CN100357641C - 具有注水功能的蝶阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蝶阀(10)。该蝶阀在开阀操作时的转动方向(C)的阀芯(12)背面侧设置一对盘型尾部(15a、15b)，两个盘型尾部上形成有通水孔(17)，在阀芯的开度与损失系数(fv)的关系中，从通水孔(17)注水时，相对于阀芯的开度变化，存在损失系数基本为定值的平衡区域(Rb)，其中，设定从通水孔注水时的蝶阀的上游侧配管(21)内的注水流速(V)、和蝶阀的上游侧的压力水位差(H)，通过设定的注水流速和压力水位差确定合适数值的损失系数，设定通水孔的总开口面积以使平衡区域成为上述合适数值的损失系数。

Description

具有注水功能的蝶阀
技术领域
本发明涉及一种具备注水功能的蝶阀，涉及在注水时可以按照一定的流量向配管提供流体的阀技术。
背景技术
以往，在铺设配管时的初期注水和再次注水时，若采用急速注水而使配管处于满管状态，则会产生水击等导致配管破损的问题，所以采取小开度打开安装在配管中间的蝶阀，以小流量向下游侧的管道注水。
但是，普通的蝶阀的小开度控制流量很困难，不能按照规定流量注水，很难预算出从开始注水到满管状态所需的必要时间。
为解决这个难题，出现了如图4所示那样的、在具有蝶阀1的主管2上安装注水用的副管3、在副管3的中间安装副管阀4的设计。上述副管3的一端与蝶阀1的上游侧的主管2连接，副管3的另一端与蝶阀1的下游侧的主管2连接。
这样，在注水时，关闭蝶阀1，打开副管阀4，从而主管2内的流体就可以从蝶阀1的上游侧经副管3流向蝶阀1的下游侧，以小流量向下游侧的管道注水。另外，一般来说，根据规格等，将副管3的口径设定为主管2口径的1/5，这样，副管3的流路截面积就是主管2的流路截面积的1/25。
但是，上述安装了副管3和副管阀4的设计，出现了安装配管的所需空间增大的问题。为了解决这样的问题，可以考虑使用如图5～图8所示的具有注水功能的蝶阀10。
即，如图8所示，在蝶阀10的阀体11的两侧连接上游侧的配管21和下游侧的配管22。另外，如图5所示，在阀体11的内部安装能够绕阀杆13的轴心13a自由转动的阀芯12。在阀体11的内周面上设置呈圆环状的阀体密封件14。当阀芯12位于全关闭位置S时，周缘部与阀体密封件14滑动接触。阀芯12在夹设阀杆13的左右一对阀芯片12a和12b上分别具有盘型尾部(デイスクテ一ル)15a、15b。这一对盘型尾部15a、15b设置在开阀操作时的阀芯12的转动方向C的背面侧。
两个盘型尾部15a、15b，分别具有从阀芯12的板面上立起、并弯曲成与阀体密封件14滑动接触的球面状的外周面。在两个盘型尾部15a、15b上分别形成通水孔17。通水孔17的一端在盘型尾部15a、15b的外周面开口，另一端在盘型尾部15a、15b的里面、也就是开阀操作时阀芯12的背面侧开口。
如图6所示，在开阀操作时转动到上游侧的阀芯片12a上设置的一个盘型尾部15a中，将通水孔17在盘型尾部15a的外周面侧的开口作为流入口17a，在阀芯12的背面侧的开口作为排出口17b。另外，在开阀操作时转动到下游侧的阀芯片12b上设置的另一个盘型尾部15b中，将通水孔17在阀芯12的背面侧的开口作为流入口17c，在盘型尾部15b的外周面侧的开口作为排出口17d。如图7所示，通水孔17的开口形状沿阀芯12的圆周方向呈长圆形。另外，两通水孔17的总开口面积设定为与上述图4所示副管3的流路截面积等同，即是连接于蝶阀10的配管21、22的流路截面积的1/25。
另外，上述阀杆13的转动通过由减速器和手柄或电机等构成的开关操作机来实现。
这样，在开始操作注水时，阀芯12处于如图5所示的全关闭状态，为防止因急速注水所造成的配管破损，以小开度打开蝶阀10，以小流量向下游侧的配管注水。即，如图6所示，通过开阀操作，小开度(约15～20％)打开阀芯12。这样，盘型尾部15a、15b的外周面与阀体密封件14处于滑动接触状态，通水孔17成全开放状态。
