CN110296243A - 大流量排气阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道阀门技术领域，特别是涉及一种排气阀。一种大流量排气阀，安装于管道上，包括阀体以及阀盖，所述阀盖设于所述阀体上，还包括浮球，所述阀体内开设有阀腔，所述阀体上开设有用以供介质流入并与阀腔连通的进口，所述阀盖上开设供介质流出并与所述阀腔连通的出口，所述浮球收容在所述阀腔内且所述浮球的直径大于进口的直径；在管道内未填充流体介质时，所述浮球的外壁与所述进口的末端内壁之间间隔设置并形成初始阻尼通道。本发明的优点在于：自动降低空管充水速度，又能够帮助实现防护管线弥合水锤的目标。

Description

大流量排气阀

技术领域

本发明涉及管道阀门技术领域，特别是涉及一种大流量排气阀。

背景技术

排气阀应用于采暖系统、集中供热系统、采暖锅炉、中央空调、地板采暖、太阳能采暖系统及城市输配水等管道排气。空管充水期间需要合适的流量阻尼排气，排气流量既不能太大，也不能太小；更不能被空气压差提前吹堵而失去排气能力；若排气流量太大，随其而至的空管充水流量也会较大，充水末期水流上来时，将浮球快速浮起，容易产生因空气阀快速关阀所引起的关阀水锤(AirValve Shutting Slamming)，严重的可能导致充水爆管；若排气流量太小，则长距离空管充水将耗时太长，尤其是夏季温暖期间短暂的高纬度寒冷地区，充水速度更不宜太慢。

现有的高速进排气阀的排气孔道与吸气孔道是同一个物理孔口。因此，在满足吸气孔口尺寸要求的条件下，高速排气孔口孔径明显偏大；而在满足高速排气孔口尺寸要求的条件下，高速吸气孔口孔径则明显偏小，顾此失彼，不能两全其美。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够自动降低空管充水速度，又能够帮助实现防护管线弥合水锤目标的大流量排气阀。

为达到上述目的，本发明采用了下述技术方案：

一种大流量排气阀，安装于管道上，包括阀体以及阀盖，所述阀盖设于所述阀体上，其特征在于，还包括浮球，所述阀体内开设有阀腔，所述阀体上开设有用以供介质流入并与阀腔连通的进口，所述阀盖上开设供介质流出并与所述阀腔连通的出口，所述浮球收容在所述阀腔内且所述浮球的直径大于进口的直径；在管道内未填充流体介质时，所述浮球的外壁与所述进口的末端内壁之间间隔设置并形成阻尼通道，即所述浮球的外壁与所述进口的末端内壁之间留有微小间隙，作为空管充水的初始流道，从而以微小间隙流道方式实现初始空气背压阻尼充水。

在其中一个实施例中，所述浮球的外壁与所述进口的末端内壁之间的间隙范围为0.1mm-10mm。

在其中一个实施例中，所述浮球的外壁与所述进口的末端内壁之间的间隙范围为0.5mm-5mm。

在其中一个实施例中，所述进口的末端内壁上设有多个凸台，且多个所述凸台沿所述进口的周向间隔设置，所述浮球抵靠于所述凸台上，以使所述浮球的外壁与所述进口的末端内壁之间形成初始所需要的扁平环形间隙式空气流道，即所述初始阻尼通道。

在其中一个实施例中，所述浮球的密度小于管道内流体介质的密封。

在其中一个实施例中，所述浮球的直径至少为所述进口的直径的1.2-3倍。

在其中一个实施例中，所述阀体与所述阀盖之间设有密封件，所述密封件上开设有将所述阀腔与所述出口连通的连通孔，所述浮球在介质的浮力作用下能够向上浮动并与所述密封件配合，以堵塞密封所述连通孔。

在其中一个实施例中，所述排气阀还包括导向结构，所述导向结构用以导引所述浮球在所述阀腔内的运动。

在其中一个实施例中，所述导向结构包括导向轴以及连接部，所述连接部安装于阀盖上且所述连接部上开设有导向孔，所述导向轴的一端与所述浮球连接，另一端穿设于所述导向孔内。

