CN106439123B - 一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀及其应用方法 - Google Patents

Abstract

一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀及其应用方法，属于管道安全保护技术领域。包括主阀腔体、设置在所述主阀腔体内的主阀活塞、大浮球和主阀导气槽、设置在所述主阀活塞上部的气缸、设置在所述主阀腔体外侧的导阀、设置在导阀内的小浮球和导阀导气槽以及导阀上部的配压机构。利用配压原理，在主阀腔体的外侧联接导阀，导阀由导阀腔体和配压机构构成，通过导阀内小浮球的浮动带动配压阀瓣上下动作，实现对气体流向的自动调控分配，继而带动主阀活塞动作，推动主阀腔体内的大浮球自动回到原有位置，排出下一段气体，实现气柱相间工况下的连续排气，本发明还公开了上述装置的应用方法，设计科学，原理简单，加工方便，进排气效果好。

Description

一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种进排气阀及其应用方法，具体是一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀及其应用方法，属于管道安全保护技术领域。

背景技术

在大规模灌溉工程或长距离输水工程中，压力水流冲击截留气团和断流再弥合水锤是管道系统安全防护的重点，气体积存于管道内会降低管道流量和泵的效率，影响流量的准确测量，更重要的是管道排气不畅时会产生巨大的压力震荡，甚至会引起管道破裂，产生巨大经济损失，已知80%的爆管现象与管道含气有关。进排气阀是一种用来排除管道内气体，同时当管道内出现真空时向管道内注气以防止管道内产生气爆和断流水锤的装置。

目前我国市场上常见的进排气阀主要有四类：高压微量进排气阀、低压高速进排气阀、复合式进排气阀以及气缸式进排气阀。微量进排气阀排气口口径很小，只可用于管道正常工作时的微量排气，无法排出系统初次运行、检修或其他工况时产生的大量气体。高速进排气阀和复合式进排气阀可排出上述工况下产生的大量气体，但在遇到气柱相间工况时，排完第一段气体后，大排气口下的浮球因气托作用不会再打开排气，所以不能连续进行排气。气缸式进排气阀是利用气缸原理克服了浮球因气托作用无法自动打开排气的问题，但其仍存在漏水情况严重，销钉、杠杆等部件易磨损，使用寿命低等问题。且其在实际生产过程中对生产工艺要求极高，生产难度极大。

发明内容

本发明的目的是：在大规模灌溉管网工程中，针对现有进排气阀存在的不足，提供一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀及其应用方法，利用配压原理，在主阀腔体的外侧联接导阀，导阀由导阀腔体和配压机构构成，通过导阀内小浮球的浮动带动配压阀瓣上下动作，实现对气体流向的自动调控分配，继而带动主阀活塞动作，推动主阀腔体内的大浮球自动回到原有位置，排出下一段气体，实现气柱相间工况下的连续排气，同时，采用外联导阀的形式对主阀内气体流向进行调控分配，避免了配压机构和主阀活塞在动作时的相互干扰，本发明设计科学，原理简单，加工方便，进排气效果好，对解决大规模管网的管路安全问题具有特别重要的意义。

本发明的技术方案如下：一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀，包括主阀腔体、主阀活塞、设置在主阀腔体内的大浮球、设置在所述主阀活塞上部的气缸，所述主阀腔体底部设有主阀阀口，其特征是，所述主阀活塞包括活塞柱、置于气缸内腔的气缸活塞，活塞柱一端与气缸活塞连接，另一端伸入主阀腔体内与大浮球连接，所述气缸顶部设有微量排气阀，气缸侧壁设有与外部大气相通的大排气口；所述主阀腔体外联有导阀腔体，导阀腔体底部设有导阀阀口，导阀阀口通过导气管与主阀腔体连通，所述导阀腔体内设有小浮球，导阀腔体上部设有配压机构；

所述配压机构包括配压腔室、置于配压腔室内的上阀瓣和下阀瓣、四条导气通道，上、下阀瓣之间通过配压连杆连接，上阀瓣顶部与配压腔室顶部之间设有弹簧，下阀瓣底部设有连接杆，该连接杆穿过配压腔室底部、伸入导阀腔体内，并与小浮球连接；所述四条导气通道分别为连接导阀腔体与配压腔室的导气通道Ⅰ、连接配压腔室与气缸的导气通道Ⅱ、连接配压腔室和大气的小排气口、连接配压腔室内上阀瓣上腔与下阀瓣下腔的配压导气管，该导气管在上下阀瓣动作时可起到平衡上下腔气压的作用；通过小浮球的浮动带动两阀瓣上下动作，从而控制相应导气通道的启闭，实现对气体流向的自动调控分配。

