随着国内对能源的消费量的的增加，天然气长输管线得到了巨大的发展。在大力发展管道输送的同时，对设备的可靠性也提出了更高的要求。为了保护压缩机或泵安全运行，一般在压缩机或泵出口设置防止介质倒流的止回阀。然而对于普通的旋启式、双板止回阀，阀门阀板往往存在不能完全打开，造成介质流动不稳定，压损大，噪声大等问题，从而影响大型压缩机或泵的正常运转。这时就需要采用特殊型式的轴流式止回阀，以保证上述设备管道系统安全有效运行。现在长输管线尤其是干线上应用的轴流式止回阀几乎均采用国外品牌，但是在实际运行过程中我们发现国外产品不一定能够安全可靠地运行，因此从保证国家能源安全的角度出发，选择何种类型的轴流式止回阀并实现关键轴流式止回阀的国产化显得尤其重要。
1、轴流式止回阀的工作原理及功能特性
1.1轴流式止回阀的工作原理
       轴流式止回阀是安装在压缩机、泵等装置或管线上，防止介质回流的保护装置。当正向流动的介质流动到阀瓣位置时，流动受阻，一部分动能转化为压力能，推动阀芯，阀门开启；随着阀前介质流量和压力的减小，在弹簧作用力和介质背压作用下阀门关闭阻止介质回流。止回阀的工作特点是载荷变化大，启闭频率小，一投入开启或关闭状态，使用周期就很长，但一旦有“切换”要求，则必须动之灵活，且实现紧密截断。这一要求较常见的机械运动更为苛刻。
1.2轴流式止回阀的功能特性
       轴流式止回阀的功能特性主要体现在以下几个方面：
       1）实现可靠密封。密封是轴流式止回阀的关键，小口径的轴流式止回阀由于尺寸和结构便利，一般采用将阀座直接加工在阀体上的方式实现，且可以轻松实现紧密密封；而随着口径的增大，阀座的加工制造难度将呈非线性增加，因此，一般情况是将阀座单独拆下来作为一个零件加工制造，由此而导致的密封问题就是各制造厂家极力研究的关键，也是影响轴流式止回阀在长输管线运行可靠与否的关键因素。
       2）具备高的流通能力和低的压力损失。按照文丘里原理和流线型设计的阀体流道结构和过流元件，是轴流式止回阀具备小流阻系数，大流通能力的关键，也是轴流式止回阀在长输管线输送中处于绝对主导地位的决定因素。典型的轴流式止回阀的压降曲线如图1所示：

       3）具备高的防水击能力。精确的弹簧设计和过流面积的巧妙配置，使得轴流式止回阀工作时可迅速响应回流的介质，较短的关闭行程保证阀门在关闭时无撞击，同步响应回流介质也避免了水击现象的发生，与其他类型的止回阀相比，轴流式止回阀具备更加优异的动态特性。这也是轴流式止回阀能够降低甚至避免水击破坏的原因。图2是说明几种止回阀防水击能力的动态特性曲线。从图中可以看出，在同样的流量负加速度下，轴流式止回阀的倒流速度远小于其他止回阀，而水击的大小和倒流速度成正比，因此，轴流式止回阀关闭产生的水击比其他止回阀小。

2、两种典型结构轴流式止回阀的比较
       轴流式止回阀是一种流动介质呈轴线流动且流道沿轴线高度对称的止回阀，其典型结构如图3所示，轴流式止回阀主要由单一结构的阀体1、阀套7、阀瓣3、阀杆4、阀座2、衬套6、弹簧5和其他紧固件密封件等组成。

       但是在实际的使用中，我们发现其实存在两种结构的轴流式止回阀。一种是图3所示的圆盘形阀瓣结构的轴流式止回阀，另一种则是圆环形轴流式止回阀，在国家标准GB/T21387中，又将其叫做环盘型轴流式止回阀，下文统称环盘型轴流式止回阀。对于该两种结构的轴流式止回阀，对其结构优劣做如下分析：
       1）圆盘形轴流式止回阀
