止回阀

止回阀（单向阀）安装在管道中，只允许流体单向流动；有助于保护设备和工艺过程。本教程介绍了不同设计的升降式、旋启式和对夹式止回阀的工作原理、优点、应用和选型。

止回阀（单向阀）安装在管道系统中，只允许流体单向流动。它们完全通过流体的反作用力来操作，因此不需要任何外部驱动。在本文中，预期或期望的流动方向称为”正向流动”，相反方向的流动称为”反向流动”。

使用止回阀有许多原因，包括：

• 保护可能受反向流动影响的任何设备，如流量计、过滤器和控制阀。
• 抑制与液压力相关的压力浪涌，例如水锤。 这些液压力会导致压力波在管道中来回传播，直到能量消散。

尽管止回阀可以有效切断反向流动，但绝不应将其用作隔离阀来截留管道中的活蒸汽。

与隔离阀一样，止回阀也有多种不同的设计，每种都适用于特定应用。本模块讨论了不同类型的止回阀及其应用，以及正确的选型方法。

升降式止回阀

升降式止回阀的结构与截止阀类似，不同之处在于阀瓣或阀塞是自动操作的。入口和出口端口由锥形阀塞分隔，阀塞通常位于金属阀座上；在某些阀门中，阀塞可以使用弹簧保持在阀座上。当流入阀门的流体为正向流动时，流体压力将锥体从阀座上抬起，打开阀门。在反向流动时，锥体返回阀座，并由反向流动压力保持在原位。

如果使用金属阀座，升降式止回阀仅适用于在反向流动条件下允许少量泄漏的应用。此外，升降式止回阀的设计通常将其限制用于水应用，因此，它们通常用于防止蒸汽疏水阀中冷凝水的反向流动以及循环冷凝水泵的出口。

升降式止回阀的主要优点在于其简单性，由于锥体是唯一的运动部件，因此该阀门坚固耐用且维护需求少。此外，使用金属阀座限制了阀座磨损量。升降式止回阀有两个主要限制；首先，它仅设计用于安装在水平管道中；其次，其尺寸通常限制在DN80以下，超过此尺寸，阀门会变得过于笨重。 活塞式升降式止回阀是标准升降式止回阀的改进型。它采用活塞形阀塞代替锥体，并在该机构上应用了阻尼器。阻尼器在操作过程中产生阻尼效果，从而消除了阀门频繁操作造成的损坏，例如在管道系统中，由于压力浪涌或频繁的流动方向变化（一个例子是锅炉出口）。

旋启式止回阀

旋启式止回阀由一个与管道内径相同直径的阀瓣组成，阀瓣悬挂在流道中。当流体正向流动时，流体压力迫使阀瓣向上铰接，允许流体通过阀门。反向流动会导致阀瓣关闭在阀座上，阻止流体回流。在无流动时，阀瓣的重量负责关闭阀门；然而，在某些情况下，关闭可以通过使用加重杠杆来辅助。如图12.3.2所示，整个机构被封闭在一个壳体中，允许阀瓣缩回离开流道。

旋启式止回阀在开启位置产生相对较高的流动阻力，这是由于阀瓣的重量。此外，它们还会产生湍流，因为阀瓣”漂浮”在流体上。这意味着旋启式止回阀的压力降通常比其他类型更大。

当流动突然变化时，阀瓣可能会猛烈撞击阀座，导致阀座严重磨损，并在管道系统中产生水锤。这可以通过在阀瓣上安装阻尼机构和使用金属阀座来限制阀座磨损来克服。

对夹式止回阀

升降式和旋启式止回阀往往体积庞大，这限制了它们的尺寸并使其成本较高。为了克服这一问题，开发了对夹式止回阀。根据定义，对夹式止回阀是设计安装在一组法兰之间的阀门。这个广泛的定义涵盖了多种不同的设计，包括蝶形止回阀和旋启式或对开瓣式止回阀的对夹版本。

蝶形止回阀

蝶形止回阀由四个主要部件组成：阀体、阀瓣、弹簧和弹簧保持器。阀瓣在与流体流动方向垂直的平面内运动，受到保持器固定的弹簧的阻力。阀体设计为一体式定心环，便于安装。在需要”零泄漏”密封的情况下，可以配置软阀座。

当上游压力施加在阀瓣上的力大于弹簧施加的力、阀瓣重量和任何下游压力之和时，阀瓣被迫从阀座上抬起，允许流体通过阀门。当阀门两端的压差减小时，弹簧迫使阀瓣回到阀座上，在反向流动发生之前关闭阀门。如图12.3.4所示。弹簧的存在使蝶形止回阀可以安装在任何方向。

