CN102889217B - 恒扬程止回阀的集成控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒扬程止回阀的集成控制阀，其为一整体结构，包括四个外接管道的连接口，所述集成控制阀包括第一针阀（2）、第一单向阀（3）、导阀（4）、第二单向阀（5）以及第二针阀（6），所述导阀（4）包括三通阀、第一测压室和第二测压室，三通阀受第一测压室和第二测压室所测压力协同控制。本发明增加一个测压室测量水泵的进水口压力，使导阀膜片由原来的单方向受水压产生移动，变为双向受水压产生差动。从而克服水泵净吸入水头变化而产生对水泵出口流量的影响，使出口压力真正等于扬程。本发明的集成控制阀结构紧凑、简约，使用可靠性大大提高。

Description

恒扬程止回阀的集成控制阀

技术领域

本发明涉及水力控制阀门技术，更具体地是一种水泵专用恒扬程止回阀的集成控制阀。

背景技术

给水系统安全是现代保障给水系统和消防给水系统的关注焦点，而管网压力(装置扬程)的大幅度波动，使水泵严重偏离额定工况点，这样就会直接导致水泵因超载而停机，从而导致系统瘫痪。

专利号为ZL200620056901.3的实用新型专利公开了恒扬程/止回水泵专用阀门，ZL201020104297.3的发明专利公开了一种多功能水泵控制阀门。该两种阀门均能适应管网压力的大幅度波动，自动调节阀门开度，稳定水泵的出口压力，使水泵不会偏离额定工况点，从而水泵不会因超载而停机而使系统瘫痪。

但该两种阀门均有使用局限性，这是由于水泵的出口压力只有在水泵进口压力(净吸入水头)等于零时，才相等于水泵的扬程。如当进口压力越大，水泵的出口压力与扬程相差越大！也就是说，阀门已经不能恒扬程了，而只是恒水泵出口压力！水泵的出口压力与扬程相差值越大，就会使造成水泵偏离额定工况点越远，过载就越严重！系统就越危险！

水泵进口压力大于零的工况是普遍现象，许多大型消防系统所采用立式水罐蓄水时，往往会造成蓄水罐在高水位时严重过载，只会在蓄水罐的水用完时才回到水泵的额定工况，这样就给水泵设计选型带来极大的困扰。更严重的是，由于水泵偏离额定工况点，水泵工作流量大于设计额定流量，会使计算贮水量达不到设计的灭火时间！严重影响灭火作业的效能。

水泵进口压力变化影响水泵工况点稳定的问题，一直是业界未能解决的难题，本恒扬程止回阀的集成控制阀的发明，彻底地解决以上难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种恒扬程止回阀的集成控制阀。

本发明的技术方案如下：

恒扬程止回阀的集成控制阀，其为一整体结构，包括四个外接管道的连接口，分别为第一连接口、第二连接口、第三连接口以及第四连接口，所述集成控制阀包括第一针阀、第一单向阀、导阀、第二单向阀以及第二针阀，所述导阀包括三通阀、第一测压室和第二测压室，三通阀受第一测压室和第二测压室所测压力协同控制，第一测压室与第二连接口连通，第二测压室与第一连接口连通，第一连接口还与第二针阀的一端连通，第二针阀的另一端与第二单向阀的入口连通，第二单向阀的出口与三通阀的第一端口连通，第一针阀的一端与第三连接口连通，第一针阀的另一端与第一单向阀的入口连通，第一单向阀的出口与第四连接口连通，第四连接口与三通阀的第二端口连通，第三连接口与三通阀的第三端口连通。

进一步的，三通阀的第一端口与第二端口连通，当第二测压室的流体压力与第一测压室的流体压力的差值未达到设定的阈值时，第三端口封闭，当第二测压室的流体压力与第一测压室的流体压力的差值达到设定的阈值时，三通阀的第一端口、第二端口与第三端口连通。

