隔膜止回阀的结构原理及性能特点

2020-04-28 真空技术网整理 阀门手册

  隔膜式止回阀是近年来发展较快的一类止回阀。尽管隔膜式止回阀的使用温度和工作压力受到隔膜材料的限制,但其防止水锤的性能好,制造简单,造价低,噪声小,特别适用于压力、温度较低的场合。隔膜式止回阀有多种结构形式。

一、平板隔膜止回阀

  图1所示的平板隔膜止回阀是用环形弹性隔膜作为阀瓣,用带孔口的钢板作为阀座。其优点是阀内没有运动的机械零件,工作时无噪声,适用于各种流量与流速的系统。与普通的旋启式止回阀相比,水锤压力很小。

圆盘式止回阀

图1 圆盘式止回阀

  正流流体使弹性隔膜弯曲而脱离孔板,阀门为开启状态,如果流体方向改变,弹性隔膜展开,封闭孔口。该阀一般只建议用于清洁流体。

  阀体是铸铁或聚四氟乙烯涂层的铸铁。带孔口的钢板可以是RislanTM涂层或聚四氟乙烯涂层。弹性隔膜的材料,只要是能适应介质性能,基本都可以使用,并决定阀门的最高操作温度。

二、鸭嘴式止回阀

  图2所示的橡胶排污止回阀在西班牙称为“鸭嘴形柔性止回阀”;而在美国称为“鸭嘴形橡胶止回阀”。由于阀门形状像鸭嘴所以常称鸭嘴阀,橡胶排污止回阀产品有法兰连接和卡箍连接两种。

  鸭嘴阀是城市排水排洪系统和截污管网广泛采用的排污止回阀。鸭嘴阀为一体式结构,100%橡胶材质,内置锦纶帘布胶层,没有任何机械配件。阀门启闭特性好,只通过内部管线压力和外界背压来控制阀门启闭,不需要其他运行部件,也不需要人力或电力。阀门完全能够防污水腐蚀,阀门关闭时,渗漏量为零,密封性能好。

鸭嘴式止回阀

图2 鸭嘴式止回阀

  1、橡胶排污止回阀应用范围橡胶排污止回阀(鸭嘴阀)广泛应用于沙滩、海岸、码头的洪水、废水及沿海城市的污水排放。橡胶排污止回阀(鸭嘴阀)可取代拍门止回阀。建议DN800以下的橡胶排污止回阀可以采用卡箍连接或法兰连接。DN800以上的橡胶排污止回阀建议使用法兰连接方式。

  2、橡胶排污止回阀结构特点橡胶鸭嘴阀采用优质弹性橡胶材料,内置加强纤维的全橡胶结构的阀门产品,它根据受力分析和受力计算,针对不同工况,采用不同的设计机理,选用不同的橡胶配方,并按特殊工艺制作而成,其阀体特别柔韧,保证最大程度抗压的同时,确保水力损失最小,达到排放性与抗压性的完美结合。

  3、工作原理及用途鸭嘴式止回阀靠模压膜自身密封。一端与管道连接,另一端压平成“鸭嘴”形,形成启闭孔口。当内部压力升高到可以撑开压平的端部,“鸭嘴”张开,阀门开启;如果内部压力降至不足以撑开“鸭嘴”膜,阀门会自行关闭并密封。

  密封十分可靠,且能用于苛刻的工况,比如固体介质等。全开时,形成通畅的管路,可容许大的固体介质通过。受几何形状限制,压平的端部长度尺寸比较重要。“鸭嘴”膜材料可选天然橡胶、氯丁基橡胶、氯丁橡胶和丁钠橡胶,或聚亚胺酯、氯磺化聚乙烯橡胶、氟橡胶和三元乙丙橡胶等。

  鸭嘴阀作为潮汐止回阀应用时,阀门的尺寸最小为DN3(NPS11/8),对于潮汐用鸭嘴阀最大为DN3000(NPS1120)。

三、锥形隔膜止回阀

  锥形隔膜止回阀有一个锥形穿孔篮子形部件,此部件支撑内部的隔膜。这种阀门装在管道上的两个法兰之间,或者夹紧在管接头之间。通过锥形体的流体介质将隔膜从其阀座上掀起,介质继而通过。当顺流停止时,隔膜就重新恢复其原来的状态,且关闭极为迅速。

