CN113108152B - 一种消除矿井排水管路水锤的方法 - Google Patents

一种消除矿井排水管路水锤的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消除矿井排水管路水锤的方法，包括以下步骤：S1：将管体通过法兰安装在管路阀门两侧或者安装在水泵的出水口处，当进行关阀或者开阀时，管路内形成流体压力；S2：进行开阀或者关阀的同时，通过设置的电磁阀控制伺服电机带动转动板转动，使转动板与活塞环处于通一平面上，对水流形成有效阻挡；S3：在通过设置弹性组件配合活塞环形成缓冲力消除正向流体压力；S4：通过在管体侧壁设置缓冲组件和活动板抵消水锤对管体侧壁的作用力，降低流体压力的冲击力；通过设置弹性组件和缓冲组件共同作用，反复多次的对水锤形成反作用力，消除水锤，减小水锤对矿井管体和阀门的危害，保证正常生产，增加矿井管道输水的安全性。

Description

一种消除矿井排水管路水锤的方法
技术领域
本发明属于管道输水领域，尤其涉及一种消除矿井排水管路水锤的方法。
背景技术
水锤效应是一种形象的说法.它是指给水泵在启动和停止时，水流冲击管道，产生的一种严重水击。由于在水管内部，管内壁是光滑的，水流动自如。当打开的阀门突然关闭或给水泵停止，水流对阀门及管壁，主要是阀门或泵会产生一个压力。由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，水力迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水力学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。相反，关闭的阀门在突然打开或给水泵启动后，也会产生水锤，叫负水锤。
在矿井输水管道内，产生水锤的危害巨大，易引起管道强烈震动，管道接头断开，水灌入矿井通道，造成水淹事件，水锤的冲击力破坏阀门，压强过低又会导致管子瘪塌，损坏，引起水泵反转破坏泵房或者管道，影响生产和施工安全。现有的除水锤一般采用泄压或者单向缓冲减小水锤的压力，成本较高，除水锤效果一般。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供了一种消除矿井排水管路水锤的方法，通过设置弹性组件配合转动的转动板，在关阀时对于形成的水锤产生一个反作用了，并且通过弹性组件进行回弹反冲，逐渐多次抵消水锤的压力，减小水锤的冲击力；另外通过在罐体侧壁对称设置的盒体，盒体内设置的缓冲组件和活动板，水锤压力释放与活动板，通过缓冲组件进行二次缓冲，抵消水锤对管体侧壁的压力，降低除水锤的成本，减小水锤的压力，降低水锤对管体或者阀门的破坏，保证正常生产，增加矿井管道输水的安全性。
本发明提供如下技术方案：
一种消除矿井排水管路水锤的方法，包括以下步骤：
S1：将管体通过法兰安装在管路阀门两侧或者安装在水泵的出水口处，当进行关阀或者开阀时，管路内形成流体压力；
S2：进行开阀或者关阀的同时，通过设置的电磁阀控制伺服电机带动转动板转动，使转动板与活塞环处于通一平面上，对水流形成有效阻挡；
S3：在通过设置弹性组件配合活塞环形成缓冲力消除正向流体压力；
S4：通过在管体侧壁设置缓冲组件和活动板抵消水锤对管体侧壁的作用力，降低流体压力的冲击力。
优选的，步骤S3中，当水流由于关闭阀门之后的惯性形成水锤作用与转动板时，转动板带动活塞环随着水锤的压力进行向后移动，在运动的过程中，活塞环作用与套管，套管与伸缩杆相互作用。伸缩杆收缩至套管内部，此时，第一弹簧属于压缩阶段，通过对第一弹簧的压缩，水锤得到了部分缓冲。
优选的，当第一弹簧压缩到极限之后，第一弹簧进行伸长反弹，在第一弹簧反弹的过程中，第一弹簧带动套管与伸缩杆做相对运动，伸缩杆从套管中伸出，第二弹簧与套管共同作用于活塞环，活塞环带动转动板对水锤形成一个反作用力，第二次消除水锤对阀门的冲击力，大大消除了水锤对于关闭的阀门的破坏。
