CN104048138A - 压力峰值减小设备和同轴式水锤作用防止装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压力峰值减小设备和一种同轴式水锤作用防止装置。该同轴式水锤作用防止装置包括：壳体，该壳体在每个端部处能连接到管道系统；流体通道，设置在该壳体内以允许流体从管道系统流过壳体并流回到管道系统内；活塞；以及加压气体室。当出现压力峰值时，活塞抵靠加压气体室被推动以获得用于水流的扩大区域，直到压力峰值消失并且活塞返回到其静止位置为止。当与家用器具供水管线中常见的柔性软管和管路一起使用时，该同轴式防止装置通过压接或夹持型连接器而容易进行安装并占用很少空间。

Description

压力峰值减小设备和同轴式水锤作用防止装置

技术领域

本发明涉及一种用于抑制压力峰值并减小当水流关闭时由管道、软管或柔性管路内的压力突变所导致的“水锤”噪声的同轴式（in-line，管线式，一列式）装置。

背景技术

水锤作用（water hammer，水锤）是当由关闭经过管道的水流所导致的管道内压力突然变化时存在的一种常见情况。与快速关闭阀相关联的压力峰值可能为系统内正常压力的5倍或更大。压力的这些变化会导致管道的拍击和摇动，产生与该问题相关联的典型“锤打”噪音，即使不存在锤打噪声时压力变化也可导致对管道系统造成损坏。压力峰值可从阀向后反射并对整个系统的部件造成损坏，包括配件（fittings）、阀、回流防止器，以及连接到该管道系统的器具。

一种防止水锤作用的方法是通过安装水锤作用防止装置（waterhammer arrester，水锤消除器）。这些装置通常包括在一个端部处加盖的管道，具有活塞和在该活塞与加盖端部之间的加压气袋，管道的敞开端部被连接到系统内的其上游可能发生压力峰值的管道、或连接到阀处并且通常包含在阀出口盒中。防止装置通常垂直于系统管道安装。当发生压力峰值时，加压水在防止装置内推压活塞，该活塞抵靠压缩气袋移动，直到压力稳定以及活塞返回到其在防止装置内的正常、静止位置为止。这抑制了压力，以使它不通过管道系统反射回来。

这种类型的现有技术水锤作用防止装置与固定的管道安装合作良好，但需要额外的安装空间以及更大尺寸的出口盒来容纳防止装置。此外，由于其通常涉及焊接管道、压力接头、卷曲到PEX上或其他各种连接方式，使得安装更加困难。如果有必要用锤作用防止装置来翻新管道系统，由于更难以接近壁内的管道或在现有的出口盒处添加锤作用防止装置，因此增加了难度。此外，这种类型的设计不适合与通常在洗衣机、洗碗机、冰箱/制冰机上存在的柔性软管和管路一起工作，但是与这些器具一起使用的阀可能导致严重的压力峰值。

同轴式类型的防止装置也是已知的，其比T连接器型防止装置更有优势，但它们使用阻尼材料而不是活塞。例如，美国专利No.6,672,337公开了一种围绕流体室的缓冲隔膜并且美国专利No.8,307,855公开了一组位于更大直径管道内的用于抑制压力峰值的充气气球。活塞比缓冲材料更有效。

发明内容

本文中公开的水锤作用防止设备可被添加到通常在洗衣机、洗碗机以及冰箱/制冰机的供给线路上常见的标准的和先前存在的柔性软管和管路上。根据本发明的一个实施例，通过在标准软管的中部压接或密封水锤作用防止装置，而将水锤作用防止装置安装在柔性软管中的管线中。这样水锤作用防止装置安装对于普通房主来说与安装标准软管一样容易，并且不需要专业帮助就可以实现。此外，设备相对较小并且直径仅略大于家用器具（household appliances，家用电器）的柔性软管供给管线的通常直径，所以它可很容易地装配在同一空间中，在为供给管线安装防止装置之前该空间容纳标准柔性供给管线。使用根据本发明一个实施例的该设备，不必在阀出口盒（valve outlet box）内安装防止装置，其将允许不太贵的较小盒。

根据发明的另一个实施例，水锤作用防止装置包括类似于现有技术装置的活塞和加压气体室，但该防止装置与系统是同轴的并且水经过该防止装置。该同轴式设计使得防止装置紧凑并且容易安装在现有的柔性软管或管路上。

