CN108825831A - 一种智能安全阀及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能安全阀。传统的安全阀通常采用传统的驱动方式用于检测水流以及控制阀门关闭，例如，美国发明US2012/0153195,传统方式容易导致活塞头与通道的冲击，当时使用时间变长时，容易造成活塞头和通道的磨损，导致安全系数变差。此外，通过重置按键与活塞的接触来实现重置，这种直接接触的方式容易造成磨损和卡死，导致安全阀结构的稳定性能下降。针对上述不足，本发明的目的在于提供一种智能安全阀，包括壳体，壳体一端设置有进水口，进水口连通进水通道，壳体另一端设置有出水口，出水口连通出水通道；壳体一面设置有重置钮；重置钮，用于重置安全阀；进水通道内设置有叶轮，叶轮与设置在进水通道外侧的第一斜齿轮同轴转动。

Description

一种智能安全阀及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种安全阀，尤其用于水流的安全阀。

背景技术

传统的安全阀通常采用传统的驱动方式用于检测水流以及控制阀门关闭，例如，美国发明US2012/0153195,该发明公开了如下内容：在流体流量异常的情况下，自动切断阀切断流体流动。当流体流过阀门时，阀门内的转子转动。转子使气动泵运转并引起气压增加。当达到预定的空气压力时，增加的空气压力导致关闭活塞移动到关闭位置。截止阀还包括可调节的泄放针，以在流体流动停止时缓慢地排出空气压力，从而重置阀门。提供棘爪用于将关闭活塞保持在打开位置。提供棘爪弹簧和压紧螺栓用于调节棘爪上的力。使用连接到制动器的跳闸臂手动关闭截止阀。

上述技术方案通过转动的叶轮带动气泵驱动活塞运动实现阀门的关闭，其中用于连接叶轮与活塞的气动连接以及动力转换结构复杂，并且通过棘爪结构嵌入活塞的卡槽容易造成活塞机构卡死，无法保证阀门的及时关闭，并且通过弹簧、活塞、棘爪构成的阀门结构由于随着气压的增加，凹槽脱离棘爪，通过气压和弹簧的作用活塞头将通道关闭密封，该结构容易导致活塞头与通道的冲击，当时使用时间变长时，容易造成活塞头和通道的磨损，导致安全系数变差。此外，通过重置按钮与活塞的接触来实现重置，这种直接接触的方式容易造成磨损和卡死，导致安全阀结构的稳定性能下降。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种智能安全阀，该安全阀能够克服上述缺陷。

发明的第一方面，一种智能安全阀包含壳体，壳体一端设置有进水口，另一端设置有出水口，壳体上端设置有重置钮，壳体的前端设置有斜齿轮容纳腔，凸轮容纳腔，斜齿轮容纳腔，凸轮容纳腔分别配合设置有斜齿轮墙板和凸轮墙板。

发明的第二方面，进一步的，智能安全阀包含壳体内部结构如下：进水口内部为进水通道，进水通道优选截面为圆形的通道，进水通道一侧设置有容纳叶轮的容纳腔，进水通道末端设置有容纳重置弹簧和关闭阀活塞的容纳腔，其中进水通道末端与重置弹簧容纳腔下端连通，出水通道前端与关闭阀活塞容纳腔上端连通，重置弹簧容纳腔下端与关闭阀活塞容纳腔上端设置有一层隔墙，关闭阀活塞容纳腔与重置弹簧容纳腔截面为圆形，其中心线同轴，在隔墙上以关闭阀活塞容纳腔与重置弹簧容纳腔的中心线为轴，开设一圆形开口，该圆形开口连接关闭阀活塞容纳腔与重置弹簧容纳腔从而允许水流通过，重置弹簧容纳腔靠近进水通道一侧设置有阶梯孔，阶梯孔的直径小于重置弹簧容纳腔的直径，阶梯孔远离进水通道一侧设置有重置弹簧，重置弹簧为压缩弹簧，重置弹簧上方设置有重置钮，重置钮由三段圆柱体构成，包括用于按钮的第一段、中间的第二段和第三段，其中第二段直径大于第一段，第一段直径大于第三段，关闭阀活塞容纳腔远离出水通道一侧设置有圆形密封板，圆形密封板内侧设置有关闭阀弹簧，关闭阀弹簧为压缩弹簧，关闭阀弹簧一端与圆形密封板连接，另一端与关闭阀活塞的底部连接，关闭阀活塞也分为三段圆柱体，活塞感应头为第一段，中间的第二段以及底部的第三段。关闭阀活塞在关闭阀活塞容纳腔内可以往复运动，重置钮可以在重置钮容纳腔内往复运动，各分别由重置弹簧和关闭阀弹簧提供弹力。其中，关闭阀活塞中间的第二段圆柱体直径大于圆形开口的直径，并且可用于圆形开口的密封，重置钮的第三段圆柱体可以靠近活塞感应头，但不与活塞感应头接触，活塞感应头用于检测重置钮的按压信号。通过设置活塞感应头与重置钮的无接触结构，降低安全阀内部零件的磨损。