在其中一个实施例中，所述排气阀还包括锁止结构，所述锁止结构用以在所述浮球上升至预定位置时锁止所述浮球。

与现有技术相比，所述排气阀由于在管道内未填充流体介质时，所述浮球的外壁与所述进口的末端内壁之间就存在微小的初始阻尼通道；当进口处气压和气流速度所产生的推力大于浮球重量时，浮球被吹起，该阻尼通道增大此后气流流量增大，流速也逐渐增大；从而，在浮球与进口之间的高流速区域产生一个围绕浮球部分球面的环形低压区域，而浮球远离进口的一端接近大气压；因此，浮球靠近进口的一端与浮球远离进口的一端之间产生了压差，并在该压差下使得浮球具有往进口方向运动(即向下运动)的趋势；进而，浮球不会被进口处的高速气流快速推高而抵近出口或封堵出口。

附图说明

图1为本发明提供的大流量排气阀的结构示意图。

图2为空管充水初期，未开启之前，大流量排气阀附近空气压力分配和浮球位置示意图。

图3为本发明提供的空管充水中期、开启之后，大流量排气阀附近空气压力分配和浮球位置示意图。

图4为本发明提供的空管充水末期、未关闭之前，大流量排气阀附近空气压力分配和浮球位置示意图。

图5为本发明提供的空管充水末期、关闭之后，大流量排气阀附近空气压力分配和浮球位置示意图。

图6为本发明提供的另一实施例的大流量排气阀的结构示意图。

图中，大流量排气阀100、阀体10、阀腔11、进口12、阻尼通道13、阀盖20、出口21、安装台阶22、安装孔23、浮球30、密封件40、连通孔41、密封部42、安装部43、导向结构50、导向轴51、锁止孔511、连接部52、导向孔521、导向筋53、锁止结构60、锁止杆61、

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明提供一种大流量排气阀，所述排气阀100安装于采暖/供热/给水系统的管道上，用于排气。优选地，在本实施例中，所述大流量排气阀为大流量、高速排气阀。

具体的，所述排气阀100包括阀体10、阀盖20以及浮球30，所述阀盖20设于所述阀体10上并与所述阀体10之间密封连接，所述阀体10内开设有阀腔11，所述阀体10上开设有用以供介质流入并与阀腔11连通的进口12，所述阀盖20上开设供介质流出并与所述阀腔11连通的出口21，所述浮球30收容在所述阀腔11内且所述浮球30的直径大于进口12的直径；在管道内未填充流体介质时，所述浮球30的外壁与所述进口12的末端内壁之间间隔设置并形成阻尼通道13。值得解释的是，所述浮球30的外壁与所述进口12的末端内壁之间间隔设置，即所述浮球30与所述进口12之间留有一定的初始间隙。

可以理解的是，如图2所示，所述排气阀100由于在管道内未充装流体介质时，所述浮球30的外壁与所述进口12的末端内壁之间就存在微小阻尼通道13；当进口12处气压和气流速度所产生的推力大于浮球30重量时，所述浮球30被推起，该间隙逐渐微小增大(但受吸拉力限制不会大幅增大而降低流速)，此后气流流量增大，流速也逐渐增大；从而，在浮球30与进口12之间的高流速区域产生一个围绕浮球部分球面的低压区域，而浮球30远离进口12的一端接近大气压；因此，浮球两端之间产生了动态压差，并在该压差下使得浮球30具有往进口12方向运动(即向下运动)的趋势；进而，防止浮球30不会被进口12处的高速气流大幅推高以至于将出口21封堵，即所述浮球30不会发射生爆发式弹跳，被一次性地吹弹到顶将出口提前封堵关闭。

所述阀体10的截面大致呈“杯”状，所述阀体10的一端开设有所述进口12，另一端敞口设置；所述阀盖20盖于敞口处并通过紧固件与所述阀体1之间锁紧，从而使所述阀体10与所述盖体20之间形成所述阀腔11。优选地，在本实施例中，所述紧固件为螺栓。

