专利名称：一种微阻球型止回阀的制作方法
技术领域：
本发明属于流体管道开闭阀设计领域，尤其涉及对阻止液体反向流动和防止破坏性水锤发生的大口径、频繁开停的流体管道开闭阀，特别涉及一种微阻球型止回阀。
背景技术：
众所周知，在流体输送工程中，止回阀作为管道系统顺流时开启，逆流时关闭的阀门，主要用于防止介质倒流，防止水泵及驱动电机突然停止运行时产生的水击波，减轻对管路系统的破坏。现使用的止回阀包括旋启式止回阀、升降式止回阀、蝶式止回阀和球型止回阀。旋启式止回阀有一个铰链机构，还有一个像门一样的阀瓣自由地靠在倾斜的阀座表面上，为了确保阀瓣每次都能到达阀座面的合适位置，阀瓣设计有铰链机构，以便阀瓣具有足够的旋启空间，并使阀瓣全面地与阀座接触，阀瓣可以全部用金属制成，也可以在金属上镶嵌皮革、橡胶、或者采用合成覆盖面，这取决于使用性能的要求。旋启式止回阀在完全打开的状况下，流体压力几乎不受阻碍，因此通过阀门的压力降相对较小，但阀瓣在部分打开流体通过阀体时，对流体阻力大，损失增加。升降式止回阀的阀瓣位于阀体上阀座密封面上，除了阀瓣可以自由地升降之外，其余部分如同截止阀一样，流体压力使阀瓣从阀座密封面向上抬起，介质回流导致阀瓣回落到阀座上，并切断流体流动，根据使用条件，阀瓣可以是全金属结构，也可以是在阀瓣架上镶嵌橡胶垫或橡胶环等形式，像截止阀一样，流体通过升降式止回阀的通道也是狭窄的，因此通过升降式止回阀的压力降比旋启式止回阀大些，并且流量也受到一定的限制。蝶式止回阀的结构类似于蝶阀，阀瓣围绕阀座内的销轴旋转，其结构简单，只能安装在水平管道上，密封性较差，并且流阻、水锤压力较大。球型止回阀当水泵开动时，水在压力的作用下冲开钢心胶球，使钢心胶球运动至后阀体中的锥形体上，并固定其位置，止回阀开启；停泵后，由于管路系统中的回水压力，迫使钢心胶球运动至前阀体，达到的关闭的目的。球体置于每个孔中，流体在进入阀体和流出阀体的过程中各走其道，互不干扰，关阀过程中的冲击力引起的振动和噪音小，并彻底消除跑球故障。目前国内使用最普遍的止回阀是旋启式止回阀和升降式止回阀，普遍存在一些缺点。例如旋启式止回阀的缺点有关闭时由于水锤作用产生的“巨响”和振动；由于阀板振动使阀中的轴和轴套产生机械摩擦运动，当阀板振动频率越高时，轴和轴套间会产生严重的磨损，造成法板脱落，使系统保护失效；当阀瓣在部分打开时，阀内流体流态紊乱，流阻损失大等。升降式止回阀的缺点有可以自由升降的阀瓣在上升至完全开启的过程中，阀瓣一直在消耗流体的能量，阻力损失大，并且流体通过升降式止回阀的通道狭窄，过流量限制较大。蝶式止回阀的缺点有带动阀瓣旋转的销轴磨损严重，只能安装在水平管道上，密封性较差，并且流阻、水锤压力较大等。球型止回阀的缺点有止回阀开启后，胶球在液体的冲击作用下，颤抖严重，胶球表面的橡胶破坏快。锥型体固定多采用对称焊接的固定筋板，对流体流动产生阻碍作用，流体流动力损失大。
发明内容
本发明根据现有技术的不足公开了一种微阻球型止回阀。本发明要解决的问题是通过对微阻球型止回阀中锥型体的设计，消除球的颤抖问题和减少水力损失，设置球道约束球在后阀体中的运行，并控制球在停泵时的运动时间，减轻对管道系统的破坏，达到安全运行的目的。本发明通过以下技术方案实现微阻球型止回阀，包括前阀体和后阀体构成的止回阀体、设置于止回阀体中的球和锥型体，其特征在于所述锥型体沿止回阀体中心轴线对称布置，锥型体大端的最大内径不小于球的直径。所述锥型体前端有球道，球道沿流体流动方向设置并由3至4根柱状连接筋构成。