微阻缓闭止回阀的结构原理及性能特点

　　缓闭止回阀是止回阀的一个特殊品种，它通过缓闭的形式减小水锤压力。缓闭止回阀有多种结构类型，本文介绍其中三种：二阶段缓闭止回阀、内置油缸阻尼式缓闭止回阀、水阻可控缓闭止回阀。

一、二阶段缓闭止回阀

　　这是一种带双缸阻尼器的侧阻式缓闭止回阀，其结构原理见图1，阀体是一只普通旋启式止回阀，但其阀瓣的摇杆轴较粗较长，穿出阀体之外，通过连接机构与分置两侧的油缸阻尼器相连，连接机构由摇臂、滑叉和横销组成。

图1 二阶段缓闭止回阀

1—阀体；2—旋轴；3—阀瓣；4—滑叉； 5—横销；6—油缸阻尼器

　　当水泵停泵后，阀瓣从全开位置分两个阶段关闭。首先阀瓣依靠自重下落，摇臂的横销在滑叉的导槽中从高处降到最低点，油缸阻尼器不工作，这就是快关阶段，约占整个关程的2/3～3/4。在其后的小部分关程中，因油缸阻尼器开始发挥作用，故阀瓣以慢速关闭。油缸阻尼器活塞被设计成变截面的油针，使在阻尼过程中，过油截面愈来愈小，阀瓣关闭速度随之也逐渐减小，直至完全关严，慢关的时间是可以调整的。

二、内置油缸阻尼式缓闭止回阀

　　该阀曾在某一净扬程为570m的高扬程泵站上使用一年多时间，有较好的消减水锤压力的作用。

　　阀的结构形式如图2所示。阀体呈罐状，油缸阻尼器位于罐的中央，首部为流线型，用辐向叶片支持。油缸阻尼缸内，活塞杆的一端是活塞，另一端便是阀瓣。油缸的前后腔用油管连通，并有截止阀供调节油量之用。油管延伸至阀体外部，以便于操作。

图2 内置油缸阻尼式缓闭止回阀

1—油孔；2—阀体；3—缸阻尼器； 4—截止阀；5—阀瓣

　　在正常抽水时，阀瓣在水流推动下开启，并带动油缸活塞移动，将缸内有杆腔的油经油管排至无杆腔。关闭速度由管中油流速度决定，可通过油路上的截止阀调节。由于油缸活塞的运动规律在阀瓣开启和关闭时基本相同，故为方便起见，测定当水泵启动时阀瓣的开启力时，其方法为:在油缸的连接油路上装一只压力表，在水泵启动后，水流进入阀体，阀瓣开启，活塞移动，于是油缸内受压腔压力上升，油管开始排油，此时油路压力表的读数从“0”升至某一值。一旦阀瓣开启完毕，活塞停止运动，油腔压力解除，压力表又回到“0”，记录下油路压力表从升至回“0”的时间，可近似地认为是阀瓣关闭时间。

　　从上面介绍的国内缓闭止回阀的研究和应用情况看，虽然它的成本较低，实效也已证实，但仍需进一步完善，才能形成有一定推广价值的定型产品。

三、水阻可控缓闭止回阀

　　1、结构特点水阻可控缓闭止回阀结构如图3所示，参数由优化关闭特性计算确定。

图3 水阻可控缓闭止回阀阀体

1—阀体；2—阀瓣；3—摇杆；4—连杆；5—阀盖； 6—水压缸；7—止回阀；8—节流阀

　　水阻可控缓闭止回阀是普通止回阀的阀体，中间有较大的腔室，以保证阀瓣有充分的转动空间，流体能通畅地流过。轴承位于腔体上方接近进口端面处，用于支撑旋启式阀瓣，阀体两端有法兰与管路连接。

　　a、阀瓣及摇杆。圆形阀瓣与摇杆相连，摇杆绕轴转动时带动阀瓣旋启运动，实现阀门的开启和关闭，阀瓣的开启角为θ=0°～66°。在同类阀门中， 66°是最大开启角。

　　阀体上方与水压缸直接相连，水压缸内有一差动活塞，活塞上方的活塞杆穿过水压缸盖，活塞下方通过连杆与摇杆相连。

　　b、控制管路及缓闭调节阀。控制管路连通水压缸的上、下腔室及阀体。管路中配有缓闭调节阀。缓闭调节阀结构见图4，实际上是一个单向节流阀，用以控制水压缸腔室的进排水流量，实现活塞运动的控制，即控制阀瓣的启闭速度。

图4 缓闭调节阀结构简图

1—单向阀阀芯；2—阀体；3—针阀阀芯

　　2、阀门工作原理

　　a、启泵时，在水冲力矩的作用下，阀瓣克服自重力矩及摩擦力矩开启，水压缸内的活塞向上运动，活塞上腔的水经缓闭调节阀中的单向阀快速排入阀体，当活塞升到A孔以上时，水还可以直接通过B孔排入水压缸下腔室，此时缓闭调节阀的单向阀处于导通状态，水流可通畅流过，活塞可顺利向上运动，止回阀迅速打开。

　　由于活塞是差动的结构，下腔水压作用面积大于上腔水压作用面积，活塞上、下端面水压作用的合力方向向上，在这个合力的作用下，阀瓣可达到全开位置，活塞被连杆向上拉住，并紧贴在阀体内壁的相应位置上。

　　b、运行时，阀瓣稳定在全开位置，全开时开启角设计为θ=66°。当水流有脉动时阀瓣能保持位置稳定，不漂动，不摇摆，工作阻力比普通止回阀小20%～30%，寿命长，节能显著。

　　c、断电停泵时，由于泵叶轮转动惯量大，断电后泵的转速逐渐降低，阀瓣所受的水冲力矩也相应地逐渐减少，阀瓣的自重力矩起主要作用，使阀瓣绕轴旋转关闭。关闭的开始阶段，活塞位于水压缸的上部，阀瓣关闭带动活塞向下运动，活塞上腔体积增大，水压缸的上部，阀瓣关闭带动活塞向下运动，活塞上腔体积增大，水可通过A孔经控制管道流入B孔，以补充上腔，由于补水通畅，活塞易于向下运动，这一阶段是快关阶段。

　　关闭的第二阶段，从活塞运动到挡住A孔时算起，由于A孔被挡，活塞上腔的补水只能由与阀体相通的控制管道提供，补水必须经缓闭调节阀，而此时缓闭调节阀的单向阀是关闭的，水流只能通过缓闭调节阀的调节针阀补给，由于调节针阀流阻较大，补水流量较小，阀瓣只能缓慢关闭，这就是慢关阶段。设计好关阀的两阶段，可使关阀稳定，水锤最小。按水锤理论，有ΔH=av/g。若阀门在v接近于零时关闭，水锤最小，则优化的基本思想是阀门在正流与反流交界时间内关闭，则ΔH最小。其中，ΔH为水锤升(降)压；a为水锤波传播速度；v为流速；g为重力加速度。