进一步地，所述进口12的末端内壁上设有多个凸台121，且多个所述凸台121沿所述进口12的周向间隔分布/设置，所述浮球30抵靠于所述凸台121上，以使所述浮球30的外壁与所述进口12的末端内壁之间形成所述阻尼通道13。值得解释的是，所述进口12的末端指的是：所述进口12靠近出口21的一端，即进口12与浮球30接触的一端。当然，在其他实施例中，所述阻尼通道13还可以通过其他方式或结构来实现。

优选地，所述凸台121的数量为奇数个，且不对称设置。可以理解的是，凸台对抵靠其上的浮球30具有抱持作用，将所述凸台121的数量设置为奇数个，即不让所述凸台121形成环形对称分布结构，从而使所述凸台121不容易形成对对浮球的抱持力，避免浮球30出现卡死等情况。

所述浮球30为球形结构，所述浮球30密度小于管道介质的密度，从而，当所述阀腔11内充满介质时，所述浮球30能够浮起并将所述出口21密封堵。

具体地，所述浮球30密度大致为管道内介质密度的0.45倍-0.9倍之间。

优选地，所述浮球30密度大致为管道内介质密度的0.5倍-0.8倍之间。可以理解的是，将所述浮球30密度设置在管道内介质密度的0.5倍-0.8倍之间，可以避免因浮球太轻、浮球30被瞬间快速上升密封堵所述出口；同时，避免因浮球30太重、需要较大的介质压力关闭密封。

在一实施例中，所述浮球30密度可以为管道内介质密度的0.5倍、0.6倍、0.7倍或者0.8倍等数值，再此就不再一一枚/列举。

在本实施例中，所述管道内的介质为水，即所述浮球30密度大致为水的密度的0.6-0.8倍。

进一步地，所述浮球30可以为空心结构或者实心结构。在本实施例中，所述浮球30由金属材质制成，且所述浮球30为空心结构。当然，在其他实施所述浮球30也可以由除金属以外的其他材料制成，例如合成材料。

所述浮球30的外壁与所述进口12的末端内壁之间的间隙范围为0.1mm-10mm。可以理解的是，间隙为空管充水时所需要的初始空气流道。流道越小，空气阻力越大，越容易建立空气阻尼压差，越有利于压低空管充水速度，从而实现缓慢充水的目标。

优选地，初始间隙较小，通常为0.5mm-5mm左右，随流量增大，该间隙内的流速会随之增大(而间隙尺寸受吸拉力限制不会大幅增大)；当达到一定流速时，会出现空气动力学现象：即低压抽吸力等于高速气流冲击力，间隙尺寸处于平衡状态，气流速度较大，而浮球不被吹堵，从而实现高速排气和阻尼缓慢充水。

在本实施例中，所述浮球30的外壁与所述进口12的末端内壁之间的间隙范围为1mm。

请继续参阅图2，图2给出了在空管充水初期，排气阀100在未开启时，排气阀100内部以及附近空气压力分布以及浮球位置示意图；

可以理解的是，在图2中，进口12处的压力为P1，(P1的方向如图2中箭头所指方向)，出口21出的压力为P0(如图2中箭头所指方向)，P0大致等于大气压强，处于阻尼通道13内的气流动态压力小于P0。可以理解的是，在阻尼通道13附近产生一个向下的吸拉力P2(P2的方向如如图2中箭头所指)，该吸拉力加上浮球30的重力略大于进口处气流对浮球30的吹推冲撞力，使得浮球30不会被高速的气流往上吹推较长的距离而抵近出口21，甚至堵塞出口，即不会产生排气阀100的浮球被高速空气吹堵提早关阀的现象