发明的第三方面，进一步描述与叶轮连接的检测装置，叶轮容纳腔内部设置有叶轮墙板，叶轮墙板在图中位于左侧，进水通道与叶轮容纳腔连通，其中进水通道里水流经过叶轮容纳腔并且带动叶轮转动，叶轮设置在进水通道左侧墙板与叶轮墙板之间，该空间形成叶轮容纳腔，叶轮通过第一斜齿轮轴连接进水通道左侧墙板与叶轮墙板，叶轮与第一斜齿轮轴同步转动，第一斜齿轮轴两端通过密封放水轴承分别与进水通道左侧墙板和叶轮墙板转动连接，叶轮墙板远离叶轮一侧为斜齿轮容纳腔，斜齿轮容纳腔的另一边界由斜齿轮墙板界定，第一斜齿轮轴一端设置有叶轮，另一端固定设置有第一斜齿轮，斜齿轮容纳腔内还设置有第二斜齿轮轴，第二斜齿轮通过第二斜齿轮轴设置在叶轮墙板和斜齿轮墙板之间，第二斜齿轮轴通过轴承分别连接叶轮墙板和斜齿轮墙板，其中第一斜齿轮为薄斜齿轮、第二斜齿轮为厚斜齿轮，第二斜齿轮轴形状如下：参见图，第二斜齿轮轴靠近两端部分分别设置有挡盘，其中挡盘为左侧挡盘和右侧挡盘，左侧挡盘的靠左突出的圆柱部分通过外圆周设置斜齿轮轴承与叶轮墙板转动连接，右侧挡盘的靠右侧突出的圆柱部分通过外圆周设置有斜齿轮轴承与斜齿轮墙板转动连接，其中厚斜齿轮套设在第二斜齿轮轴上可往复运动，厚斜齿轮左侧与左侧挡盘之间套设有左弹簧，厚斜齿轮右侧与右侧挡盘之间套设有右弹簧。参见图，第二斜齿轮轴一轴端超出斜齿轮墙板，并且超出部分连接小型发电机，小型发电机连接led灯，观察者可通过led灯的亮度大致观察水流速度，以及判断安全阀是否关闭，当led灯常亮时为正常工作状态，当led等不亮时可判断为安全阀处于关闭状态。其中通过斜齿轮的轴向移动来间接检测水流的流速，并且通过安装在厚斜齿轮轴上的发电机给led灯供电，来实时判断水流情况。

发明的第四方面，正常情况下水流通过进水通道流过圆形开口，再通过圆形开口流到出水通道，当流速异常过快时，叶轮旋转速度加快，从而带动薄斜齿轮转动速度加快，其中与薄斜齿轮啮合的厚斜齿轮受到轴向力的作用，发生轴向移动，斜齿轮位置检测装置检测到厚斜齿轮的位置异常，将信号传送到控制中心，控制中心控制凸轮驱动电机驱动凸轮由凸起位置转动到基圆位置，此时关闭阀活塞第二段抵压圆形开口，水流通道被关闭，由于凸轮轮廓线采用圆滑的曲线，关闭阀活塞与圆形开口周围部分没有冲击，提高了安全阀的使用寿命，并且降低了关闭噪音。由于左弹簧和右弹簧的恢复力作用，当水流停止时，厚斜齿轮恢复到静止状态的初始位置，等待下一次安全阀的开启。并且在叶轮转动时，叶轮能够带动小型发电机发电，从而点亮led灯，当转速大时led灯较量，当转速小时，led灯较暗，听过led灯的亮度可以使得观察者容易判断水流的速度和水流的稳定性，当安全阀关闭时，此时进水通道的水流停止，led灯不亮，此时如果安全阀漏水或者安全阀关闭不严，led灯也会保持低亮度，通过观察到低亮度的led灯，操作人员可以判断安全阀是否存在关闭不严或安全阀漏水的问题。