进一步的，导阀包括依次相连的主阀杆护盖、主阀杆、弹簧压盖、主弹簧、弹簧垫、膜片、上阀芯、密封垫、中阀芯、下阀芯、下阀芯弹簧，第一测压室设置于膜片的上方，第二测压室设置于膜片的下方，由密封垫来控制三通阀的第一端口与第三端口之间的通断及开度。

本发明颠覆水力控制阀的传统控制结构及连接方法，传统连接方法如图2所示。本发明在名称为一种水泵控制阀门的中国发明专利(专利号：201010103041.5)公开的导阀的基础上，其只有一个测压室测量水泵出水口压力，本发明增加另一个测压室测量水泵的进水口压力，使导阀膜片由原来的单方向受水压产生移动，变为双向受水压产生差动。从而克服水泵净吸入水头变化而产生对水泵出口流量的影响，使出口压力真正等于扬程，恒扬程止回阀才真正名副其实。

本发明还将众多的辅助阀门、管道构件和导阀集成为一个整体的控制阀。集成控制阀结构紧凑、简约，使用可靠性大大提高。由于集成控制阀可以用非金属软管与水泵、水力控制阀相应的部位连接，从而节省了大量的安装空间、人力和材料成本，并大大提高连接的可靠性，以及大大减少系统故障率。

附图说明

图1是本发明的集成控制阀的应用示意图；

图2是传统的水泵控制阀门的连接示意图；

图3是一种本发明的集成控制阀的结构示意图；

图4是水泵H-Q曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细描述。

如图1所示，本发明的恒扬程止回阀的集成控制阀1是一个整体结构，其中包括第一针阀2、第一单向阀3、导阀4、第二单向阀5、第二针阀6。集成控制阀1有四个外接管道的连接口，分别有第一连接口A、第二连接口B、第三连接口C、第四连接口D。第一连接口A与第二针阀6的一端连通，第二针阀6的另一端连接第二单向阀5的入口，第二单向阀5的出口连接导阀4的三通阀的第一端口c；第一连接口A还与导阀4的第二测压室b连通。第二连接口B连接导阀4的第一测压室a，通常连接至水池(或水箱、水罐等)14的出水口。第三连接口C连接第一针阀2的一端，第一针阀2的另一端连接第一单向阀3的入口，第一单向阀3的出口连接导阀4的三通阀的第二端口d，并与第四连接口D连通；第三连接口C还与导阀4的三通阀的第三端口e连通。应用本发明的集成控制阀1时，第一连接口A与水泵12的出口(恒扬程止回阀8的上游腔10)连接，第二连接口B连接水泵12的入口(水泵进水口压力为零时此口可悬空不接)，第三连接口C连接恒扬程止回阀8的下游腔9，第四连接口D连接恒扬程止回阀8的控制腔7。通常，应用时，在水泵12的入口及出口分别设有第一压力表13和第二压力表11。

图2是与发明最接近的现有技术的水泵控制阀门的连接示意图，本发明与其相比，导阀4增加了第二测压室，从而真正的实现了恒扬程。

图3是集成控制阀1的一种具体实施方式，图3中的a、b、c、d、e，分别相对应于图1中的a、b、c、d、e端口。如图3所示，集成控制阀1包括：主阀杆护盖401、O形圈402、主阀杆403、弹簧压盖404、压盖销钉405、弹簧罩406、主弹簧407、六角螺母408、弹簧垫圈409、弹簧垫410、六角螺栓411、平垫圈412、膜片413、上阀芯414、上阀体415、O形圈416、O形圈417、O形圈418、密封垫419、中阀芯420、针阀2、下阀芯421、密封垫301、单向阀3、弹簧302、O形圈422、中阀体423、O形圈424、下阀芯弹簧425、下阀体426、O形圈427、螺纹接头428、导流管429、针阀6、密封垫501、单向阀5、弹簧502。