       如图3所示，圆盘形轴流式止回阀阀体为整体结构，连续的阀体无任何向外的泄漏点。阀体流道由阀体内壁和过流元件构成，呈轴对称；阀体流道一般采用文丘里原理设计，即保证阀门在关闭时流道具备高的流速以使阀瓣前后形成压差，保证阀瓣的开启，同时实现稳定输送介质并保证阀瓣具备稳定的位移状态。在保证介质流经阀门后具备好的流态外，该类型轴流式止回阀一般将阀杆设计得很长，长的导向长度和短的启闭行程结构，保证阀门具备良好的对中性和启闭性能；从而确保阀门稳定的运行。圆盘型轴流式止回阀的阀瓣与阀杆连接在一起作为阀门运动过程中的主要运动件和关闭件。阀瓣一般做成弧形的单阀瓣，以使其既能与阀体形成良好的流动通道，又能使阀瓣在满足强度和刚度的条件下，获得最小的惯性，这对减少阀门的流阻有重要的意义，对最大程度减少阀门关闭时阀瓣对阀座的撞击也具有一定的意义。弹簧一般设计为单一弹簧结构，且一般均设置在阀瓣后方起推动阀瓣迅速响应介质流量变化而关闭阀门的作用。弹簧加载结构，保证在泵或压缩机停止后，阀瓣能够迅速响应介质的变化，以致迅速关闭，防止大量介质回流而影响泵或压缩机正常使用。该类型轴流式止回阀密封结构基本上都采用金属密封+软密封的复合密封方式，密封可靠，但是要做到真正的零泄漏密封，还具有相当的难度。稳定响应介质流量的变化并实现可靠密封是该类型轴流式止回阀的最大优点。但是为了保证介质通过阀门后具有较好的压力恢复能力，该类型轴流式止回阀一般设计得较长，将导致成本增加。
       圆盘形轴流式止回阀结构简单，各关键结构设计稳定可靠，适宜除了含高浓度颗粒介质的矿浆之外所有介质的输送。但是在输送低温和高温介质时，应考虑密封件的耐用性。
       2）环盘型轴流式止回阀
       如图4所示，环盘型轴流式止回阀主要由阀体1（包含前导流体9和筋10）、阀座7+8、导流体6、弹簧5、阀瓣12、导向片2、紧固螺栓3和紧固件等组成。同圆盘形轴流式止回阀一样，环盘型轴流式止回阀也具备单体结构，即在单一的阀体内设置过流通道，与圆盘形轴流式止回阀不同的是，该类型轴流式止回阀具有两个过流通道，一个为阀体与阀瓣和导流体形成的外涵道，另一个为由设置在阀体上的内导流体与阀瓣和导流体形成的内涵道。由于该种通道结构的设计，保证了可以将阀体设计成较短的结构，同时内外涵道的设计可有效的降低阀门运行中的噪声水平。但是由于内涵道与外涵道间的内导流体占据了过流通道内较大的面积，阀门的流通能力将大打折扣，尤其是在高流量输送条件下，该阀的流通能力的不足将更加明显。导流体与阀体以及其他内件装好后，通过一个细长的紧固螺栓连接固定，以此形成上述流线型的内外涵道。该类型轴流式止回阀过流元件均从阀体后端装入，保证了过流通道可通过机械加工以获得高的表面粗糙度，这对于降低流阻是有利的。环盘型轴流式止回阀的阀座设计在阀体的内壁和用筋与之相连的前导流体上，共两道密封面，即内外环密封面。由于阀座密封面的内外环设计，使得阀瓣的形状为环盘型结构，因此阀瓣本身的受力状况得到改善，即便是在高压力情况下，阀瓣的厚度也仅为其他类型轴流式止回阀阀瓣厚度的不到三分之一，这将大大减轻阀门的重量。但是，环盘型阀瓣要求具有内外两个密封面，这对加工设备要求极高,且加工精度还不能很好的保证。环盘型轴流式止回阀一个最大的特点是其阀瓣处于浮动状态，阀瓣的定位仅由几片放射状的导向片支撑，在导向片的后端设置一颗弹簧，以提供关闭阀瓣时需要的回座的力。但是随着阀门口径和压力的增大，阀瓣的增大的阀瓣的重量带给导向片的破坏力将决定该类型轴流式止回阀使用效果和使用寿命。

       环盘形轴流式止回阀结构复杂，关键的运动件阀瓣在结构上存在不稳定性，适宜小口径低频启闭工况，在大口径环境尤其不适宜波动较大的气体介质的输送。在输送低温和高温介质时，只要保证阀体材料适用性即可。
       圆盘形轴流式止回阀制造厂家以荷兰的MOKVELD最为著名，国内也有几个厂家在制造该种结构止回阀，但是在中石油系统有业绩的厂家不多。由于环盘型结构的加工制造难度和其本身存在的结构缺陷，国内几乎没有厂家生产制造。
3、国外轴流式止回阀在长输管线上的常见故障情况分析
       轴流式止回阀在长输管线上多应用于压气站压缩机出口或泵出口，其主要功能是防止介质回流，从而保护压缩机和泵。其主要性能指标是：启闭的灵活性稳定性和密封的可靠性，具备低的流阻系数；性能的稳定性和产品寿命应得以保证。
