CN108050281B

CN108050281B - 可变输出压力减压系统

Info

Publication number: CN108050281B
Application number: CN201711450176.7A
Authority: CN
Inventors: 柴为民; 柴璐; 陈永新
Original assignee: Hangzhou Chunjiang Valve Co ltd
Current assignee: Guizhou Ziqian Equipment And Materials Co ltd; Hangzhou Chunjiang Valve Co ltd
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2023-07-07
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: CN108050281A

Abstract

本发明公开了可变输出压力减压系统，包括减压阀、节流阀和流量计等，节流阀串接在减压阀的进水端，流量计串接在节流阀的进水端。减压阀由隔离环分隔成上下两部分，各不相通；上半部又由上膜片分隔成上腔与下腔，分别与节流阀的进、出口腔连接；下半部的上方空间由下膜片分隔成第一中间腔和第二中间腔，第二中间腔与减压阀的输出腔连通。阀杆将上、下膜片连成一体，阀杆下方的阀瓣与阀座组成阀口，当上、下膜片带动阀杆上下运动时，可以改变阀口的大小。本发明可根据通过减压阀的流量自行调节输出压力。

Description

可变输出压力减压系统

技术领域

本发明涉及一种减压阀输出压力的控制系统，更具体地说，它涉及可变输出压力减压系统。

背景技术

普通减压阀的主要功能是为了将外部管网中波动较大的高压流体减压为实际所需的低压，并当输入压力发生波动或通过的流量发生变化时，保持输出压力恒定，这种功能适应于许多场合，已得到广泛使用。但在某些场合对输出压力保持恒定并不是所希望的，而对输出压力和流量的关系则有特定要求。例如当室外供水管网中的高压水采用减压阀减压后向建筑物供水时，为了确保最远、最高配水点的用水，减压后的水压必须等于或大于用水高峰时的最高水压。用水高峰时，水在管道内的流速高，流阻就大，所需水压就高；反之，用水低谷时，所需水压就低。由于一天内流量波动很大，因此供水压的差别很大。如前所述，普通减压阀的输出压力是按最高供水压设置的，这样在用水低谷时，例如清晨或深夜，整个管道系统都承受着这个高水压，这样就增加了管道系统，尤其是低层管道和阀门的漏水及爆管几率，承受水压越高，漏水量越大，爆管几率越高。有资料介绍，漏水量一般占总用水量的20％以上，对于使用日久、材质较差、施工质量不高的管道，漏水量甚至达到总用水量的40％以上，这样既浪费了能源、资源，又增加了维护费用。因此“建筑给水排水设计规范”的国标规定，各分区最低配水点的静水压力不宜大于0.45MPa。因此，人们对减压阀提出了新的要求，希望输出压力P₂随流量Q按某种特定的关系而变化，即P₂＝f(Q)。这样减压阀的输出压力可根据输出流量而适当调节，对于上述建筑物的供水系统而言，避免管道系统无论流量大小始终承受高压，从而降低漏水及爆管几率。

发明内容

现有的减压阀只能通过减压阀预先设定压力值进行输出压力控制，输出压力的高低无法由流量大小决定，导致管道系统无论在峰、谷时段始终承受高压，为克服这一缺陷，本发明提供了一种使减压阀的输出压力随流量变化，大幅降低平均输出压力，降低管道系统漏水和爆管的几率的可变输出压力减压系统。

本发明的技术方案是：可变输出压力减压系统，包括减压阀、节流阀和流量计，节流阀与减压阀的进水端串接，流量计与节流阀的进水端串接。减压阀包括阀体和阀杆，阀杆与阀体上的相应孔滑配，阀杆下端的密封垫与阀体内的阀座构成阀口。减压阀被隔离成互不相通的上半部和下半部，阀杆贯穿上半部和下半部。节流阀的两端通过管道与上半部的相应腔体连通。上半部的功能是调压和反馈节流阀进、出口二端的压差信号，下半部的功能是通水、减压和反馈输出压力P₂。本可变输出压力减压系统是为解决普通减压阀的不足而设计的，其在减压阀的进水端串接了节流阀，利用流量增大时，节流阀两端压差增大的原理，控制减压阀阀口的开度，从而控制减压阀的输出压力，使减压阀的输出压力随流量改变而按特定关系相应变化。这样，对建筑物的供水系统而言，由于减压阀的平均输出压力大幅降低，因而降低了管道系统漏水和爆管几率，既节约了能源、资源，又减少了维护费用。

