CN2330377Y - 双浮筒串联式排水止气阀 - Google Patents

Abstract

在消防用气压水罐内采用一般的浮力式排水止气阀时,由于水流关闭力,易产生自动关闭、无法排水消防的现象。于是,本实用新型采用了在筒形角式阀体内设置带有中轴管的圆柱形大浮筒、其上部的小浮筒外罩、其内部的小浮筒,这三者构成的双浮筒串联式阀芯机构,有效地克服了水流关闭力。把它安装在气压水罐外部给水管路上时,可达到平时简便的检查和维护管理;一旦消防用水时,任何流量下均可排水消防;将要排尽水时,又能及时关闭止气等目的。

Description

双浮筒串联式排水止气阀

本实用新型涉及一种在消防用气压水罐给水管路上的排水止气阀。

一般的消防用气压给水设备，都借助气压水罐内的压缩空气，迫使罐内的水压入消防管网的。倘若在这一气压排水期间，未能灭火，则罐内水排尽后，其内的压缩空气必然压入消防管网，经消火栓向火灾现场高速喷出，起鼓风助燃的反作用；还有可能进入与消防管网相连接的消防泵内，排空泵内的水，待到该泵运转时产生空转现象。于是公安部的标准GA30-92，要求这种设备都应采取可靠地止气措施。然而，目前的这种设备几乎都未采取这种措施。

为解决气压水罐上的排水止气问题，核工业第二研究设计院的专利申请(87201756)曾提出：在气压水罐内的底部排水口上方，设置多浮球稳流止气装置，当罐内有足够水位时浮球上升，打开排水口排水；反之，罐内水位下降到一定程度时，浮球下降、关闭排水口止气。这种方案如同一般的浮球式蒸气疏水阀，排水流量不大的场合是可行的。

但是，它们都属于排水流向与活门开启方向是相反的逆向式活门方案。其共同特征是：活门下部的压力损失以流速的平方成比例的增加，使活门下部压力将低于上部压力，产生与排水口流速同向的水流关闭力。排水流量越大或者活门离排水口的距离，即活门开度h越小(例如，小于排水口内径的4～5倍)，则水流关闭力越大。当它超过浮球的浮力时，立刻产生自动关闭、无法排水的现象。如在消防过程中发生这种情况，将造成严重后果。加之，把这种活门安装在气压水罐内部，平时又看不见、摸不着，很难检查和维护，对其可靠性问题产生很大的心理负担。这就是至今在这种设备上未能采取止气措施的原因。

鉴于以上情况，本实用新型的目的是提供一种安装在气压水罐外部给水管路上的双浮筒串联式排水止气阀，它能在平时简便的检查和维护；又在大流量消防用水时有效的克服水流关闭力，防止自动关闭现象；但在气压水罐内消防水将要排尽时，立刻自动关闭止气等。

本实用新型的目的是这样实现的：在从侧部进水、径其下部排水的圆筒形角式阀体内，放入由大浮筒、其上部的小浮筒外罩、其内部的小浮筒，这三者构成的双浮筒串联式阀芯机构，大小浮筒都是一种带有中轴管的圆柱形浮筒，它们的下端面起逆向活门作用，而各浮筒的中轴管延伸到各自的排水口内。因此，当排水口的水以大流量向下流动时，如同喷射泵原理，中轴管将抽吸各浮筒的上部水，使浮筒上部压力下降到低于下端面排水压力，不仅克服了水流关闭力，反而产生对浮筒的向上提升力，加之浮筒的浮力，无论排水流量多大，在气压排水过程中都不会发生浮筒的自动关闭现象。但是，气压水罐内水将要排尽，其内压缩空气引入阀体上部时，小浮筒先失去浮力而下降、关闭大浮筒中轴管的入水口，停止该管的抽吸作用，使大浮筒上部水压上升到高于其下端面的排水压力，产生向下的水流关闭力，加速下降关闭阀体下部的排水口，实现排水止气的目的。又由于该阀是安装在气压水罐的外部给水管路上，方便了平时的检查和维修管理。

