CN101788069B - 一种背压式水力水位控制阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背压式水力水位控制阀，用于水池及水箱的进水管路上实现启闭自动控制，主要由阀体(1、2)、上阀盖(3)、下阀盖(4)、阀杆(5)、阀板(6)及软隔膜(8、9、10)组成。与现有同类水位控制阀相比，本发明的突出优点是：采用独创性的无浮球及无易损件结构，大大提高了可靠性及使用寿命，且具有较低的生产成本；维护简便，实现水池外或水箱外维护，能够完全避免水质的二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种水位控制阀，具体是背压式水力水位控制阀，由阀体、上阀盖、下阀盖、阀杆、阀板、软隔膜及背压管组成，用于安装在水池或水箱的进水管路上以实现进水启闭自动控制。
背景技术
水池及水箱的进水管上均被要求安装水位控制阀，用来实施进水启闭自动控制，传统的水位控制阀通常指浮球阀或液压水位控制阀(又称遥控浮球阀)，其特点是利用浮球上下浮动来实现自动启闭，缺点是由于启闭频繁导致密封件易损，不仅使用寿命短，且造成水资源的大量流失，再且维修时需人工进入水池或水箱内，极容易对水箱内的水造成二次污染。水位控制阀的技术改进一直围绕提高可靠性、延长使用寿命来进行，虽然取得了一定的进步与成果，但至今国内外都离不开易损的浮球结构。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种背压式水力水位控制阀。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种背压式水力水位控制阀，用于安装在水池的进水管路上以实现进水启闭自动控制，它由阀体1和2、上阀盖3、下阀盖4、阀杆5、阀板6、软隔膜8、9和10及背压管11组成：阀体1内设有隔板7将阀体1分为进水腔18与出水腔19，阀的进水口与出水口分别和进水腔18与出水腔19相连通；进水腔18下侧开有孔13，隔板7的水平面开有孔14，出水腔19上侧开有孔15，隔板7水平面为与阀板6的密封面，孔13的有效面积较孔15的有效面积小，孔14的有效面积大于孔13且小于或等于15的有效面积；阀体2为口径上大下小的连接短管，下端口径与孔15相等，短管壁上开有泄压孔12；在上阀盖3及下阀盖4上均分别设有阀杆套，上阀盖3的阀杆套上端开有背压孔16，下阀盖4的阀杆套下端开有泄压孔17；按从下到上顺序软隔膜8、阀板6、软隔膜9及软隔膜10之间有间隔分别与阀杆5紧密连接；按从下到上顺序下软隔膜8紧密固定在下阀盖4与阀体1的孔13之间，软隔膜9紧密固定在阀体1的孔15与阀体2之间，软隔膜10紧密固定在上阀盖3与阀体2之间；阀杆5依次穿过孔13、孔14、孔15及阀体2的管口，两端分别插入上阀盖3及下阀盖4上的阀杆套内，阀杆5上的阀板6位于孔14与孔15之间，上阀盖3与软隔膜10之间形成背压腔22，软隔膜10与软隔膜9之间形成卸压腔21，软隔膜8与下阀盖4之间形成卸压腔20；背压管11的一端与上阀盖3的背压孔16严密连接，另一端插入水池24内；水池24内背压管11管口标高
不高于软隔膜10位置标高
上述的孔13、14和15的有效面积，是指其孔口面积与穿过孔口处的部件的断面面积的差。
上述背压式水力水位控制阀，除适用于水池外，亦可用于水箱、水罐等各种储水设施。
本发明与国内外现有技术比较的特点是：
1.采用简单的无浮球、无易损件结构，启闭动作平稳可靠，能够极大地提高使用寿命，与材料的自然寿命相当。