进一步地，所述浮球30的直径至少为所述进口12的直径的1.2倍-3倍，从而避免浮球30卡入所述进口12内，使所述浮球30的运动受阻。

优选地，所述浮球30的直径至少为所述进口12的直径的2倍-3倍。在本实施例中，所述浮球30的直径为所述进口12的直径的2倍。

进一步地，所述阀体10与所述阀盖20之间设有密封件40；从而，通过所述密封件40实现所述阀体10与所述阀盖20之间的密封；同时，所述密封件40还用以与浮球30配合，以在空管充水末期将所述出口12关闭密封。

具体地，所述阀盖20靠近所述阀体10的一侧设有安装台阶22，所述密封件40安装于所述安装台阶22上，并通过紧固件锁紧。所述密封件40上开设有将所述阀腔11与所述出口21连通的连通孔41，所述浮球30在介质的浮力作用下能够向上浮动并与所述密封件41配合，以关闭密封所述连通孔41，从而实现关闭所述排气阀100。

进一步地，所述密封件40包括密封部42以及安装部43，所述安装部43嵌设于所述密封部42内，用以支撑该密封部42。优选地，所述密封部42为密封圈。

优选地，所述安装部43为夹芯板。

所述排气阀100还包括导向结构50，所述导向结构50用以导引所述浮球30在所述阀腔11内的运动，从而避免所述浮球30在阀腔11内做无规则的运动，或者与阀腔11内壁之间碰撞产生噪音与损坏。

具体地，所述导向结构50包括导向轴51以及连接部52，所述连接部52安装于阀盖20上且所述连接部52上开设有导向孔521，所述导向轴51的一端与所述浮球30连接，另一端穿设于所述导向孔521内，并能够在所述导向孔521内运动。当然，在其他实施例中，所述导向结构50还可以其他形式来对所述浮球30的运动进行导向，例如滑轨滑槽等结构。

优选地，所述导向轴51与所述浮球30之间设置为一体结构，以便于所述浮球30的整体加工，以及在浮球30运动过程中，使导向轴51于所述浮球30之间保持良好的一致性。

进一步地，所述导向结构50还包括导向筋53，所述导向筋53设置于所述阀腔11的内壁上并与所述浮球30抵靠，以对上升过程中的浮球进行导向或者限位。

所述排气阀100还包括锁止结构60，所述锁止结构60用以在所述浮球30上升至预定位置时锁止所述浮球30。即在所述排气阀100处于关闭状态，即所述浮球30与所述密封件40抵接从而封堵所述出口时，所述锁止结构60将浮球30锁止。

优选地，所述锁止结构60为弹簧锁之类的自动卡位装置，即在所述浮球30到达预定位置时，自动将所述浮球30锁止。

具体地，在本实施例中，所述锁止结构60包括锁止杆61以及弹性件(图未示)，所述阀盖20上开设有安装孔23，所述导向轴51上开设有锁止孔511，所述锁止杆61用于与所述锁止孔511配合，所述锁止杆61的一端穿设于所述安装孔23内并与所述导向轴51抵靠，另一端位于所述阀盖20外；所述弹性件收容在所述安装孔23内并套设于所述锁止杆61上，用以为所述锁止杆61锁止提供作用力。当所述浮球30在介质的浮力作用下运动至与所述密封件40抵靠时，所述锁止杆61与所述锁止孔511对准，并在所述弹性件的作用下，所述锁止杆61伸入所述锁止孔511内，从而实现对所述浮球30的锁止。

下面阐述所述大流量排气阀工作过程：

如图2所示，在空管充水初期，即排气阀100未开启时，管内气压低，在浮球30的自身的重力作用下，浮球30将进口12封堵，而随着空管继续充水，排气阀上游的空管内空气压力在充水过程中逐步升高。

如图3所示，在空管充水中期，即排气阀100开启，当孔道内向上的其他作用力大于浮球30自身的重力时，所述浮球30被推开；由此，开启一条狭窄的受所述浮球30压迫的排气通道，所述排气阀100内的排气通道也由此开启，依次经过进口12、阻尼通道13、阀腔11、出口21往外排气。可以理解的是，在此过程中，由于阻尼通道13的存在，使得浮球30与进口12及阀腔底面(即阀腔靠近进口的一侧)之前间形成了一个局部的低压区域，从而使所述浮球30不至于瞬间被压力冲开，保持阻尼式空管充水状态，有效地降低介质的充装速度，提高管道空管充水这一极端过程的操作安全性。

