CN114263747A - 一种非线性调节充水阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非线性调节充水阀，所述充水阀的阀体具有与阀芯滑动配合的阀腔，所述阀体顶部具有阀座，所述阀座上设有与阀腔连通的开口，所述阀盖用于封盖设置在阀座上的开口，所述阀盖通过第一阀杆与启闭机连接；所述阀芯包括与阀盖固连的第二阀杆、套装在第二阀杆下端的第二导向件及依次相间套设在位于阀盖与第二导向件之间的第二阀杆上的调流片；各所述调流片上开设多个第二通孔，远离阀盖的调流片上第二通孔的面积总和大于靠近阀盖的调流片上第二通孔的面积总和。本发明拆卸方便，能够对充水流量进行非线性调节，避免充水阀的流量调节精度因启闭机控制精度低、启闭机与充水阀柔性连接而难以精确控制，保证充水试验安全可靠。

Description

一种非线性调节充水阀

技术领域

本发明属于水利水电工程技术领域，尤其涉及一种非线性调节充水阀。

背景技术

水利水电工程，尤其是抽水蓄能工程，在施工完成后，需要对引水流道进行首次充水试验。在充水试验中，多采用布置在闸门上的充水阀对需要的流量进行调节。完成充水试验后，在电站的正常运行中，闸门的充水阀不需要对充水流量进行调节，只需要正常开启和关闭即可。

现有工程中的充水阀为满足调节充水流量的要求，在流量调节方式上，采用格栅式或条形槽式阀芯，其阀芯通过相对开度控制流量，如图1所示，其充水流量随着阀芯开度的变化呈线性变化。如中国实用新型专利CN212506162U公开了一种调流充水阀，其包括阀体、阀座、阀芯、阀盖、阀杆和导向部，阀体具有与阀芯滑动连接的阀腔，阀体顶部具有所述阀座，阀座上设有与阀腔连通的开口，阀盖用于封盖该开口，且阀盖与阀芯顶部固定，阀杆的下端固定在阀盖上，阀杆的上端与启闭机连接。在启闭机的带动下，阀芯和阀盖可沿导向部做轴向滑动，阀芯的滑动方向在阀腔内延伸，阀芯的侧部开有沿阀体的滑动阀箱延伸的条形槽，该条形槽侧向贯通阀芯，根据所需充水速率设置各组别条形槽的长度、宽度和数量。又如，中国实用新型专利CN204004501U公开了一种平面闸门的活塞式充水阀，其阀体的上端高于阀座，在高于阀座的部分阀体上设有沿周向均布格栅，格栅栅孔的面积总和大于阀体横截面的面积，阀盖设置在阀体内并与阀体的内壁滑动配合，充水阀的充水行程满足阀盖沿轴向向上滑移时能够完全越过栅格所处的区域，阀杆的下端与阀盖固定连接，启闭机与阀杆上端连接以带动充水阀工作。

上述充水阀的格栅或条形槽的相对开度呈线性变化，也即所通过流量呈线性变化，虽能实现充水流量调节的功能，但由于操作充水阀的启闭机的开合控制精度低，并且启闭机是通过钢丝绳与充水阀柔性连接，控制精度进一步降低，这些原因导致了该类充水阀的整体流量调节精度难以准确控制，进而无法保证充水试验的可靠性。

发明内容

本发明目的在于提供一种非线性调节充水阀,它对充水流量进行非线性调节，能够消除因启闭机控制精度低、启闭机与充水阀柔性连接导致的充水阀的流量调节精度难以精确控制，充水试验可靠性无法保障的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种非线性调节充水阀，其包括阀体、阀芯及与阀芯顶部固定连接的阀盖，所述阀体具有与阀芯滑动配合的阀腔，所述阀体顶部具有阀座，所述阀座上设有与阀腔连通的开口，所述阀盖用于封盖设置在阀座上的开口，所述阀盖通过第一阀杆与启闭机连接；

所述阀芯包括第二阀杆、第二导向件和依次相间套设在第二阀杆上的多块调流片；所述第二阀杆的上端与阀盖固定连接，所述第二阀杆的下端套设有第二导向件，所述第二导向件通过紧固件托装于第二阀杆，当所述充水阀完全打开时，所述第二导向件位于所述阀腔内；所述调流片位于阀盖与第二导向件之间，并与阀腔内壁形成滑动配合，以使所述充水阀对流量进行分段调节；

