CN101598229B - 一种压差动力式液位自动控制阀 - Google Patents
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Abstract
一种压差动力式液位自动控制阀，阀门开启和关闭采用压差动力式原理：压力液体由进液管作用于活塞的右侧，同时，压力液体也通过导管进液口经由导管，再由压力腔进液口进入压力腔，当压力液体充满压力腔时，活塞左侧的压强也达到右侧的压强。活塞左侧面积至少是右侧面积的3倍，所以在活塞的左右两侧形成一个较大的压差，活塞由左向右移动，同时也使活塞有足够的力量来顶住进液管，从而达到密封的效果。本发明所述的压差动力式液位自动控制阀，采用压差动力式流体力学原理，有效地控制进液或出液，并具备自动开启和自动关闭功能，从而达到节约用水或杜绝浪费有用液体的目的，没有安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及液位控制阀，具体的说是一种压差动力式液位自动控制阀。
背景技术
生活和工作中，不可避免的涉及到对液体的运输、调度，比如，冷热水、海水、饮料、柴油、汽油和原油、食用油、液体洗涤剂、工业硫酸、盐酸、硝酸、工业盐水、碱水、其它工业溶剂等等。液位控制阀在进液控制或出液控制中普遍使用，但现有的液位控制阀不能实现自动控制，使用起来即增加了使用成本，又不易控制、维护，存在安全隐患。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种压差动力式液位自动控制阀，采用压差动力式流体力学原理，有效地控制进液或出液，并具备自动开启和自动关闭功能，从而达到节约用水或杜绝浪费有用液体的目的，没有安全隐患。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种压差动力式液位自动控制阀，左阀体41的右端和右阀体44的左端通过螺纹连接部A22连接在一起构成进液部分的外壳，排液管43通过螺纹连接部B23与左阀体41的下表面连接，其特征在于：左阀体41的内腔为压力腔7，左阀体41的右部设有隔板42，隔板42的上下两侧各设有一个贯通隔板42的活塞排气孔6，隔板42的中部为设有第一活塞密封圈8的活塞孔，凸字形的活塞5的小径端设于活塞孔内，大径端设于左阀体41内腔中且和左阀体41的内侧壁间设有第二活塞密封圈9，隔板42和活塞5大径端间为无压腔45；右阀体44的内腔左端为进液腔4，进液腔4通过活塞排气孔6与无压腔45连通，进液腔4下部直接和排液管43连通；进液管2设在右阀体44的内腔中，进液管2的左端位于进液腔4内，右端连接设有外螺纹的进液接口1，进液管2的左端正对活塞5的小径端；左阀体41的下壁设有上下贯通的拉线穿孔14，不锈钢拉线17穿装在拉线穿孔14内，不锈钢拉线17上设有用于密封拉线穿孔14下端的压力腔泄压口16的密封球15，压力腔7内设有对活塞5起限位作用的活塞挡块21，活塞挡块21位于不锈钢拉线17和活塞5之间；导管3连通压力腔7和进液管2，导管3在压力腔7内设有压力腔进液口10，导管3在进液管2内设有导管进液口11，导管进液口11上设有带复位弹簧12的导管堵头13；不锈钢拉线17的上端穿过导管3后与导管堵头13连接，下端与不锈钢浮球20连接；排液管43的侧壁上设有液位调节器18，供液位调节用绕线19的一端固定在液位调节器18上，另一端通过不锈钢浮球20连着不锈钢拉线17。
在上述技术方案的基础上，螺纹连接部A22为倒螺纹，螺纹连接部B23为顺螺纹。
在上述技术方案的基础上，活塞5大径端的面积至少是小径端面积的3倍。
在上述技术方案的基础上，导管3设置在左阀体41和右阀体44的上壁内或前侧壁内或后侧壁内，或设置在左阀体41和右阀体44外部。
本发明所述的压差动力式液位自动控制阀，采用压差动力式流体力学原理，有效地控制进液或出液，并具备自动开启和自动关闭功能，从而达到节约用水或杜绝浪费有用液体的目的，没有安全隐患。
附图说明
本发明有如下附图：
图1压差动力式液位自动控制阀的结构示意图
图2图1中A处的结构示意图