如上所述，通过使阀芯12处于小开度、通水孔17处于全开放状态，使由阀芯12隔开的阀体11内部的上游侧区域和下游侧区域仅通过盘型尾部15a、15b的通水孔17连通。这样，从上游侧的配管21流入阀体11的水经过通水孔17流向下游侧的配管22。
这时，因为相应于通水孔17的流路截面积等的流路形状而预先确定了流经通水孔17的流量，所以，可以以规定的流量向下游侧的配管22注水，也可以预先计算出从开始注水到满管状态所需的必要时间。
另外，图2中双点划线所示的曲线A表示上述现有的具有注水功能的蝶阀10的阀芯12的开度(％)与损失系数间的关系。开度在20％以下的范围时，盘型尾部15a、15b的外周面与阀体密封件14滑动接触，进而在开度为15～20％的范围时，通水孔17处于全开放状态。这样，随着阀芯12的开度增大，曲线A向下倾斜，损失系数降低，但是当开度在15～20％的范围内时，通水孔17成为全开放状态，存在损失系数值为大致定值的平稳区域Ra。另外，上述注水时的开度在20％以下。
在此，如果将从通水孔17注水时，蝶阀10的上游侧的配管21内的注水流速设为V(m/s)，蝶阀10的上游侧的压力水位差设为H(m)，重力加速度设为g(＝9.8m/s2)，那么上述损失系数fv可以通过下述公式1求得。
fv＝H×2×g/V2            ......公式1
例如，在水管道上安装有上述蝶阀10的情况下，注水时注水流速V，一般地说在考虑了安全性的前提下设定为0.5m/s，作为水管道的标准水文条件，设定上游侧的压力水位差H为100m(＝9.8×105Pa)，在这样的条件下根据上述公式1可以得出损失系数fv约为8000(更准确些为fv＝7845)。这样，要以0.5m/s的注水流速V注水，根据上述图2中的曲线A，阀芯12的开度必须保持在约10％。
但是，上述阀芯12的开度容易受开关操作机的齿隙等影响而变动，即使上述阀芯12的开度从10％稍微发生偏离变动，该变动也会使损失系数fv产生很大的变动，从而使注水流速V从0.5m/s开始变动，进而使注水流量也发生变动。所以，就会出现从注水开始到满管状态所需的实际必要时间与预先计算出的时间发生偏差的问题。
本发明的目的就是提供一种能够减小从注水开始到满管状态所需实际必要时间与预先计算出的时间之间的偏差的具有注水功能的蝶阀。
发明内容
本发明提供一种具有注水功能的蝶阀，该蝶阀具有设置在阀体内的阀体密封件，绕阀杆的轴心转动、在全关闭位置处与阀体密封件滑动接触的阀芯，和设置在开阀操作时的转动方向上的阀芯背面侧的一对盘型尾部；上述盘型尾部具有弯曲成与阀体密封件滑动接触的球面状的外周面；至少在任意一个盘型尾部上形成有一端在外周面开口、同时另一端在阀芯的上述背面侧开口的通水孔；在阀芯的开度与损失系数的关系中，从通水孔注水时，相对于阀芯的开度的变化，存在损失系数基本为定值的平衡区域；其特征在于，设定从上述通水孔注水时的蝶阀的上游侧配管内的注水流速、和蝶阀的上游侧的压力水位差；由上述设定的注水流速和压力水位差确定合适数值的损失系数；设定上述通水孔的总开口面积以使与上述平衡区域对应的损失系数成为上述合适数值的损失系数。
根据这种结构，平衡区域成为上述合适数值的损失系数，所以在注水时通过将阀芯的开度保持在与上述平衡区域对应的规定开度而进行注水，就可以按照设定的注水流速注水。
这时，即使阀芯的开度相对于上述规定开度稍微发生偏离变动，只要上述阀芯的开度的变动包括在平衡区域内，因相对于上述阀芯开度变动的损失系数的变化变小，所以注水流速的变动也减少，从而抑制注水流量的变动，保持稳定。这样，就可以减小从注水开始到满管状态所需的实际必要时间与预先计算出的时间之间的偏差。
另外，对于本发明中的具有注水功能的蝶阀，注水速度设定为约0.5m/s，压力水位差设定为约100m，此时的合适数值的损失系数约为8000。
根据这样的结构，由于平衡区域的合适数值的损失系数约为8000，在注水时，通过将阀芯的开度保持在与上述平衡区域对应的规定开度内而进行注水，就可以以设定的约0.5m/s的注水流速注水。
