膈膜止回閥的工作原理及結構特點(diǎn)

隔膜式止回閥是近年來(lái)發(fā)展較快的一類(lèi)止回閥。 盡管隔膜式止回閥的使用溫度和工作壓力受到隔膜材料的限制，但其防止水錘的性能好，制造簡(jiǎn)單，造價(jià)低，噪聲小，特別適用于壓力、溫度較低的場(chǎng)合。隔膜式止回閥有多種結構形式。

（1）平板隔膜止回閥

圖6-44所示的平板隔膜止回閥是用環(huán)形彈性隔膜作為閥瓣，用帶孔口的鋼板作為閥座。其優(yōu)點(diǎn)是閥

內沒(méi)有運動(dòng)的機械零件，工作時(shí)無(wú)噪聲，適用于各種流量與流速的系統。與普通的旋啟式止回閥相比，水錘壓力很小。

正流流體使彈性隔膜彎曲而脫離孔板，閥門(mén)為開(kāi)啟狀態(tài)，如果流體方向改變，彈性隔膜展開(kāi)，封閉孔口。該閥一般只建議用于清潔流體。

閥體是鑄鐵或聚四氟乙烯涂層的鑄鐵。帶孔口的鋼板可以是RislanTM涂層或聚四氟乙烯涂層。彈性隔膜的材料，只要是能適應介質(zhì)性能，基本都可以使用，并決定閥門(mén)的zui高操作溫度。

（2）鴨嘴式止回閥

圖6-45所示的橡膠排污止回閥在西班牙稱(chēng)為 “鴨嘴形柔性止回閥”；而在美國稱(chēng)為“鴨嘴形橡膠止 回閥”。由于閥門(mén)形狀像鴨嘴所以常稱(chēng)鴨嘴閥，橡膠排污止回閥產(chǎn)品有法蘭連接和卡箍連接兩種。鴨嘴閥是城市排水排洪系統和截污管網(wǎng)廣泛采用的排污止回 閥。鴨嘴閥為一體式結構，100%橡膠材質(zhì)，內置錦綸簾布膠層，沒(méi)有任何機械配件。閥門(mén)啟閉特性好， 只通過(guò)內部管線(xiàn)壓力和外界背壓來(lái)控制閥門(mén)啟閉，不需要其他運行部件，也不需要人力或電力。閥門(mén)完夠防污水腐蝕，閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，滲漏量為零，密封性能好。

①橡膠排污止回閥應用范圍橡膠排污止回閥 （鴨嘴閥）廣泛應用于沙灘、海岸、碼頭的洪水、廢水及沿海城市的污水排放。橡膠排污止回閥（鴨嘴閥）可取代拍門(mén)止回閥。建議DN800以下的橡膠排污止回閥可以采用卡箍連接或法蘭連接。DN800以上的橡膠排污止回閥建議使用法蘭連接方式。

②橡膠排污止回閥結構特點(diǎn)橡膠鴨嘴閥采用彈性橡膠材料，內置加強纖維的全橡膠結構的閥門(mén)產(chǎn)品，它根據受力分析和受力計算，針對不同工況，采用不同的設計機理，選用不同的橡膠配方，并按特殊工藝制作而成，其閥體特別柔韌，保證zui大程度抗壓的同時(shí)，確保水力損失zui小，達到排放性與抗壓性的結合。

③工作原理及用途鴨嘴式止回閥靠模壓膜自身密封。一端與管道連接，另一端壓平成“鴨嘴” 形，形成啟閉孔口。當內部壓力升高到可以撐開(kāi)壓平的端部，“鴨嘴”張開(kāi)，閥門(mén)開(kāi)啟；如果內部壓力降至不足以撐開(kāi)“鴨嘴”膜，閥門(mén)會(huì )自行關(guān)閉并密封。 密封十分可靠，且能用于苛刻的工況，比如固體介質(zhì)等。全開(kāi)時(shí)，形成通暢的管路，可容許大的固體介質(zhì)通過(guò)。受幾何形狀限制，壓平的端部長(cháng)度尺寸比較重要。“鴨嘴”膜材料可選天然橡膠、氯丁基橡膠、氯 丁橡膠和丁鈉橡膠，或聚亞胺酯、氯磺化聚乙烯橡膠、氟橡膠和三元乙丙橡膠等。

