從而可以達(dá)到微阻緩閉的目的。而且因其設(shè)有重力錘和彈簧產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而使得在緩閉的過程中不會(huì)因?yàn)榻橘|(zhì)不同而產(chǎn)生差異，同時(shí)閥門關(guān)閉得非常緊密。單板式蝶式止回閥油缸的兩個(gè)腔的直徑不同，使得對(duì)活塞產(chǎn)生的阻力也不同，從而可以實(shí)現(xiàn)閥由快到慢的關(guān)閉過程，介質(zhì)發(fā)生回流現(xiàn)象少。

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