CN103697198A - 压差原理倒流防止器的双室控制机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压差原理倒流防止器的双室控制机构，包括进口阀瓣、控制室、活塞、弹簧、弹簧座及阀杆，该进口阀瓣、控制室、活塞、弹簧、弹簧座依次通过阀杆串成一体，进口阀瓣可左右滑移的设于控制室的左侧外部并通过紧固件固定在阀杆的左侧自由端上，进口阀瓣沿径向均布有通水孔，活塞固定在阀杆的左侧并可滑动的设于控制室内，弹簧座固定在控制室右侧内部，弹簧座与活塞之间设有弹簧，活塞通过弹簧的压力抵制于进口阀瓣的右侧。本发明专利旨在排除进口处克服弹簧阻力的机械损失，只有介质过流损失，从而减少4m以上的水头损失，当介质流速为3m/s时，对不同通径的倒流防止器，水头损失保持在35KPa～40KPa(3.5m～4m水头)，达到大幅度节能效果。

Description

压差原理倒流防止器的双室控制机构

技术领域

本发明涉及一种管网控制阀门，特别涉及一种压差原理倒流防止器的双室控制机构。

背景技术

在给排水及各供水领域中，安装倒流防止器是规范中强制性的规定，它是安装在生活饮用水和非生活饮用水管网交叉连接处的水力控制设备。严格控制有压饮用水只能单向流动，保证零倒流，确保供水安全，保障人民身体健康。

如图3及图4，现有的国内外倒流防止器的典型结构都是由进口止回阀4’、出口止回阀5’和泄水阀6’所组成，代表性的国内外产品标准有三个：美标ANSI/AWWA C511《减压原理倒流防止器组件》、欧盟标准EN12729:2002《用于由饮用水倒流而产生的污染-可控制减压原理倒流防止器—B类—A型》和国家标准标GB/T25178—2010《减压型倒流防止器》。其中都规定当流速3m/s时，允许水头损失为0.1MPa(即10m水头损失)。其共同特点除结构形式外，其设计和工作原理都采用了减压原理，介质流速3m/s时，允许水头损失都为0.1MPa(即10m水头损失)。

其工作原理是：进口压力P₁在任何工况下都必须大于中间腔压力P₂，而达到零倒流的目的。这也符合“水往低处流的自然规律。”且为了防止倒流，标准中都规定了：在进口腔压力P1和中间腔压力P2之间必须保持P1－P2＞14KPa(即1.4m水头)。为此在进口止回中都设计了阻力弹簧，使进口压力水流经阀瓣进入中间腔时克服弹簧阻力而减压，来满足P1－P2＞14KPa防倒流要求。

现有的防倒流器虽然可实现了零倒流的目的，但是，其在工作时需要通过消耗P1的4m水头损失来克服弹簧阻力进入中间腔，以实现P1–P2＞14KPa的防倒流之目的，这种防倒流方式不够节能，进水口弹簧的预压损失要大于14KPa，并且随着阀瓣开度增加，弹簧压缩量也增加，根据虎克定律，这种阻力与压缩量造成的机械损失也成线性增加，工作时的损耗可达40KPa(4m.H2O)，加上介质在阀体中的过流损失，实际应用中，局部水头损失均在8m以上。但这么大的能量耗损已成为国内外难以解决和期盼解决的技术难题。

发明内容

因此，针对上述的问题，本发明提供了一种结构紧凑合理、节能水头损失小的压差原理倒流防止器的双室控制机构。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：压差原理倒流防止器的双室控制机构，其设于倒流防止器的阀腔内用于控制倒流防止器的启闭，包括进口阀瓣、控制室、活塞、弹簧、弹簧座及阀杆，所述进口阀瓣、控制室、活塞、弹簧、弹簧座依次通过阀杆串成一体，所述进口阀瓣可左右滑移的设于控制室的左侧外部并通过紧固件固定在阀杆的左侧自由端上，所述进口阀瓣沿径向均布有通水孔，所述活塞固定在阀杆的左侧并可滑动的设于控制室内将控制室分为左右两个控制室，所述弹簧座固定在控制室右侧内部，弹簧座与活塞之间设有弹簧，活塞通过弹簧抵制于进口阀瓣的右侧，所述阀杆靠近弹簧座的那一自由端上还设有可限制阀杆滑移行程的限位卡台。