鴨嘴閥作為潮汐止回閥應用時(shí)，閥門(mén)的尺寸zui小為DiV3 （NPS 1/8），對于潮汐用鴨嘴閥zui大為DN3000 （NPS120）。

（3）錐形隔膜止回閥

錐形隔膜止回閥有一個(gè)錐形穿孔籃子形部件，此部件支撐內部的隔膜。這種閥門(mén)裝在管道上的兩個(gè)法蘭之間，或者夾緊在管接頭之間。通過(guò)錐形體的流體介質(zhì)將隔膜從其閥座上掀起，介質(zhì)繼而通過(guò)。當順流停止時(shí)， 隔膜就重新恢復其原來(lái)的狀態(tài)，且關(guān)閉極為迅速。

①構造和原理錐形隔膜止回閥，如圖6-46所示，由作為主要構件的圓錐形隔膜和同樣是圓錐形帶有均勻密布小孔的框架組成。隔膜采用各種橡膠制作成形。螺釘埋入隔膜里，用螺母把隔膜固定在不銹鋼的框架上，構造非常簡(jiǎn)單。這里應該注意的是它沒(méi)有類(lèi)似于殼體的部分。

閥門(mén)框架的“周邊”對夾于管法蘭的連接處，安裝在管道內部，管道兼作錐形隔膜止回閥的殼體。

在圖6-46中，當流體從右側流入時(shí)，緊密附著(zhù)在框架上的隔膜在流體壓力的作用而下彎曲（圖中下半部分），流體從框架上密布的小孔中通過(guò)。反之， 當流體從左側流人時(shí)，由于流體的壓力作用，隔膜被張開(kāi)并壓附在框架上，產(chǎn)生*密封作用。這就是錐形隔膜止回閥能夠實(shí)現止回功能的原理。

②錐形隔膜止回閥的優(yōu)點(diǎn)錐形隔膜止回閥基于上述工作原理及其*的構造，相對于普通止回閥具有許多*的優(yōu)點(diǎn)。

a. 重量輕、組裝方便。錐形隔膜止回閥本身沒(méi)有殼體，利用配管中的其他元件的空間來(lái)安裝，因此，它具有體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)。例如，NPS8的閥門(mén)的質(zhì)量也不超過(guò)3kg，所以使用非常方便。不需要的組合型接頭，與普通閥類(lèi)同樣配管。有效利 用錐形隔膜止回閥的體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)利用原有閥門(mén)連接端的接頭形式，來(lái)組裝錐形隔膜止回閥更為合理。

b. 可任意安裝。升降式或旋啟式止回閥，都必須遵循其結構限定的方向安裝。對于錐形隔膜止回閥，因為*可動(dòng)部件——隔膜的質(zhì)量與其本身的彈性相比，可以忽略，因此，幾乎不受重力的影響，所以不管怎樣安裝，均能保證其作為止回閥的*性 能。尤其在空間受限制時(shí)的一些配管系統，使用錐形隔膜止回閥更能顯示出其*的優(yōu)點(diǎn)。

c. 動(dòng)作聲音小。因可動(dòng)部件只是膠制隔膜，閥門(mén)啟閉時(shí)產(chǎn)生的噪聲較小，并且無(wú)金屬間的碰撞，其音質(zhì)較溫和。

d. 泄漏極少。同樣，由于其*的構造，即密封處是膠制隔膜與其*的形狀結構，使錐形隔膜止回閥顯示出極*的密封性能。如果將止回方向的流體壓力稱(chēng)為逆壓，隔膜設計成即使在沒(méi)有逆壓作用的狀態(tài)，亦可靠隔膜本身的彈性而壓附在框架上。

