升降式缓闭消音止回阀的研制

1 前 言

升降式止回阀是多种压力管道系统中广泛应用的一种防止压力管道介质流倒流的重要控制元件，是一种依靠介质力自动控制的阀门。压力管道中若发生介质倒流可能会对上游的设备、管道或人员造成破坏或伤害。然而，传统升降式止回阀在实际的长期使用中存在着寿命短和噪音大的问题由来已久，故要在管线上更好地广泛使用升降式止回阀就要不断地研究和改进这些问题，不断提高升降式止回阀的使用寿命，消除管道中的水锤危害，加强对管道、设备及人员的保护，加强环境保护意识和不断改善环境质量，减少噪音对人民生产和生活的影响。

2 设计背景

传统升降式止回阀由阀瓣尾部外圆与阀盖下部的内孔形成的导向+阀瓣尾部孔与阀盖导向孔间的弹簧组成的升降结构，阀瓣为单导向结构，易磨损和不利于阀瓣密封。当阀门进口压力大于出口压力时，阀瓣在介质力的作用下克服阀瓣的重力和弹簧力后向上运动，阀门开启；当出口压力大于或等于进口压力时，阀瓣在自重和弹簧里的作用下，向下运动，阀门关闭。此时阀瓣的运动为近似自由落体运动+弹簧力的加速运动，运动速度较快，阀瓣密封面对阀体密封面产生的冲击力较大。

3 结构原理

改进后升降式缓闭消音止回阀为与阀瓣尾部连接的阀瓣导向盖外圆与阀盖下部的导向内孔组成的导向和阀瓣导向压盖内的非自锁螺纹螺母与螺杆的螺纹组成的导向而共同组成的阀瓣双重组合导向结构+阀瓣自重（或也可在阀瓣导向压盖顶部与阀盖导向孔之间增设弹簧）组成的升降结构，其阀瓣为双导向结构，使阀瓣导向更加稳定和密封可靠。当阀门进口压力大于出口压力时，阀瓣在介质力的作用下克服阀瓣组合件的重力和螺纹副的微小摩擦力后向上运动，阀门开启；当出口压力大于或等于进口压力时，阀瓣组合件在自重（克服螺纹副微小的摩擦力后）的作用下，向下运动，阀门关闭。此时阀瓣的运动为有序的、螺纹副的螺旋运动，运动速度相对于传统升降式止回阀较慢，阀瓣密封面对阀体密封面产生的冲击力相对也较小。

4 设计分析

4.1 传统升降式止回阀速度与冲击力的分析计算和比对

（1）传统升降式止回阀相关计算参数设定和分析计算：取PN16C/25 DN50 升降式止回阀为例进行分析和计算，同时计算过程中忽略一些影响因数，进行定性简化的分析计算。

阀瓣的质量：m1（Kg），取0.5Kg弹簧质量：m1'（Kg），取0.05Kg阀瓣的初始速度：V01(米/秒)，取0米/秒

阀瓣在弹簧作用下的速度：V1'（米/秒），取3 米/秒

阀瓣自由落体速度：V1(米/秒)

重力加速度：g（9.8 米/秒2）

阀瓣最大高度：H，取0.018(米)

阀瓣关闭时间：t（秒），计算得0.061

阀瓣关闭时的总冲击力：F1(牛顿)

则传统升降式止回阀阀瓣关闭速度及总冲击力计算如下：(忽略气体或介质及其它阻力)

（2）改进后升降式缓闭消音止回阀相关计算参数设定和分析计算：同样取PN16C/25 DN50 升降式缓闭消音止回阀为例进行分析和计算，同时计算过程中忽略一些影响因数，进行定性简化的分析计算。

阀瓣的质量：m2（Kg），取0.5Kg

阀瓣的初始速度：V02(米/秒)，取0米/秒

阀瓣自由落体速度：V2(米/秒)

重力加速度：g（9.8 米/秒2）

阀瓣最大高度：H，取0.027(米)（近似将螺旋线拉直的高度）

阀瓣关闭时间：t（秒），计算得0.074

阀瓣关闭时的总冲击力：F2(牛顿)

则传统升降式止回阀阀瓣关闭速度及总冲击力计算如下：(忽略气体或介质摩擦阻力)

表1 经使用噪音测试仪测试噪音结果比对表

表2 经型式寿命试验结果比对表(详见附录中的阀门密封寿命试验报告)

5 结 语

（1）采用了非自锁大螺距螺纹副结构作为阀瓣升降机构，将现有的升降式止回阀阀瓣的垂直加速的自由落体运动改进为垂直受螺纹限制的螺旋运动，使阀瓣运动速度有了一定的降低。

（2）由于本升降式缓闭止消音止回阀阀瓣采用了新型升降机构，阀瓣的下降关闭速度降低了，所以阀门密封副之间的冲击力也降低了，同时阀瓣关闭时发出的噪声也就降低了。

（3）由于本升降式缓闭止消音止回阀阀瓣采用了新型升降机构，阀瓣的下降关闭速度降低了，所以阀门密封副之间的冲击力也降低了，密封面易损坏的几率也就有所降低，相对地就延长了阀门的使用寿命。