优选的，步骤S4中，当流体压力作用于活动板时，活动板形成压力，作用对称设置的连杆，由于连杆与固定块和移动环均转动连接，活动板作用于连杆时，连杆另一端作用与移动环，移动环在导杆上进行滑动，使两个连杆之间的角度增大，带动活动板做短距离移动，在活动板移动的过程中第一次缓冲水锤的冲击力。
优选的，移动环通过设置的滑块在滑槽内滑动，增加移动环的稳定性，防止移动环与导杆形成压力死角，限制移动环的滑动。
优选的，移动环在向两侧滑动的同时，移动环挤压第二弹簧，当第二弹簧挤压到极限时，第二弹簧反弹伸长，带动移动环做反向移动，移动环带动连杆转动，减小两个连杆之间夹角，从而使活动板反向移动，对水锤形成一个反向的作用力，第二次抵消水锤的作用力，经过反复几次的缓冲，直至水锤的冲击力完全消除，达到小除水锤的目的；通过设置弹性组件和缓冲组件共同作用，反复多次的对水锤形成反作用力，消除水锤。
优选的，一种消除矿井排水管路水锤的方法采用一种消除水锤装置；包括管体、法兰；所述管体的端部位置均设有法兰，通过设置的法兰将管体与水管管路连接；
所述管体的上下两侧均连通设有盒体，所述盒体内部靠近管体的一侧设有活动板，所述活动板连接有缓冲组件，所述缓冲组件与所述盒体内壁连接；
所述管体的内壁设有活塞环，活塞环中心设有转动板，转动板能够在活塞环内部转动，所述活塞环的一侧连接有多个弹性组件，多个所述弹性组件的另一端均连接有连接块，所述连接块的另一端与所述管体的内壁连接。
优选的，所述活塞环内壁与外壁之间设有中空的腔体，所述活塞环与管体内壁通过橡胶环密封滑动连接，所述腔体的内部设有伺服电机，所述伺服电机的输出轴贯穿活塞环内壁，且伺服电机的输出轴连接有转轴，所述转轴与转动板连接，转轴设置在转动板的中心位置，带动转动板进行转动；所述转动板呈圆形结构，转动板与活塞环形成闭合时，用于阻挡水流。
优选的，所述弹性组件均匀对称的分布在活塞环的一侧，弹性组件包括套管，所述套管的一端与活塞环连接，套管的另一端内部设有伸缩杆，所述伸缩杆的另一端与连接块连接；所述套管和伸缩杆的外部套设有第一弹簧，所述第一弹簧一端与活塞环连接，另一端与连接块连接。
优选的，所述套管靠近伸缩杆的一端的管壁向套管内部弯折，与套管管体呈垂直结构；所述伸缩杆处于套管内部的一端向伸缩杆外部的弯折，弯折呈90°；套管内部与伸缩杆外部形成防脱结构，防止伸缩杆从套管中滑脱。
优选的，所述活动板远离管体的一侧连接有固定块，所述 固定块与缓冲组件连接，缓冲组件包括连杆，所述连杆对称设有两个，两个所述连杆的一端均通过销轴与固定块转动连接，两个所述连杆的另一端均连接有移动环，所述移动环套设在导杆上，移动环与导杆滑动连接。
优选的，所述导杆设置在所述盒体内部远离活动板的一端，导杆的两端均与盒体内壁连接，所述导杆远离活动板的一侧设有滑槽，所述移动环靠近滑槽的外侧壁连接有滑块，所述滑块与滑槽构成匹配滑动连接。
优选的，所述导杆靠近两端的位置套设有第二弹簧，所述第二弹簧的一端与移动环连接，第二弹簧的另一端与盒体内壁连接。
优选的，所述连接与移动环通过设置的销轴构成转动连接。
优选的，所述弹性组件根据实际用途可以进行增减，弹性组件两端通过螺栓与连接块和活塞环连接，在进行安装时，沿活塞环的周向均匀分布，成对选择安装。
优选的，为了更好的消除水锤，减小水锤的作用力，第一弹簧的回弹力F1与其节距t、长度L和水锤对于活塞环的压力F2之间满足以下关系：F-F2＝k·(L/t)2；k为弹性系数，取值范围为23%-75%；F、F2单位N/m；t、L单位为cm；第二弹簧的回弹力F3其节距t1、长度L1和水锤对于活动板的压力F4之间满足以下关系：F3-F4＝k1·(L1/t1)2；k1为弹性系数，取值范围为30%-80%；F3、F4单位N/m；t1、L1单位为cm。
为了更好的促进弹性组件和缓冲组件共同相互作用，增加对水锤形成的反作用力，减小水锤危害，第一弹簧的弹力F1、第二弹簧的弹力F3与水锤对于活塞环的压力F2、水锤对于活动板的压力F4之间满足，F3+F4<F1·F2/( F1+F2)；根据经验可知，当第一弹簧的和第二弹簧的综合作用力大于水锤的总作用力时，水锤消除效果比较理想。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明一种消除矿井排水管路水锤的方法，通过设置弹性组件配合转动的转动板，在关阀时对于形成的水锤产生一个反作用了，并且通过弹性组件进行回弹反冲，逐渐多次抵消水锤的压力，减小水锤的冲击力。