结合附图，考虑对优选实施例的以下详细描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征、目的和优点。尽管对优选实施例的讨论将集中在使用带有柔性软管和管路的设备，但是本发明可与铜管道、CPVC管道、PEX管道以及其他硬表面管道系统一起使用，带有将设备的端部与这些管道轴向地连接的不同装置，这些是本领域普通技术人员将会理解的。此外，本发明可由器具的制造商安装在如洗衣机或洗碗机等器具的内侧，这也将是本领域普通技术人员可理解的。

附图说明

参考以下附图进一步地描述和解释本发明的设备，在附图中：

图1为根据本发明的设备的一个实施例的立体图；

图2为图1设备的横截面侧视图，其中活塞处于其静止位置中；

图3为图2设备的横截面侧视图，其中活塞处于完全压缩位置中；

图4为被连接到柔性软管的图1设备的横截面侧视图。

具体实施方式

参考图1，描绘了同轴式水锤作用防止设备10的一种优选实施例。设备10优选地包括：圆柱形壳体12，在每个端部处具有肩部52；第一端部配件22；第二端部配件30；以及纵向流体通道34。在管道系统（包括使用硬管道材料或柔性软管或管路的系统）的正常操作期间，水从第一配件22（上游或后端部）流向第二配件30（下游或前端部）。设备10从将关闭并形成压力峰值的阀向上游安装。通常，这种阀为器具的一部分，防止装置与该器具一起使用。例如，为了与洗衣机一起使用，将防止装置10安装在位于在壁处的出口盒内安装的供水阀（通常处于打开位置中并且不是压力峰值的来源）与洗衣机之间的柔性供水管线内。每个端部配件22和30优选地包括向外延伸超过肩部52的带倒钩端部24和32以及颈部部分21和31。可替代地，防止装置10可最优选地由器具的制造商安装在器具内，靠近可导致水锤作用的器具阀。

图2和图3描绘了防止设备10的优选实施例。防止设备10包括壳体12、第一端部配件22、第二端部配件30、活塞14、加压气体室20以及流体通道34、28和26。第一端部配件22设置在壳体12的上游端部处。第一端部配件22包括：具有内（或下游）端部40和肩部41的圆柱形本体16、从肩部41向外延伸的圆柱形颈部21、以及带倒钩端部24。肩部41抵靠壳体12的肩部52。颈部21从壳体12向外（上游）延伸穿过孔54。带倒钩端部24优选地在靠近颈部21处最宽并随着其从颈部21向外延伸而逐渐变细以方便插入到柔性软管内，最宽的倒钩部分有助于固定带倒钩端部24以免从该柔性软管移出。纵向的流体通道26延伸穿过带倒钩端部24和颈部21。在圆柱形本体16的内部上形成另一流体通道28。流体通道28具有比流体通道26更大的直径。当水流经该系统时，流体（通常为流经该管道系统的水）可自由地从流体通道26流到流体通道28。至少一个，优选地至少两个，环形凹槽35设置在本体16的侧壁外表面内。设置在每个环形凹槽35内的是密封环36，该密封环摩擦地接合壳体12的内壁，以将第一端部配件22固定在壳体12内并防止水从壳体12与第一端部配件22之间发生泄漏。

活塞14优选为大致圆柱形。至少一个，优选地至少两个，环形凹槽56设置在活塞14的侧壁的外表面内。此外，至少一个，优选地至少两个，环形凹槽58设置在活塞14的侧壁的内表面内。设置在每个环形凹槽56内的是密封环60，该密封环在活塞14与壳体12的内壁之间提供可滑动接合。设置在每个环形凹槽58内的是另一密封环38，该密封环在活塞14与流体轴62的外壁之间提供可滑动接合。活塞14可包括设置在环形凹槽56和58之间的通道以便于成型。密封环60和38阻止水和气体泄漏到流体室28和加压气体室20或从流体室和加压气体室泄漏。