这时，即使阀芯的开度相对于上述规定开度稍微发生偏离变动，只要上述阀芯的开度的变动在平衡区域内，因相对于上述阀芯的开度变动的损失系数(＝约8000)的变化变小，所以注水流速(＝约0.5m/s)的变动也减少，从而抑制注水流量的变动从而保持稳定。这样，就可以减小从注水开始到满管状态所需的实际必要时间与预先计算出的时间之间的偏差。
另外，对本发明的具有注水功能的蝶阀，通水孔只形成在一对盘型尾部中的在开阀操作时转动到上游侧的一个盘型尾部上。
根据这样的结构，注水时，从上游侧通过通水孔的流体从阀芯的背面侧流向下游侧流路的中心方向，从而可以防止空穴现象。另外，与在两个盘型尾部上分别形成通水孔的情况相比，可以减小加工工时，降低成本。
附图说明
图1为本发明第一实施方式中与具有注水功能的蝶阀的阀杆轴心正交的截面图。
图2为本发明第一实施方式中具有注水功能的蝶阀和现有的具有注水功能的蝶阀的开度与损失系数间关系的曲线。
图3为本发明第二实施方式中与具有注水功能的蝶阀的阀杆轴心正交的截面图。
图4为现有的使用副管和副管阀的注水机构的示意图。
图5为与现有的具有注水功能的蝶阀的阀杆轴心正交的截面图，表示的是阀芯在全关闭位置时的状态。
图6为与现有的具有注水功能的蝶阀的阀杆轴心正交的截面图，表示的是以小开度打开阀芯来进行注水的状态。
图7为现有的具有注水功能的蝶阀的阀芯的立体图。
图8为现有的具有注水功能的蝶阀的侧面图。
具体实施方式
为详细地对本发明进行说明，按照附图来进行说明。
如图1所示，本发明第一实施方式中的具有注水功能的蝶阀10的基本结构与之前说明的现有的具有注水功能的蝶阀10(参照图5～图8)的结构相同。下面，就本发明第一实施方式中的具有注水功能的蝶阀10的结构进行说明。
即，蝶阀10的阀体11的两侧分别与上游侧的配管21及下游侧的配管22连接(参照图8)。另外，如图1所示，在阀体11的内部，安装能够绕阀杆13的轴心13a自由转动的阀芯12。在阀体11的内周面上设置呈圆环状的阀体密封件14。当阀芯12位于全关闭位置S时，周缘部与阀体密封件14滑动接触。阀芯12在夹设阀杆13的左右一对阀芯片12a、12b上分别具有盘型尾部15a、15b。这一对盘型尾部15a、15b，设置在开阀操作时阀芯12的转动方向C的背面侧。
两个盘型尾部15a、15b，分别具有从阀芯12的板面上立起、并弯曲成与阀体密封件14滑动接触的球面状的外周面。两个盘型尾部15a、15b上分别形成通水孔17。通水孔17的一端在盘型尾部15a、15b的外周面开口，另一端在盘型尾部15a、15b的里面、也就是开阀操作时阀芯12的背面侧开口。
在开阀操作时转动到上游侧的阀芯片12a上设置的一个盘型尾部15a中，将通水孔17在盘型尾部15a的外周面侧的开口作为流入口17a(参照图6)，在阀芯12的背面侧的开口作为排出口17b(参照图6)。另外，在开阀操作时转动到下游侧的阀芯片12b上设置的另一个盘型尾部15b中，将通水孔17在阀芯12的背面侧的开口作为流入口17c(参照图6)，在盘型尾部15b的外周面侧的开口作为排出17d(参照图6)。通水孔17的开口形状沿阀芯12的圆周方向呈长圆形。
另外，上述阀杆13的转动，通过由减速器和手柄或电机等构成的开关操作机来实现。
这样，在水管道上安装图1所示的蝶阀10时，通过设定的注水流速V(＝约0.5m/s)和设定的压力水位差H(＝约100m)，根据上述公式1，可以确定合适数值的损失系数fv(＝约8000)。如图2的实线所示的曲线B所示，设定两通水孔17的总开口面积以使在阀芯12的开度与损失系数的关系中的平衡区域Rb成为上述合适数值的损失系数fv(＝约8000)。
以往，两通水孔17的总开口面积与上述副管3(参照图4)的流路截面积等同设定，即为连接于蝶阀10的配管21、22的流路截面积的1/25。在这种情况下，如图2中的曲线A所示，平衡区域Ra位于损失系数fv＝约2000附近的位置，而本实施方式中，使两通水孔17的总开口面积变为既为有的1/2，即为连接于蝶阀10的配管21、22的流路截面积的1/50，从而如上所述使平衡区域Rb上升到合适数值的损失系数fv(＝约8000)附近。