在逆壓作用較高時(shí)，只要密封面壓力高，就可以發(fā)揮足夠耐逆壓的密封性。錐形隔膜止回閥可適用于氣體和液體，但就密封性來(lái)說(shuō)，氣體條件要求嚴格。

e. 不易產(chǎn)生振動(dòng)，對抑制水錘現象效果明顯。 如上所述，錐形隔膜止回閥的隔膜，即使不靠流體的壓力作用，僅靠本身的彈性也可壓附在框架里面而起密封作用。

這在小口徑制品上，缺點(diǎn)是需要的開(kāi)啟壓力稍高 （在大口徑制品上，和其他的止回閥比較，顯示出不遜色的低的開(kāi)啟壓力），但它也有不靠逆壓作用，而由于隔膜彈性的作用，使流體迅速閉止的效果。這點(diǎn)與使用彈簧加載的止回閥相似，由于彈性和膠制隔膜的振動(dòng)衰減性的差異，在產(chǎn)生振動(dòng)這一點(diǎn)上有很大*性，幾乎不產(chǎn)生振動(dòng)，關(guān)閉閥門(mén)時(shí)可有效抑止水錘現象。

f. 能用于氣體。由于錐形隔膜止回閥不存在金屬間的滑動(dòng)或沖擊部件，特別是具有泄漏少的優(yōu)點(diǎn)， 所以用作氣體的止回閥也沒(méi)有問(wèn)題，是一種很好的氣用止回閥。

③錐形隔膜止回閥的特性和應用

a.材料選擇。錐形隔膜止回閥的框架采用全不銹鋼制造。隔膜的常用材料見(jiàn)表6-1所示的六種橡膠。但實(shí)際應用中要根據流體種類(lèi)選擇適宜的材料。

框架材料取決于對流體是否具有耐蝕性，不能僅僅從流體種類(lèi)上確定，還要根據其濃度和溫度的變化進(jìn)一步驗證。特別是在酸、堿等的場(chǎng)合，需要考慮濃度、溫度和壓力等條件，必須慎重地判斷材料的適用性。當流體不是單一物質(zhì)而是混合物，含有不純物質(zhì)時(shí)，還要分析是否有產(chǎn)生化學(xué)反應的可能性。

因為閥門(mén)制造廠(chǎng)和橡膠制造廠(chǎng)，沒(méi)有所有流體對各種材料的耐蝕性的數據，鑒于這種情況，需要進(jìn)行試驗。表6~1列出了zui髙使用壓力在常溫下的數值。當溫度高于表中數值時(shí)，必須考慮以較低的壓力作為界限。

金屬材料一般在高溫下強度要降低。但在橡膠等高分子物質(zhì)上需要注意，因為其降低程度不能與金屬相比。

b. 壓力損失。根據流體種類(lèi)、溫度、黏度和密度等而變化。這不僅對錐形隔膜止回閥，而且對所有流體設備也存在這種問(wèn)題。錐形隔膜止回閥性能還取決于隔膜材料。這是由于各種橡膠材質(zhì)對其變形的抵抗相差很大所致。

天然橡膠在空氣中暴露時(shí)，不能忽視老化現象。 因為只能保證1?2年的壽命，所以不推薦應用在氣體（幾乎是空氣）中。

氟化橡膠隔膜比其他材料的彈性差，在對密封性要求嚴格的工況中也不推薦在氣體介質(zhì)中使用。

c. 確定口徑的方法。確定錐形隔膜止回閥口徑的一般原則是：選擇口徑等于應當組裝錐形隔膜止回閥的配管系統上的管子和其他閥的口徑。這個(gè)考慮方法大多數沒(méi)有問(wèn)題。例如，配管為lin時(shí)，選DJV25型，配管為4in時(shí)，選DN100型。

但一律用這樣單純的原則處理所有情況也不適合，所以錐形隔膜止回閥作為單獨判斷的原則，而制定下面的界限，這就是閥的前后壓差在0. 03 MPa以下或者流速在4m/s以下。