当需要重新开启关闭的安全阀时，操作人员按下重置按钮，活塞感应头检测到重置按钮的靠近，将信号传送到控制中心，此时控制中心控制凸轮驱动电机将凸轮从基圆位置转动到凸起位置，此时关闭阀活塞第二段远离圆形开口，水流通道被打开，在关闭阀活塞远离重置钮时，由于此时关闭阀活塞远离圆形开口并且远离重置钮，即使操作人员操作重置钮，活塞感应头也检测不到接近信号，该结构可以防止操作人员误操作重置钮，并且重置钮上方位于重置钮容纳腔的上方设置有防止重置钮脱离的挡板结构，该结构可以防止水压导致的重置钮脱离的情况。通过控制系统的智能控制，安全阀更加高效，活塞造成的冲击更小，寿命更长。

附图说明

图1是本发明的实施例的一种智能安全阀的主视图；

图2是本发明的实施例的一种智能安全阀的俯视图以及剖视图；

图3是本发明的实施例的一种智能安全阀的叶轮、斜齿轮检测装置结构图；

图4是本发明的实施例的一种智能安全阀的斜齿轮位置检测装置结构图；

图5是本发明的实施例的一种智能安全阀的内部结构示意图；

图6是本发明的实施例的一种智能安全阀的处于未关闭状态下的示意图；

图7是本发明的实施例的一种智能安全阀的处于关闭状态下的示意图；

图8是本发明的实施例的一种智能安全阀的控制示意图；

附图9是本发明的实施例的一种智能安全阀的厚斜齿轮的安装结构图。

具体实施方式

具体实施方式如下，参见图1，一种智能安全阀包含壳体1，壳体1一端设置有进水口4，另一端设置有出水口(图中未示出)，壳体1上端设置有重置钮5，壳体1的前端设置有斜齿轮容纳腔，凸轮容纳腔，斜齿轮容纳腔，凸轮容纳腔分别配合设置有斜齿轮墙板和凸轮墙板。

进一步的，参见图2，智能安全阀包含壳体1内部结构如下：进水口4内部为进水通道11，进水通道优选截面为圆形的通道，进水通道11一侧设置有容纳叶轮9的容纳腔，进水通道11末端设置有容纳重置弹簧6和关闭阀活塞8的容纳腔，其中进水通道11末端与重置弹簧容纳腔下端连通，出水通道12前端与关闭阀活塞容纳腔上端连通，重置弹簧容纳腔下端与关闭阀活塞容纳腔上端设置有一层隔墙，关闭阀活塞容纳腔与重置弹簧容纳腔截面为圆形，其中心线同轴，在隔墙上以关闭阀活塞容纳腔与重置弹簧容纳腔的中心线为轴，开设一圆形开口，该圆形开口连接关闭阀活塞容纳腔与重置弹簧容纳腔从而允许水流通过，重置弹簧容纳腔靠近进水通道11一侧设置有阶梯孔，阶梯孔的直径小于重置弹簧容纳腔的直径，阶梯孔远离进水通道11一侧设置有重置弹簧6，重置弹簧为压缩弹簧，重置弹簧6上方设置有重置钮，重置钮5由三段圆柱体构成，包括用于按钮的第一段、中间的第二段和第三段，其中第二段直径大于第一段，第一段直径大于第三段，关闭阀活塞容纳腔远离出水通道12一侧设置有圆形密封板(参见附图2)，圆形密封板内侧设置有关闭阀弹簧7，关闭阀弹簧7为压缩弹簧，关闭阀弹簧7一端与圆形密封板连接，另一端与关闭阀活塞8的底部连接，关闭阀活塞8也分为三段圆柱体，活塞感应头10为第一段，中间的第二段以及底部的第三段。关闭阀活塞8在关闭阀活塞容纳腔内可以往复运动，重置钮5可以在重置钮容纳腔内往复运动，各分别由重置弹簧6和关闭阀弹簧7提供弹力。其中，关闭阀活塞8中间的第二段圆柱体直径大于圆形开口的直径，并且可用于圆形开口的密封，重置钮5的第三段圆柱体可以靠近活塞感应头，但不与活塞感应头10接触，活塞感应头用于检测重置钮的按压信号。