进一步改进的是：所述控制室与进口阀瓣之间设有控制室密封圈。

进一步改进的是：所述活塞与控制室内壁之间设有活塞密封圈。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：本发明双室控制机构利用已有的供水压差，在双室控制机构活塞右侧设计了压力大于14KPa的弹簧，此时双室控制室右侧的总压力为P2加弹簧压力N，当活塞左侧的压力P1大于右侧时，通过活塞向右运动将进口阀瓣开启，介质从进口阀瓣外侧四周流向中间腔，整个过程中进口腔压力水无须克服弹簧阻力流向中间腔，节省了进口压力P1为克服弹簧机械损失4m水头能量而节能。且保证了P1–P2＞14KPa的规定，满足防止倒流的压差要求。

局部水头损失的理论公式如下：

$h_f=\mathrm{\ζ}\frac{V^2}{2g}...\left(1\right)$

式中：h_f－局部水头损失(m)

ζ－局部阻力系数(无量纲)

V－介质平均流速(m/s)

g－重力加速度(9.81m/s2)

压差原理倒流防止器工作时活塞作用合力为零，活塞不运动，即可视双室控制室两侧介质流速为零，式(1)中的V为零，局部水头损失为零，使进口压力水P1不需要克服弹簧机械损失流向中间腔而节能。从设计原理和工作原理上都证明了压差原理倒流防止器节能的可行性和可操作性。

附图说明

图1是本发明实施例结构示意图；

图2是本发明实施例安装在倒流防止器上的结构示意图。

图3是现有技术倒流防止器的结构示意图。

图4是图3的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例：参考图1，本实施例公开一种压差原理倒流防止器的双室控制机构，包括进口阀瓣1、控制室2、活塞3、弹簧4、弹簧座6及阀杆5，所述进口阀瓣1、控制室2、活塞3、弹簧4、弹簧座6依次通过阀杆5串成一体，所述进口阀瓣1可左右滑移的设于控制室2的左侧外部，并通过螺母9固定在阀杆5的左侧自由端上，所述进口阀瓣1沿径向均布有通水孔11，所述活塞3固定在阀杆5的左侧并可滑动的设于控制室2内，活塞3将控制室2分为左右两个控制室，所述弹簧座6固定在控制室2右侧内部，弹簧座6与活塞3之间设有弹簧4，活塞3通过弹簧4的压力抵制于进口阀瓣1的右侧，所述阀杆5靠近弹簧座6的那一自由端上还设有可限制阀杆5滑移行程的限位卡台51，所述控制室2与进口阀瓣1之间设有控制室密封圈8,所述活塞3与控制室2内壁之间设有活塞密封圈7。

双室控制机构的工作原理：

双室控制机构由进口阀瓣、控制室、活塞、弹簧、阀杆和相关的密封件组成，并将进水口阀瓣、活塞和阀杆连接成启闭部件，由控制室右侧作为弹簧支点，作用在启闭件上。机构中弹簧作用力N除以活塞截面积m²,大于14KPa。

此时，图示活塞右侧的作用力为弹簧压力N加P₂之和，活塞左侧的作用压力为P₁，若两者相等(P₁=P₂+N)，活塞处于平衡状态不运动，或关闭状态。因弹簧作用力N大于14KPa,所以此时P₁–P₂的压力差必大于14KPa。

若向出口处下游供水时，水向下游流动，P₂就下降，活塞左侧的进口压力P₁就大于中间腔压力P₂和弹簧作用压力N之和，阀瓣被开启过水，此时的P₁–P₂压差也必大于弹簧作用压力14KPa，符合标准所规定的压差要求，有效防止介质倒流。

上述原理中从理论上证明了，无论介质有没有从倒流防止器内通过，P₁–P₂压差都符合标准大于14KPa要求，并能有效的保证中间腔的水不可能倒流到进口腔，而实现零倒流。

