浅析单板蝶式止回阀的设计

汪军平

摘 要：止回阀是自动阀门中的一种，主要通过控制管道内介质流向为单向，从而可以防止管路中的介质倒流、容器介质的泄放以及保证介质正常回流。蝶式止回阀具有结构简单、体积小、阻力损失小等特点，在流体工艺系统中起到了非常重要的作用。而单板蝶式止回阀属于蝶式止回阀的一种，其独特设计思路和独特的优势，使其应用非常广泛。文章对单板蝶式止回阀进行了概述，同时阐述了其工作原理、主要零件和结构的设计计算以及结构特点。

关键词：蝶式止回阀；油缸；单板蝶式止回阀

中图分类号：TH134；TU991.39 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）23-0014-02

止回阀又称为止逆阀或者单流阀，其属于一种自动阀门，主要用于避免介质逆流、防止泵及驱动电动机逆向转动或者容器内介质泄放。从结构的角度划分，止回阀可以分为升降式止回阀、旋启式止回阀和蝶式止回阀三种形式，其中升降式止回阀主要有立式和卧式两种形式；而旋启式止回阀的三种形式有单瓣式、双瓣式和多瓣式；而蝶式止回阀的存在形式是直通式。止回阀主要的应用领域有石油、化工、电力和舰船等，将止回阀应用到控制装置中可以大幅度提高动力设备和管路设备的安全性。本研究主要针对蝶式止回阀中的单板式止回阀进行介绍。

1 单板蝶式止回阀的简介

蝶式止回阀是止回阀中最为常用的结构形式之一，其具有结构简单、体积小、阻力损失小等优势，因而在流体工艺系统中的应用非常广泛。单板蝶式止回阀是蝶式止回阀中的典型代表之一，其油缸采用外置方式，其缓闭的过程中阻力小，而且其设重力锤以及弹簧产生转矩，所以在缓闭的过程中不因介质不同而不同，同时阀关闭后非常紧密。其主要的特点在于单板蝶式止回阀采用新型油缸的两个腔直径不同，所以对活塞产生的阻力有差异，导致了阀先快速后缓慢关闭，最终实现了控制介质回流量小的目的。

2 工作原理

在介绍单板蝶式止回阀的工作原理之前，首先要简单介绍一下阀体的基本构造。阀板缓闭装置是阀体的必要装置之一，阀板缓闭装置由摇杆、重力锤、油缸、适配于油缸的活塞和与活塞固定连接的活塞杆组成。摇杆垂直地与阀杆的一端固定连接，且固定有力锤，另一端则铰链于活塞杆上；而油缸底部铰接在固定宽度的阀体支架上，油缸有同轴相连的上腔和下腔两部分，下腔直径比上腔直径大，这样活塞既可以密封配合在上腔中，还可以配合下腔间隙，这样上腔和下腔实现相同，节流阀串接在管路上。以下对其动作具体实例原理进行介绍。

如果在管道内的介质发生了回流，会对阀板产生反冲击，阀板逐渐关闭。与此同时，阀板与阀杆同时转动，阀杆转动带动了摇杆的转动，摇杆转动带动了活塞杆推动活塞在油缸内移动，此时活塞位于油缸的直径较大的下腔，活塞与油缸之间的阻力几乎为零，这样阀板可以快点关闭。同样的原理，如果活塞位于直径小的上腔时，活塞与油缸壁密封而产生较大阻力，使得阀板关闭速度较低，即缓慢关闭。

如果管道系统正处于开泵运行的过程，管道内的介质产生推力，推动阀板，止回阀打开，阀杆、摇杆、摇块的运动推动了液压缸活塞运动到下腔中。而下腔的液压油经过节流阀向上腔流动。如果液压缸活塞在下腔内，活塞浮动于此腔内，不会产生力作用于摇杆上，阀板呈现自由悬挂状态。止回阀产生的阻力很小，随着止回阀展开程度的增大，活塞越接近液压缸底部。

如果正在工作时出现断电或者突然停泵，管道系统内的介质第一时间发生回流，介质在与重力锤、扭转弹环和阀板重力共同作用的情况下，阀板快速关闭。在阀杆、摇杆、摇块的作用下推动液压缸底部的活塞运动向上腔。

