钢制金属密封旋启式止回阀的设计与应用

旋启式止回阀在止回阀中居于主导地位，使用范围最广，能适用于水平管道，也能适用于介质自下向上流动的竖直管道，适用于石油化工、电站、水工业等各种行业，主要部件有阀体、阀盖、阀瓣、摇杆、销轴等。用户要求时可在与摇杆连接的销轴伸出端上安装所需的阻尼装置、帮助关闭用的助力装置和平衡阀瓣重力用的配重平衡块。在介质高压时阀盖采用自紧密封连接。

钢制旋启式止回阀的密封结构一般采用金属对金属的硬密封结构，在水行业里常用的是以球墨铸铁为主体的阀门，其密封结构一般采用金属对橡胶的软密封结构。图1-1和图1-2所示为这两种阀门的结构。

图1-1 钢制旋启式止回阀典型结构

图1-2 DN≤300mm水行业用铁制旋启式止回阀结构

从图中能看出阀瓣与阀座关闭时一般都会与垂直线成5°关闭夹角，以利用阀瓣自重增加一个关闭密封力，铸铁橡胶密封的夹角有时会大一些。阀瓣全开启后在介质力的作用下向上托起，但必须停止于限位上，不能无限上飘，否则回流来时阀瓣背面不再受力，阀瓣就无法关闭。限位块使阀瓣与水平面成15°左右的下夹角，这个角度称为关闭角。关闭角也不能太大，否则会挡住出口通道的面积，增加流阻；太小了也不行，会影响关闭时的敏感性，不能及时关闭。

钢制金属密封旋启式止回阀，阀瓣尾部外圆与摇杆下孔采用球面与孔的结合（图1-1），以防止因阀体销轴孔与阀座密封面不平行而造成无法密封到位。球面与孔的配合转角自由度很大，一般配合用H11/d11，比较宽松。阀瓣尾部球面段的长度比摇杆下孔前后两端平面的厚度大0.5～1mm，太小会影响角度转动自由度，太大则阀瓣因重力作用会向前倒下，在阀瓣关闭时外圆上沿口大量磨损阀座密封面，时间久了会造成无法密封。这点很重要，一些客户甚至会规定这个空隙尺寸。

为保证阀瓣后紧固螺母不脱落，一般配作一个小孔，用不锈钢丝穿过固定住此螺母与阀瓣的连接。也可以用开口销，但材质必须是不锈钢。

口径较大的钢制旋启式止回阀，阀瓣尾部不用螺母结构，改用外螺纹塞形的阀瓣盖，也需要用紧定螺柱紧固。

钢制金属密封旋启式止回阀，阀体是不锈钢的，阀座密封面直接在阀体上加工出来，如铸件有缺陷可用同种材料补焊。如碳钢或合金钢的阀体，密封面则要根据要求堆焊不锈钢或硬质合金材料。

堆焊不锈钢或硬质合金材料有三种方法：

第一种方法是在阀体上加工一个堆焊层基面直接堆焊上去。这种方法堆焊不锈钢没问题，但不适合堆焊硬质合金，堆焊前阀体要预热，堆焊后还要进行消除应力热处理。

第二种方法是在阀体上加工一个凹坑和焊接坡口，把已堆焊不锈钢或硬质合金的座圈直接焊在阀体上。此方法最大的优点是座圈可采用喷焊金属粉末工艺，此工艺是成熟工艺，焊层不会有质量问题，喷焊完毕的阀座不必进行粗加工就可直接焊到阀体上，然后进行密封面机加工。这种方法现已被广泛接受。

第三种方法是采用螺纹座圈。在阀体上先加工完螺纹和密封面，然后把精加工完毕后的外螺纹座圈旋入阀体内。这种方法的优点是阀体不必两次上机床加工，一次操作就可完工，省时省工，但它的不足是阀体上加工螺纹和密封面较困难，并且精度要求较高，装配后螺纹阀座与阀体连接处密封易发生泄漏。连接处不允许涂密封胶脂，因高温后密封胶脂会失效。

图1-3～图1-5所示分别是三种阀座的结构。

这三种结构形式有一点是统一的，即阀瓣上密封面的宽度一定要大于阀座密封面，宽度要根据公称通径来定。较宽的阀瓣密封面材质的硬度一定要大于较窄的阀座密封面的硬度，否则阀瓣关闭撞击几次后，阀瓣密封面上就有撞痕，每次撞击时的关闭位置肯定有些微小差别，无法实现密封。

图1-3 钢制旋启式止回阀阀体直接堆焊密封材料结构(www.xing528.com)

在公称通径大于350mm时，阀座密封面设计成45°夹角，优点有两个：一个是行程较短，原来夹角行程要80°，现在只需要40°关闭角度，保护了阀瓣上密封橡胶带，长时间撞击橡胶带肯定极易损坏，尤其加速度作用下后面40°时撞击力更大。第二是保护横杆与阀瓣的连接块。

图1-4 钢制旋启式止回阀阀体焊接座圈结构

图1-5 钢制旋启式止回阀阀体配螺纹座圈结构

图1-6所示为DN350～600mm水工业用球墨铸铁橡胶密封旋启式止回阀。这种大口径密封面成45°夹角的旋启式止回阀阀体结构长度一般都比较长，都超过标准尺寸。企业要自行制订一个尺寸系列，明确标明在样本上，供用户设计装置时参考。阀体阀座的通孔及密封面不是圆形的，而是椭圆形的，阀瓣及密封也是椭圆形的。阀体椭圆形金属密封面都是不进行机加工的，要求比较高，具体情况在后面设计说明将会介绍。

图1-6 DN350～600mm水工业用球墨铸铁橡胶密封旋启式止回阀

关于水工业用阀门内外表面环氧树脂涂层方面的内容在概述中已作说明。

旋启式止回阀阻尼装置分为两种类型：一种是圆盘形的，常用在高、中压钢制阀门上；另一种是活塞形的，常用在中、低压水工业用铸铁阀门上。

在阀体腔内，摇杆同阀瓣连接在一起，摇杆同销轴用两根键连接为一体，销轴一端支撑在阀体的盲孔上，另一端伸出阀体通孔，伸出段用联轴器与圆盘阻尼器上伸出的转轴连接，用支架支撑。

圆盘形阻尼器一般用锻件圆筒缸体，两端装有端盖，对夹连接而成。缸体内有一转轴，转轴上装有两块刮板，外壳上对称装有两块挡板，把缸空间分为前后两个部分，在端盖挡板两侧设有孔槽，沟通前后两腔，而在这沟通的槽内装有调节槽内流通面积的调节螺钉。此调节螺钉位置的转动能调节前后腔油的流速，从而调节阀瓣转动的速度，达到阻尼作用，如图1-7所示。

图1-7 旋启式止回阀圆盘形阻尼器结构连接图

另一种就是活塞缸形的。阀腔内同摇杆连接的销轴伸出段用方榫连接一根曲柄，曲柄另一端同活塞缸伸出端头铰支连接。活塞缸筒体尾部铰支连接定位在阀体上的支点。

活塞把缸筒内分为前后两部分。在缸体外面装有两节小管道，管道上装有两只小节流阀，工作时节流阀控制活塞筒体内活塞前后部分的油流速度。用两只节流阀的目的是控制阀瓣不同角度时的关闭速度，在阀瓣即将关闭的瞬间，使关闭速度降低，这时阀瓣已基本关上，只是尚未达到密封位置，降低关闭速度能有效地保护阀瓣上的橡胶不被损坏。这种活塞形阻尼器结构如图1-8所示。

图1-8 旋启式止回阀活塞形阻尼器结构连接图