2.水池内无需安装活动部件，实现水池外或水箱外维护，能够完全避免水质的二次污染。
说明附图
图-1是本发明开启时的结构示意图。
图-2是本发明关闭时的结构示意图。
图-1及图-2中：阀体1、2，上阀盖3，下阀盖4，阀杆5，阀板6，隔板7，软隔膜8、9、10，背压管11，泄压孔12，孔13、14、15，背压孔16，泄压孔17，进水腔18，出水腔19，卸压腔20，卸压腔21，背压腔22，导流管23，水池24，标高
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
一、工作流程
在水压的作用下水流从进水口进入进水腔18，水压力同时作用在阀板6与软隔膜8上，当作用在阀板6与软隔膜8上的合力大于阀杆5总重力时，水流即推动阀板6向上开启，流经孔14、出水腔19、导流管23进入水池24储备；进水过程中，水池24内水位不断上涨，当水位达到标高
淹没软背压管11管口时，水池24内的水压即通过背压管11进入背压腔22作用在软隔膜10上，且随着水位的上涨不断加大；当水位上涨到超过标高
作用在软隔膜8、9和10的水压力与阀杆5总重力的合力方向由向上变为向下时，即推动阀板6向下运动与隔板7闭合密封，水不能流经孔14进入水池24，完成关闭动作；当水池出流水位下降时，作用在软隔膜10上的水压随即降低，导致改变合力方向使阀板6上重新向上开启，水池随即恢复进水直至阀板6关闭，如此周而复始。
阀板6上下启闭时，连带阀杆5一起在上阀盖3及下阀盖4上的阀杆套内上下滑动，相应地软隔膜8、9和10亦随阀杆5一起联动，使卸压腔20、21内的容积发生变化与大气产生压差，该压差分别通过泄压孔17、12及时消除。
阀杆5总重力包含阀杆5、阀板6及软隔膜8、9和10的重量。
选择适当规格的背压管11及泄压孔12、17，水流或空气流经时产生阻滞作用，可以使阀板6在启闭过程相应获得缓冲功能，避免过快的关闭动作，防止发生关闭水锤。
二、选型计算
本发明的选型计算是确立进水水压与软隔膜8、9、10之间的计算关系，进而根据不同口径的进水管确定相应的软隔膜8、9、10的规格大小。
本发明满足以下条件：在设定的最低进水水压条件下能够顺利开启，在设定的最高进水水压条件下能够可靠关闭。据此，开启时存在以下关系
Pb·S10+Pk·S8+W＝Pk·S9 (1)
式中：
Pb-背压腔22内的压力，即水池24内最大水位标高
与背压管11管口标高
的压差，kg/cm2
Pk-开启水压，即进水腔18内的水压，kg/cm2
S8、S9、S10-软隔膜8、9、10的计算面积，S8、S9分别与孔13、孔15的有效面积相等，cm2
W-阀杆5总重力，包括阀杆5、阀板6、软隔膜8、9、10及孔14与软隔膜9之间水的重量，kg
开启水压Pk即设定的最低进水水压，Pd一般不小于0.3kg/cm2，取Pd＝0.5kg/cm2，开启时取Pb＝0，则有
0.5S8+W＝0.5S9 (2)
对于不同规格的进水口径，均可事先确定S9及W的规格及重量，再根据式(2)求取S8的规格大小。
在设定的最高进水水压情况下关闭时，存在以下关系
Pb·S10+Pg·S8+W＝Pg·S9 (3)
式中Px-设定的最高进水水压，即进水腔18内的水压，kg/cm2
关闭时，背压腔22内的压力Pb不宜小于0.03kg/cm2，取Pb＝0.04kg/cm2，对于城市管网，最高进水水压一般不大于4.5kg/cm2，取Pg＝5kg/cm2，则有
0.04S10+5S8+W＝5S9 (4)
结合式(2)与式(4)，即可求得不同进水口径相应的软隔膜8、9、10的规格大小。
由式(1)与式(3)看出，当进水水压高于开启水压且低于设定的最高进水水压时，本发明能够顺利开启与可靠关闭。