打开止回阀所需的压差主要取决于所用弹簧的类型。除标准弹簧外，还有几种弹簧选项可用：

• 无弹簧——用于阀门两端压差较小的情况。
• Nimonic弹簧——用于高温应用。
• 重型弹簧——这增加了所需的开启压力。当安装在锅炉给水管路中时，可用于防止蒸汽锅炉在无压时满水。 与所有对夹式止回阀一样，蝶形止回阀的尺寸由相关管道的尺寸决定。这通常确保阀门尺寸正确，但在某些情况下阀门可能过大或过小。 止回阀过大通常表现为持续的阀门颤振，这是指阀门在部分开启时发生的反复开关。这是由于阀门开启时上游压力下降；如果此压降意味着阀门两端的压差降至所需的开启压力以下，阀门将猛烈关闭。阀门一关闭，压力就开始再次升高，因此阀门再次开启，如此循环。 过大通常可以通过选择较小的阀门来纠正，但应注意，这将增加任何流量下阀门的压力降。如果这是不可接受的，可以通过减小阀瓣上的关闭力来克服颤振的影响。这可以通过使用标准弹簧代替重型弹簧，或完全移除弹簧来实现。另一种替代方案是使用软阀座；这并不能防止颤振，而是降低噪音。但必须小心，因为这可能导致阀座过度磨损。 过小导致阀门两端压力降过大，极端情况下甚至可能阻止流动。解决方案是用较大的阀门替换过小的阀门。 蝶形止回阀比升降式和标准旋启式止回阀更小更轻，因此成本更低。然而，蝶形止回阀的尺寸限制在DN125；超过此尺寸，设计变得复杂。通常，此类设计将包括锥形阀瓣和沿锥体中心线保持和导向的小直径弹簧，这更难制造且成本更高。即便如此，此类设计的尺寸仍限制在DN250。 标准蝶形止回阀不应用于脉动流严重的情况，例如往复式空气压缩机的出口，因为阀瓣的反复冲击可能导致弹簧保持器失效和弹簧中产生高应力。此类应用有专门设计的保持器。这些设计通常减少阀瓣行程，这实际上增加了流动阻力，从而增加了阀门的压力降。 蝶形止回阀的设计允许它们安装在任何位置，包括流体向下流动的垂直管道。

旋启式对夹止回阀

这些与标准旋启式止回阀类似，但没有全阀体结构，相反，当阀门打开时，阀瓣被迫进入管道顶部。因此，阀瓣的直径必须小于管道的直径，因此阀门的压力降（旋启式阀门通常较高）进一步增加。 旋启式止回阀主要用于较大的管道尺寸，通常在DN125以上，因为在较小的管道中，阀瓣”漂浮”在流体上引起的压力降变得显著。此外，在较大尺寸上使用这些阀门可以节省大量成本，因为制造阀门所需的材料较少。 然而，使用较大尺寸的阀门存在一个问题；由于其尺寸，阀瓣特别重，因此在关闭时具有大量动能。当阀门猛烈关闭时，这种能量传递到阀座和工艺流体，可能损坏阀门阀座并产生水锤。

对夹式止回阀的应用

对夹式止回阀由于其紧凑的设计和相对较低的成本，正在成为大多数应用的首选止回阀类型。以下是其一些最常见的应用列表：

• 锅炉给水管路——止回阀用于防止当给水泵停止运行时锅炉水被迫沿给水管路回流到储水箱中。此外，可以在锅炉给水管路中安装带有重型弹簧和软阀座的蝶形止回阀，以防止在给水泵关闭时流体在重力作用下流入锅炉。

• 蒸汽疏水阀——除排向大气的蒸汽疏水阀外，止回阀应始终安装在蒸汽疏水阀之后，以防止冷凝水回流淹没蒸汽空间。止回阀还将防止蒸汽疏水阀因冷凝水管路中的任何液压冲击而损坏。应注意，当使用喷射排放式蒸汽疏水阀时，止回阀应安装在疏水阀下游至少1米处。

• 热水回路——应在每台泵之后安装止回阀，以防止当泵关闭时流体反向流过泵（见图12.3.8）。

• 真空破坏器——止回阀可以反向安装用作真空破坏器。当产生真空时，阀门打开，允许从大气中吸入空气（见图12.3.9）。

• 混合——每条供应管路中都应安装止回阀，以防止沿不同管路的反向流动导致污染。一个常见的混合应用是将热水和冷水混合以提供热水（见图12.3.10）。

• 管道配件保护——止回阀用于防止流量计和控制阀等设备受到损坏，这些设备都可能因反向流动而损坏。止回阀还可以防止过滤器中的内容物被回流流体沉积到上游管道中。
• 多台锅炉应用——每台锅炉的出口都必须安装止回阀，以防止蒸汽流入可能处于热备用状态的锅炉（见图12.3.11）。