本实用新型的具体结构和工作原理由以下的实施例及其附图给出。

图1是根据本实用新型提出的双浮筒串联式排水止气阀的结构示意图。

图2是采用本实用新型的气压水罐的给水管路。

下面结合图1，详细说明依据本实用新型提出的双浮筒串联式排水止气阀(简称，止气阀)的基本结构。它包括筒形角式阀体(1)、大浮筒(2)、其上部的小浮筒外罩(3)、其内的小浮筒(4)以及上阀盖(5)等。

阀体(1)的下侧部设有进水管(1.2)，从此进入阀体的压力水回转90度之后，经阀体(1)的下部、内径为D的排水管(1.1)向下排出，这个水流称作主水流；在入水管(1.2)上部用环形隔板(1.3)把阀体分隔成上、下两个部分，隔板上的几个水孔(1.4)连通这两个部分；然后在隔板的内圆上与排水管(1.1)同心的垂直焊接了导向套(1.5)，又在水孔(1.4)的外边与导向套同心的焊接上筒体(1.6)，在该筒体上部设置入气管咀(1.7)，顶部焊接法兰(1.8)，构成筒形角式阀体(1)。

在这个阀体的导向套(1.5)内垂直放入圆柱形大浮筒(2)，它的下端面(2.1)可座落在排水管(1.1)的顶部，切断主水流，但阀体(1)内充满水时，大浮筒(2)从排水管顶部上升到h高度；该浮筒的中心是内径为d的中轴管(2.2)，从大浮筒的下端面(2.1)向下延伸长度L；然后在这个大浮筒顶部(2.3)的中部与中轴管(2.2)同心的设置了外圆柱为螺纹的凹坑形小阀座(2.4)，该阀座的凹坑通水孔(2.5)的总面积等于中轴管面积，即等于πd²/4。

在这个小阀座(2.4)的外螺纹上拧紧凸字形小浮筒外罩(3)，其下段内螺纹的上部开有几个横向水孔(3.1)，其总面积略大于中轴管面积；而外罩上部的凸出段(3.2)内放有小浮筒(4)并导向其升降运动，然后该外罩的顶板中心开有小水孔(3.3)。

如同大浮筒(2)，小浮筒(4)也是一种筒体(4.1)的中心为中轴管(4.2)的圆柱形小浮筒，当它延着外罩上部凸出段(3.2)的内壁下降时，将关闭大浮筒的凹坑形小阀座(2.4)，切断大浮筒(2)上部的水与中轴管(2.2)之间的分支水流；这样由大浮筒(2)、小浮筒外罩(3)和小浮筒(4)，这三者之间构成了大浮筒牵动小浮筒可垂直升降的双浮筒串联式阀芯机构。

最后，在上筒体(1.6)的顶部，法兰连接上阀盖(5)，它是在下端法兰(5.1)的中部凸出的设置了外套(5.2)，当阀体(1)内充满水时，小浮筒外罩(3)将上升到该外套内；然后在外套(5.2)的顶板上设置了普通暖气片上通用的小排气门(5.3)。

以上所述双浮筒串联式排水止气阀，为了降低其总高度，采用了活门的最大开度h等于排水管(1.1)的内径D，即h=D方案，这时中轴管(2.2)的向下延伸长度L＞h，因此它延伸到了排水管内。

把这种止气阀安装在气压水罐的外部给水管路上时，其管路连接，如图2。其中，1-本实用新型止气阀，2-气压水罐，3和4-大闸阀，5.8.9-小截止阀，6-气控管，7-旁通管，然后在大闸阀(4)的箭头方向连接建筑物的消防管网。

下面结合图1和2，进一步详细说明本实用新型止气阀的工作原理和操作使用过程。

1．止气阀的开启过程

在图2中，当气压水罐(2)内的水位Hs高于气控管(6)的控制水位Hk时，打开闸阀(3)和上阀盖的排气门(5.3)，给止气阀(1)的阀体内注水排气，在这时虽然阀体内注满水，因浮力不足，该阀亦然处于关闭状态。于是，再打开小截止阀(8)，从旁通管(7)给止气阀下部的排水管(1.1)继续注水，在这时大浮筒(2)的浮力才能克服双浮筒串联式阀芯机构的总重力，上升到h=D的高度，全开了排气管(1.1)。与此同时，小浮筒(3)也上升到处于全开凹坑式小阀座(2.4)的状态。然后，当排气门(5.3)出水时，关闭它和截止阀(8)，切断旁通水路。最后打开截止阀(5)和闸阀(4)，把气压水罐(2)经本实用新型止气阀(1)与消防管网连通，系统处于待给水消防状态。