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、2所示，本发明所述的压差动力式液位自动控制阀，左阀体41的右端和右阀体44的左端通过螺纹连接部A22连接在一起构成进液部分的外壳，排液管43通过螺纹连接部B23与左阀体41的下表面连接，左阀体41的内腔为压力腔7，左阀体41的右部设有隔板42，隔板42的上下两侧各设有一个贯通隔板42的活塞排气孔6，隔板42的中部为设有第一活塞密封圈8的活塞孔，凸字形的活塞5的小径端设于活塞孔内，大径端设于左阀体41内腔中且和左阀体41的内侧壁间设有第二活塞密封圈9，隔板42和活塞5大径端间为无压腔45；右阀体44的内腔左端为进液腔4，进液腔4通过活塞排气孔6与无压腔45连通，进液腔4下部直接和排液管43连通；进液管2设在右阀体44的内腔中，进液管2的左端位于进液腔4内，右端连接设有外螺纹的进液接口1，进液管2的左端正对活塞5的小径端；左阀体41的下壁设有上下贯通的拉线穿孔14，不锈钢拉线17穿装在拉线穿孔14内，不锈钢拉线17上设有用于密封拉线穿孔14下端的压力腔泄压口16的密封球15，压力腔7内设有对活塞5起限位作用的活塞挡块21，活塞挡块21位于不锈钢拉线17和活塞5之间；导管3连通压力腔7和进液管2，导管3在压力腔7内设有压力腔进液口10，导管3在进液管2内设有导管进液口11，导管进液口11上设有带复位弹簧12的导管堵头13；不锈钢拉线17的上端穿过导管3后与导管堵头13连接，下端与不锈钢浮球20连接；排液管43的侧壁上设有液位调节器18，供液位调节用绕线19的一端固定在液位调节器18上，另一端通过不锈钢浮球20连着不锈钢拉线17。由于不锈钢浮球20分别连着不锈钢拉线17和供液位调节用绕线19，所以不锈钢浮球20的重量必须大于2倍的复位弹簧12的弹力，保证导管堵头13有足够的力量来封堵导管进液口11。不锈钢浮球20的重力应等于或略大于液体对它所产生的浮力，以保证不锈钢浮球20能完全淹没在液体里，确保容器有尽量高的液位，避免容器因盛不满液体而产生的容积浪费。拉线穿孔14的直径和密封球15的直径相等，与导管3的管径也相等。拉线穿孔14既是不锈钢拉线17的通道，又是压力腔泄压口16的泄液流道。不锈钢拉线17的直径则比导管3的管径小许多，它由压力腔进液口10穿过导管3直至导管进液口11，再与导管堵头13相连，这种独特的发明思路，一方面使整个阀门的结构显得特别简单而便于控制且大大降低阀门成本，另一方面，不锈钢拉线17还起到疏通导管3的作用，避免导管3被液体中的杂质堵塞。图1中的液位调节器18设置在排液部分的左上侧，供液位调节用绕线19的一端固定在液位调节器18上，另一端通过不锈钢浮球20连着不锈钢拉线17，通过它可以调节并设定液位，可满足各种不同的需求。
在上述技术方案的基础上，螺纹连接部A22为倒螺纹，螺纹连接部B23为顺螺纹。本发明的上部为进液部分，由左右两个阀体通过倒螺纹连接部A22连接而成，当本发明与外界供液源头通过设有外螺纹的进液接口1连接时，倒螺纹形式会使连接处越拧越紧，避免泄漏事故发生。本发明的下部为排液部分，上部和下部通过顺螺纹连接而成。这种连接方式便于维修，也便于必要时不锈钢浮球20的更换。
在上述技术方案的基础上，活塞5大径端的面积至少是小径端面积的3倍。
在上述技术方案的基础上，导管3设置在左阀体41和右阀体44的上壁内或前侧壁内或后侧壁内，或设置在左阀体41和右阀体44外部。即导管3的位置不局限于在上方管壁(上壁)上，也可在下方的管壁上或其它位置或采取外接形式。
本发明所述的压差动力式液位自动控制阀的开启和关闭采用压差动力式原理，假设排液管43与容器连通，
(1)当容器需要进液的时候，即当不锈钢浮球20高于液位时，不锈钢拉线17在不锈钢浮球20的重力作用下，使导管堵头13克服复位弹簧12的弹力后向上移动，并完全密封导管进液口11，同时不锈钢拉线17带动密封球15下移并完全离开拉线穿孔14，使得压力腔泄压口16处于完全开启状态。此时，压力液体由进液管2作用于活塞5的右侧，而活塞5的左侧处于无压状态，所以在活塞5的两侧形成一个较大的压差，活塞5在此压差的作用下由右向左移动，阀门处于完全开启状态，进液管2和进液腔4连通，压力液体由进液腔4流入排液管43，当活塞5由右向左移动时，压力腔7内的液体从压力腔泄压口16流入排液管43，从而使得压力液体最终进入容器中，所说的容器可以是抽水马桶、不锈钢水箱、电热水器、太阳能热水器、水池、水塔、油罐、饮料器皿、工业液体槽等等。