参见图3，进一步描述与叶轮连接的检测装置，叶轮容纳腔内部设置有叶轮墙板，叶轮墙板在图3中位于左侧，进水通道与叶轮容纳腔连通，其中进水通道里水流经过叶轮容纳腔并且带动叶轮9转动，叶轮设置在进水通道左侧墙板(方向参考附图3)与叶轮墙板之间，该空间形成叶轮容纳腔，叶轮9通过第一斜齿轮轴19连接进水通道左侧墙板与叶轮墙板，叶轮9与第一斜齿轮轴19同步转动，第一斜齿轮轴19两端通过密封放水轴承分别与进水通道左侧墙板和叶轮墙板转动连接，叶轮墙板远离叶轮一侧为斜齿轮容纳腔，斜齿轮容纳腔的另一边界由斜齿轮墙板界定，第一斜齿轮轴19一端设置有叶轮9，另一端固定设置有第一斜齿轮，斜齿轮容纳腔内还设置有第二斜齿轮轴18，第二斜齿轮通过第二斜齿轮轴18设置在叶轮墙板和斜齿轮墙板之间，第二斜齿轮轴18通过轴承分别连接叶轮墙板和斜齿轮墙板，其中第一斜齿轮为薄斜齿轮13、第二斜齿轮为厚斜齿轮14，第二斜齿轮轴18形状如下：参见图9，第二斜齿轮轴18靠近两端部分分别设置有挡盘25，其中挡盘为左侧挡盘和右侧挡盘，左侧挡盘的靠左突出的圆柱部分通过外圆周设置斜齿轮轴承26与叶轮墙板转动连接，右侧挡盘的靠右侧突出的圆柱部分通过外圆周设置有斜齿轮轴承与斜齿轮墙板转动连接，其中厚斜齿轮14套设在第二斜齿轮轴18上可往复运动，厚斜齿轮14左侧与左侧挡盘之间套设有左弹簧15，厚斜齿轮14右侧与右侧挡盘之间套设有右弹簧16。参见图3，第二斜齿轮轴18一轴端超出斜齿轮墙板，并且超出部分连接小型发电机17，小型发电机17连接led灯，观察者可通过led灯的亮度大致观察水流速度，以及判断安全阀是否关闭，当led灯常亮时为正常工作状态，当led等不亮时可判断为安全阀处于关闭状态。

根据图3-图5进一步介绍斜齿轮模块的工作原理，实际工作过程中，当水流异常过快时，叶轮9快速转动，带动薄斜齿轮13快速转动，薄斜齿轮13在轴向上不发生位移，由于薄斜齿轮13与厚斜齿轮14啮合传动，并且给厚斜齿轮14提供一个轴向力，使得厚斜齿轮14在轴向上发生偏移，当厚斜齿轮14偏移到极限位置，斜齿轮位置检测装置20检测到异常，斜齿轮位置检测装置20发送信号给控制装置关闭安全阀，此时水流停止，叶轮停止转动，厚斜齿轮14回到初始位置实现归零调整。斜齿轮位置检测装置20可设置在厚斜齿轮14的上方附近位置，厚斜齿轮14的厚度比薄斜齿轮13的厚度大，从而允许两个斜齿轮之间产生适当的轴向位移。