2．止气阀内的排水过程

当消防管网用水消防时，气压水罐(2)内的压力水→经闸阀(3)→止气阀(1)→闸阀(4)→向图2中的箭头方向压入消防管网。在这时，止气阀(1)内的各水流方向，如图1所示各箭头方向。

把入水管(1.2)的出口水压为H1(米水柱)时，大浮筒的下端面(2.1)的水压H2，由于主水流的90度转弯等局部阻力损失而下降到低于H1。然后，在排水管(1.1)的入口由于水流断面积的突然缩小而被迫加速，使排水管(1.1)的压力H3又低于H2，即H1＞H2＞H3。

如同喷射泵原理，在排水管(1.1)的入口被加速的水流对延伸到其内的大浮筒中轴管(2.2)内水产生抽吸作用。于是，把大浮筒(2)上部水→小浮筒外罩的横向水孔(3.1)→凹坑形小阀座水孔(2.5)→大浮筒的中轴管(2.2)，抽吸到排水管(1.1)，降低大浮筒(2)的上部水压H4，从而隔板(1.3)下部的压力水H1从该板上的几个水孔(1.4)、以及气压水罐内水经过气控管(8)从入气管咀(1.7)，流入大浮筒(2)的上部，形成了中轴管(2.2)的分支水流。该水流中的压力H1＞H4＞H3。

显然，大浮筒(2)的上、下端面的水压：当处于H2＞H4时，产生向上的提升力；而处于H2＜H4时，产生向下关闭力。

从水力学的理论推导以及在D=φ125mm止气阀的水力实验都证明：当导向套(1.5)的内圆柱与大浮筒(2)之间形成的环缝水流处于层流态时，在L＞h=D条件下，中轴管(2.2)的流水断面积(简称，Ax)与隔板水孔(1.4)、入气管咀(1.7)的总流水面积(简称，Ab)的比值α=Ax/Ab大于1.5，则大浮筒(2)的上部水压H4低于下部水压H2，产生大浮筒的向上提升力。加之，该浮筒的浮力，无论排水流量多大，这种浮筒不会产生自动关闭现象。大小浮筒都靠各自中轴管的这种抽吸作用，有效地克服了水流关闭力，保证了大流量排水过程。

3．关闭止气过程

当气压水罐内的水将要排尽，水位Hs(见图2)下降到于气控管(6)下端的控制水位Hk时，罐内气体沿着该导管，从入气管咀(1.7)进入上阀盖外套(5.2)内。从而其内的小浮筒(4)先丧失浮力、下降关闭凹坑式小阀座(2.4)，切断大浮筒中轴管(2.2)的分支水流，停止该管的抽吸作用。于是，大浮筒(2)上部压力H4上升到大于其下端压力H2，产生主水流的向下关闭力，当它大于大浮筒的浮力时，带着小浮筒(4)跟随阀体内水位的下降，加速关闭排水管(1.1)，停止气压水罐的气压排水过程。罐内气体由于其下部剩余水的水封作用，无法泄漏，达到了完全的止气的目的。

倘若，气控管(6)的下端部被堵塞，未能提前关闭，则气压水罐内水位更进一步下降到排尽水位Ho，从而罐内气体经闸阀(3)，从入水管(1.2)进入阀体，同样产生上述大浮筒带小浮筒下降关闭过程。但在这一过程中很小部分气体可能排入消防管网。

4．定期的检查和维护

在平时，定期关闭在图2中止气阀周围的所有阀，然后打开上阀盖法兰(5.1)时，由于阀体(1)内水的浮力，双浮筒串联式阀芯机构将上升到一定高度(大于h)。这说明止气阀处于正常的开启状态。然后，再打开图2中的小截止阀(9)排水，则阀芯机构逐步下降，关闭排水管(1.1)。由此，可直观的检查止气阀的打开和关闭过程。如不正常，则从上筒体(1.6)拔出整个阀芯机构，方便的维护所有零部件。