所述锥型体固定在后阀体顺流体流动方向布置的流道分隔板上。所述锥型体设置于止回阀体中心轴线上和/或对称设置于止回阀体中心轴线周围。所述设置于止回阀体中心轴线上的锥型体为对称的正圆锥体。所述对称设置于止回阀体中心轴线周围的锥型体为异形圆锥体，异形圆锥体大端入口横截面与流体流动方向垂直，异形圆锥体尾部沿后阀体流体流动方向布置。优选所述锥型体大端的最大内径与球的直径相同。所述球道长度L根据不同管路系统中，在满足管路中输送液体的流速和压力要求下，在前端来流突然切断后，受到回水压力，球需在2秒内由后阀体的锥型体包裹位置回到前后阀体的密封位置截断水流所需要的长度作为球道的长度L。本发明球道的长度L为球半径的I. 80 I. 92倍。所述球表面覆盖有均匀的弹性材料。微阻球型止回阀因加工原因设计为前阀体和后阀体组合结构，通过设置于止回阀体中球移动实现关闭和开启止回阀中相应的流道密封孔完成流体通道的关闭和开启。流体通道开启时球由后阀体中设置的锥型体大端开口嵌入固定，流体通道关闭时球与止回阀中相应的流道密封孔嵌入关闭；本发明止回阀以止回阀体中心轴线对称布置锥型体，即可以在中心轴线上设置锥型体，可以以中心轴线为圆心在相应圆周上对称设置锥型体，中心轴线上、中心轴线相应圆周上对称设置的锥型体可以同时设置也可以单独设置；锥型体大端开口均与流体流动方向垂直，整体锥型体由大端到小端顺流体流动方向布置；锥型体大端开口的最大内径不小于球的直径，即流体通道开启时球至少有二分之一的面积嵌入锥型体大端开口中，在该开启状态时，球表面无反向等方向流体受力，固定稳定，不发生颤抖现象。本发明还在每个锥型体前端设置球道使球在开启和关闭过程中沿球道移动，球道沿流体流动方向设置并由3至4根柱状连接筋构成，球道的设置使球在开启和关闭过程中移动稳定，开启和关闭过程迅速，不会发生偏移；并且根据球半径的I. 80 I. 92倍设置球道长度；球道采用顺流体流动方向设置的柱状连接筋构成，不会增加对流体的阻力，连通流通效率更好。球道结构控制球在停泵时从后阀体运动到前阀体的运动时间，实现控制突然停泵时产生的水锤大小，从而减轻对管道系统的破坏，达到安全运行的目的。与同口径的常规止回阀相比其停泵时产生的水锤小，管道系统的水力振动小，只占常规止回阀的8%-12%。、
本发明将锥型体固定在后阀体顺流体流动方向布置的流道分隔板上，即在止回阀体中尽量减少与流体流动方向不同的连接件，减少对流体的阻力，配合锥型体的布置，本发明最大限定地减少对流体的阻力提高了流通效率，减少了流道中的流体力损失，与同口径的常规止回阀相比其流阻小，只占常规止回阀的5%-10%。综上所述，本发明微阻球型止回阀在管路系统中使用时，水力损失小，管道系统的水力振动小，管道系统安全可靠性高，有利于预防事故的发生具有较好的防水锤和节能效果等目的。本发明通过对多流道的后阀体中控制球的锥型体的设置，解决球的颤抖问题和减少水力损失。设置球道使球在后阀体中运行，并控制球在停泵时从后阀体运动到前阀体的运动时间，达到控制突然停泵时产生的水锤大小，从而减轻对管道系统的破坏，达到安全运行的目的。