(2)当容器内的液位达到预设定值时，即当不锈钢浮球20位于液位下时，不锈钢浮球20在浮力的作用下失去了(或大部分失去了)它对不锈钢拉线17的拉力，此时，在复位弹簧12的弹力作用下，导管堵头13离开导管进液口11，在压力液体经过进液管2从进液腔4流入排液管43的同时，压力液体还由导管进液口11经由导管3，再由压力腔进液口10进入压力腔7内。导管堵头13离开导管进液口11的同时，带动不锈钢拉线17上拉，将密封球15提升到拉线穿孔14内，利用复位弹簧12的弹力来维持密封球15对拉线穿孔14的密封，使压力腔泄压口16处于完全密封状态，从导管3过来的压力液体由压力腔进液口10不断地进入压力腔7内，压力腔7内的压力逐渐升高并达到进液管2的压力，活塞5左侧的压力也达到右侧的压力。根据本发明的设计要求，活塞5左侧面积至少是右侧面积的3倍，所以在活塞5的左右两侧形成一个较大的压差，活塞5由左向右移动，同时也使活塞5有足够的力量来顶住进液管2，当活塞5的小径端完全密封住进液管2的左端时，压力液体停止流入进液腔4，阀门处于完全关闭状态，容器停止进液。更进一步，可通过进液管2的出口处带有“喇叭口”和活塞5的最右侧带有“倒喇叭口”以及活塞5的移动行程较长的特殊设计，使该密封处非常严密，真正达到“滴水不漏”的效果。
本发明所述的压差动力式液位自动控制阀开启和关闭时的受力分析：
以最小规格DN15为例(压力液体为水)
(1)密封球15的最大受力计算
压力腔泄压口16的直径d1＝密封球15的直径d1＝拉线穿孔14的直径d1＝导管3的管径＝导管堵头13的口径，根据本专利设计要求，d1＝0.25mm，不锈钢拉线17的口径d3＝0.15mm，假设最高进液压力为0.8Mpa(通常进液口压力不会这么高，一般为0.2～0.3Mpa)，压力腔7内的最大压力也是0.8Mpa，密封球15的受力F1(max)＝有效受力面积S1×0.8Mpa＝1/4×∏×d1×d1×0.8MPa＝3.925g(密封球15有效受力面积可视为直径为d1的圆面积)。
(2)不锈钢浮球20的重量和体积设定
不锈钢浮球20的直径D＝36mm(半径R＝18mm)，厚度为1mm，比重为7.9g/cm3，
则，体积V＝4/3×∏×R3＝4/3×3.14×1.83＝24.42cm3
则，浮力F＝V×水的比重＝24.42g
而，重量G＝4/3×∏×0.13×比重＝4/3×3.14×0.13×7.9g/cm3＝33g。
因为不锈钢浮球20的重量大于它在水里的浮力，所以不锈钢浮球20会完全淹没在水里，确保容器有尽量高的液位，避免容器因盛不满液体而产生的容积浪费。
(3)复位弹簧12的参数设定
设定复位弹簧12的弹簧丝直径为0.168mm，弹簧的中心距为D2＝2.22mm，采用弹簧钢为弹簧材料，抗疲劳系数极高，变形系数为78000MPa，导管堵头13的移动距离为h＝1.386mm，也就是复位弹簧12的压缩距离为h＝1.386mm，弹簧圈数为8，则每一根复位弹簧12的弹力T1＝h×8×0.1684×78000/2.223×8＝8g，那么两根复位弹簧12的总弹力T＝16g。
(4)复位时需要克服的力
当导管堵头13完全密封导管进液口11时，导管堵头13的受力分别是
a.不锈钢浮球20的剩余重力(33g-24.42g)/2＝4.29g
b.导管堵头13的压差＝堵头面积×0.8MPa＝1/4×∏×d1×d1×0.8MPa＝3.925g。
所以复位弹簧13复位时需要克服的力为4.29g+3.925g＝8.215g＜
两根复位弹簧12的总弹力T＝16g，所以，此时导管堵头13离开导管进液口16的距离为：0.67mm，压力液体完全可以有效地从导管进液口16进入导管3再进入压力腔7内。
(5)复位弹簧12维持密封球15在拉线穿孔14内所需的力
a.密封球15的受力3.925g
b.不锈钢浮球20的剩余重力(33g-24.42g)/2＝4.29g
所以复位弹簧12维持密封球15在拉线穿孔14内所需的力为：3.925+4.29＝8.215g＜两根复位弹簧12的总弹力T＝16g。
所以密封球15完全可以停留在拉线穿孔14内同时可以密封拉线穿孔14，可维持压力腔7内的压力基本不变(如果因为密封球15与拉线穿孔14之间的密封不严而造成的一点点渗漏也不影响压力腔7内的压力，毕竟此渗漏的流量远远小于压力腔进液口10的进液流量。)