（2）本发明一种消除矿井排水管路水锤的方法，通过在罐体侧壁对称设置的盒体，盒体内设置的缓冲组件和活动板，水锤压力释放与活动板，通过缓冲组件进行二次缓冲，抵消水锤对管体侧壁的压力，降低除水锤的成本，减小水锤的压力，降低水锤对管体或者阀门的破坏，保证正常生产，增加矿井管道输水的安全性。
（3）本发明一种消除矿井排水管路水锤的方法，通过设置弹性组件和缓冲组件共同作用，反复多次的对水锤形成反作用力，消除水锤，减小水锤对矿井管体和阀门的危害，保证正常生产，增加矿井管道输水的安全性。
（4）本发明一种消除矿井排水管路水锤的方法，同时移动环通过设置的滑块在滑槽内滑动，增加移动环的稳定性，防止移动环与导杆形成压力死角，限制移动环的滑动。
（5）本发明一种消除矿井排水管路水锤的方法，通过限定第一弹簧的回弹力与其节距、长度和水锤对于活塞环的压力之间满足以下关系，更好减小水锤的作用力，提高对水锤的缓冲效果。
（6）本发明一种消除矿井排水管路水锤的方法，，通过限定第一弹簧的弹力、第二弹簧的弹力与水锤对于活塞环的压力、水锤对于活动板的压力之间满足，更好的促进弹性组件和缓冲组件共同相互作用，增加对水锤形成的反作用力，减小水锤危害。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明的除水锤装置整体结构示意图。
图2是本发明的活塞环与弹性组件连接结构示意图。
图3是本发明的转动板闭合的活塞环结构示意图。
图4是本发明的转动板打开的活塞环结构示意图。
图5是本发明的弹性组件结构示意图。
图6是本发明的缓冲组件结构示意图。
图7是本发明的方法流程示意图。
图中：1、管体；2、法兰；3、活塞环；4、弹性组件；5、盒体；6、活动板；7、缓冲组件；8、连接块；9、伺服电机；10、转动板；11、转轴；12、固定块；13、腔体；41、套管；42、伸缩杆；43、第一弹簧；71、连杆；72、导杆；73、移动环；74、第二弹簧；75、滑块；76、滑槽。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图7所示，一种消除矿井排水管路水锤的方法，包括以下步骤：
S1：将管体通过法兰安装在管路阀门两侧或者安装在水泵的出水口处，当进行关阀或者开阀时，管路内形成流体压力；
S2：进行开阀或者关阀的同时，通过设置的电磁阀控制伺服电机带动转动板转动，使转动板与活塞环处于通一平面上，对水流形成有效阻挡；
S3：在通过设置弹性组件配合活塞环形成缓冲力消除正向流体压力；
S4：通过在管体侧壁设置缓冲组件和活动板抵消水锤对管体侧壁的作用力，降低流体压力的冲击力。
步骤S3中，当水流由于关闭阀门之后的惯性形成水锤作用与转动板时，转动板带动活塞环随着水锤的压力进行向后移动，在运动的过程中，活塞环作用与套管，套管与伸缩杆相互作用。伸缩杆收缩至套管内部，此时，第一弹簧属于压缩阶段，通过对第一弹簧的压缩，水锤得到了部分缓冲。
当第一弹簧压缩到极限之后，第一弹簧进行伸长反弹，在第一弹簧反弹的过程中，第一弹簧带动套管与伸缩杆做相对运动，伸缩杆从套管中伸出，第二弹簧与套管共同作用于活塞环，活塞环带动转动板对水锤形成一个反作用力，第二次消除水锤对阀门的冲击力，大大消除了水锤对于关闭的阀门的破坏。
步骤S4中，当流体压力作用于活动板时，活动板形成压力，作用对称设置的连杆，由于连杆与固定块和移动环均转动连接，活动板作用于连杆时，连杆另一端作用与移动环，移动环在导杆上进行滑动，使两个连杆之间的角度增大，带动活动板做短距离移动，在活动板移动的过程中第一次缓冲水锤的冲击力。
移动环通过设置的滑块在滑槽内滑动，增加移动环的稳定性，防止移动环与导杆形成压力死角，限制移动环的滑动。