這是根據閥本身的限制，同時(shí)也考慮了整個(gè)配管系統的平衡，大致是可靠的數值。因為這個(gè)限制，不能使用錐形隔膜止回閥的場(chǎng)合非常少。

關(guān)于流速的限制性，主要是由于流速太大而產(chǎn)生激烈的紊流。從防止隔膜振動(dòng)這個(gè)觀(guān)點(diǎn)要由試驗決定。換句話(huà)說(shuō)，壓差的限制是基于隔膜靜的強度制定的限度，流速的限制是基于隔膜的振動(dòng)對于反復疲勞的強度而制定的限度。

d. 安裝方法。如前文所述的錐形隔膜止回閥， 利用配管中的法蘭等接頭之類(lèi)組裝是基本的用法。但是在組裝和替換以前的止回閥時(shí)，為了不改變安裝方法，如圖6-47所示，采用組合形式的螺紋接頭和帶短管的法蘭接頭。用組合螺紋接頭時(shí)，夾入法蘭間用 的“周邊”太大時(shí)，不僅沒(méi)有必要而且需要加大螺紋接頭的外形，所以“周邊”的直徑盡量要小。

錐形隔膜止回閥的產(chǎn)品系列，一般口徑為JDN13?200。由于使用有些不方便，因此對口徑DN250以上的規格，可從現有產(chǎn)品系列中，選擇適當口徑的錐形隔膜止回閥，做成“多圓錐型”。

現有產(chǎn)品系列不制作口徑DN250以上規格，其理由之一是：形成這種尺寸時(shí)的隔膜的自重與其自身的彈性相比，不能忽視，而難于有效利用上述錐形隔膜止回閥*的優(yōu)點(diǎn)。其理由之二是：即使在設計上做些修改，能滿(mǎn)足大口徑隔膜的制作，但由于大口徑 制品的需要量少，而使其價(jià)格提高。

e.應用中應注意的其他事項。任何流體設備， 均不希望液體中含有雜質(zhì)，錐形隔膜止回閥也不例外。它沒(méi)有金屬間的接觸分，不能發(fā)生因雜質(zhì)而卡住或發(fā)熱黏著(zhù)現象。但框架上有許多小孔，難以通過(guò)纖維狀雜質(zhì)，所以必須盡量清除掉。纖維狀雜質(zhì)掛在框架的孔上，即使不會(huì )立即產(chǎn)生障礙，也會(huì )影響密封性和增大流體阻力，應引起注意。反之，粒徑在1mm以下的固體雜質(zhì)，只要不黏著(zhù)就能通過(guò)。但是氣體中含有固體雜質(zhì)時(shí)，不管粒徑大小，均會(huì )損傷隔膜的密封面，所以應盡量與過(guò)濾裝置并用。

在維護或安裝工程中，應該慎重，不要損傷密封面。

錐形隔膜止回閥只要掌握正確的使用方法（因無(wú)磨損），通常不需要進(jìn)行隔膜的安裝和拆卸。如果因為某些情況，需要更換隔膜時(shí)，安裝隔膜的螺釘不要擰得太緊。關(guān)于螺釘的轉矩，雖然沒(méi)有特別規定，但是要使隔膜和框架之間輕輕擰緊得沒(méi)有縫隙，再靠雙螺母防止松弛。

在隔膜任何部分增加不適宜的外力，都會(huì )使其變形而損傷密封性能。

④有效利用錐形隔膜止回閥的優(yōu)點(diǎn)的實(shí)例上述有效利用錐形隔膜止回閥的優(yōu)點(diǎn)的用途，涉及很多方面。首先舉出一般性的例子，是作為泵的底閥用。事實(shí)上一點(diǎn)不漏，這是作為底閥zui重要并且也是本質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。一般在安裝工程環(huán)境不好的泵房，重量輕也成 為大的優(yōu)點(diǎn)。利用可任意安裝的優(yōu)點(diǎn)，使維修很容易。

