导流式静音止回阀讲义.docx

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导流式静音止回阀讲义

静

音

止

回

阀

讲

义

一、概述

1、简介……………………………………………………...………3

2、静音止回阀的工作原理……………………………..………….3

二、静音止回阀的种类介绍……………………….………………4

1、小口径长阀体结构……………………………………………...4

2、小口径短阀体结构………………………………………..……5

3、大口径整体式结构…………………………………..…………6

4、大口径分体式结构……………………………….…………….7

三、静音止回阀的结构……………………………………………8

1、小口径短阀体结构详解………………………………………...8

2、大口径整体式结构详解…………………………..……………9

四、静音止回阀设计方法………………………………….……..10

1、引用标准……………………………………………………….10

2、设计程序……………………………………………………….11

3、静音止回阀的技术要求……………………………………….16

五、参考文献……………………………………………………...17

一、概述

1、简介

静音止回阀全名导流式静音止回阀，是止回阀的一种，因该止回阀流道采用全流体式设计，具有低水损的特点，故为导流式；该止回阀安装在水泵出口时，具有完全消除水锤的能力，因此阀门关闭时无任何噪音，故名为静音止回阀。

静音止回阀是快闭止回阀的一种，所以其功能跟其他快闭止回阀一样，还是在管道中起快速止回作用，具有单向流通性。

目前的阀门市场上，静音止回阀的品种不多，不过相对的生产技术已经比较成熟，大部分产品还是国外生产，国产静音止回阀比较稀少，因为其优良的使用特性，所以该产品目前在国内外都存在着很大的市场空间。

2、静音止回阀的工作原理

静音止回阀一般安装在水泵出口，依靠进水压力开启阀门，根据不同工况，阀门开启压力不同，使用不同的阀门，因为静音止回阀的关闭是由弹簧的压紧力实现的。

阀门的全开需要一定的介质压力来实现，该压力根据实际条件而设计，不会影响到介质的正常输送。

当停泵时，介质正向压力减小，当压力小到一定值（接近零压力）时，止回阀在弹簧压力作用下快速关闭。

截断管道中的介质，由于介质是在速度接近零的情况下被截断，因此其水锤波很小，几乎不会产生水锤。

由于静音止回阀的关闭是在弹簧的作用力下实现的，因此该阀门既可以水平安装又可以竖立安装。

不像旋起式止回阀那样，水平安装时，当介质压力很小会丧失止回功能。

二、静音止回阀的结构种类介绍

静音止回阀结构种类根据大口径和小口径的结构特征，其产品内部结构组成不一样。

小口径为一般的圆形密封面，流道为单环形，大口径为环形密封面，双环形流道。

1、小口径长阀体结构

如图

（1）所示，该种结构的静音止回阀，口径为DN50~DN250，阀门内的流道设计采用文丘里管原理，最大限度的减小水力损失。

该产品为公司现主要生产的A版老产品。

该结构的静音止回阀优点是水损相对较小，但是由于流道缩径较多，实际使用时（尤其是高流速）水损还是较大。

因为，我们知道水力损失跟流速的平方成正比，阀门缩径其实就是提高缩径处的介质流速。

图

（1）

缺点有主要有两点，一是轴与导向套之间容易出现卡阻现象，尤其是阀门长时间使用时，套和轴上都会结污垢，从而产生卡阻。

二是生产成本相对其他止回阀来说偏高。

2、小口径短阀体结构

如图

（2）所示，该种结构的静音止回阀，是在小口径长阀体结构基础上开发出来的，阀体内部流道设计采用文丘里管原理。

该产品为公司现正在开发的C版新产品。

该结构的静音止回阀，与长阀体结构相比，不但流道水损小，而且几乎无缩径，另外，该结构的静音止回阀，导向套采用聚四氟乙烯材质，可避免结污垢，避免或防止阀门卡阻。

由于采用软密封阀座结构，使阀门整体结构很简单，提高密封可靠性的同时，大大降低阀门生产成本，短结构的阀体，除了减轻阀门重量，还减小了阀门安装尺寸，给用户使用带来方便。

图

（2）

3、大口径整体式结构

如图（3）所示，该种结构的静音止回阀，在结构上与小口径基本上完全不一样，密封面和阀瓣都是环形结构，这样的结构可以使阀瓣的行程很小，阀门启闭速度很快。

另外，没有小口径结构的那种用轴与导向套配合的导向机构，而是使用簧片与弹簧组合的自由导向机构，不存在卡阻问题，密封时可以自动找正，实现硬密封容易。

该产品为公司现正在开发的大口径类型A版新产品。

该结构的静音止回阀，与小口径结构相比，除了具有小口径静音止回阀所具有的小水损、无水锤等功能外，还具有无卡阻、硬密封效果好、免维修等优点，与其他结构的大口径止回阀相比，水损小很多，由于阀门启闭行程短，阀门启闭迅速，所以消除水锤的功能强大，可以完全消除水锤。