作为优选，减压阀还包括自上而下依次排列固连的上阀盖、第一阀块、隔离环和第二阀块，第二阀块固设于阀体的上端面上；所述上半部和下半部分别位于隔离环上、下方；阀杆贯穿隔离环，阀杆上固设有上膜片和下膜片，上膜片、下膜片分别位于上半部和下半部内；阀体内设有进水腔和出水腔，进水腔和出水腔间通过阀座连通。隔离环将减压阀内部隔离成互不相通的上半部和下半部，上半部和下半部的压力分别通过上膜片、下膜片传递到阀杆上。

作为优选，所述上半部被上膜片分隔为上腔和下腔，上腔与节流阀的进水端连通，下腔与节流阀的出水端连通；所述下半部的上方空腔被下膜片分隔为第一中间腔和第二中间腔，出水腔与第二中间腔连通，第一中间腔与大气相通。节流阀中有流体通过时，其两端产生的压差通过上腔和下腔的压力差体现出来，流经节流阀的流体流量改变后，上腔和下腔的压力差也变动，推动阀杆移动，改变阀口的开度，输出压力随之改变，并反馈至第二中间腔，作用在下膜片下方的压力也作用在阀杆上，使阀口开度在节流阀压差和输出压力反馈的情况下自行调整，达到新的平衡，最终实现输出压力随流量而变化的功能。

作为优选，上阀盖上设有与上腔贯通的上腔外联孔，第一阀块上设有与下腔贯通的下腔外联孔，节流阀的进水端与上腔外联孔通过管道等连接，节流阀的出水端与下腔外联孔通过管道等连接。上、下腔外联孔可提供节流阀的进、出水端的压力反馈通道，实现节流阀两端压差的反馈。

作为优选，出水腔与第二中间腔之间的阀体隔墙上设有流通孔。流通孔可提供出水腔的压力反馈通道，实现输出压力的反馈。

作为优选，在上阀盖内设有由调压螺杆、螺套及弹簧等组成的减压阀输出压力调节机构。

作为优选，节流阀为闸阀、截止阀、球阀及蝶阀中的任一种。

本发明的有益效果是：

本发明可根据通过减压阀的流量自行调节输出压力，大幅降低平均输出压力，避免管道无论在使用峰、谷时段始终承受高压，降低管道系统漏水和爆管几率，节约能源、资源，减少维护费用，维持管道系统正常使用寿命。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为采用不同型式节流阀的本发明输出压力-流量关系曲线图；

图3为采用本发明的供水系统输出压力、流量与时间的关系曲线图。

图中，10-减压阀，101-螺栓，102-垫圈，103-螺母，104-调压螺杆，106-螺套，107-上阀盖，108-弹簧，112-上膜片，114-第一阀块，116-隔离环，117-O形密封圈，118-第二阀块，119-下膜片，123-阀杆，124-阀体，125-阀座，126-阀瓣，127-阀瓣座，128-固定螺母，129-下阀盖，131-内六角螺钉，132-弹垫，20-节流阀，30-流量计，32-流量表，40-第一截止阀，50-第二截止阀，71-节流阀进口压力表，72-节流阀出口压力表，73-输出压力表，a₁-上腔，a₂-下腔，a₃-第一中间腔，a₄-第二中间腔，a₅-进水腔，a₆-出水腔，b₁-第一管道,b₂-第二管道,d-流通孔,d₁-上腔外联孔，d₂-下腔外联孔，d₃-通气孔，V-阀口。

具体实施方式

下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例：

如图1所示，本可变输出压力减压系统，包括减压阀10、节流阀20、流量计30、第一截止阀40、第二截止阀50及相应管道。节流阀20与减压阀10的进水端串接，流量计30与节流阀20的进水端串接，各端面间的法兰采用螺栓、垫圈和螺母进行联接。节流阀进口压力表71、节流阀出口压力表72和输出压力表73分别用来测量节流阀20的进、出水端的压力及减压阀10的输出压力；流量表32用以显示通过流量计30的流量。为了保护各仪表，测量时打开各相应截止阀，测量后必须将相应截止阀关闭。本系统工作时第一截止阀40、第二截止阀50为常开状态。