  1、构造和原理锥形隔膜止回阀,如图3所示,由作为主要构件的圆锥形隔膜和同样是圆锥形带有均匀密布小孔的框架组成。隔膜采用各种橡胶制作成形。螺钉埋入隔膜里,用螺母把隔膜固定在不锈钢的框架上,构造非常简单。这里应该注意的是它没有类似于壳体的部分。

  阀门框架的“周边”对夹于管法兰的连接处,安装在管道内部,管道兼作锥形隔膜止回阀的壳体。

  在图3中,当流体从右侧流入时,紧密附着在框架上的隔膜在流体压力的作用而下弯曲(图中下半部分),流体从框架上密布的小孔中通过。反之,当流体从左侧流入时,由于流体的压力作用,隔膜被张开并压附在框架上,产生完全密封作用。这就是锥形隔膜止回阀能够实现止回功能的原理。

锥形隔膜止回阀锥形隔膜止回阀

图3 锥形隔膜止回阀

  2、锥形隔膜止回阀的优点锥形隔膜止回阀基于上述工作原理及其独特的构造,相对于普通止回阀具有许多独特的优点。

  a、重量轻、组装方便。锥形隔膜止回阀本身没有壳体,利用配管中的其他元件的空间来安装,因此,它具有体积小、质量轻的优点。例如,NPS8的阀门的质量也不超过3kg,所以使用非常方便。

秒速飞艇官网   不需要专用的组合型接头,与普通阀类同样配管。有效利用锥形隔膜止回阀的体积小、重量轻的优点,同时利用原有阀门连接端的接头形式,来组装锥形隔膜止回阀更为合理。

  b、可任意安装。升降式或旋启式止回阀,都必须遵循其结构限定的方向安装。对于锥形隔膜止回阀,因为唯一可动部件——隔膜的质量与其本身的弹性相比,可以忽略,因此,几乎不受重力的影响,所以不管怎样安装,均能保证其作为止回阀的优越性能。尤其在空间受限制时的一些配管系统,使用锥形隔膜止回阀更能显示出其独特的优点。

  c、动作声音小。因可动部件只是胶制隔膜,阀门启闭时产生的噪声较小,并且无金属间的碰撞,其音质较温和。

  d、泄漏极少。同样,由于其独特的构造,即密封处是胶制隔膜与其独特的形状结构,使锥形隔膜止回阀显示出极优越的密封性能。如果将止回方向的流体压力称为逆压,隔膜设计成即使在没有逆压作用的状态,亦可靠隔膜本身的弹性而压附在框架上。

  在逆压作用较高时,只要密封面压力高,就可以发挥足够耐逆压的密封性。锥形隔膜止回阀可适用于气体和液体,但就密封性来说,气体条件要求严格。

  e、不易产生振动,对抑制水锤现象效果明显。如上所述,锥形隔膜止回阀的隔膜,即使不靠流体的压力作用,仅靠本身的弹性也可压附在框架里面而起密封作用。

  这在小口径制品上,缺点是需要的开启压力稍高(在大口径制品上,和其他的止回阀比较,显示出不逊色的低的开启压力),但它也有不靠逆压作用,而由于隔膜弹性的作用,使流体迅速闭止的效果。

  这点与使用弹簧加载的止回阀相似,由于弹性和胶制隔膜的振动衰减性的差异,在产生振动这一点上有很大优越性,几乎不产生振动,关闭阀门时可有效抑止水锤现象。

秒速飞艇官网   f、能用于气体。由于锥形隔膜止回阀不存在金属间的滑动或冲击部件,特别是具有泄漏少的优点,所以用作气体的止回阀也没有问题,是一种很好的气用止回阀。

  3、锥形隔膜止回阀的特性和应用

秒速飞艇官网   a、材料选择。锥形隔膜止回阀的框架采用全不锈钢制造。隔膜的常用材料见表6-1所示的六种橡胶。但实际应用中要根据流体种类选择适宜的材料。

  框架材料取决于对流体是否具有耐蚀性,不能仅仅从流体种类上确定,还要根据其浓度和温度的变化进一步验证。特别是在酸、碱等的场合,需要考虑浓度、温度和压力等条件,必须慎重地判断材料的适用性。当流体不是单一物质而是混合物,含有不纯物质时,还要分析是否有产生化学反应的可能性。