如图2，是将本发明双室控制机构装配于倒流防止器阀腔内的结构示意图，使用时将该双室控制机构的控制室2固定在阀体1’的阀腔2’内，进口阀瓣1通过活塞3与弹簧4的作用力抵制于阀体1’的进水口阀座11’上，工作时利用进口处的自身压力水，使活塞3克服弹簧4的压力而驱动进口阀瓣1及阀杆5向右做直线运动将阀瓣开启，介质从进口阀瓣1外侧四周流向中间腔P2，整个过程中进口腔压力水无须克服弹簧阻力流向中间腔，节省了进口压力P1为克服弹簧机械损失4m水头能量而节能。且保证了P₁–P₂＞14KPa的规定，满足防止倒流的压差要求。

局部水头损失的理论公式如下：

$h_f=\mathrm{\ζ}\frac{V^2}{2g}...\left(1\right)$

式中：h_f－局部水头损失(m)

ζ－局部阻力系数(无量纲)

V－介质平均流速(m/s)

g－重力加速度(9.81m/s2)

压差原理倒流防止器工作时活塞作用合力为零，活塞不运动，即可视双室控制室两侧介质流速为零，式(1)中的V为零，局部水头损失为零，使进口压力水P₁不需要克服弹簧机械损失流向中间腔而节能。从设计原理和工作原理上都证明了压差原理倒流防止器节能的可行性和可操作性。

节能效果估算：

压差原理倒流防止器功能是防止饮用水倒流污染，最大的社会效益是保证饮用水的安全，保障人民身体健康。

经济效益估算：本发明专利由于在阀体内设置了双室控制机构，从而节省了因克服弹簧阻力而造成的4m局部水头损失。

压差原理倒流防止器是国家强制应用产品。“十一五”期间，设市城市、县城和建制镇的供水总量为714亿立方米/年，其中设市城市为508亿立方米/年，县城为93亿立方米/年，建制镇为113亿立方米/年。福建省在“十二五”规划中，水厂改造扩建规模为2.23亿立方米/年。

若按“十一五”期间设市城市用水量508亿立方米/年，倒流防止器使用普及率暂按70%计算，减小4m水头损失的年节能计算如下：

$W=\frac{\mathrm{\γQH}365\×24}{1000\mathrm{\η}}(\mathrm{kwh}/a)...\left(2\right)$

式中：

W—年节能数kwh/a(度/年)；

γ—水的重度(9800N/m³)；

Q—流量(m³/s)；

(508×108m³/a)=508×108/365×24×3600)=1611(m³/s)

H—泵扬程（节省的水头损失数）取4m

η—泵机组总效率其中：电机效率0.90，泵效率0.84，传动效率0.98。

水厂生活饮用水的开工率为100%，(365×24小时)

将数据代入式(2):

平均电费按1元/度计算，设市城市每年可省电5.23亿度，节省人民币5亿元以上。

若包括县城和建制镇年供水量206亿立方米在内，年省电量可达到7.5亿度以上。

节能效果和经济效益是十分明显和可观的。随着给排水规范中对防倒流污染强制性规定的不断深入贯彻普及，使用普及率也将不断提高，该发明专利的节能所带来的经济效益将更为显著。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (3)

1.压差原理倒流防止器的双室控制机构，其设于倒流防止器的阀腔内用于控制倒流防止器的启闭，其特征在于：包括进口阀瓣、控制室、活塞、弹簧、弹簧座及阀杆，所述进口阀瓣、控制室、活塞、弹簧、弹簧座依次通过阀杆串成一体，所述进口阀瓣可左右滑移的设于控制室的左侧外部并通过紧固件固定在阀杆的左侧自由端上，所述进口阀瓣沿径向均布有通水孔，所述活塞固定在阀杆的左侧并可滑动的设于控制室内将控制室分为左右两个控制室，所述弹簧座固定在控制室右侧内部，弹簧座与活塞之间设有弹簧，活塞通过弹簧抵制于进口阀瓣的右侧，所述阀杆靠近弹簧座的那一自由端上还设有可限制阀杆滑移行程的限位卡台。

2.根据权利要求1所述的压差原理倒流防止器的双室控制机构，其特征在于：所述控制室与进口阀瓣之间设有控制室密封圈。

3.根据权利要求1所述的压差原理倒流防止器的双室控制机构，其特征在于：所述活塞与控制室内壁之间设有活塞密封圈。

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