各所述调流片沿厚度方向开设多个第二通孔，远离阀盖的调流片上第一通孔的面积总和大于靠近阀盖的调流片上第二通孔的面积总和。

由此，本发明摒弃了利用栅格、条形槽等线性调节流量的方式，通过设置多级调流片，各级调流片上第二通孔的总面积自上至下依次变大，当位于阀腔最高位的调流片滑出阀腔一定距离时，阀腔内其余的调流片仍然与阀腔内部滑动配合，从而形成多级流量调节，实现了非线性调节流量。非线性调节流量的方式避免了因启闭机操作精度的不足，而导致充水阀调节精度下降的问题，提高了对流量的控制精度，保证了充水试验的安全可靠性。为保证充水阀有效启闭，本发明专门设置了始终处于阀腔内的第二导向件，既保证了阀芯与阀腔之间有效地滑动，又提高了阀芯的抗冲击能力。此外，针对不同的运行水位，通过更换不同过流能力的调流片，本发明可对引水流道最大过流范围内的任意流量进行非线性调节，增强了充水阀的适用性。

进一步，所述充水阀还包括套装在第一阀杆上的网孔支架，所述网孔支架为桶状，所述网孔支架的下端开口，所述网孔支架的内径大于所述阀盖的外径，所述网孔支架下端与阀座固定连接；所述网孔支架上设有多个第一通孔，所述第一通孔的面积总和大于阀腔径向截面的面积，各所述第一通孔的内径小于各所述第二通孔的内径。网孔支架一方面阻挡了污物，避免了阀芯被堵塞的风险，另一方面对第一阀杆起到了导向作用，也即网孔支架同时发挥着阻污和导向的作用。一个部件发挥多种功能，简化了设计结构，增大了充水阀的设计空间，在闸门尺寸相同时，可增大充水阀阀腔的内径，增大过流能力，提高充水阀的充水效率。

进一步，所述网孔支架下端沿径向向外设有凸缘，所述凸缘通过紧固件与阀座连接，便于网孔支架的拆卸，同时增强了网孔支架使用时的抗冲击能力，提高了网孔支架的稳定性。

进一步，所述第二导向件包括导向环和定位环，所述导向环与定位环通过多片竖向布置的筋板连接；所述导向环与阀腔内壁滑动配合，所述定位环套装在第二阀杆上，所述定位环通过紧固件托装于第二阀杆。第二导向件由内圈的定位环、外圈的导向环以及连接内外圈的筋板构成，保证了对充水阀启闭的有效导向以及第二导向件与第二阀杆的有效连接。内圈外圈通过多块竖直的筋板连接，不会影响充水阀完全打开时的过流能力，保证了充水阀完全打开时的充水效率。

进一步，各所述调流片通过定位组件套装于第二阀杆，方便了调流片的拆装。

进一步，所述定位组件包括多根套管和至少三根螺柱，各所述调流片的上下表面均与套装于第二阀杆的套管抵接，以固定各所述调流片；各所述螺柱依次穿过导向环和各所述调流片并通过紧固件与导向环和各所述调流片可拆卸的连接。通过套管的配合将调流片定位，并且调流片的外圈通过多根螺柱与导向环连接，保证了调流片之间相对位置的固定，保证了流量调节效果。

进一步，所述网孔支架的顶部设有第一导向件，所述第一导向件套设于所述第一阀杆并与所述网孔支架固定连接，所述第一导向件与所述第一阀杆滑动配合。第一导向件增强了充水阀上部的导向精度，同时与第二导向件对应配合，形成上下两端导向配合，提高了充水阀整体上的导向精度。

进一步，所述阀盖的下表面设有环形的密封件，所述密封件与所述阀盖固定连接；所述密封件的径向外侧设有支撑环，所述支撑环上端与所述阀盖固定连接，所述支撑环的轴向长度小于所述密封件的最大厚度。在阀盖下表面设置环形密封件，使得阀盖有效地将阀腔封盖。在密封件外侧设置支撑环，在充水阀完全关闭时，实现了对密封件的预压量限位，同时避免了在充水阀开启时水流对密封件的直接冲击。