如图4至图5所示，在空管充水末期，排气阀100关闭，浮球30上升并与密封件40抵靠，从而将进口12与出口21之间封堵隔离(即密封)。

如果需要排水放空管道，则当水流排出后，浮球将会随着水位降落而下落；当阀腔11内的液位下落至浮球半径位置左右时，浮球将会因自重而落在阀腔11的底部与进口12末端的接触面上，仅留出微小的缝隙(即阻尼通道)甚至无缝隙让外界空气吸入管线。所以，其吸气能力微小，将不足以破坏真空，抵御负压。此时，吸气功能需要依赖管道上另外独立的吸气阀或者另外的注气微排阀。

在本实施例中，如图1和图6所示，具体提供一种阻尼孔口式高速大流量排气阀，其包括阀体10、进口12、浮球30、阻尼通道13、出口13、密封件40及其阀盖20。浮球30与进口12的接触面之间不是配合密封，中间有微小缝隙；或者，在进口的末端端面上预留3-7(奇数)个凸台121，从而使所述浮球30与排气阀100的进口12接触面之间留出一条0.1mm-10mm的微小缝隙。当然，如图6所示，浮球30与进口12之间的阻尼缝隙通道(阻尼通道13)也可以由0缝隙(即无缝隙)开始，可以理解的是，在无缝隙时，其初始缝隙将由逐渐升高的空气冲击力和压力在克服浮球重力后逐步建立，这样，可以在初始阶段累计空气背压，阻挠空管充水使之缓慢充水。而且，在浮球30顶部与出口21之间留有较大的距离，以防止可能的累计空气压力使浮球30发生爆发式弹跳、将浮球30一次性吹弹到抵近出口21而提前吹堵关阀。

空管充水初期，管线(空管)内气压很低，零缝隙或1mm左右的阻尼缝隙堵塞空气通道，使管线内充水水柱下游与排气阀节点之间的管段内的空气压力逐渐升高。当排气阀进口12处的空气压力达到2kPa左右时，气压所产生的推力大于浮球30重量，浮球30被吹起，缝隙略微增大，气流流量增大，流速也增大。如此，将在浮球30与排气阀进口之间的高流速区域产生一个低于周围压力的环形低压区域，浮球30上面的压力则接近于大气压力，高于低压区压力。这样，在圆环形低压区上将产生一个往下的吸拉力(即空气动力学原理)，该吸拉力与浮球重量的合力等于入口气流对浮球的吹推冲撞力(二者处于动态平衡状态)，使得浮球不会被高速气流往上吹推较长的距离而抵近孔口甚至堵塞孔口，即不会产生排气阀的浮球30被高速空气吹堵关阀的现象。

在上述过程中，高速气流在排气阀的进口12段，将会产生大约1kPa-3kPa的空气压差；阻尼通道13部位将产生大约5kPa-15kPa的空气压差；连接孔段也将会产生大约2kPa-30kPa的空气压差；出口端空气压差也可能产生2kPa-15kPa；而整个排气阀的空气压差合计将达到4kPa-45kPa之间。这个压差将作为空管充水上游水柱流动的背压，作用在流动水柱上，使充水水柱受到空气阻尼作用而自动降低流速，从而实现空气阻尼式中慢速空管充水的目的。

当水柱到达排气阀进口12时，因为浮球密度只有大约0.5-0.8，轻于水，浮球将被充实水柱浮起，随着充水进程的缓慢匀速推进，排气阀100内水位逐渐升高，浮球30上浮抵近排气孔，逐渐与出口13处的密封圈坐合，最后停止排气，关阀密封。