第二端部配件30设置在壳体12的下游端部处。第二端部配件30包括具有内（或上游）端部46和肩部44的大致圆柱形本体18、圆柱形流体轴62、从肩部44向外延伸的圆柱形颈部31、以及带倒钩端部32。至少一个，优选地至少两个，环形凹槽35设置在本体18的邻近壳体12内壁的侧壁的外表面内。设置在每个环形凹槽35内的是密封环36，该密封环摩擦地接合圆柱形壳体12的内壁，以将第二端部配件30固定在壳体12内并防止气体从壳体12和第二端部配件30之间的加压气体室20泄漏出来。肩部44抵靠圆柱形壳体12的肩部52。颈部31从壳体12向外（向下游）延伸穿过孔54。带倒钩端部32优选地在靠近颈部31处最宽并且随着其从颈部31向外延伸逐渐变细以方便插入柔性软管，最宽的倒钩部分有助于固定带倒钩端部32以免从柔性软管移出。流体轴62从颈部31向内（向上游）延伸。流体轴62的上游端部45部分地延伸到流体室28内。在本体18和流体轴62之间形成环形室48。纵向的流体通道34延伸穿过带倒钩端部32、颈部31和流体轴62。流体通道26、28和34配合以提供穿过防止设备10的连续流体通道。加压气体室20在壳体12的内壁、流体轴62的外壁、活塞14的端部43以及本体18的端部46之间形成。加压气体室20应该满足ASSE1010测试标准的最新版本，以充分地减小系统内压力峰值的影响。尽管空气为在加压室20中使用的优选气体，也可使用其他气体，优选地诸如氮气等惰性气体。

在正常操作条件下，当管道系统内的压力稳定时，活塞14靠近第一端部配件22处于其静止位置中，如图2中所示。加压气体室20内压力大于系统内压力，其将活塞14保持在静止位置中。当压力峰值发生时，系统内压力变得比加压气体室20内压力更大，导致活塞14朝向第二端部配件30向前移动。直到活塞14通过由关闭阀产生的压力向前移动一段距离，活塞14的端部42的一部分抵靠本体16的端部40。活塞14可根据需要向前移动以调节压力峰值。对于剧烈的峰值，活塞14可向前移动直到下游端部43抵靠第二端部配件30的端部46，如图3所示。当活塞14一直向前推进时，室48容纳来自室20的气体。当活塞从其静止位置向前推动时，在壳体12的内壁、端部40、活塞端部42、以及流体轴62的外壁之间的区域内形成流体室29，允许水填充的更大体积。随着系统内压力稳定，活塞14移动回到其静止位置，将流体从流体室29内推出并推回到流体通道28（以及通道26和34）内，并允许气体往回膨胀到加压室20内。

图4描绘了被安装在柔性软管上的水锤作用防止设备10的一个优选实施例。例如，连接到供水管线和器具的柔性软管68被切割以露出两个敞开端部。夹或钳型连接器70插入到每个带倒钩端部24和32上，并抵靠壳体12的肩部52上的凹入区域（在图1中最佳地示出了凹入区域）。连接器70优选地具有软管端部76、颈部72以及肩部端部74。软管68的切割端部插入到连接器70的软管端部76内，并且带倒钩端部24在连接器70内侧插入到软管68的切割端部内。软管68的另一切割端部同样地插入到第二连接器70的软管端部76内，并且带倒钩端部32在第二连接器70内侧插入到软管68的切割端部内。每个连接器70然后被压接或夹持以将软管68固定到防止设备10。适于与柔性软管或管路一起使用的任何其他类型的连接器可用于将软管68连接到防止设备10。防止设备10可与在设备10的两端部处附接的连接器70的肩部端部74一起预装配，两个连接器70可与设备10预包装，或连接器可与设备10分开地购买。如本领域普通技术人员可以理解的，防止设备10也可利用适当连接器而与铜管道、CPVC、PEX或者其他硬管道系统一起使用以将防止装置连接到管道。

可替代地，防止装置10可包括预附接到任一端部配件22和30和/或壳体12或与任一端部配件22和30和/或壳体12一体制造的螺纹型连接器、压接型连接器或夹持型连接器。这些连接器包括洗衣机或类似配件以防止水泄漏。这些连接器将与安装在防止装置10与其一起使用的柔性软管或管路或管道上的类似连接器相匹配。在该替代结构中，带倒钩端部24和32可以不是必需的，并且对于颈部21和31来说可不需要其从壳体12向外延伸。作为另一种替代，防止装置10可与柔性软管、管路或一段长度管道整合在一起或预附接到其上，以更容易安装。例如，柔性软管的端部可具有准备好连接到洗衣机的供水阀和进口的螺纹连接器，当防止装置10已在柔性软管上的适当位置处，这样用户只需紧固在阀和洗衣机进口处的连接，而无需切割软管以及无需将防止装置用压接连接器进行安装。本领域普通技术人员将理解对于这种替代连接结构所需的修改。