进一步地，所述主阀腔体、导阀腔体的内侧底部分别设有截面为U型的主阀导气槽、导阀导气槽，两导气槽在侧壁分别水平开设四个排水孔。

进一步地，所述主阀活塞还包括置于主阀腔体内的密封挡板，该密封挡板连接于活塞柱，所述汽缸活塞上表面的竖向受力面积大于所述密封挡板下表面的竖向受力面积。

进一步地，所述密封挡板与主阀腔体接触处设有密封圈。

进一步地，所述导气通道Ⅰ与配压腔室的连接处高于导气通道Ⅱ与配压腔室的连接处，所述小排气口与配压腔室的连接处高于导气通道Ⅰ与配压腔室的连接处。（配压连杆的长度等于导气通道Ⅱ与配压腔室的连接处到小排气口与配压腔室的连接处之间的距离，保证导气通道Ⅱ关闭时，气体可通过小排气口排出，实现正常工作情况下的微量排气。）

进一步地，所述气缸包括上缸体和下缸体两部分，通过螺栓相连接；所述主阀腔体包括上阀体和下阀体两部分，也通过螺栓相连接。

进一步地，所述导阀腔体与配压腔室通过焊接方式连接。

进一步地，所述主阀阀口设置在所述主阀腔体的下腔壁上，主阀阀口通过法兰盘或具有外螺纹的连接管与灌溉管路或供水管路连接。

进一步地，所述主阀腔体和导阀腔体采用铸钢材料，主阀导气槽、导阀导气槽与大、小浮球采用不锈钢材料制作，导气管采用紫铜管制作。

本发明的另一个目的是公开上述基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀的应用方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）低压高速排气过程：当管内开始注水时，大浮球停留在主阀腔体底部位置，气体通过导气管，经由主阀腔体和导阀腔体导入配压机构，再通过配压机构内的导气通道Ⅰ、Ⅱ进入主阀腔体上部气缸，气缸推动气缸活塞向下动作，打开大排气口，排出大量空气，该过程主要用来排出系统初次运行时产生的大量气体；

（2）高压微量排气过程：当空气排完时，导阀腔体内积水，小浮球浮起，推动配压连杆向上运动，配压下阀瓣堵住连接气缸与配压机构的导气通道Ⅱ，停止大量排气，气缸内高压气体通过气缸上部微量排气阀缓慢排出，起到消能缓闭作用；同时配压连杆继续向上运动，连接配压机构和大气的导气通道打开，气体通过小排气口排入大气，实现管内水正常输送时的微量排气；

（3）止水防漏过程：当导阀腔体内充满水时，配压连杆向上运动，下阀瓣堵住连接配压机构和导阀腔体的导气通道Ⅰ，继而水流无法进入配压机构，达到止水防漏的效果；

（4）连续排气过程：当下一段气柱到来时，由于导阀腔体为管路最高点，气体集聚于导阀腔体内，将导阀导气槽与小浮球之间的积水从导阀导气槽的小排水口排出，导阀小浮球下降回到初始位置，连接配压机构与气缸的导气通道Ⅱ再次打开，气体推动气缸活塞向下运动，大排气口打开又可进行高速排气，排出下一段气柱，从而克服了浮球因气托作用无法自动打开排气的问题；

（5）进气补气过程：当泵停止，管内水流空或遇管内产生负压时，主阀大浮球下降，大排气口打开，吸入空气确保管道安全。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明与其它进排气阀的最本质区别在于本进排气阀利用配压原理，在主阀腔体的外侧联接导阀，导阀由导阀腔体和配压机构构成，通过导阀内小浮球的浮动带动配压阀瓣上下动作，实现对气体流向的自动调控分配，继而带动主阀活塞动作，推动主阀腔体内的大浮球自动回到原有位置，排出下一段气体，实现气柱相间工况下的连续排气，本发明设计科学，原理简单，加工方便，进排气效果好。