  因为阀门制造厂和橡胶制造厂,没有所有流体对各种材料的耐蚀性的数据,鉴于这种情况,需要进行试验。表6-1列出了最高使用压力在常温下的数值。当温度高于表中数值时,必须考虑以较低的压力作为界限。

表1 隔膜材料种类

隔膜材料种类

  金属材料一般在高温下强度要降低。但在橡胶等高分子物质上需要注意,因为其降低程度不能与金属相比。

秒速飞艇官网   b、压力损失。根据流体种类、温度、黏度和密度等而变化。这不仅对锥形隔膜止回阀,而且对所有流体设备也存在这种问题。锥形隔膜止回阀性能还取决于隔膜材料。这是由于各种橡胶材质对其变形的抵抗相差很大所致。

  天然橡胶在空气中暴露时,不能忽视老化现象。因为只能保证1~2年的寿命,所以不推荐应用在气体(几乎是空气)中。

  氟化橡胶隔膜比其他材料的弹性差,在对密封性要求严格的工况中也不推荐在气体介质中使用。

  c、确定口径的方法。确定锥形隔膜止回阀口径的一般原则是:选择口径等于应当组装锥形隔膜止回阀的配管系统上的管子和其他阀的口径。这个考虑方法大多数没有问题。例如,配管为1in时,选DN25型,配管为4in时,选DN100型。

  但一律用这样单纯的原则处理所有情况也不适合,所以锥形隔膜止回阀作为单独判断的原则,而制定下面的界限,这就是阀的前后压差在0.03 MPa以下或者流速在4m/s以下。

  这是根据阀本身的限制,同时也考虑了整个配管系统的平衡,大致是可靠的数值。因为这个限制,不能使用锥形隔膜止回阀的场合非常少。

  关于流速的限制性,主要是由于流速太大而产生激烈的紊流。从防止隔膜振动这个观点要由试验决定。换句话说,压差的限制是基于隔膜静的强度制定的限度,流速的限制是基于隔膜的振动对于反复疲劳的强度而制定的限度。

  d、安装方法。如前文所述的锥形隔膜止回阀,利用配管中的法兰等接头之类组装是基本的用法。但是在组装和替换以前的止回阀时,为了不改变安装方法,如图4所示,采用组合形式的螺纹接头和带短管的法兰接头。用组合螺纹接头时,夹入法兰间用的“周边”太大时,不仅没有必要而且需要加大螺纹接头的外形,所以“周边”的直径尽量要小。

锥形隔膜止回阀的安装方法

秒速飞艇官网 图4 锥形隔膜止回阀的安装方法

  锥形隔膜止回阀的产品系列,一般口径为DN13~200。由于使用有些不方便,因此对口径DN250以上的规格,可从现有产品系列中,选择适当口径的锥形隔膜止回阀,做成“多圆锥型”。

  现有产品系列不制作口径DN250以上规格,其理由之一是:形成这种尺寸时的隔膜的自重与其自身的弹性相比,不能忽视,而难于有效利用上述锥形隔膜止回阀独特的优点。其理由之二是:即使在设计上做些修改,能满足大口径隔膜的制作,但由于大口径制品的需要量少,而使其价格提高。

  e、应用中应注意的其他事项。任何流体设备,均不希望液体中含有杂质,锥形隔膜止回阀也不例外。它没有金属间的接触部分,不能发生因杂质而卡住或发热黏着现象。但框架上有许多小孔,难以通过纤维状杂质,所以必须尽量清除掉。纤维状杂质挂在框架的孔上,即使不会立即产生障碍,也会影响密封性和增大流体阻力,应引起注意。反之,粒径在1mm以下的固体杂质,只要不黏着就能通过。但是气体中含有固体杂质时,不管粒径大小,均会损伤隔膜的密封面,所以应尽量与过滤装置并用。

  在维护或安装工程中,应该慎重,不要损伤密封面。

  锥形隔膜止回阀只要掌握正确的使用方法(因无磨损),通常不需要进行隔膜的安装和拆卸。如果因为某些情况,需要更换隔膜时,安装隔膜的螺钉不要拧得太紧。关于螺钉的转矩,虽然没有特别规定,但是要使隔膜和框架之间轻轻拧紧得没有缝隙,再靠双螺母防止松弛。