本发明的控制原理：

从图4所示，通常水泵选型时，假设水泵吸入口压力为0时，水泵的额定工况点是A₁，其额定扬程是H₁，其额定流量是Q₁。

但当水泵吸入口压力为P₁＝h₂-h₁时，由于水泵吸入能量增加，水泵的H-Q曲线沿H轴向上平移了P₁。水泵的工况点是A₂，其扬程是P₂，其流量是Q₁。

专利号为ZL200620056901.3的实用新型专利公开了恒扬程/止回水泵专用阀门和ZL201020104297.3的发明专利公开了一种多功能水泵控制阀门的工作原理是恒定水泵的出口压力，也就是说H₁是恒定不变的。那么实际的工况点是A₃，其扬程是H₁，其流量是Q₂。这时候的工作流量已超出Q₁许多，也可能使原动机严重过载！

以上该两项专利描述的恒扬程工况是在特定条件下才能实现，即是P₂＝H₁-P₁＝H₁-(h₂-h₁)，当P₁＝h₂-h₁＝0时才能成立P₂＝H₁。只要P₁不等于零，H-Q曲线均会发生平移，也就是说P₂≠H₁。但水泵在实际的使用状况是，其吸入口压力往往P₁都不等于零，也就是说恒扬程/止回水泵大多数工作在恒压力(水泵出口压力H₁)工况，而不是工作在恒扬程(H₁＝P₂-P₁)工况。

从图4可以看到，要真正获得恒扬程(H₁＝P₂-P₁)工况，就必须克服P₁对曲线向上平移的影响，也就是说要修正沿H₁水平平移的工况点A₃，重新回归工况点A₁。即是阀门应自动调整减少开度，增加相应的阻力，抵消水泵进口增加的压力P₁，即是将R₃调整为R₁，使工况点A₃沿H₁水平调整至A₁。本发明的集成控制阀通过在导阀4上设置两个测压室，分别检测水泵12的入口及出口压力，从而使工况可稳定在A₁，真正实现恒扬程。

本发明的基本工作原理

⑴(P₁＝0)时：

①持压工况

首先设定持压工况点参数H₁，调节主阀杆403使弹簧压盖404上下移动，调整主弹簧407的压力，使平垫圈412推动膜片413，联动上阀芯414和密封垫419使导阀4的三通阀的第三端口e被关闭。

水泵12开启后，水流从第一连接口A分两路进入。第一路通过通过内孔通道到第二针阀6，第二针阀6的另一端通过内孔通道连接第二单向阀5的入口，第二单向阀5的出口通过内孔通道连接导阀4的三通阀的第一端口c，然后通过第四连接口D进入到恒扬程止回阀8的控制腔7，使恒扬程止回阀8关闭。第二路通过内孔通道进入第二测压室b，使水产生对膜片413向上的推力。如当水泵12出口扬程达到参数H₁时，膜片413向上的推力克服主弹簧407的压力，使上阀芯414联动密封垫419向上，使三通阀的第二端口d与第三端口e导通，水从第三端口e通过内孔通道从第三连接口C到恒扬程止回阀8的下游腔9，从而使恒扬程止回阀8开启。

②恒扬程工况

由于恒扬程止回阀8已开启，当系统用水量增加，恒扬程止回阀8下游腔9的压力下降，使恒扬程止回阀8的上游腔10的压力随之下降。这时第二测压室b的水压下降，膜片413向上的推力下降，使上阀芯414联动密封垫419向下移动，流经第一端口c再流出到第三端口e的水量减少，最后使从第三端口e通过内孔通道从第三连接口C到恒扬程止回阀8的下游腔9的水量减少，恒扬程止回阀8的控制腔7的水容积变大，恒扬程止回阀8的开度变小，使恒扬程止回阀8上游腔9的压力升高，从而维持原设定扬程H₁。

当系统用水量减少，恒扬程止回阀8下游腔9的压力上升，使恒扬程止回阀8的上游腔10的压力随之上升。这时第二测压室b的水压上升，膜片413向上的推力上升，使上阀芯414联动密封垫419向上移动，使流经第一端口c，再流出到第三端口e的水量增加，最后使从第三端口e通过内孔通道从第三连接口C到恒扬程止回阀8的下游腔9的水量增加，恒扬程止回阀8的控制腔7的水容积变小，恒扬程止回阀8的开度变大，使恒扬程止回阀8上游腔10的压力下降，从而维持原设定扬程H₁。