第二，本发明将配压机构和主阀活塞分离开来，采用外联导阀的形式对主阀内气体流向进行调控分配，避免了配压机构和主阀活塞在动作时的相互干扰，简化了装置的结构，提高了装置运行的稳定性。

第三，本发明可实现管道全部压力范围内的高速排气，当管道内产生负压时，可向管道内注入空气，以缓解水柱撞击产生的水锤升压；当管道内存在大量气体时，无论气团有压与否，或是否存在多段气柱相间情况，都能达到高速排气的效果。

第四，本发明主腔阀体内不存在销钉、杠杆等结构部件，克服了该类部件长期浸泡在水中易锈蚀、杠杆结构不稳定，易出现卡死等情况而导致的排气效果不佳的问题，进一步提高了本项专利的进排气效果。

第五，本发明巧妙地运用配压结构，通过导阀小浮球带动配压连杆上浮，最终可关闭连接配压机构和大气的导气通道，达到止水防漏效果，解决了进排气阀在工作过程中常出现的漏水问题。

第六，本发明通过设置导气槽的方式改变水流进入主腔阀体的流向，消除了水流和气体直接冲击浮球的作用力，解决了空心浮球在有高压、大气锤或水锤情况下易被压变形的问题。

本发明创新性的解决了气柱相间工况下现有进排气阀排气效果差的问题，在大规模灌溉管网系统或供水管路系统中推广应用该装置的潜力巨大，将获得显著的经济社会效益。

附图说明

图1是本发明一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀的结构示意图；

图2是图1中A部放大图；

图中：1气缸、2主阀腔体、3配压腔室、4气缸活塞、5密封挡板、6主阀大浮球、7主阀导气槽、8主阀导气槽排水孔、9微量排气阀、10主阀阀口、11大排气口、12密封圈、13导阀腔体、14导阀阀口、15导阀小浮球、16导阀导气槽、17导阀导气槽排水孔、18弹簧、19连接导阀阀体与配压机构的导气通道Ⅰ、20连接配压机构与气缸的导气通道Ⅱ、21导阀小排气口、22配压上阀瓣、23配压下阀瓣、24配压连杆、25活塞柱、26导气管、27连接杆、28上阀瓣上腔、29下阀瓣下腔、30配压导气管。

具体实施方式

如图1所示，一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀，包括气缸1、主阀腔体2、导阀腔体13三大部分。

主阀腔体内设有主阀活塞、空心大浮球6和主阀导气槽7。导阀腔体13外联于主阀腔体2，内设有小浮球15、导阀导气槽16和配压机构。配压机构包含上下两片阀瓣22、23，阀瓣之间通过配压连杆24连接，上阀瓣22上部设置配压弹簧18，下阀瓣23通过连接杆27与小浮球15连接。

配压机构内有四条导气通道，分别为连接导阀阀体与配压机构的导气通道Ⅰ19、连接配压机构与气缸的导气通道Ⅱ20、连接配压机构和大气的小排气口21以及连接配压机构上阀瓣上腔28与下阀瓣下腔29的配压导气管30，该导气管在上下阀瓣动作时可起到平衡上下腔气压的作用。

气缸1顶部设置微量排气阀9，将集聚于气缸的高压空气缓慢排出，同时起到消能缓闭的效果。

主阀和导阀腔体内分别设有主阀导气槽7和导阀导气槽16，导气槽改变水流进入主腔阀体的流向，消除了水流和气体直接对空心浮球的冲击力。导气槽侧壁水平开设四个排水小孔（主阀导气槽排水孔8、导阀导气槽排水孔17），当（大/小）浮球随水位下降时，水流可通过对应的排水孔排出，使浮球回到原来位置。

气缸1包括通过螺栓连接在一起的上缸体和下缸体，主阀腔体4包括通过螺栓连接在一起的上阀体和下阀体，气缸活塞和活塞柱通过螺栓连接在一起。导阀腔体13与配压机构3通过焊接方式连接。