第一端部配件22、第二端部配件30、活塞14都优选地整体地模制为单一部件。第一端部配件22、第二端部配件30和活塞14的优选材料为缩醛（acetal，乙缩醛），但也可使用其他塑料或金属材料，如聚砜、聚苯砜（polyphynelsulfone）、钢、黄铜、或其他铜合金。密封环36、38和60优选地为标准O形环。最优选地，密封环38的尺寸小于尺寸可相同的密封环36和60。此外，在第一端部配件和第二端部配件上的环形凹槽35可尺寸相同或尺寸不同，密封环36具有相应的尺寸。壳体12最优选地由不锈钢制成，但也可使用其他材料，如铜或铝或其他金属或塑料。

本文中提及的前（或向前）和后（或向后）通常是指水流的方向，向前是下游方向。在阅读本说明书和本文优选实施例的描述后，本领域普通技术人员也会理解的是，可在本发明的范围内对设备做出修改和改变并且其目的是本文所公开的本发明范围仅由发明人在法律上享有的所附权利要求的最广泛解释所限定。

Claims (30)

1.一种压力峰值减小设备，包括：

壳体，在每个端部处能连接到管道或软管，流体能流过所述管道或软管，所述壳体具有流体通道以允许流体从所述壳体的一个端部处的管道或软管流至所述壳体的另一个端部处的管道或软管；

活塞，设置在所述壳体内并围绕所述流体通道；以及

加压气体室，设置在所述壳体内。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述活塞为具有邻近所述壳体的内壁的外侧壁且具有邻近所述流体通道的外壁的内侧壁的大致圆柱形；

其中，所述活塞包括设置在所述外侧壁内的至少一个环形凹槽以及设置在所述内侧壁内的至少一个环形凹槽；并且

所述设备进一步包括设置在每个环形凹槽中的密封环，以在所述活塞和所述壳体与所述流体通道之间提供能滑动的密封接合。

3.根据权利要求1所述的设备，进一步包括设置在所述壳体的上游端部处的第一配件以及设置在所述壳体的下游端部处的第二配件，每个配件包括设置在所述壳体内的大致圆柱形本体以及从所述壳体向外延伸的颈部，所述颈部能与所述管道或软管接合。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述第二配件进一步包括从所述大致圆柱形本体向内延伸的轴，其中，这种轴形成所述流体通道的一部分。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述活塞为具有邻近所述壳体的内壁的外侧壁且具有邻近所述轴的外壁的内侧壁的大致圆柱形；

其中，所述活塞包括设置在所述外侧壁内的至少一个环形凹槽以及设置在所述内侧壁内的至少一个环形凹槽；

所述设备进一步包括设置在每个环形凹槽中的密封环，以在所述活塞和所述壳体与所述流体通道之间提供能滑动的密封接合；

其中，所述加压气体室在所述活塞的下游端部与所述第二配件的大致圆柱形本体之间围绕所述轴设置；

其中，当在所述管道中出现压力峰值时，该压力导致所述活塞从邻近所述第一配件的其静止位置朝向所述第二配件滑动。

6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述流体通道包括设置在所述第一配件的颈部内的第一通道、设置在所述第一配件的本体内的第二通道、设置在所述轴内的第三通道以及设置在所述第二配件的颈部内的第四通道。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述第二通道具有比其他通道大的直径。

8.根据权利要求5所述的设备，其中，当所述活塞处于其静止位置中时，所述流体通道包括设置在所述第一配件的颈部内的第一通道、设置在所述第一配件的本体内的第二通道、设置在所述轴内的第三通道以及设置在所述第二配件的颈部内的第四通道，并且当所述活塞朝向所述第二配件滑动时，所述流体通道进一步包括围绕所述第三通道设置并位于所述第二通道与所述活塞的上游端部之间的第五通道。

9.根据权利要求3所述的设备，其中，每个配件进一步包括设置在所述颈部的外端部处的带倒钩端部。

10.根据权利要求3所述的设备，其中，所述活塞、所述第一配件以及所述第二配件由塑料制成。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述壳体由金属制成。