当阀板关闭程度达到70 左右时，下腔内的活塞都会呈现浮动状态，与摇杆没有相互作用。不同的管道系统进行的工作状况存在一定差异，根据具体情况对重力锤在摇杆上的位置进行调整，可以控制阀板关闭的快慢和系统介质回流量，从而确保水泵的倒转速度小于等于水泵额定转速的1.3倍。如果活塞正处于上腔时发生阻塞，液压缸产生的阻力较小，从而通过摇块、摇杆、阀杆使得阀板关闭速度较低。通过节流阀液压缸上腔的液压油向下腔流去。阀板在达到缓慢关闭后，当关闭程度在15 时阀板关闭完全。节流阀大小的调节直接决定了阀板慢速关闭所需要的时间，管道系统在阀板快速关闭时产生的水锤，在慢速关闭过程中得到释放和控制，这样可以控制管道系统的水锤峰值小于等于管道系统介质工作压力的1.5倍。

如果重力锤正处于阀板打开的上限位置，重力锤具有较小的力臂，产生的力矩几乎可以忽略。而扭簧还缠绕在阀杆上，扭簧两端分别被固定在阀体的内壁上和挤压在阀板上，这样可以产生阀板关闭转动力矩。因此，在弹簧、重力锤两种的作用下，阀板在低压工况下也可以具有充足的关闭转动力矩。

3 设计参数和计算

单板蝶式止回阀的设计参数主要包括阀体材质、球墨铸铁、不锈钢、铸钢、公称压力、最高允许温度、最大排量、最高工作压力和工作温度等。可以通过具体的数学模型，如基本控制方程、阀板运动模型等，进行计算。

4 基本结构特点

单板蝶式止回阀包括阀体1和阀板2，阀板2通过固定在阀杆3上得以稳定，阀杆3的两端转动联接在阀体1上。阀体1上设有阀板缓闭装置。

阀板缓闭装置主要通过图1、图2进行展示，该装置包括摇杆6、重力锤7、油缸9、与油缸9适配的活塞11及与活塞11固连的活塞杆12，摇杆6垂直固连在阀杆3的一端，摇杆6的一端固定有重力锤7，另一端与活塞杆12铰接，为方便摇杆6与活塞杆12的铰接，如图2所示，摇杆6与活塞12共同铰接在摇块8上。油缸9底部与阀体固连的支架4铰接。油缸9分为同轴相连的上腔13和下腔14，下腔14直径大于上腔13直径，使得活塞11与上腔13密封配合，与下腔14间隙配合，上腔13和下腔14在油缸外管道连接，管路上串有节流阀10。

通过图1可以得出，阀杆3两端分别缠绕有扭簧5，扭簧5固定在阀体1的内壁上，另一端挤压在阀板2上，是阀板2具有关闭趋势的转动力矩。

活塞11在油缸9内的行程与摇杆6的转角对应，摇杆6的行程约为85 ，如图2所示，在开始的70 范围内使摇杆6的行程对应活塞11在油缸下腔14内，摇杆6在余下的15 范围内，对应活塞11在油缸的上腔13内。为了适应不同的介质压力，重力锤7与摇杆6的连接可调，这样即可根据介质压力的大小，调节重力锤7在摇杆6上的位置，来改变力臂，从而产生不同的力矩，适应不同的介质压力。

单板蝶式止回阀主视图，如图1所示。

阀板缓闭装置，如图2所示。

单板蝶式止回阀俯视图，如图3所示。

单板蝶式止回阀俯视图，如图4所示。

5 结 语

止回阀不仅可以在工业管道上用于阻止介质逆流，还可以在石油钻柱内用于防治管道系统外喷。而在止回阀进行正常作业时，难免会有油外漏的现象，而造成经济的损失。单板蝶式止回阀是一种采用油缸外置方式的止回阀，从而可以达到微阻缓闭的目的。而且因其设有重力锤和弹簧产生转矩而使得在缓闭的过程中不会因为介质不同而产生差异，同时阀门关闭得非常紧密。单板式蝶式止回阀油缸的两个腔的直径不同，使得对活塞产生的阻力也不同，从而可以实现阀由快到慢的关闭过程，介质发生回流现象少。

参考文献：

[1] 张翼，可拆卸单瓣式止回阀的优化设计[J].科技与创新，2015，（4）.

[2] 解凯，董晓松，司源，等.三偏心蝶式止回阀自平衡阀瓣的设计[J].阀门，2012，（4）.