优选的，所述支撑环的轴向长度比所述密封件的最大厚度小3mm～5mm，满足密封件预压标准，保证了密封件性能的稳定。

进一步，所述密封件的内侧设有固定在所述阀盖下表面的导流塞，所述导流塞为倒锥形，所述导流塞的最大直径小于等于阀腔的内径。在充水阀开启时，导流塞避免了从四周涌向中心的水流碰撞而产生强烈的冲击，防止了水流的冲击力损坏阀芯。

本发明具有以下优点：

1、本发明设置多级调流片，并通过定位组件将各调流片之间的相对位置固定，实现充水流量阶梯式变化，对充水流量进行非线性调节，能够消除因启闭机操作精度差等而导致充水阀整体调节精度下降的问题，提高充水试验的安全性。另外，本发明的适用性强，针对不同的运行水位，只需选择不同过流能力的调流片，便可对引水流道最大过流范围内的任意流量进行非线性调节。

2、本发明所采用的网孔支架能够同时实现阻污和导向作用，设计结构简化，充水阀的设计空间增大，在闸门尺寸相同时，可增大阀腔的内径，提高充水效率。网孔支架与第一导向件、第二导向件配合，从上下两端对充水阀形成导向配合，提高充水阀整体上的导向精度。

3、本发明为对阀腔形成有效封盖，在阀盖下端设置密封件，在密封件的外侧设置一支撑环，用于防止充水阀开启时水流直接冲击密封件。当充水阀打开时，涌入阀腔水流对冲会对阀芯产生强烈的冲击，设置导流塞能够引导水流顺畅流动，减小水流冲击。

附图说明

图1为现有技术中充水阀对流量线性调节示意图

图2为本实施例中非线性调节充水阀对流量非线性调节示意图；

图3为本实施例的非线性调节充水阀全关状态的结构示意图；

图4为本实施例的非线性调节充水阀全开状态的结构示意图；

图5为图4的局部放大图；

图6为图3中非线性调节充水阀的轴测图；

图7为图3中非线性调节充水阀拆除调流片后的全关状态结构示意图；

图中标记说明：1、阀体；101、阀腔；2、阀芯；21、第二阀杆；22、第二导向件；221、导向环；222、定位环；223、筋板；23、调流片；231、第二通孔；24、定位组件；241、套管；242、螺柱；3、阀盖；4、阀座；5、第一阀杆；6、网孔支架；61、凸缘；62、第一通孔；7、第一导向件；8、密封件；9、支撑环；10、导流塞；11、阀杆连接装置；12、短拉杆；13、加强环；14、闸门门叶结构。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种非线性调节充水阀做进一步详细的描述。

如图3、图4所示，本实施例的非线性充水阀用于安装充水阀装置的水利水电工程闸门门叶结构14上，其包括阀体1、阀芯2以及阀盖3，所述阀芯2的顶部固定在阀盖3的下表面，所述阀体1具有与阀芯2滑动配合的阀腔101；所述阀体1顶部具有阀座4，所述阀座4上设有与阀腔101连通的开口，所述阀座4开口的形状和尺寸与阀腔101相同；所述阀盖3用于封盖设置在阀座4上的开口。所述阀盖3上表面固定有第一阀杆5，所述第一阀杆5上端可通过阀杆连接装置11、短拉杆12等与启闭机连接，以带动充水阀的启闭。所述固定座上固定安装有套装在第一阀杆5上的网孔支架6，起到阻污和导向的作用。所述阀芯2包括第二阀杆21、第二导向件22和三块调流片23，所述第二阀杆21的上端与阀盖3固定连接。所述第二导向件22套设在第二阀杆21的下端，所诉第二导向件22通过紧固件托装于第二阀杆21的下端。三块调流片23通过定位组件24依次套设在位于阀杆与第二导向件22之间的第二阀杆21上，各所述调流片23与阀腔101内部形成滑动配合。所述调流片23上设有多个第二通孔231，上方调流片23的第二通孔231的总面积小于下方调流片23上第二通孔231的总面积，也即调流片23的过流能力自上而下依次变大。由此，形成能够进行多级流量调节的充水阀，在充水阀打开过程中，随着调流片23依次向上滑出阀体1，充水流量随着阀芯开度的变化呈如图2所示的阶梯状，也即非线性变化，以此实现充水阀对充水流量的非线性调节。需要说明的是，各所述调流片23上第二通孔231的可以设置为不同的形状和大小。本实施例的非线性调节充水阀能够消除因启闭机操作精度低、启闭机与充水阀柔性连接等问题对充水阀控制精度的影响，提高充水实验的安全可靠性。调流片23的数量根据工程实际需要的流量调节要求确定，具体来讲是根据引水流道充水试验时的水位确定，水位确定则所需流量确定，进一步各调流片23的间距、各调流片23的流量调节能力以及多级调流片23组合调节流量能力等参数也即确定。