主阀活塞包括活塞柱以及分别设置在活塞柱上下两端的汽缸活塞4和密封挡板5，汽缸活塞上表面的竖向受力面积大于所述密封挡板下表面的竖向受力面积。

密封挡板与主阀腔体连接处设有密封圈12。

主阀阀口10设置在主阀腔体的下腔壁上，主阀阀口通过法兰盘或具有外螺纹的连接管与管路连接。导阀阀口14设置在导阀腔体的下腔壁上，通过导气管与主阀腔体2相连接。

主阀和导阀的主体部分采用铸钢材料，导气槽与浮球采用不锈钢材料制作，导气管采用紫铜管制作，配压机构、气缸组件等可采用组合件的形式制作，材料根据实际要求确定。

一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀的应用方法，包括以下步骤：

（1）低压高速排气过程：当管内开始注水时，大浮球停留在下部位置，气体通过导气管，经由主阀腔体和导阀腔体导入配压机构，再通过配压机构内的导气通道进入主阀上部气缸，气缸推动主阀活塞向下动作，打开主阀大排气口，排出大量空气。该过程主要用来排出系统初次运行时产生的大量气体。

（2）高压微量排气过程：当空气排完时，导阀阀内积水，导阀小浮球浮起，推动配压连杆向上运动，配压下阀瓣堵住连接气缸与配压机构的导气通道，停止大量排气，气缸内高压气体通过气缸上部微量排气口缓慢排出，起到消能缓闭作用。同时配压连杆继续向上运动，连接配压机构和大气的导气通道打开，气体通过小排气口排入大气，实现管内水正常输送时的微量排气。

（3）止水防漏过程：当导阀内充满水时，配压机构连杆向上运动，下阀瓣堵住连接配压机构和主阀腔体的导气通道，继而水流无法进入配压机构，达到止水防漏的效果。

（4）连续排气过程：当下一段气柱到来时，由于阀体为管路最高点，气体集聚于阀体内，将导阀导气槽与小浮球之间的积水从导阀导气槽的小排水口排出，导阀小浮球下降回到初始位置，连接导阀与气缸的导气通道再次打开，气体推动主阀活塞向下运动，大排气口打开又可进行高速排气，排出下一段气柱，从而克服了浮球因气托作用无法自动打开排气的问题。

（5）进气补气过程：当泵停止，管内水流空或遇管内产生负压时，主阀大浮球下降，大排气口打开，吸入空气确保管道安全。

与其它进排气阀的最本质区别在于本进排气阀利用配压原理，在主阀腔体的外侧联接导阀，导阀由导阀腔体和配压机构构成，通过导阀内小浮球的浮动带动配压阀瓣上下动作，实现对气体流向的自动调控分配，继而带动主阀活塞动作，推动主阀腔体内的大浮球自动回到原有位置，排出下一段气体，实现气柱相间工况下的连续排气，从而克服浮球在排出第一段气后无法回到原来位置的问题。

本发明将配压机构和主阀活塞分离开来，采用外联导阀的形式对主阀内气体流向进行调控分配，避免了配压机构和主阀活塞在动作时的相互干扰，简化了装置的结构，提高了装置运行的稳定性。

同时本发明去除了原有进排气阀中杠杆、捎钉的结构避免了该类部件长期浸泡在水中易锈蚀、杠杆结构不稳定，易出现卡死等情况而导致的排气效果不佳的问题。本发明通过配压结构最终可关闭连接配压机构和大气的导气通道，达到止水防漏效果，解决了进排气阀在工作过程中常出现的漏水问题。本发明通过设置导气槽的方式改变水流进入主腔阀体的流向，消除了水流和气体直接冲击浮球的作用力，解决了空心浮球在有高压、大气锤或水锤情况下易被压变形的问题。

本发明设计巧妙，原理科学，易于实现，管道全部压力范围内均可实现高速排气，适用范围广，进排气效果好。

Claims (10)

1.一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀，包括主阀腔体(2)、主阀活塞、设置在主阀腔体内的大浮球(6)、设置在所述主阀活塞上部的气缸(1)，所述主阀腔体底部设有主阀阀口(10)，其特征是，所述主阀活塞包括活塞柱(25)、置于气缸内腔的气缸活塞(4)，活塞柱一端与气缸活塞连接，另一端伸入主阀腔体内与大浮球连接，所述气缸顶部设有微量排气阀(9)，气缸侧壁设有与外部大气相通的大排气口(11)；所述主阀腔体外联有导阀腔体(13)，导阀腔体底部设有导阀阀口(14)，导阀阀口通过导气管(26)与主阀腔体连通，所述导阀腔体内设有小浮球(15)，导阀腔体上部设有配压机构；