移动环在向两侧滑动的同时，移动环挤压第二弹簧，当第二弹簧挤压到极限时，第二弹簧反弹伸长，带动移动环做反向移动，移动环带动连杆转动，减小两个连杆之间夹角，从而使活动板反向移动，对水锤形成一个反向的作用力，第二次抵消水锤的作用力，经过反复几次的缓冲，直至水锤的冲击力完全消除，达到小除水锤的目的；通过设置弹性组件和缓冲组件共同作用，反复多次的对水锤形成反作用力，消除水锤。
实施例二：
如图1、3、4所示，一种消除矿井排水管路水锤的方法；包括管体1、法兰2；所述管体1的端部位置均设有法兰2，通过设置的法兰2将管体1与水管管路连接；
所述管体1的上下两侧均连通设有盒体5，所述盒体5内部靠近管体1的一侧设有活动板6，所述活动板6连接有缓冲组件7，所述缓冲组件7与所述盒体5内壁连接；
所述管体1的内壁设有活塞环3，活塞环3中心设有转动板10，转动板10能够在活塞环3内部转动，所述活塞环3的一侧连接有多个弹性组件4，多个所述弹性组件4的另一端均连接有连接块8，所述连接块8的另一端与所述管体1的内壁连接。
实施例三：
如图2、5所示，在实施例一的基础上，所述活塞环3内壁与外壁之间设有中空的腔体13，所述活塞环3与管体1内壁通过橡胶环密封滑动连接，所述腔体13的内部设有伺服电机9，所述伺服电机9的输出轴贯穿活塞环3内壁，且伺服电机9的输出轴连接有转轴11，所述转轴11与转动板10连接，转轴11设置在转动板10的中心位置，带动转动板10进行转动；所述转动板10呈圆形结构，转动板10与活塞环3形成闭合时，用于阻挡水流。
所述弹性组件4均匀对称的分布在活塞环3的一侧，弹性组件4包括套管41，所述套管41的一端与活塞环3连接，套管41的另一端内部设有伸缩杆42，所述伸缩杆42的另一端与连接块8连接；所述套管41和伸缩杆42的外部套设有第一弹簧43，所述第一弹簧43一端与活塞环3连接，另一端与连接块8连接。
所述套管41靠近伸缩杆42的一端的管壁向套管41内部弯折，与套管41管体1呈垂直结构；所述伸缩杆42处于套管41内部的一端向伸缩杆42外部的弯折，弯折呈90°；套管41内部与伸缩杆42外部形成防脱结构，防止伸缩杆42从套管41中滑脱。所述弹性组件4根据实际用途可以进行增减，弹性组件4两端通过螺栓与连接块8和活塞环3连接，在进行安装时，沿活塞环3的周向均匀分布，成对选择安装。
实施例四：
如图6所示，在实施例一的基础上，所述活动板6远离管体1的一侧连接有固定块12，所述 固定块12与缓冲组件7连接，缓冲组件7包括连杆71，所述连杆71对称设有两个，两个所述连杆71的一端均通过销轴与固定块12转动连接，两个所述连杆71的另一端均连接有移动环73，所述移动环73套设在导杆72上，移动环73与导杆72滑动连接。
所述导杆72设置在所述盒体5内部远离活动板6的一端，导杆72的两端均与盒体5内壁连接，所述导杆72远离活动板6的一侧设有滑槽76，所述移动环73靠近滑槽76的外侧壁连接有滑块75，所述滑块75与滑槽76构成匹配滑动连接。
所述导杆72靠近两端的位置套设有第二弹簧74，所述第二弹簧74的一端与移动环73连接，第二弹簧74的另一端与盒体5内壁连接；所述连接与移动环73通过设置的销轴构成转动连接。
为了更好的消除水锤，减小水锤的作用力，第一弹簧43的回弹力F1与其节距t、长度L和水锤对于活塞环3的压力F2之间满足以下关系：F-F2＝k·(L/t)2；k为弹性系数，取值范围为23%-75%；F、F2单位N/m；t、L单位为cm；第二弹簧74的回弹力F3其节距t1、长度L1和水锤对于活动板6的压力F4之间满足以下关系：F3-F4＝k1·(L1/t1)2；k1为弹性系数，取值范围为30%-80%；F3、F4单位N/m；t1、L1单位为cm。
为了更好的促进弹性组件4和缓冲组件7共同相互作用，增加对水锤形成的反作用力，减小水锤危害，第一弹簧43的弹力F1、第二弹簧74的弹力F3与水锤对于活塞环3的压力F2、水锤对于活动板6的压力F4之间满足，F3+F4<F1·F2/( F1+F2)；根据经验可知，当第一弹簧43的和第二弹簧74的综合作用力大于水锤的总作用力时，水锤消除效果比较理想。