三、实施例
以DN150规格为例，取孔15的有效面积为0.8倍进水口面积，即
S9＝0.8π152/4≈220.89(cm2)
阀杆5总重力根据其工艺尺寸及使用的材料确定，不大于6kg，取W＝6kg，由式(1)求得
S8＝220.89-2×6＝208.89(cm2)
再由式(3)求得
S10＝(5×220.89-5×208.89-6)/0.04＝1350(cm2)
四、结语
传统的水位控制阀都离不开杠杆浮球结构，杠杆浮球的频繁开关磨损及易受外力损坏是其可靠性差及使用寿命短的根本原因，由于其安装的场所较为隐蔽，发生故障漏水时不易被发现，及时进行维修就无从说起，造成的水量流失亦难以估量。城市中遍布水池及水箱这类生活、生产及消防储水设施，依靠城市给水管网向这些储水设施供水，在其进水管上均须安装水位控制阀用来实施启闭自动控制，传统的水位控制阀造成大量水资源流失已是不争的现实，实在是难以担当己任。本发明在技术上大大优于传统的水位控制阀，将极大地减少水资源的流失浪费，在经济上发挥理想的节水效益。
Claims (3)
1.一种背压式水力水位控制阀，其特征在于，由主阀体(1)、上阀体(2)、上阀盖(3)、下阀盖(4)、阀杆(5)、阀板(6)、第一软隔膜(8)、第二软隔膜(9)、第三软隔膜(10)及背压管(11)组成，主阀体(1)内设有隔板(7)将主阀体(1)分为进水腔(18)与出水腔(19)，阀的进水口与出水口分别和进水腔(18)与出水腔(19)相连通；进水腔(18)下侧开有第一孔(13)，隔板(7)的水平面开有第二孔(14)，出水腔(19)上侧开有第三孔(15)，隔板(7)水平面为与阀板(6)的密封面，第一孔(13)的有效面积较第三孔(15)的有效面积小，第二孔(14)的有效面积大于第一孔(13)且小于或等于第三孔(15)的有效面积；上阀体(2)为口径上大下小的连接短管，下端口径与第三孔(15)相等，短管壁上开有上泄压孔(12)；在上阀盖(3)及下阀盖(4)上均分别设有阀杆套，上阀盖(3)的阀杆套上端开有背压孔(16)，下阀盖(4)的阀杆套下端开有下泄压孔(17)；按从下到上顺序第一软隔膜(8)、阀板(6)、第二软隔膜(9)及第三软隔膜(10)之间有间隔并分别与阀杆(5)紧密连接；按从下到上顺序下第一软隔膜(8)紧密固定在下阀盖(4)与主阀体(1)的第一孔(13)之间，第二软隔膜(9)紧密固定在主阀体(1)的第三孔(15)与上阀体(2)之间，第三软隔膜(10)紧密固定在上阀盖(3)与上阀体(2)之间；阀杆(5)依次穿过第一孔(13)、第二孔(14)、第三孔(15)及上阀体(2)的管口，两端分别插入上阀盖(3)及下阀盖(4)上的阀杆套内，阀杆(5)上的阀板(6)位于第二孔(14)与第三孔(15)之间，上阀盖(3)与第三软隔膜(10)之间形成背压腔(22)，第三软隔膜(10)与第二软隔膜(9)之间形成上卸压腔(21)，第一软隔膜(8)与下阀盖(4)之间形成下卸压腔(20)；背压管(11)的一端与上阀盖(3)的背压孔(16)严密连接，另一端插入水池(24)内；水池(24)内背压管(11)管口标高h3不高于第三软隔膜(10)位置标高
h2。
2.根据权利要求1所述的背压式水力水位控制阀，其特征在于，所述的孔(13、14、15)的有效面积，是指其孔口面积与穿过孔口处的部件的断面面积的差。
3.根据权利要求1所述的背压式水力水位控制阀，其特征在于，该背压式水力水位控制阀除适用于水池外，亦可用于水箱或水罐。
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