减压阀10由隔离环116分隔成上下两部分，由于O形密封圈117的密封，各不相通；上半部又有位于阀盖107与第一阀块114之间的上膜片112分隔成上腔a₁和下腔a₂，上半部的功能是调压和反馈节流阀20进、出水口二端的压差信号。转动安装在阀盖107顶部中央的调节螺杆104，即能通过螺套106的上下移动调节弹簧108对上膜片112的向下压力；上阀盖107的筒体侧面设有与上腔a₁相通的上腔外联孔d₁，通过第一管道b₁等与节流阀20的进水端连接；第一阀块114的侧面设有与下腔a₂相通的下腔外联孔d₂，通过第二管道b₂与节流阀20的出水端P₁连接，这样，当节流阀20中有流体通过时，其两端产生的压差ΔP＝P₀-P₁，便作用在上膜片112上，因为上腔a₁中的水压高于下腔a₂中的水压，所以上膜片112除承受弹簧108的向下压力外，还承受节流阀20两端压差产生的向下压力F＝ΔP×S₁(S₁为上膜片112的受力面积)，但是，当流量较小时，由于ΔP≈0，所以上膜片112仅受弹簧108的向下压力。

下半部的功能是通水、减压和反馈输出压力P₂。阀体124由隔墙分隔为进水腔a₅和出水腔a₆。下膜片119设置在第二阀块118和阀体124上端面之间；第二阀块118与下膜片119之间设有第一中间腔a₃，第一中间腔a₃通过第二阀块118侧面的通气孔d₃与大气相通，以免下膜片119上下运动时产生气闭现象；输出压力P₂通过出水腔a₆中的流通孔d进入下膜片119与阀体124间的第二中间腔a₄，并作用在下膜片119的下方；上膜片112与下膜片119通过压板、螺母等与阀杆123连成一体，二者是联动的；阀杆123的下端设有阀瓣126、阀瓣座127及固定螺母128；阀座125固定在阀体124中部的水平隔墙上，阀座125下端的环形刃边与阀瓣126组成减压阀的阀口V，因此，当上、下膜片带动阀杆123上下运动时，阀口V的开度得以改变。上阀盖107、第一阀块114、隔离环116及第二阀块118用若干付螺栓101、垫圈102及螺母103按图1所示的次序固定在阀体124的上端面上；下阀盖129用若干付内六角螺钉131、弹垫132固定在阀体124的下端面上。图1中的各O形密封圈均用以防止介质的外漏或内泄。上述各部件的中心线在安装后与阀体124上下通孔的垂直中心轴线一致。减压阀中其它未提及零件的配置和安装要求已在图中表达清楚，因为若干结构与普通减压阀的结构基本相同，所以不再作详细介绍。此外，上膜片112的面积S₁可比下膜片119的面积S₂大或小，用以放大或缩小节流阀20的两端的压差ΔP，S₁/S₂越小，输出压力P₂随流量Q变化的变化率越小；反之越大。

节流阀20的型式按照P₂＝f(Q)的要求进行选择，如有必要可自行设计。闸阀、截止阀、球阀和蝶阀都可用作节流阀，但因它们的阀口型式各不相同，所以流量系数C不同，即流体通过时的压降不同，流量Q和压差ΔP的大致关系是

(式中A为节流阀的过流面积)。上述各种标准阀门的流量系数可在有关手册中查到。一般如果P₂-Q曲线较陡，应采用流量系数C较小，即压降较大的节流阀，反之，采用流量系数C较大的节流阀。此外，节流阀20的开度会直接影响到流量变化对输出压力的变化率，开度越小，输出压力变化率越大，具体取多大为宜也由P₂＝f(Q)而定。P₂＝f(Q)这个关系在特定的使用场合一般可采用概率法，并结合前期大量的统计数据初步确定，然后在试用时进行修正。流量计的型式较多，为保证最远最高配水点有足够的水压，应当采用流阻损失较小的流量计。尤其是对于位于离供水源距离较远，进水压已经不高的建筑物。

本可变输出压力减压系统工作原理如下：弹簧108的压力按照P_2min＝f(Q_min)的要求进行设定。通水后，如果流量较小，由于节流阀20两端的压差ΔP≈0，所以上膜片112仅受到弹簧108的压力；同时介质经减压阀10的阀口V从出水腔a₆排出，输出压力P₂通过流通孔d作用在下膜片119的下方，当与上膜片112上方所受的弹簧力平衡时，阀口V保持一定的开度，输出压力相当于最小流量Q_min时的最低压力P_2min，此时本发明相当于一个普通减压阀。当流量增大时，节流阀20两端的压差也随之增大，这个压差作用在上膜片112上方，因此上、下膜片的受力不再平衡，阀杆123向下运动，阀口V的开度增大，P₂就随之升高，当作用在下膜片119下方的力与作用在上膜片112上方的力达到新的平衡时，阀口V保持在新的开度上；当流量发生变化时，节流阀20两端的压差减小或增大，阀杆123向上或向下运动，阀口V的开度减小或增大，输出压力降低或升高，如此实现输出压力随流量而变化。