12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述壳体是塑料的。

13.根据权利要求3所述的设备，其中，所述活塞、所述第一配件以及所述第二配件由缩醛制成。

14.根据权利要求11所述的设备，其中，所述金属为不锈钢。

15.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：第一柔性软管，具有设置在所述壳体的一个端部处的与所述流体通道流体连通的第一端部；

第二柔性软管，具有设置在所述壳体的另一端部处的与所述流体通道流体连通的第一端部；

螺纹连接器，附接到所述第一柔性软管和所述第二柔性软管中每一者的第二端部，以用于将所述第一柔性软管连接到供水阀以及将所述第二柔性软管连接到器具入口。

16.根据权利要求1所述的设备，其中，所述壳体连接到器具供水管线。

17.根据权利要求1所述的设备，进一步包括位于所述壳体的每个端部处的螺纹连接器，每个螺纹连接器被配置为与软管或管道上的螺纹连接器相匹配以将所述壳体连接到所述软管或管道。

18.一种同轴式水锤作用防止装置，包括：

壳体；

第一配件，设置在所述壳体的上游端部处，包括从所述壳体向外延伸以与管道或软管接合的颈部以及设置在所述壳体内的本体；

第二配件，设置在所述壳体的下游端部处，包括从所述壳体向外延伸以与管道或软管接合的颈部、设置在所述壳体内的本体以及从所述本体向内延伸的轴；

活塞，设置在所述壳体内、位于所述第一配件的面向内的端部与所述第二配件的面向内的端部之间并且围绕所述轴；

加压气体室，设置在所述壳体内、位于所述活塞的下游端部与设置在所述壳体的下游端部处的配件的本体的面向内的端部之间；

以及

流体通道，允许流体从所述壳体的上游端部通过所述壳体的下游端部流出，所述流体通道包括所述轴以及所述第一配件和第二配件的本体和颈部的内部部分。

19.根据权利要求18所述的同轴式水锤作用防止装置，其中，所述活塞包括大致圆柱形本体，所述大致圆柱形本体具有设置在外侧壁内的至少一个环形凹槽和设置在内侧壁内的至少一个环形凹槽；

所述防止装置进一步包括设置在每个环形凹槽中的密封环，以在所述活塞和所述壳体及所述轴之间提供能滑动的密封接合。

20.根据权利要求19所述的同轴式水锤作用防止装置，其中，所述活塞进一步包括设置在所述大致圆柱形本体内的室，所述室具有允许所述室与所述流体通道的位于所述第一配件的本体内的部分之间流体连通的敞开上游端部。

21.根据权利要求18所述的同轴式水锤作用防止装置，进一步包括设置在所述第二配件的本体与轴之间的第二室，所述第二室具有允许所述第二室与所述加压气体室之间流体连通的敞开上游端部。

22.根据权利要求20所述的同轴式水锤作用防止装置，进一步包括设置在所述第二配件的本体与轴之间的第二室，所述第二室具有允许所述第二室与所述加压气体室之间流体连通的敞开上游端部。

23.根据权利要求20所述的同轴式水锤作用防止装置，其中，响应于能与所述防止装置连接的管道系统中的压力峰值，所述活塞能从邻近所述第一配件的本体的其静止位置朝向所述第二配件的本体滑动。

24.根据权利要求18所述的同轴式水锤作用防止装置，进一步包括两个连接器，每个连接器用于将所述壳体的每个端部连接到管道或软管。

25.根据权利要求18所述的设备，其中，所述活塞、所述第一配件以及所述第二配件由塑料制成。

26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述壳体由金属制成。

27.根据权利要求25所述的设备，其中，所述壳体是塑料的。

28.根据权利要求18所述的设备，其中，所述活塞、所述第一配件以及所述第二配件由缩醛制成。

29.根据权利要求26所述的设备，其中，所述金属为不锈钢。

30.根据权利要求18所述的设备，进一步包括：第一柔性软管，具有与所述流体通道的上游端部流体连通的一个端部；

第二柔性软管，具有与所述流体通道的下游端部流体连通的一个端部；以及

螺纹连接器，附接到所述第一柔性软管和所述第二柔性软管中每一者的另一个端部，用于将所述第一柔性软管连接到供水阀以及将所述第二柔性软管连接到器具入口。