根据图6-7，进一步介绍关闭阀活塞8的结构和工作原理，关闭阀活塞容纳腔圆周侧开设有一通槽，该通槽连接凸轮容纳腔，凸轮容纳腔为长方体结构，关闭阀活塞8侧壁设置有一凸柱22，凸柱22伸出通槽，凸柱22可以在通槽内往复运动，凸轮板2作为凸轮容纳腔的边界，凸轮板2表面垂直于凸柱22的中心轴，在凸轮板2上设置由电机带动的凸轮21，凸轮旋转中心轴垂直于凸轮板2表面，凸轮轮廓表面与凸柱22接触，参见图6，凸轮21位于凸柱22的上方，在正常工作时，凸轮轮廓表面的凸起部分与凸柱接触，关闭阀活塞8位于下方，关闭阀弹簧7被压缩，圆形开口处于接通状态，水流可正常通过；参见图7，凸轮的基圆部分与凸柱接触，此时关闭阀活塞8处于上升位置，关闭阀活塞8的第二段端面与圆形开口抵接，将圆形开口密封封闭，此时水流不能通过，安全阀处于关闭状态。

参见图8，进一步介绍，控制系统的连接关系，斜齿轮位置检测装置20和活塞感应头10作为输入端与控制器电性连接，凸轮驱动电机作为输出端与控制器电性连接。

进一步的，介绍智能安全阀的工作原理，正常情况下水流通过进水通道11流过圆形开口，再通过圆形开口流到出水通道12，当流速异常过快时，叶轮9旋转速度加快，从而带动薄斜齿轮13转动速度加快，其中与薄斜齿轮13啮合的厚斜齿轮14受到轴向力的作用，发生轴向移动，斜齿轮位置检测装置20检测到厚斜齿轮14的位置异常，将信号传送到控制中心，控制中心控制凸轮驱动电机驱动凸轮由凸起位置(参见图6)转动到基圆位置(参见附图7)，此时关闭阀活塞8第二段抵压圆形开口，水流通道被关闭，由于凸轮轮廓线采用圆滑的曲线，关闭阀活塞8与圆形开口周围部分没有冲击，提高了安全阀的使用寿命，并且降低了关闭噪音。由于左弹簧和右弹簧的恢复力作用，当水流停止时，厚斜齿轮恢复到静止状态的初始位置，等待下一次安全阀的开启。并且在叶轮转动时，叶轮能够带动小型发电机发电，从而点亮led灯，当转速大时led灯较量，当转速小时，led灯较暗，听过led灯的亮度可以使得观察者容易判断水流的速度和水流的稳定性，当安全阀关闭时，此时进水通道的水流停止，led灯不亮，此时如果安全阀漏水或者安全阀关闭不严，led灯也会保持低亮度，通过观察到低亮度的led灯，操作人员可以判断安全阀是否存在关闭不严或安全阀漏水的问题。

当需要重新开启关闭的安全阀时，操作人员按下重置钮5，活塞感应头10检测到重置钮5的靠近，将信号传送到控制中心，此时控制中心控制凸轮驱动电机将凸轮从基圆位置(参见附图7)转动到凸起位置(参见图6)，此时关闭阀活塞8第二段远离圆形开口，水流通道被打开，在关闭阀活塞8远离重置钮5时，由于此时关闭阀活塞8远离圆形开口并且远离重置钮5，即使操作人员操作重置钮5，活塞感应头也检测不到接近信号，该结构可以防止操作人员误操作重置钮，并且重置钮5上方位于重置钮容纳腔的上方设置有防止重置钮5脱离的挡板结构，该结构可以防止水压导致的重置钮脱离的情况。

上述实施例仅仅是对本发明的优选的实施方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应纳入本发明所确定的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能安全阀，包括壳体，壳体一端设置有进水口，进水口连通进水通道，壳体另一端设置有出水口，出水口连通出水通道；

壳体一面设置有重置钮；

重置钮，用于重置安全阀；

进水通道内设置有叶轮，叶轮与设置在进水通道外侧的第一斜齿轮同轴转动，第一斜齿轮与第二斜齿轮啮合传动，第二斜齿轮通过第二斜齿轮轴与壳体可转动连接，第二斜齿轮在第二斜齿轮轴上能够轴向往复移动，并且设置有恢复装置，第二斜齿轮在不受轴向力的作用下通过恢复装置恢复到原位置；