通过上述技术方案得到的装置是一种消除矿井排水管路水锤的方法，通过设置弹性组件配合转动的转动板，在关阀时对于形成的水锤产生一个反作用了，并且通过弹性组件进行回弹反冲，逐渐多次抵消水锤的压力，减小水锤的冲击力；通过在罐体侧壁对称设置的盒体，盒体内设置的缓冲组件和活动板，水锤压力释放与活动板，通过缓冲组件进行二次缓冲，抵消水锤对管体侧壁的压力，降低除水锤的成本，减小水锤的压力，降低水锤对管体或者阀门的破坏，保证正常生产，增加矿井管道输水的安全性；通过设置弹性组件和缓冲组件共同作用，反复多次的对水锤形成反作用力，消除水锤，减小水锤对矿井管体和阀门的危害，保证正常生产，增加矿井管道输水的安全性；同时移动环通过设置的滑块在滑槽内滑动，增加移动环的稳定性，防止移动环与导杆形成压力死角，限制移动环的滑动；通过限定第一弹簧的回弹力与其节距、长度和水锤对于活塞环的压力之间满足以下关系，更好减小水锤的作用力，提高对水锤的缓冲效果；通过限定第一弹簧的弹力、第二弹簧的弹力与水锤对于活塞环的压力、水锤对于活动板的压力之间满足，更好的促进弹性组件和缓冲组件共同相互作用，增加对水锤形成的反作用力，减小水锤危害。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种消除矿井排水管路水锤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将管体通过法兰安装在管路阀门两侧或者安装在水泵的出水口处，当进行关阀或者开阀时，管路内形成流体压力；
S2：进行开阀或者关阀的同时，通过设置的电磁阀控制伺服电机带动转动板转动，使转动板与活塞环处于同一平面上，对水体形成有效阻挡；
S3：通过设置弹性组件配合活塞环形成缓冲力消除正向流体压力；
S4：通过在管体侧壁设置缓冲组件和活动板抵消流体压力对管体侧壁的作用力，降低流体压力的冲击力；
上述步骤中管体的内壁设有活塞环，活塞环中心设有转动板，转动板能够在活塞环内部转动，所述活塞环的一侧连接有多个弹性组件，多个所述弹性组件的另一端均连接有连接块，所述连接块的另一端与所述管体的内壁连接。
2.根据权利要求1所述一种消除矿井排水管路水锤的方法，其特征在于，步骤S3中，当水流由于关闭阀门之后的惯性形成水锤作用于转动板时，转动板带动活塞环随着水锤的压力进行向后移动，在运动的过程中，活塞环作用于套管，套管与伸缩杆相互作用；伸缩杆收缩至套管内部，此时，第一弹簧属于压缩阶段，通过对第一弹簧的压缩，水锤得到了部分缓冲。
3.根据权利要求2所述一种消除矿井排水管路水锤的方法，其特征在于，当第一弹簧压缩到极限之后，第一弹簧进行伸长反弹，在第一弹簧反弹的过程中，第一弹簧带动套管与伸缩杆做相对运动，伸缩杆从套管中伸出，第二弹簧与套管共同作用于活塞环，活塞环带动转动板对水锤形成一个反作用力，第二次消除水锤对阀门的冲击力，大大消除了水锤对于关闭的阀门的破坏。
4.根据权利要求1所述一种消除矿井排水管路水锤的方法，其特征在于，步骤S4中，当流体压力作用于活动板时，活动板形成压力，作用于对称设置的连杆，由于连杆与固定块和移动环均转动连接，活动板作用于连杆时，连杆另一端作用于移动环，移动环在导杆上进行滑动，使两个连杆之间的角度增大，带动活动板做短距离移动，在活动板移动的过程中第一次缓冲水锤的冲击力。
5.根据权利要求4所述一种消除矿井排水管路水锤的方法，其特征在于，移动环通过设置的滑块在滑槽内滑动，增加移动环的稳定性，防止移动环与导杆形成压力死角，限制移动环的滑动。
6.根据权利要求5所述一种消除矿井排水管路水锤的方法，其特征在于，移动环在向两侧滑动的同时，移动环挤压第二弹簧，当第二弹簧挤压到极限时，第二弹簧反弹伸长，带动移动环做反向移动，移动环带动连杆转动，减小两个连杆之间夹角，从而使活动板反向移动，对水锤形成一个反向的作用力，第二次抵消水锤的作用力，经过反复几次的缓冲，直至水锤的冲击力完全消除，达到消除水锤的目的；通过设置弹性组件和缓冲组件共同作用，反复多次的对水锤形成反作用力，消除水锤。
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