这样，上述平衡区域Rb对应于约15～20％的开度，如图1所示，通过使阀芯12保持在开度约15～20％内的规定开度而进行注水，使蝶阀10的损失系数fv变为合适数值的损失系数fv(＝约8000)，从而以设定的注水流速V(＝约0.5m/s)注水。这时，即使阀芯12的开度从上述规定的开度稍微发生偏离变动，只要上述阀芯12的开度的变动在平衡区域Rb内(即开度在15～20％内)，因为相对于上述阀芯12的开度变动的损失系数fv(＝约8000)的变化变小，所以也可以减小注水流速V(＝约0.5m/s)的变动，从而抑制注水流量的变动，保持稳定。这样，就可以减小从注水开始到满管状态所需的实际必要时间与预先计算出的时间之间的偏差。
另外，如果要设定压力水位差H高于100m或减小注水流量，只要在开度约15％以下使用就可以了。
上述第一实施方式中，在两个盘型尾部15a、15b上分别形成有一个通水孔17，也可以分别形成多个通水孔17。
在上述第一实施方式中，通水孔17分别形成在两盘型尾部15a、15b上，而在下面要说明的第二实施方式中，如图3所示，通水孔17只形成在一对盘型尾部15a、15b中、开阀操作时向上游侧转动的一个盘型尾部15a上。另外，在这种情形下，与上述第一实施方式相同，使通水孔17的总开口面积为现有的1/2，即为连接于蝶阀10的配管21、22(参照图8)的流路截面积的1/50。
这样，在将阀芯12保持在开度约15～20％内的规定开度而进行注水时，从上游侧通过通水孔17的水(流体)从阀芯12的背面侧流向下游侧流路的中心方向，从而可以防止空穴现象。另外，与如上述第一实施方式那样、在两个盘型尾部15a、15b上分别形成通水孔17的情况(参照图1)相比，可以减小加工工时，降低成本。
在上述第二实施方式中，只在一个盘型尾部15a上形成一个通水孔17，还可以形成多个通水孔17。
在上述第二实施方式中，只在一个盘型尾部15a上形成通水孔17，还可以只在另一个盘型尾部15b形成一个或者多个通水孔17。
另外，在上述各实施方式中，通水孔17是长圆形的，还可以形成如正圆形或多边形等其他的形状。
另外，在上述各实施方式中，作为水管道的标准水文条件将注水流速V设定为约0.5m/s，将压力水位差H设定为约100m，并根据这两数值可以确定合适数值的损失系数fv约为8000，这些数值只是一个示例，而并不局限于这些数值。另外，虽然将通水孔17的总开口面积设定为配管21、22的流路截面积的约1/50，也可以设定为其他数值。

Claims (3)

1.一种具有注水功能的蝶阀(10)，该蝶阀具有设置在阀体(11)内的阀体密封件(14)，绕阀杆(13)的轴心(13a)转动、在全关闭位置(S)处与阀体密封件(14)滑动接触的阀芯(12)，和设置在开阀操作时的转动方向(C)上的阀芯(12)背面侧的一对盘型尾部(15a、15b)；
上述盘型尾部(15a、15b)具有弯曲成与阀体密封件(14)滑动接触的球面状的外周面；
至少在任意一个盘型尾部(15a、15b)上形成有一端在外周面开口、同时另一端在阀芯(12)的上述背面侧开口的通水孔(17)；
在阀芯(12)的开度与损失系数(fv)的关系中，从通水孔(17)注水时，相对于阀芯(12)的开度的变化，存在损失系数(fv)基本为定值的平衡区域(Rb)；
其特征在于，设定从上述通水孔(17)注水时的蝶阀(10)的上游侧配管(21)内的注水流速(V)、和蝶阀(10)的上游侧的压力水位差(H)；
由上述设定的注水流速(V)和压力水位差(H)确定合适数值的损失系数；
设定上述通水孔(17)的总开口面积以使与上述平衡区域(Rb)对应的损失系数(fv)成为上述合适数值的损失系数。
2.如权利要求1所述的具有注水功能的蝶阀(10)，其特征在于，注水速度(V)设定为约0.5m/s，压力水位差(H)设定为约100m，此时的合适数值的损失系数约为8000。
3.如权利要求1所述的具有注水功能的蝶阀(10)，其特征在于，通水孔(17)只形成在一对盘型尾部(15a、15b)中的在开阀操作时向上游侧转动的一个盘型尾部(15a)上。
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