第二斜齿轮位置检测装置，用于检测第二斜齿轮位置；

还包括关闭阀活塞，关闭阀活塞设置在进水通道与出水通道连接口处，关闭阀活塞用于关闭连接口，关闭阀活塞由凸轮机构驱动；

还包括控制系统，控制系统连接第二斜齿轮位置检测装置和凸轮机构。

2.根据权利要求1所述的一种智能安全阀，其特征在于，所述第二斜齿轮轴靠近两端部分分别设置有挡盘，挡盘为左侧挡盘和右侧挡盘，左侧挡盘的靠左突出的圆柱部分通过外圆周设置斜齿轮轴承与叶轮墙板转动连接，右侧挡盘的靠右侧突出的圆柱部分通过外圆周设置有斜齿轮轴承与斜齿轮墙板转动连接，厚斜齿轮套设在所述第二斜齿轮轴上往复运动，厚斜齿轮左侧与左侧挡盘之间套设有左弹簧，厚斜齿轮右侧与右侧挡盘之间套设有右弹簧。

3.根据权利要求2所述的一种智能安全阀，其特征在于，所述第二斜齿轮轴一轴端超出所述斜齿轮墙板，并且超出部分连接小型发电机，小型发电机连接led灯，观察者通过led灯的亮度大致观察水流速度，以及判断安全阀是否关闭，当led灯常亮时为正常工作状态，当led灯不亮时可判断为安全阀处于关闭状态。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种智能安全阀，其特征在于，关闭阀活塞侧壁设置有一凸柱，还包括凸轮容纳腔和凸轮板，凸轮板作为凸轮容纳腔的边界，凸轮板表面垂直于凸柱的中心轴，在凸轮板上设置由电机带动旋转的凸轮，凸轮旋转中心轴垂直于凸轮板表面，凸轮轮廓表面与凸柱接触，凸轮位于凸柱的上方，在正常工作时，凸轮轮廓表面的凸起部分与凸柱接触。

5.根据权利要求4所述的一种智能安全阀，其特征在于，在正常工作时，凸轮轮廓表面的凸起部分与凸柱接触，关闭阀活塞位于下方，连接口处于接通状态，水流可正常通过；凸轮的基圆部分与凸柱接触，此时关闭阀活塞处于上升位置，关闭阀活塞的第二段端面与连接口抵接，将连接口密封封闭，此时水流不能通过，安全阀处于关闭状态。

6.根据权利要求5所述的一种智能安全阀，其特征在于，厚斜齿轮的厚度比薄斜齿轮的厚度大。

7.采用权利要求1-5任一项所述的一种智能安全阀的使用方法，其特征在于，实际工作过程中，当水流异常过快时，叶轮快速转动，带动薄斜齿轮快速转动，薄斜齿轮在轴向上不发生位移，由于薄斜齿轮与厚斜齿轮啮合传动，并且给厚斜齿轮提供一个轴向力，使得厚斜齿轮在轴向上发生偏移，当厚斜齿轮偏移到极限位置，斜齿轮位置检测装置检测到异常，将异常信号传送到控制中心，控制中心控制凸轮驱动电机驱动凸轮由凸起位置转动到基圆位置，此时关闭阀活塞关闭连接口；

当需要重新开启关闭的安全阀时，操作人员按下重置钮，活塞感应头检测到重置钮的靠近，将信号传送到控制中心，此时控制中心控制凸轮驱动电机将凸轮从基圆位置转动到凸起位置，此时关闭阀活塞第二段远离连接口，水流通道被打开。

8.根据权利要求7所述的一种智能安全阀使用方法，其特征在于，在叶轮转动时，叶轮能够带动小型发电机发电，从而点亮led灯，当转速大时led灯较量，当转速小时，led灯较暗，听过led灯的亮度可以使得观察者容易判断水流的速度和水流的稳定性。

9.根据权利要求8所述的一种智能安全阀使用方法，其特征在于，当安全阀关闭时，此时进水通道的水流停止，led灯不亮，此时如果安全阀漏水或者安全阀关闭不严，led灯也会保持低亮度，通过观察到低亮度的led灯，操作人员可以判断安全阀是否存在关闭不严或安全阀漏水的问题。