图I是本发明止回阀截面结构示意图；图2是图IAA面结构示意图；图3是本发明锥型体一种结构示意图；图4是本发明维型体另一种结构不意图；图5是本发明锥型体和球道结构示意图；图6是本发明锥型体和球道结构截面示意图。图中，I是前一连接法兰，2是前阀体、3是前二连接法兰，4是后二连接法兰，5是流道密封孔，6是球道，8是锥型体，9是后阀体，10是后一连接法兰，11是前流道分隔板，12是流道，13是后流道分隔板，14是钢圈，15是连接筋，16是锥型体异型段，17是锥型体直锥段。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进行进一步的描述，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整属于本发明保护的范围。结合图I至图6。如图所示，微阻球型止回阀，包括前阀体2和后阀体9构成的止回阀体、设置于止回阀体中的球7和锥型体8，锥型体8沿止回阀体中心轴线对称布置，锥型体8大端的最大内径不小于球7的直径。锥型体8前端有球道6，球道6沿流体流动方向设置并由3至4根柱状连接筋15构成。锥型体8固定在顺流体流动方向布置的流道分隔板上。锥型体8设置于止回阀体中心轴线上和/或对称设置于止回阀体中心轴线周围。设置于止回阀体中心轴线上的锥型体8为对称的正圆锥体。对称设置于止回阀体中心轴线周围的锥型体8为异形圆锥体，异形圆锥体大端入口横截面与流体流动方向垂直，异形圆锥体尾部沿后阀体9流体流动方向布置。优选锥型体8大端的最大内径与球7的直径相同。
球道6的长度L为球7半径的I. 80 I. 92倍。球7表面覆盖有均匀的弹性材料。为了方便说明本发明，本例采用如图所示的七流道密封孔5结构。包括前阀体2、后阀体9、前阀体2与管路联接的前一连接法兰I、后阀体9与管路联接的后一连接法兰10、前后阀体相互联接的前二连接法兰3和后二连接法兰4、流道密封孔5、球道6、球7和锥型体8构成，球道6由两个钢圈14和四根圆柱钢条连接筋15构成，周向布置的锥型体8由异型段16和直锥段17构成，在图5和图6中，线a的位置 标示异型段16和直锥段17的焊接位置，前流道分隔板11、后流道分隔板13构成流体流道12。流体通过与前阀体2联接的管路进入前阀体2，并通过前阀体2中各自独立的流道，进入前阀体2与后阀体9的结合部分，球7在流体的推力作用下，离开前阀体2，在后阀体9的球道6中运动到锥型体8，并在流体压力和锥型体8的反作用力的作用下，压紧在锥型体8上，此时止回阀完全打开，从前阀体2来的流体通过后阀体9对应的流道12，排出到后阀体9所联接的管路中去，从而完成止回阀打开过流的全过程。当停泵时，管路中的微阻球型止回阀中的球7在回水压力下，从后阀体9中的锥型体8脱离，在球道6中运动到前阀体2的流道密封孔5，截断流体，阻止液体反向流动和防止破坏性水锤的发生。从而对管路系统及其相应的设备进行保护，使管路系统达到安全，稳定运行的目的。本发明所研究的独立流道球型止回阀，根据流体绕流特性，通过CFD优化分析，对后阀体9内布置的锥形体8结构形式进行优化，设计出了一种流线形异型锥形体8结构，使每个独立流道中球7的绝大部分都在锥形体8的包裹中，改善了止回阀中球7在后阀体9中的受力状态，阀体全开时，周向布置的锥形体8受力分析如图4所示,其中F1表示球阀全开时流体作用在球7的压力，F2表示球阀全开时锥形体8的异型段16头部对球7的约束力，F3表示球阀全开时锥形体8的异型段16对球7的反作用力，F4表示球阀全开时锥形体8的异型段16头部对球7的约束力，F3x表示球阀全开时锥形体8的异型段16对球7的反作用力F3在X方向的分力，F3y表示球阀全开时锥形体8的异型段16对球7的反作用力F3在I方向的分力，这些力在球阀全开时有FJF3x=O, F4+F2+F3Y=0，在管路进行液体输送时，在不同的流速下，球阀全打开后，球7在水压力和锥形体8的作用力下均能压紧在异型锥形体8内，并保持静平衡，从而消除球7由于受力不平衡时产生颤抖的现象，减缓球7表面的破坏，并减少由于球7的颤抖产生的水力损失。