所述配压机构包括配压腔室(3)、置于配压腔室内的上阀瓣(22)和下阀瓣(23)、四条导气通道，上、下阀瓣之间通过配压连杆(24)连接，上阀瓣顶部与配压腔室顶部之间设有弹簧(18)，下阀瓣底部设有连接杆(27)，该连接杆穿过配压腔室底部、伸入导阀腔体内，并与小浮球连接；所述四条导气通道分别为连接导阀腔体与配压腔室的导气通道Ⅰ(19)、连接配压腔室与气缸的导气通道Ⅱ(20)、连接配压腔室和大气的小排气口(21)、连接配压腔室内上阀瓣上腔(28)与下阀瓣下腔(29)的配压导气管(30)；通过小浮球的浮动带动两阀瓣上下动作，从而控制相应导气通道的启闭，实现对气体流向的自动调控分配。

2.根据权利要求1所述的一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀，其特征是，所述主阀腔体、导阀腔体的内侧底部分别设有截面为U型的主阀导气槽(7)、导阀导气槽(16)，两导气槽在侧壁分别水平开设四个排水孔。

3.根据权利要求1所述的一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀，其特征是，所述主阀活塞还包括置于主阀腔体内的密封挡板(5)，该密封挡板连接于活塞柱，所述气缸活塞上表面的竖向受力面积大于所述密封挡板下表面的竖向受力面积。

4.根据权利要求3所述的一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀，其特征是，所述密封挡板与主阀腔体接触处设有密封圈(12)。

5.根据权利要求1所述的一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀，其特征是，所述导气通道Ⅰ与配压腔室的连接处高于导气通道Ⅱ与配压腔室的连接处，所述小排气口与配压腔室的连接处高于导气通道Ⅰ与配压腔室的连接处。

6.根据权利要求1所述的一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀，其特征是，所述气缸包括上缸体和下缸体两部分，通过螺栓相连接；所述主阀腔体包括上阀体和下阀体两部分，也通过螺栓相连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀，其特征是，所述导阀腔体与配压腔室通过焊接方式连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀，其特征是，所述主阀阀口设置在所述主阀腔体的下腔壁上，主阀阀口通过法兰盘或具有外螺纹的连接管与灌溉管路或供水管路连接。

9.根据权利要求2所述的一种基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀，其特征是，所述主阀腔体和导阀腔体采用铸钢材料，主阀导气槽、导阀导气槽与大、小浮球采用不锈钢材料制作，导气管采用紫铜管制作。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的基于配压原理的双腔外联式全压进排气阀的应用方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)低压高速排气过程：当管内开始注水时，大浮球停留在主阀腔体底部位置，气体通过导气管，经由主阀腔体和导阀腔体导入配压机构，再通过配压机构内的导气通道Ⅰ、Ⅱ进入主阀腔体上部气缸，气缸推动气缸活塞向下动作，打开大排气口，排出大量空气，该过程主要用来排出系统初次运行时产生的大量气体；

(2)高压微量排气过程：当空气排完时，导阀腔体内积水，小浮球浮起，推动配压连杆向上运动，配压下阀瓣堵住连接气缸与配压机构的导气通道Ⅱ，停止大量排气，气缸内高压气体通过气缸上部微量排气阀缓慢排出，起到消能缓闭作用；同时配压连杆继续向上运动，连接配压机构和大气的导气通道打开，气体通过小排气口排入大气，实现管内水正常输送时的微量排气；

(3)止水防漏过程：当导阀腔体内充满水时，配压连杆向上运动，下阀瓣堵住连接配压机构和导阀腔体的导气通道Ⅰ，继而水流无法进入配压机构，达到止水防漏的效果；

(4)连续排气过程：当下一段气柱到来时，由于导阀腔体为管路最高点，气体集聚于导阀腔体内，将导阀导气槽与小浮球之间的积水从导阀导气槽的小排水口排出，导阀小浮球下降回到初始位置，连接配压机构与气缸的导气通道Ⅱ再次打开，气体推动气缸活塞向下运动，大排气口打开又可进行高速排气，排出下一段气柱，从而克服了浮球因气托作用无法自动打开排气的问题；

(5)进气补气过程：当泵停止，管内水流空或遇管内产生负压时，主阀大浮球下降，大排气口打开，吸入空气确保管道安全。