如果需要排水放空管线，则当水流排出后，浮球30将会随着水位降落而下落；当阀腔11内水位下落至浮球半径位置左右时，浮球30将会因自重而落坐在排气阀底部的进口12接触面上，仅留出微小的缝隙甚至无缝隙让外界空气吸入管线。所以，其吸气能力微小，将不足以破坏真空，抵御负压。此时，吸气功能需要依赖管线上另外独立的吸气阀或者另外的注气微排阀。

当管线出现水锤事故(水力过渡过程)，在该排气阀100节点附近出现水柱分离以及后续的水柱弥合(弥合水锤)时，需要的水锤防护措施应该是注气微排阀，而不是高速(进)排气阀。而且，此时此地的高速排气阀不但无益，还是有害的，需要被关闭才行(人为关闭或设计成自动关闭；频率稀少的二次空管充水时再人为开启或自动开启)。所以，高速排气阀需要独立于注气微排阀或吸气阀，允许被单独控制。如果高速排气阀同时被当作高速吸气孔口使用(如传统式的高速进排气阀或复合式空气阀)，则无法实现(高速排气孔口的)单独控制，整个空气阀的水锤防护功能将无法实现。

进一步地，在浮球被锁期间，如果管线出现弥合水锤，该大流量排气阀100将不会在水柱弥合期间高速排气，从而帮助附近配套的注气微排阀实现暂时锁住吸入的气囊、使之充当临时弹性体、吸纳弥合水锤撞击能量的防水锤目标。

本发明提供的阻尼孔口式大流量排气阀具有如下明显的优点：应用范围广，既可自动降低空管充水速度，又可帮助实现防护管线弥合水锤的目标。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种大流量排气阀，安装于管道上，包括阀体以及阀盖，所述阀盖设于所述阀体上，其特征在于，还包括浮球，所述阀体内开设有阀腔，所述阀体上开设有用以供介质流入并与阀腔连通的进口，所述阀盖上开设供介质流出并与所述阀腔连通的出口，所述浮球收容在所述阀腔内且所述浮球的直径大于进口的直径；在管道内未填充流体介质时，所述浮球的外壁与所述进口的末端内壁之间间隔设置并形成初始阻尼通道。

2.根据权利要求1所述的大流量排气阀，其特征在于，所述浮球的外壁与所述进口的末端内壁之间的间隙范围为0.1mm-10mm。

3.根据权利要求2所述的大流量排气阀，其特征在于，所述浮球的外壁与所述进口的末端内壁之间的间隙范围为0.5mm-5mm。

4.根据权利要求1所述的大流量排气阀，其特征在于，所述进口的末端内壁上设有多个凸台，且多个所述凸台沿所述进口的周向间隔设置，所述浮球抵靠于所述凸台上，以使所述浮球的外壁与所述进口的末端内壁之间形成初始所需要的扁平环形间隙式空气流道，即所述初始阻尼通道。

5.根据权利要求1所述的大流量排气阀，其特征在于，所述浮球的密度小于管道内流体介质的密封。

6.根据权利要求1所述的大流量排气阀，其特征在于，所述浮球的直径至少为所述进口的直径的1.2-3倍。

7.根据权利要求1所述的大流量排气阀，其特征在于，所述阀体与所述阀盖之间设有密封件，所述密封件上开设有将所述阀腔与所述出口连通的连通孔，所述浮球在介质的浮力作用下能够向上浮动并与所述密封件配合，以密封所述连通孔。

8.根据权利要求1所述的大流量排气阀，其特征在于，所述排气阀还包括导向结构，所述导向结构用以导引所述浮球在所述阀腔内的运动。

9.根据权利要求1所述的大流量排气阀，其特征在于，所述导向结构包括导向轴以及连接部，所述连接部安装于阀盖上且所述连接部上开设有导向孔，所述导向轴的一端与所述浮球连接，另一端穿设于所述导向孔内。

10.根据权利要求8所述的大流量排气阀，其特征在于，所述排气阀还包括锁止结构，所述锁止结构用以在所述浮球上升至预定位置时锁止所述浮球。