设置于止回阀体中心轴线上的锥形体8受力相似，且由于对称平衡设置受力更平衡。锥形体8与球道6焊接在一起其结构如图5、图6所示，在锥形体8所在的流道空间内取消了已有的球型止回阀在固定对称锥形体时焊接的筋板，减少后阀体9对流体流动时的阻碍作用，从而在球阀打开时，减少了液体在后阀体9中流动时在锥形体8所在的流道段的水力损失。与同口径的常规止回阀相比其流阻小，只占常规止回阀的5%-10%。同时对球道6的尺寸进行优化，控制球阀中的球7在停泵时的关阀路径，即如图5、图6所示的长度L大小，从而控制球7在停泵时从后阀体9运动到前阀体2的运动时间，达到控制突然停泵时产生的水锤大小，从而减轻对管道系统的破坏，达到安全运行的目的。与同口径的常规止回阀相比其停泵时产生的水锤小，管道系统的水力振动小，只占常规止回阀的8%-12%。本例球7采用钢心胶球，即钢球表面涂覆有弹性橡胶或弹性塑料等材料。钢心胶球能进一步增加密封效果，在关闭和开启时更稳定可靠。
权利要求
1.一种微阻球型止回阀，包括前阀体(2)和后阀体(9)构成的止回阀体、设置于止回阀体中的球(7)和锥型体(8)，其特征在于所述锥型体(8)沿止回阀体中心轴线对称布置，锥型体(8)大端的最大内径不小于球(7)的直径。
2.根据权利要求I所述的微阻球型止回阀，其特征在于所述锥型体(8)前端有球道(6)，球道(6)沿流体流动方向设置并由3至4根柱状连接筋(15)构成。
3.根据权利要求2所述的微阻球型止回阀，其特征在于所述锥型体(8)固定在顺流体流动方向布置的流道分隔板上。
4.根据权利要求3所述的微阻球型止回阀，其特征在于所述锥型体(8)设置于止回阀体中心轴线上和/或对称设置于止回阀体中心轴线周围。
5.根据权利要求4所述的微阻球型止回阀，其特征在于所述设置于止回阀体中心轴线上的锥型体(8)为对称的正圆锥体。
6.根据权利要求4所述的微阻球型止回阀，其特征在于所述对称设置于止回阀体中心轴线周围的锥型体(8)为异形圆锥体，异形圆锥体大端入口横截面与流体流动方向垂直，异形圆锥体尾部沿后阀体(9)流体流动方向布置。
7.根据权利要求5或6所述的微阻球型止回阀，其特征在于所述锥型体(8)大端的最大内径与球(7)的直径相同。
8.根据权利要求3所述的微阻球型止回阀，其特征在于所述球道(6)的长度L为球(7)半径的I.80 I. 92倍。
9.根据权利要求3所述的微阻球型止回阀，其特征在于所述球(7)表面覆盖有均匀的弹性材料。
全文摘要
本发明公开了一种微阻球型止回阀。包括前阀体和后阀体构成的止回阀体、设置于止回阀体中的球和锥型体，锥型体沿止回阀体中心轴线对称布置，锥型体大端的最大内径不小于球的直径；锥型体前端有球道，球道沿流体流动方向设置并由3至4根柱状连接筋构成；锥型体固定在后阀体顺流体流动方向布置的流道分隔板上。本发明通过对多流道的后阀体中锥型体的设置，解决球的颤抖问题和减少水力损失；设置球道使球在后阀体中运行并控制球的运动距离及时间，达到控制水锤大小的目的，从而减轻对管道系统的破坏，实现安全运行。本发明微阻球型止回阀水力损失小，管道水力振动小，安全可靠性高，具有较好的防水锤和节能效果。
文档编号F16K47/02GK102748510SQ201210255440
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者宋文武, 江竹, 王波, 王燕, 符杰 申请人:西华大学