       国内长输管线干线所用轴流式止回阀几乎全部被国外品牌垄断，尤其是关系国计民生的西气东输一、二、三线等所有站场用大口径轴流式止回阀几乎均为MOKVELD、GOODWIN和NOREVA所垄断。但就其使用性能来看，采用圆盘形结构的MOKVELD轴流式止回阀几乎没有出现什么问题，采用环盘形结构的GOODWIN和NOREVA在安装前和使用初期至今，有一些站场陆陆续续地反应出其问题不断。
       综合分析庆铁三线和西二线等长输管线站场安装的轴流式止回阀使用情况，环盘型轴流式止回阀主要存在比较普遍的关闭不严和阀内有异响的问题。主要表现在以下几个方面：
       1）安装前试压时阀门不能起压密封；
       2）使用过程中发现阀门不能有效的关闭，需要通过关闭管路上的挨着的球阀才能切断管路；
       3）使用一段时间后发现阀内有较大声响，阀门完全不能关闭，存在较大安全运行风险。
       我们对出现的问题做了大量的研究，分析出发生这些问题的根本原因，均是由于环盘型轴流式止回阀标新立异的浮动阀瓣结构所导致的。
       圆环形轴流式止回阀采用双密封面密封方式，要求浮动的阀瓣的两个密封面与阀体的两个密封面紧密配合实现密封，由于该类型轴流式止回阀阀瓣浮动，且由导向片支撑，装配的间隙和因阀瓣自身重力导致的导向片受力不均将导致阀瓣与阀座很难对准，因此，阀瓣和阀座再低流量条件下很难起压密封。在实际的运行工况条件下，当回流的介质不能迅速回流对阀瓣形成冲击时，阀瓣也不能很好的与阀座吻合，因此，在多变的实际输送工况条件下，该类型轴流式止回阀往往存在泄漏的情况。
       环盘型轴流式止回阀采用浮动的阀瓣结构，即实现关闭的关键件阀瓣由三个或四个放射状的导向片实现导向，并实现在静止状态下的限位。导向片一端连接在后端的导流体上，另一端连接弹簧座，弹簧座背部设置弹簧，利用弹簧的弹力使弹簧座前端与阀瓣内的U行环槽配合，起到定位阀瓣的作用。阀瓣的运动将由导向片围绕螺栓连接段做转动运动的同时实现阀瓣的前后运动。该结构复杂，且为了保证阀瓣前后运动和保证弹簧片对阀瓣具备低的运动阻力，导向片一般设计得很薄。该结构设计精巧，但同时其弊端也是显而易见的：三片或者四片薄薄的导向片由于装配误差，决定了阀瓣的重力将长期由一个或两个导向片来承受，在响应波动流量的运动过程中极易疲劳破坏，当一个导向片破坏后，接着将发射后续导向片断裂，最终导致整个阀门失效报废的后果。最关键的危害是：当导向片断裂后，断裂后的导向片或碎片可能随介质逃离到管线下游段破坏其他设备，甚至有造成其他安全事故的危害。
       这些出现问题的阀门不仅对现场带来多余的操作，更重要的是更换该阀门将对我们造成巨大的经济损失，比如，切割一台止回阀，需要无谓的放空掉至少几万方的天然气，经济损失极大。一直以来，大家都认为采用国外的产品尽管价格相对昂贵，但是能够保证使用性能和使用寿命，然而，从实际的使用情况来看，大面积的使用环盘型的轴流式止回阀正在给我们带来一系列的麻烦。如果更换一台国外的止回阀，交货期至少半年以上，这对于现场的安全运行是一种极大的挑战，我们只有通过关闭机组来避免这种危害的发生。如果所有进口阀门都这样，我们的管线安全运行如何保证，国家安全如何保证。
4、轴流式止回阀国产化研究与应用现状与国产化取得的成绩
4.1、国内轴流式止回阀的研究现状
       国内阀门企业对轴流式止回阀的研究起步较晚，相比国外的研究与开发有不小的差距。但随着国民经济的快速发展，轴流式止回阀需求的不断增加促使国内的阀门生产企业开始关注轴流式止回阀的研发与生产。最近十多年来，国家对能源领域的大量投资促进了国家装备制造业的发展，轴流式止回阀乘着这股春风也得到了前所未有的发展。国内先后出现了一批研究轴流式止回阀的厂家和研究机构对轴流式止回阀做了一些研究和应用，但国内各厂家技术水平发展不均衡，对轴流式止回阀的研究存在以下一些特点：