如图3、图4、图6所示，所述网孔支架6为桶状，其下端开口，在网孔支架6的顶部和侧部开设由多个第一通孔61，各第一通孔61的面积总和大于阀腔101径向截面的面积且各第一通孔61的内径小于各所述第二通孔231的内径。所述第一阀杆5向上延伸穿过网孔支架6的顶部。由此，网孔支架6不仅可防止污物进入充水阀，同时能够对第一阀杆5起到导向作用。为了便于拆装，所述网孔支架6的下端沿径向向外设有凸缘61，所述凸缘61与阀座4通过紧固件连接，以将网孔支架6固定在阀座4上。在网孔支架6的顶部的上表面固定有第一导向件7，第一导向件7套设在第一阀杆5上，第一导向件7与第一阀杆5抵接，以提高对充水阀上端的导向作用。

所述第二导向件22包括与阀腔101内壁滑动配合的导向环221以及套设在第二阀杆21上的定位环222，所述导向环221与定位环222通过多片竖直布置的筋板223连接，定位环222通过紧固件托装于第二阀杆21。无论充水阀打开还是关闭，所述第二导向件22始终位于阀腔101内，第二导向件22为阀芯2相对于阀腔101的轴向滑动提供导向，同时能够保证阀芯2对水流冲击的抵抗能力。第二导向件22的整体结构几乎不会影响充水阀完全打开时的过流能力，可保证充水阀完全打开时的充水效率。在导向环221下方还固定安装有一与阀腔101内部相抵接并形成滑动配合的加强环13，以进一步保证导向效果。为配合加强环13的安装以及保证加强效果，可在导向环221的外缘设置凹槽用于布置加强环13。

如图3、图4、图6所示，所述定位组件24包括多根套管241和至少三根螺柱242，所述套管241套设在第二阀杆21上，每块调流片23的上下表面均与套管241抵接，在上下套管241的配合下，将各所述调流片23固定。各调流片23之间的距离由套管241调整，在不同间距要求下，只需要替换为合适长度的套管241即可。此外，为保证各调流片23之间相对位置的稳定，将调流片23与第二导向件22外圈的导向环221通过螺柱242连接并由紧固件固定，即将调流片23、第二导向件22通过螺柱242实现纵向联结形成一个可拆卸的联结系。各螺柱242与导向环221、调流片23接触部的上下表面可采用双螺母进行固定防松，进一步保证多级调流片23的结构稳定性。同时，加强环13也可以安装在调流片23的外缘，其构造可采取与导向环221和加强件的构造，实现相同或相近的技术效果。

如图3-6所示，所述阀盖3上设置密封件8，所述密封件8为环形，本实施例采用了P型密封件8，用于阀盖3与阀座4之间的密封，防止渗水。为避免渗水同时防止密封件8被过渡压缩而失效，在密封件8外周的外侧设置一支撑环9。所述支撑环9的上端固定于阀盖3的下表面，所述支撑环9的轴向长度相较于密封件8的最大厚度小约3mm～5mm,可实现多密封件8的预压量限位，同时可保护密封件8在充水阀开启时免受水流的直接冲击。此外，阀芯2在水流的冲击下也会产生变形或损坏，因此在阀盖3的下表面设置一导流塞10，所述导流塞10位于密封件8的内侧并固定在阀盖3上，所述导流塞10为倒锥形，所述导流塞10的最大直径可以小于也可以等于阀腔101的内径，本实施例中选取了最大直径小于阀腔101内径的导流塞10。当充水阀打开时，从四周涌向中心的水流在导流塞10的导向下变得顺畅，水流碰撞的冲击力减少，有利于保护阀芯2。

如图7所示，在充水试验结束后，闸门的充水阀无需对充水流量进行调节，只需要正常开启和关闭即可，因此，阀芯2可以仅保留第二阀杆21和第二导向件22，第二导向件22仍套设在第二阀杆21的下端并通过紧固件安装于第二阀杆21，本装置则变为常规的压盖式充水阀，以适应电站的正常运行需要。