對原有的接頭之類(lèi)，如能巧妙利用，幾乎不再改變設計，便可安裝錐形隔膜止回閥。如小口徑止回閥組裝在各家庭的水表上，以防止上水道系統倒流，其試驗研究接近于實(shí)用階段。作為氣體值得關(guān)注的實(shí)例是應用在粉體壓送系統上。

粉體壓送系統，就是用壓縮空氣輸送水泥等粉塵類(lèi)介質(zhì)的系統。為防止粉粒體倒流進(jìn)壓縮機，必須安裝止回閥。此類(lèi)工況，以前選用升降式和旋啟式止回閥時(shí)，因為需要依靠產(chǎn)生倒流而使閥門(mén)關(guān)閉，所以不能避免粉塵倒流進(jìn)壓縮機。因此，不僅壓縮機會(huì )遭受損害，而且止回閥也只有幾個(gè)月的壽命。

換用錐形隔膜止回閥后，可有效改善上述缺陷， 基本能滿(mǎn)足此類(lèi)系統需求。

（4）褶皺的環(huán)狀橡膠隔膜止回閥

圖6-48所示的止回閥采用了褶皺的環(huán)狀橡膠隔

膜作為關(guān)閉件。當閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，褶皺上的唇形膜片關(guān)閉了流道的中心孔，順流時(shí)褶皺膜張開(kāi)，唇形膜片從閥座上縮回。由于在閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，隔膜受彈性張力， 并且閥門(mén)從全開(kāi)到關(guān)閉時(shí)唇形膜片的行程很短，因此隔膜式止回閥的關(guān)閉速度極快。該閥門(mén)很適用于流量變化較大的工況，但這種閥門(mén)的壓差不能超過(guò)lObar （1451bf/in2）,zui高工作溫度約74°C （158 °F）0

①彈性套管隔膜止回閥圖6-49中所示為彈性套管隔膜止回閥的關(guān)閉件，含有撓性套管，且在其中的一端被壓平。介質(zhì)正向流動(dòng)時(shí)，套管的扁平端張開(kāi)，而當介質(zhì)倒流時(shí)，套管的扁平端閉合。

套管由大量不同的彈性體制成，且外部用于汽車(chē)輪胎結構的用類(lèi)似的尼龍纖維加固。套管內部較軟， 能夠固定住固體。因此閥門(mén)就特別適合在攜帶固體或在包含泥漿的介質(zhì)中使用。

彈性套管隔膜止回閥，用于磨損性的漿液、污水、泥漿和其他“難以對付”的介質(zhì)，該閥門(mén)的核心是由纖維加強的合成橡膠止回套管，它可以一直保持流阻zui小。正向壓力自動(dòng)開(kāi)啟閥門(mén)，反向壓力使閥門(mén)關(guān)閉。

②堰式隔膜式止回閥圖6-50所示是帶襯里的堰式隔膜式止回閥，其結構與堰式隔膜內置的橡膠止回套管，使因持續控制磨損性泥漿所造成的對閥門(mén)的磨損和侵蝕降至zui小。該止回閥沒(méi)有諸如搖桿、閥瓣、金屬閥座等機械零件，這些零件容易造成閥門(mén)腐蝕、開(kāi)關(guān)不靈或無(wú)法開(kāi)關(guān)。*的橡膠止回套管可以在介質(zhì)含大量顆粒的場(chǎng)合正常密封， 該閥門(mén)靜音操作，無(wú)振顫。

該閥門(mén)內置支架以提高管中隔膜止回閥的額定背壓。支架采用碳鋼或不銹鋼焊接件，至于殼體內，支撐橡膠止回套筒的拱起部分。

性能特點(diǎn)：

a. 耐磨且防止倒流。

b. 可在顆粒介質(zhì)條件下正常關(guān)閉。

c. 沒(méi)有鏈接和閥座活動(dòng)不靈或卡死免維護設計。 

d. 可在任何位置安裝。

e. 靜音、無(wú)撞擊、消除振動(dòng)。 

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