以某一建筑物的供水系统为例，该供水系统的主要要求是必须保证P_2min＝f(Q_min)和P_2max＝f(Q_max)，其它的各点尽量接近P₂＝f(Q)的要求值。设上、下膜片的面积比为S₁/S₂＝i，图2所示的三根曲线I、Ⅱ、Ⅲ分别表示使用三种不同型式节流阀在某一开度下的P₂-Q曲线；虚线表示该供水系统要求的P₂＝f(Q)关系，显然，第二种节流阀的P₂-Q基本上满足了该供水系统的要求。供水系统采用本减压系统后，流量Q、输出压力P₂与时间T的关系如图3所示，图中直线表示Q-T关系，虚线表示P₂-T关系，点划线表示使用普通减压阀的输出压力P，由图可见：①用水量最小的T₁时，输出压力为最小的P_2min；用水量最大的T₂时，输出压力为最大的P_2max；其它时间相应降低，因此平均输出压力大幅降低。②使用普通减压阀，在用水量最小时，最低层最不利配水点所受的静压接近输出压力P；而采用本减压系统后，接近最低输出压力P_2min。

一般而言，只要上、下膜片面积比例恰当，通过节流阀20型式的选择和开度的调节，一般能使本发明的P₂-Q关系基本上满足供水系统所需P₂＝f(Q)关系。

本减压系统出厂前必须按照用户提供的P₂＝f(Q)要求，在测试台上进行严格的调试。如果上、下膜片的比例及节流阀20型式已经确定，调试的第一步是在节流阀某开度下满足P_2min＝f(Q_min)，然后是调节开度以满足某一要求的点，一般是P_2max＝f(Q_max)的要求，如此反复调节，直至基本上满足供水系统的P₂＝f(Q)为止。如果本减压系统的P₂-Q曲线与用户提供的P₂＝f(Q)曲线相差较大，首先应该考虑调整上、下膜片面积的比例。

本系统不仅适用于建筑物的供水系统，也适用于有类似要求的其它工程中。

如果要求输出压力P₂与流量成大致的反比关系，即P₂≈f(1/Q)那么只要将节流阀20的输入端P₀与下腔a₂连接，节流阀20输出端P₁与上腔a₁连接，并且调节节流阀20的开度，使弹簧108的压力、P₂、Q三者关系达到或接近P₂≈f(1/Q)。

Claims

1.可变输出压力减压系统，包括减压阀（10）、节流阀（20）和流量计（30），节流阀与减压阀的进水端串接，流量计与节流阀的进水端串接；减压阀（10）包括阀体（124）和阀杆（123）；阀杆（123）与阀体（124）上的相应孔滑配，阀杆（123）下端的密封垫（126）与阀体（124）内的阀座（125）构成阀口（V）；其特征是减压阀（10）被隔离成互不相通的上半部和下半部，阀杆（123）贯穿上半部和下半部；减压阀（10）还包括自上而下依次排列固连的上阀盖（107）、第一阀块（114）、隔离环（116）和第二阀块（118）；第二阀块（118）固设于阀体（124）的上端面上；所述上半部和下半部分别位于隔离环（116）上、下方；阀杆（123）贯穿隔离环（116），阀杆（123）上固设有上膜片（112）和下膜片（119），上膜片（112）、下膜片（119）分别位于上半部和下半部内；阀体（124）内设有进水腔（a₅）和出水腔（a₆），进水腔（a₅）和出水腔（a₆）间通过阀座（125）连通；所述上半部被上膜片（112）分隔为上腔（a₁）和下腔（a₂），上腔（a₁）与节流阀（20）的进水端通过管道连通，下腔（a₂）与节流阀（20）的出水端通过管道连通；所述下半部的上方空腔被下膜片（119）分隔为第一中间腔（a₃）和第二中间腔（a₄），出水腔（a₆）与第二中间腔（a₄）连通；第一中间腔（a₃）与大气相通；上阀盖（107）上设有与上腔（a₁）贯通的上腔外联孔（d₁），第一阀块（114）上设有与下腔（a₂）贯通的下腔外联孔（d₂）；节流阀（20）的进水端与上腔外联孔（d₁）通过管道连接，节流阀（20）的出水端与下腔外联孔（d₂）通过管道连接，出水腔（a₆）与第二中间腔（a₄）之间的阀体隔墙上设有流通孔（d）。

2.根据权利要求1所述的可变输出压力减压系统，其特征是在上阀盖（107）内设有由调压螺杆（104）、螺套（106）及弹簧（108）组成的减压阀输出压力调节机构。

3.根据权利要求1或2所述的可变输出压力减压系统，其特征是节流阀（20）为闸阀、截止阀、球阀和蝶阀中的任一种。