综上所述，当水泵12吸入压力等于零时，集成控制阀1的第一连接口A流入由水泵12出口端的水后，分流到第二测压室b，压力水使膜片413产生向上推力，与主弹簧407向下力进行抗衡，联动上阀芯414上下移动，调节由D端口流入的水流量，从而调节水力控制阀8控制腔7水量，最终调节水力控制阀的开度，从而恒定水力控制阀8上游腔10的压力H₁。

③止回工况

当水泵12关闭，水泵12的出口压力骤降，这时第二测压室b的水压迅速下降，膜片413向上的推力迅速下降，使上阀芯414联动密封垫419向下迅速移动，将第三端口e切断。恒扬程止回阀8下游腔9的水经第三连接口C通过内孔通道流到第一针阀2，第一针阀2的另一端通过内孔通道连接第一单向阀3的入口，第一单向阀3的出口通过内孔通道连接第四连接口D进入到恒扬程止回阀8的控制腔7。使恒扬程止回阀8迅速关闭。

⑵(P₁≠0)时：

在当水泵12吸入压力不等于零时，本发明创造性地在第二连接口B连接水泵12的入口，第二连接口B将水泵12的入口的压力P₁引入到膜片413的上方，使水泵12入口的压力P₁和与主弹簧407共同合力作用于膜片413，这个合力与第一连接口A的压力P₂进行抗衡，联动上阀芯414上下移动，便能产生(P₂-P₁)差动产生上阀芯414移动变量，从而修正水泵12因入口的压力改变而产生的出口压力变量。因此，在水泵12入口的压力不断变化的情况下，使水泵的出口压力P₂修正为扬程(H₁＝P₂-P₁)，即实现恒扬程工况。

同理，持压工况亦能修正水泵12入口的压力变化，在设定扬程参数下正常工作。

Claims (3)

1.恒扬程止回阀的集成控制阀，其特征在于其为一整体结构，包括四个外接管道的连接口，分别为第一连接口、第二连接口、第三连接口以及第四连接口，所述集成控制阀包括第一针阀（2）、第一单向阀（3）、导阀（4）、第二单向阀（5）以及第二针阀（6），所述导阀（4）包括三通阀、第一测压室和第二测压室，三通阀受第一测压室和第二测压室所测压力协同控制，第一测压室与第二连接口连通，第二测压室与第一连接口连通，第一连接口还与第二针阀（6）的一端连通，第二针阀（6）的另一端与第二单向阀（5）的入口连通，第二单向阀（5）的出口与三通阀的第一端口连通，第一针阀（2）的一端与第三连接口连通，第一针阀（2）的另一端与第一单向阀（3）的入口连通，第一单向阀（3）的出口与第四连接口连通，第四连接口与三通阀的第二端口连通，第三连接口与三通阀的第三端口连通。

2.根据权利要求1所述的恒扬程止回阀的集成控制阀，其特征在于三通阀的第一端口与第二端口连通，当第二测压室的流体压力与第一测压室的流体压力的差值未达到设定的阈值时，第三端口封闭，当第二测压室的流体压力与第一测压室的流体压力的差值达到设定的阈值时，三通阀的第一端口、第二端口与第三端口连通。

3.根据权利要求2所述的恒扬程止回阀的集成控制阀，其特征在于导阀（4）包括依次相连的主阀杆护盖（401）、主阀杆（403）、弹簧压盖（404）、主弹簧（407）、弹簧垫（410）、膜片（413）、上阀芯（414）、密封垫（419）、中阀芯（420）、下阀芯（421）、下阀芯弹簧（425），第一测压室设置于膜片（413）的上方，第二测压室设置于膜片（413）的下方，由密封垫（419）来控制三通阀的第一端口与第三端口之间的通断及开度。