图（3）

4、大口径分体式结构

如图（4）所示，该种结构的静音止回阀，结构上与大口径整体式基本上一样，区别是阀体是分体结构，分体结构可以优化流道，减小缩径。

该产品目前公司不准备开发。

该结构的静音止回阀，与大口径整体式结构相比，除了大口径整体式结构的居多优点外，分体式水损更小，效率更高，不过由于分体，阀体重量加大，阀门制造成本增加。

图（4）

除了以上所述4种结构外，还有其他一些种类，比如小口径的简易式结构、对夹式结构，大口径的简易式结构、短结构等，都是根据实际使用需求，有针对性地开发出来的变种。

三、静音止回阀的结构

根据产品的市场需求，以及产品自身的性价比，公司现重点关注和准备开发的是小口径短阀体结构和大口径整体式结构静音止回阀，因此，有必要详细的讲解这两种结构的静音止回阀的详细结构。

1、小口径短阀体结构

如图（5）所示，该结构的静音止回阀由阀体、密封圈、阀瓣、弹簧、导向套、导流体等六个零件组成，密封圈直接粘贴在阀体上与阀瓣接触形成软密封，由于接触面设计成有一定夹角的锥面接触，可以有效保护密封圈，同时增强密封效果，使阀门的密封效果不会因为阀瓣的微小偏移而受到影响。

图（5）

导向套材料用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯的不粘性、自润滑性、与金属之间极低的摩阻等优点在这里完美体现，使阀瓣的导向轴动作时几乎无任何卡阻且可靠性良好，不会结垢，动作灵敏。

整个阀门结构简单，零件少，加工量小，没有标准件，没有铜件。

其材料成本是公司原来生产的长阀体结构止回阀的1/2，加工制造成本是原产品的1/2，而可靠性比原产品高，基本性能几乎差不多，因此，该产品的性价比远远高于原同类产品，即原A版静音止回阀。

2、大口径整体式结构

图（6）

如图（6）所示，该结构的静音止回阀由阀体、内阀座、外阀座、阀瓣、弹簧、簧片、压块、垫块、连接螺母、导流体以及紧固件等零件组成，阀瓣的固定依靠弹簧与簧片组合作用，可自由调整位置，密封时自动找正，形成锥面密封，由于环形密封面有内外两个周长，所以阀门开启时行程只有圆形密封面结构的1/4，阀门的开启关闭灵敏迅速，对完全消除水锤起到至关重要的作用。

该结构没有使用任何的导向机构，因此不存在卡阻问题，硬密封的结构，可以使用于软密封无法替代的场合，流道内的文丘里管结构，使阀门水损很小，而且口径越大的阀门，这方面的优势越明显。

因此该品种的阀门是公司大口径止回阀的研发首选，目前正在试制，已成功试制出DN600的样品。

四、静音止回阀设计方法

1、引用标准：

GB/T1047-2005管道元件DN（公称尺寸）的定义和使用

GB/T1048-2005管道元件DN（公称压力）的定义和使用

GB/T9119-2000平面、突面板式平焊钢制管法兰

GB/T12220-1989通用阀门标志

GB/T12221-2005金属阀门结构长度

GB/T12225-2005通用阀门铜合金铸件技术条件

GB/T12226-2005通用阀门灰铁铸件技术条件

GB/T12227-2005通用阀门球墨铸铁件技术条件

GB/T12229-2005通用阀门碳素钢铸件技术条件

GB/T12230-2005通用阀门奥氏体钢铸件技术条件

GB/T13927-1992通用阀门压力试验

GB/T17241.6-1998整体铸铁管法兰

GB/T9124钢制管法兰技术条件

GB/T17241.7-1998铸铁管法兰技术条件

JB/T106-2004阀门的标志和涂漆

JB/T5300-1991通用阀门材料

JB/T7927阀门铸钢件外观质量要求

JB/T7928-1999通用阀门供货要求

GB/T13932-1992通用阀门铁制旋起式止回阀

JB/T8937-1999对夹式止回阀

3、设计程序

静音止回阀设计流程可参考S-N图或公司下达的设计任务流程，具体工作按项目制进行，需要多个部门协同工作完成，设计人员主导整个进程，以设计人员的工作为主线展开。

其中，设计人员需做的主要工作如下：

1）、收集设计原始数据

开始设计静音止回阀，首先需要知道一些设计需要的原始数据，主要的参数有：

公称通径DN、公称压力PN、阀门适用介质、工况流速等。

根据这些基础数据和阀门使用条件，我们才能确定设计的大体方向。

静音止回阀设计程序S-N图如下：

2）、设计具体理论模型（设计草图）

决定例如设计方向后，就要根据静音止回阀的特点，即低水损无水锤等，设计出理论模型（设计草图），该草图上的数据是未经任何严密决定的，不过在设计草图时，所依据的设计参数有：