  在隔膜任何部分增加不适宜的外力,都会使其变形而损伤密封性能。

  4、有效利用锥形隔膜止回阀的优点的实例上述有效利用锥形隔膜止回阀的优点的用途,涉及很多方面。首先举出一般性的例子,是作为泵的底阀用。事实上一点不漏,这是作为底阀最重要并且也是本质的优点。一般在安装工程环境不好的泵房,重量轻也成为大的优点。利用可任意安装的优点,使维修很容易。

  对原有的接头之类,如能巧妙利用,几乎不再改变设计,便可安装锥形隔膜止回阀。如小口径止回阀组装在各家庭的水表上,以防止上水道系统倒流,其试验研究接近于实用阶段。作为气体值得关注的实例是应用在粉体压送系统上。

  粉体压送系统,就是用压缩空气输送水泥等粉尘类介质的系统。为防止粉粒体倒流进压缩机,必须安装止回阀。此类工况,以前选用升降式和旋启式止回阀时,因为需要依靠产生倒流而使阀门关闭,所以不能避免粉尘倒流进压缩机。因此,不仅压缩机会遭受损害,而且止回阀也只有几个月的寿命。

  换用锥形隔膜止回阀后,可有效改善上述缺陷,基本能满足此类系统需求。

四、褶皱的环状橡胶隔膜止回阀

  图5所示的止回阀采用了褶皱的环状橡胶隔膜作为关闭件。当阀门关闭时,褶皱上的唇形膜片关闭了流道的中心孔,顺流时褶皱膜张开,唇形膜片从阀座上缩回。

  由于在阀门开启时,隔膜受弹性张力,并且阀门从全开到关闭时唇形膜片的行程很短,因此隔膜式止回阀的关闭速度极快。该阀门很适用于流量变化较大的工况,但这种阀门的压差不能超过10bar(145lbf/in2),最高工作温度约74℃(158℉)。

褶皱的环状橡胶隔膜止回阀

图5 褶皱的环状橡胶隔膜止回阀

1—右阀体;2—褶皱的环状橡胶隔膜; 3—阀瓣;4—左阀体

  1、弹性套管隔膜止回阀

秒速飞艇官网   图6中所示为弹性套管隔膜止回阀的关闭件,含有挠性套管,且在其中的一端被压平。介质正向流动时,套管的扁平端张开,而当介质倒流时,套管的扁平端闭合。

弹性套管隔膜止回阀

弹性套管隔膜止回阀

图6 弹性套管隔膜止回阀

1—上阀体;2—下阀体;3—垫片;4—橡胶套管

  套管由大量不同的弹性体制成,且外部用于汽车轮胎结构的用类似的尼龙纤维加固。套管内部较软,能够固定住固体。因此阀门就特别适合在携带固体或在包含泥浆的介质中使用。

秒速飞艇官网   弹性套管隔膜止回阀,用于磨损性的浆液、污水、泥浆和其他“难以对付”的介质,该阀门的核心是由纤维加强的合成橡胶止回套管,它可以一直保持流阻最小。正向压力自动开启阀门,反向压力使阀门关闭。

  内置的橡胶止回套管,使因持续控制磨损性泥浆所造成的对阀门的磨损和侵蚀降至最小。该止回阀没有诸如摇杆、阀瓣、金属阀座等机械零件,这些零件容易造成阀门腐蚀、开关不灵或无法开关。独特的橡胶止回套管可以在介质含大量颗粒的场合正常密封,该阀门静音操作,无振颤。

  该阀门内置支架以提高管中隔膜止回阀的额定背压。支架采用碳钢或不锈钢焊接件,至于壳体内,支撑橡胶止回套筒的拱起部分。

  性能特点

  a、耐磨且绝对防止倒流。

  b、可在颗粒介质条件下正常关闭。

  c、没有链接和阀座活动不灵或卡死——免维护设计。

  d.可在任何位置安装。

  e、静音、无撞击、消除振动。

  2、堰式隔膜式止回阀图7所示是带衬里的堰式隔膜式止回阀,其结构与堰式隔膜阀类似。

带衬里的堰式隔膜式止回阀

图7 带衬里的堰式隔膜式止回阀