       1）各个厂家发展不均衡，技术水平参差不齐；但研究的轴流式止回阀结构形式多为圆盘形结构。
       2）除了个别厂家取得了轴流式止回阀方面的专利技术外，其他厂家几乎没有具有核心竞争力的专有技术；
       3）缺少大口径高压力轴流式止回阀的业绩。从使用情况来看，目前国内轴流式止回阀部分厂家的产品不比国外产品质量差；但都是小规格低参数，一般都只应用在支线上。对于NPS36、CALS900及以上的轴流式止回阀涉猎较少，几乎全部依赖进口；
       4）缺少试验装置，对于大口径的止回阀无法测试其压力降；国内尚无可以实现流阻试验的公共实验平台或专有实验平台对产品做技术支持。
4.2 国产化轴流式止回阀应用情况
       这些年我们中石油的轴流式止回阀一直以进口为主，通常只把16"以下的小口径阀列为国产，偶尔因国外厂家供货来不及等原因有几次实现了大口径32"的国产化。但不论大口径还是小口径，已经国产化的2000多台轴流式止回阀几乎都由国内一家叫做“自贡新地佩尔阀门有限公司”的厂家提供。可喜的是，经近十年的使用，这些阀门没有因制造技术水平等原因出现大的问题。我们经深入调查发现，这家企业10多年来一直致力于轴流式止回阀制造技术和设计技术的突破，近几年来，他们采用源汇法和数学解析法相结合的方法设计轴流式止回阀的阀芯线型，并以此方法对轴流式止回阀阀芯的线型进行优化设计，并采用专业的分析软件仿真流场情况和计算压降水平，大大优化了流道和过流元件结构；在结构设计上，他们突破了传统的密封结构技术，创造性的取得阀座发明专利技术，实现了大口径轴流式止回阀零泄漏的技术突破，现已基本赶上国外水平，部分技术已经超过国外先进水平。其大口径止回阀已经在庆铁线、西二线轮南支干线、中哈天然气管线得到成功应用，从实际使用情况来看，该厂家已经具备了与国外厂家一较高下的能力。
4.3 国产化轴流式止回阀取得的成绩
       为满足国家能源管道业务快速增长对关键设备的需要，全面提升油气管道设备的保障能力，国家能源局组织实施了第二批油气管道关键设备国产化的工作，对长输管道关键阀门设备进行攻关，通过新产品研制开发及建设应用示范工程，实现天然气长输管道用关键阀门在国内油气长输管道工程中全面实现国产化。轴流式止回阀作为保护压缩机和泵的关键设备，作为了该批次国产化的重要设备。
       参与本次轴流式止回阀国产化的厂家有三家：自贡新地佩尔、苏州钮威和重庆科特。截止到目前为止，本批次国产化已经完成第一阶段的工业性试验，从试验场得到的结果是:只有自贡新地佩尔研制的36"-CLASS 900和24"-CLASS 900的阀门全部通过了试验。不仅如此，其国产化的样机经过工业性试验后的工厂试验后已经再次安装到了西二线张掖压气站，取代仅仅运行3年多而出现损坏的德国NOREVA轴流式止回阀。另外两家国产化厂家也已经完成了工厂试验工作。国产化轴流式止回阀工作已经取得了阶段性的胜利。
5、结语
       轴流式止回阀是安装于泵或压缩机出口防止介质倒流的关键设备，是大型压缩机组或泵出口的第一道安全屏障，是保证大型压缩机组或泵乃至长输管线安全运行的关键管路控制元件。长期以来，长输管线干线用流阻小、流态好、密封可靠的安全环保节能的大口径高性能轴流式止回阀几乎被国外厂商垄断经营，其超长的交货期和昂贵的价格严重影响管线正常生产；关键技术受制于人，严重制约着我国装备制造业的发展。但是国外的产品在实际运行中并不一定都是安全可靠的。而通过十多年的发展和国家能源局国产化的推进，我们国内的阀门企业正在一步步接近或超过国外水平，对管线安全可靠运行提供了有利的支撑，也为国家的装备国产化奠定的信心。轴流式止回阀国产化工作的成功，这将有力加快其他设备国产化的到来，从而从更大的面上保证国家重大装备的安全。