1）、收集设计原始数据

开始设计静音止回阀，首先需要知道一些设计需要的原始数据，主要的参数有：

公称通径DN、公称压力PN、阀门适用介质、工况流速等。

根据这些基础数据和阀门使用条件，我们才能确定设计的大体方向。

2）、设计具体理论模型（设计草图）

决定例如设计方向后，就要根据静音止回阀的特点，即低水损无水锤等，设计出理论模型（设计草图），该草图上的数据是未经任何严密决定的，不过在设计草图时，所依据的设计参数有：

a、阀门通径取设计公称通径，可参考标准GB/T1047-2005管道元件DN（公称尺寸）的定义和使用；

b、流道最好接近文丘里管原理，流道内的过度角在5°~10°之间取值，确保水损最小；

c、环形密封面处的流通面积为通径75%~82%（直径比）；

d、阀体的法兰结构参考GB/T17241.6-1998整体铸铁管法兰的规定；

e、阀瓣的行程取环形流道内、外环柱面半径差的1/8，即（R-r）/8。

f、阀体结构长度可参考GB/T12221-2005金属阀门结构长度，最好取标准结构长度系列。

3）、设计计算

a、计算流道面积，确定缩径的具体数值，通过反复修改，最后确定合适的结构和通径。

b、优化流道结构，使其接近或符合文丘里管原理，减小水损。

c、根据流道尺寸校核阀体强度，确定合适的阀体壁厚，具体公式为：

钢及合金钢阀体：

δ=P×Dn÷（2.3[σL]-P）+C

铸铁阀体：

δ=1.5P×Dn÷（2.3[σL]-P）+C

式中：

P——计算压力，PN设计给定（MPa）

Dn——计算公称通径，设计给定（mm）

[σL]——材料许用应力（MPa）

C——腐蚀余量，一般取3~5mm

实际阀体最小厚度应不小于δ的计算值。

d、较核计算阀瓣强度，按1.5倍公称压力的动压载荷，阀瓣最小厚度为计算强度的3倍公称压力。

e、计算弹簧强度，要求阀门完全开启时，介质流速为1m/s~1.2m/s，依据此条件设计弹簧，需要设计计算弹簧的线径d与圈数n，公式如下：

K=（Gd4）/（8nD3）

△F=K△L

式中：

K——弹簧强度系数（N/mm）

G——弹簧钢丝弹性模量，不锈钢弹簧一般取71000MPa（MPa）

d——弹簧钢丝线径（mm）

n——弹簧有效圈数

D——弹簧中径（mm）

△L——弹簧工作变形长度，设计给定（mm）

△F——弹簧压缩力，设计给定（N）

要确定△F，需根据介质最小流速，介质流动时对阀瓣的冲击力为F，则有F=△F，计算F的公式如下：

F=ρSv2

式中：

ρ——介质密度（N/m3）

S——阀瓣面积（m2）

v——介质流速，一般取1.0~1.2（m/s）

4）、详细设计

根据计算数据，设计出具体详细的装配图，铸件的设计参考GB/T12227-2005《通用阀门球墨铸铁件技术条件》，要求铸件结构合理，利于铸造，同时尽量减小重量，降低成本。

要求所有零部件尺寸都是确定的，这就需要进行反复的演算和修改，直到近乎完美。

完成以后，通过设计评审，估算产品生产成本，得出相对比较具体的产品造价、制造工艺问题、试制工作流程等等具体情况，从而能让公司领导作出正确的判断，组织进行试制工作。

5）、设计产品图纸

根据设计完成的产品装配图，完成各零部件的制造图纸，并完成制造工艺，零件图绘制按国家标准的要求进行。

4、静音止回阀的技术要求

静音止回阀的性能指标主要有两大点，即最大水锤压力升值和水力摩阻。

其他关于强度和密封方面的要求，可按照国家标准GB/T13927-1992关于止回阀的规定执行。

1）、最大水锤压力升值

当止回阀瞬间关闭时，管道内介质倒流瞬间停止，所以会产生瞬间的最大压力冲击波，该压力冲击波的峰值就是最大水锤压力升值。

该数据可以通过仪器测试得出，要求不超过50%的系统工作压力。

2）、水力摩阻

静音止回阀的水力摩阻比较小，主要是因为阀内流道为流线型设计，而由于其阀内结构相对其他止回阀比较复杂，所以摩阻系数难以通过常规方法推算，通过试验得出的数据指标为：

小口径短结构静音止回阀摩阻系数ζ≤2.0；大口径整体式静音止回阀摩阻系数ζ≤1.5。

五、参考文献

《机械设计手册》机械工业出版社

《实用阀门设计手册》机械工业出版社

《最新铸造标准应用手册》机械工业出版社

《机械工程材料手册》机械工业出版社

《中国机械工业标准汇编.法兰卷》中国标准出版社

《阀门基础知识》武汉大禹阀门制造有限公司

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