可以理解，本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种非线性调节充水阀，包括阀体(1)、阀芯(2)及与阀芯(2)顶部固定连接的阀盖(3)，所述阀体(1)具有与阀芯(2)滑动配合的阀腔(101)，所述阀体(1)顶部具有阀座(4)，所述阀座(4)上设有与阀腔(101)连通的开口，所述阀盖(3)用于封盖设置在阀座(4)上的开口，所述阀盖(3)通过第一阀杆(5)与启闭机连接，其特征在于：

所述阀芯(2)包括第二阀杆(21)、第二导向件(22)和依次相间套设在第二阀杆(21)上的多块调流片(23)；所述第二阀杆(21)的上端与阀盖(3)固定连接，所述第二阀杆(21)的下端套设有第二导向件(22)，所述第二导向件(22)通过紧固件托装于第二阀杆(21)，当所述充水阀完全打开时，所述第二导向件(22)位于所述阀腔(101)内；各所述调流片(23)位于阀盖(3)与第二导向件(22)之间，并与阀腔(101)内壁形成滑动配合，以使所述充水阀对流量进行分段调节；

各所述调流片(23)沿厚度方向均开设多个第二通孔(231)，远离阀盖(3)的调流片(23)上第二通孔(231)的面积总和大于靠近阀盖(3)的调流片(23)上第二通孔(231)的面积总和。

2.根据权利要求1所述的非线性调节充水阀，其特征在于：

还包括套装在第一阀杆(5)上的网孔支架(6)，所述网孔支架(6)为桶状，所述网孔支架(6)的下端开口，所述网孔支架(6)的内径大于所述阀盖(3)的外径，所述网孔支架(6)的下端与阀座(4)固定连接；

所述网孔支架(6)上设有多个第一通孔(62)，所述第一通孔(62)的面积总和大于阀腔(101)径向截面的面积，各所述第一通孔(62)的内径小于各所述第二通孔(231)的内径。

3.根据权利要求2所述的非线性调节充水阀，其特征在于：所述网孔支架(6)下端沿径向向外设有凸缘(61)，所述凸缘(61)通过紧固件与阀座(4)连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的非线性调节充水阀，其特征在于：

所述第二导向件(22)包括导向环(221)和定位环(222)，所述导向环(221)与定位环(222)通过多片竖向布置的筋板(223)连接；

所述导向环(221)与阀腔(101)内壁滑动配合，所述定位环(222)套装在第二阀杆(21)上，所述定位环(222)通过紧固件托装于第二阀杆(21)。

5.根据权利要求4所述的非线性调节充水阀，其特征在于：各所述调流片(23)通过定位组件(24)套装于第二阀杆(21)。

6.根据权利要求5所述的非线性调节充水阀，其特征在于：所述定位组件(24)包括多根套管(241)和至少三根螺柱(242)，各所述调流片(23)的上下表面均与套装于第二阀杆(21)的套管(241)抵接，以固定各所述调流片(23)；各所述螺柱(242)依次穿过导向环(221)和各所述调流片(23)并通过紧固件与导向环(221)和各所述调流片(23)可拆卸的连接。

7.根据权利要求2或3所述的非线性调节充水阀，其特征在于：所述网孔支架(6)的顶部设有第一导向件(7)，所述第一导向件(7)套设于所述第一阀杆(5)并与所述网孔支架(6)固定连接，所述第一导向件(7)与所述第一阀杆(5)形成滑动配合。

8.根据权利要求7所述的非线性调节充水阀，其特征在于：所述阀盖(3)的下表面设有环形的密封件(8)，所述密封件(8)与所述阀盖(3)固定连接；所述密封件(8)的径向外侧设有支撑环(9)，所述支撑环(9)上端与所述阀盖(3)固定连接；所述支撑环(9)的轴向长度小于所述密封件(8)的最大厚度。

9.根据权利要求8所述的非线性调节充水阀，其特征在于：所述支撑环(9)的轴向长度比所述密封件(8)的最大厚度小3mm～5mm。

10.根据权利要求8所述的非线性调节充水阀，其特征在于：所述密封件(8)的内侧设有固定在所述阀盖(3)下表面的导流塞(10)，所述导流塞(10)为倒锥形，所述导流塞(10)的最大直径小于等于阀腔(101)的内径。

Images