(6)不锈钢拉线17的拉力与复位弹簧12的弹力关系
当容器内液位降低的时候，不锈钢浮球20失去浮力后，它的受力分别是
a.不锈钢浮球20的自身重量G＝33g。
b.不锈钢拉线对不锈钢浮球20的拉力P
c.供液位调节用绕线19对不锈钢浮球20的拉力P′
实际上，P＝P′，则，2P＝G，P＝16.5g
P＝16.5g＞两根复位弹簧12的总弹力T＝16g，所以不锈钢浮球20完全可以克服复位弹簧12的弹力，使得不锈钢拉线17有足够的力量让导管堵头13完全密封住导管进液口16。
3、液位调节器18的作用
液位调节器18设置在排液部分的左上侧，供液位调节用绕线19的一端固定在液位调节器18上，另一端通过不锈钢浮球20连着不锈钢拉线17，通过它可以调节出预设定液位，可满足不同液体供应量的需求，完全可以满足各种容器的进液和液位调节。
本发明所述的压差动力式液位自动控制阀的优点如下：
(1)本发明结构极其简单、设计新颖、原理清晰。本发明中只有一个活动部件——活塞，无需维修、无需更换，使用寿命极长。
(2)本发明不同于传统的浮球阀，它克服了传统浮球阀的所有缺点，尤其是它避免了传统浮球阀采用橡胶密封的缺点和杠杆支点处容易断裂的缺点。
(3)本发明可以通过液位调节器18来调节液位，让液位满足不同时期的需求。
(4)本发明体积小、重量轻，运输成本低。
(3)为了延长本发明的使用寿命，本发明可采用无毒、机械性能接近不锈钢的超高分子聚乙烯(UHMW-PE)作为阀门的材料，具有耐低温、耐腐蚀、耐抗裂、耐老化的特点，使用寿命高达50年。
(4)本发明采用注塑成型，无需车工，产量高、成本低。
(5)本发明很容易安装，一般家庭成员均可以安装，无需专业安装人员。
Claims (4)
1.一种压差动力式液位自动控制阀，左阀体(41)的右端和右阀体(44)的左端通过螺纹连接部A(22)连接在一起构成进液部分的外壳，排液管(43)通过螺纹连接部B(23)与左阀体(41)的下表面连接，其特征在于：
左阀体(41)的内腔为压力腔(7)，左阀体(41)的右部设有隔板(42)，隔板(42)的上下两侧各设有一个贯通隔板(42)的活塞排气孔(6)，隔板(42)的中部为设有第一活塞密封圈(8)的活塞孔，凸字形的活塞(5)的小径端设于活塞孔内，大径端设于左阀体(41)内腔中且和左阀体(41)的内侧壁间设有第二活塞密封圈(9)，隔板(42)和活塞(5)大径端间为无压腔(45)；
右阀体(44)的内腔左端为进液腔(4)，进液腔(4)通过活塞排气孔(6)与无压腔(45)连通，进液腔(4)下部直接和排液管(43)连通；
进液管(2)设在右阀体(44)的内腔中，进液管(2)的左端位于进液腔(4)内，右端连接设有外螺纹的进液接口(1)，进液管(2)的左端正对活塞(5)的小径端；
左阀体(41)的下壁设有上下贯通的拉线穿孔(14)，不锈钢拉线(17)穿装在拉线穿孔(14)内，不锈钢拉线(17)上设有用于密封拉线穿孔(14)下端的压力腔泄压口(16)的密封球(15)，压力腔(7)内设有对活塞(5)起限位作用的活塞挡块(21)，活塞挡块(21)位于不锈钢拉线(17)和活塞(5)之间；
导管(3)连通压力腔(7)和进液管(2)，导管(3)在压力腔(7)内设有压力腔进液口(10)，导管(3)在进液管(2)内设有导管进液口(11)，导管进液口(11)上设有带复位弹簧(12)的导管堵头(13)；
不锈钢拉线(17)的上端穿过导管(3)后与导管堵头(13)连接，下端与不锈钢浮球(20)连接；
排液管(43)的侧壁上设有液位调节器(18)，供液位调节用绕线(19)的一端固定在液位调节器(18)上，另一端通过不锈钢浮球(20)连着不锈钢拉线(17)。
2.如权利要求1所述的压差动力式液位自动控制阀，其特征在于：螺纹连接部A(22)为倒螺纹，螺纹连接部B(23)为顺螺纹。
3.如权利要求1所述的压差动力式液位自动控制阀，其特征在于：活塞(5)大径端的面积至少是小径端面积的3倍。
4.如权利要求1所述的压差动力式液位自动控制阀，其特征在于：导管(3)设置在左阀体(41)和右阀体(44)的上壁内或前侧壁内或后侧壁内，或设置在左阀体(41)和右阀体(44)外部。
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