• 排污容器——当排污容器接收来自多台锅炉的排污时，应在每条独立的排污管线上安装对夹式止回阀。这将防止一台锅炉的排污回流到另一台锅炉。在许多国家，这是法定要求。
• 闪蒸罐——对夹式止回阀安装在闪蒸罐的闪蒸出口处；这确保来自任何补给阀的蒸汽不会回流到闪蒸罐中（见图12.3.12）。在排放闪蒸罐的蒸汽疏水阀之后也安装了止回阀。

对开瓣式止回阀

对开瓣式止回阀（双瓣止回阀）旨在克服旋启式和蝶形对夹式止回阀的尺寸和压力降限制。旋启式止回阀的阀瓣基本上被分割并沿其中心铰接，使得两个阀瓣只能向一个方向摆动。阀瓣通过安装在铰链上的扭力弹簧保持在阀座上。 为了将铰链保持在流道中心，可以使用外部安装的保持销。这些保持销是阀门泄漏的常见来源。改进的设计在内部固定铰链，并且由于阀门机构完全密封在阀体内，防止了向大气的泄漏（见图12.3.13）

该阀门通常处于关闭状态，因为阀瓣由扭力弹簧保持关闭。当流体正向流动时，流体压力使阀瓣铰接打开，允许流动。止回阀在流动停止时立即由弹簧关闭，在任何反向流动发生之前。

对开瓣式止回阀的频繁开关如果允许阀瓣根部在开启过程中刮擦阀座，很快就会导致阀座损坏。为了克服这一问题，阀瓣根部在阀门初始开启时抬起，阀瓣纯铰链旋转而不是在阀座面上旋转。

对开瓣式止回阀相比其他类型的止回阀具有几个优点：

• 对开瓣式设计不受尺寸限制，这些阀门已生产出DN5400的尺寸。
• 对开瓣式止回阀的压力降明显低于其他类型。
• 它们能够在较低的开启压力下使用。
• 对开瓣式止回阀可以安装在任何位置，包括垂直管道。

其他止回阀类型

上述类型的止回阀是蒸汽、冷凝水和液体系统中最常见的类型。然而，还有其他几种类型可用。下面列出的三种类型主要适用于液体应用，因此可能在冷凝水系统中找到：

• 球形止回阀——它由一个橡胶包覆的球体组成，通常位于阀门入口处的阀座上，密封入口。当对球体施加压力时，它沿导轨从阀座上移开，允许流体通过入口。当流体压力下降时，球体滑回入口阀座上的位置。注意：球形止回阀通常仅用于液体系统，因为使用球体难以获得紧密密封。
• 膜片式止回阀——柔性橡胶膜片放置在网状或穿孔锥体中，锥体的尖端指向管道中流体的流动方向（见图12.3.15）。正向流动使膜片向内偏转，允许流体自由通过。当没有流动或存在背压时，膜片返回原始位置，关闭阀门。注意：膜片材料通常限制膜片式止回阀用于180°C和16 bar以下的流体。

• 倾斜阀瓣止回阀——它类似于旋启式止回阀，但阀瓣枢轴位于其压力中心前方，并通过配重或弹簧加载以保持常闭位置（见图12.3.16）。当流体正向流动时，阀瓣抬起并”漂浮”在流体中，对流动提供最小阻力。阀瓣经过平衡，因此当流量减小时，它将向关闭位置枢转，在反向流动实际开始之前关闭。在大多数条件下，操作平稳且无声。注意：由于倾斜阀瓣止回阀的设计，它仅限于液体应用。

压力损失图表

由于大多数类型的止回阀都适用于液体和气体系统，制造商通常以水的压力损失图表形式显示阀门的压力降。典型的压力损失图表如图12.3.17所示。它显示了特定止回阀在给定阀门尺寸和以m³/h计的水流量下的压力降。

为了确定其他液体通过止回阀的压力降，需要计算等效水体积流量，使用公式12.3.1中的公式进行计算：

一旦确定了等效水体积流量，就可以使用与水相同的方法从图表中读出阀门的压力降，选择等效水体积流量代替实际体积流量。

应注意，体积流量（m³/h）通常用于液体应用，而在蒸汽应用中，通常使用质量流量（kg/h）。要从kg/h转换为m³/h，将质量流量乘以特定工作压力和温度下的比容（kg/m³）（见公式12.3.2）。

或者，如果已知阀门的Kv值，可以使用模块12.2中概述的方法确定阀门的压力降。 示例12.3.1 确定DN65止回阀在8 bar g压力下通过1 200 kg/h饱和蒸汽时的压力降。使用图12.3.17中的压力降特性曲线。 解答： 第一步是计算体积流量： 在8 bar表压下，从蒸汽表中，vg = 0.214 9 m³/kg

使用图12.3.18，阀门的压力降约为0.085 bar。