综上所述，本实用新型的最基本的特征是大小浮筒中心的中轴管，即利用该管的抽吸作用而产生的提升力，防止大流量排水过程中的自动关闭现象；又停止该管的抽吸作用而产生的水流关闭力，及时停止排水、止气。该管的这种控制又采用了小浮筒的水力升降方案，使本实用新型的结构简单可靠，阀门的总高度缩小到了相同管径的普通阀门高度，并尽可能减少气压水罐内剩余水的容积。倘若，大小浮筒为没有中轴管的一般浮筒，则为不受水流关闭力的影响，把它们设置在排水管径D的4～5倍以上高度，则阀门高度太高，不像是一种阀门，又排不出气压水罐内几乎相同高度的水，加大了剩余水的容积。

Claims (3)

1．涉及一种消防用气压水罐给水管路上的双浮筒串联式排水止气阀(简称，止气阀)，它包括阀体(1)、大浮筒(2)、小浮筒外罩(3)和其内的小浮筒(4)以及上阀盖(5)等，其特征在于：

阀体(1)的下侧部设有进水管(1.2)，从此进入阀体的压力水回转90度之后，经阀体下部、内径为D的排水管(1.1)向下排出，这个水路称作主水流；然后在入水管(1.2)的上部用环形隔板(1.3)，把阀体分隔成上、下两个部分，隔板上的几个水孔(1.4)连通这两个部分；然后在隔板的内圆上与排水管(1.1)同心的垂直焊接了导向套(1.5)，又在水孔(1.4)的外边与导向套同心的焊接上筒体(1.6)，在该筒体上部设有入气管咀(1.7)，顶部焊接法兰(1.8)，构成一种筒形角式阀体；

在这个阀体的导向套(1.5)内垂直放入园柱形大浮筒(2)，它的下端面(2.1)可座落在排水管(1.1)的顶部，切断主水流，但阀体(1)内充满水时，大浮筒(2)从排水管顶部上升到h高度；该浮筒的中心是内径为d的中轴管(2.2)，从浮筒的下端面(2.1)向下延伸长度为L；然后在这个大浮筒的顶板(2.3)的中部与中轴管(2.2)同心的设置了外园柱为螺纹的凹坑形小阀座(2.4)，其凹坑的通水孔(2.5)的流水总面积等于中轴管面积，即πd²/4；

在这个小阀座(2.4)的外螺纹上拧紧一种凸字形小浮筒外罩(3)，其下段内螺纹的上部开有几个横向水孔(3.1)，它们的总面积略大于中轴管(2.2)的面积；而外罩上部的凸出段(3.2)内放有小浮筒(4)并导向其升降运动，然后外罩的顶板中心开有小水孔(3.3)；

如同大浮筒(2)，小浮筒(4)也是一种筒体(4.1)的中心为中轴管(4.2)的园柱形小浮筒，当它沿着外罩上部凸出段(3.2)的内壁下降时，将关闭大浮筒上部凹坑形小阀座(2.4)，切断大浮筒(2)上部的水与中轴管(2.2)之间的分支水流；这样由大浮筒(2)、小浮筒外罩(3)和小浮筒(4)，这三者之间构成了大浮筒牵动小浮筒可垂直升降的双浮筒串联式阀芯机构；

最后，在上筒体(1.6)的顶部，法兰连接上阀盖(5)，其下部法兰(5.1)的中部凸出的设置了外套(5.2)，当阀体(1)内充满水时，小浮筒外罩(3)将上升到该外套内；然后在外套(5.2)的顶板上设置了普通暖气片上通用的小排气门(5.3)。

2．根据权力要求1所述止气阀，其特征是当阀体(1)内充满水时，靠浮力大浮筒(2)的最大上升高度h等于排水管(1.1)的内径D，而中轴管(2.2)的向下延伸长度L＞h。

3．根据权力要求1和2所述止气阀，当导向套(1.5)与大浮筒(2)之间的环缝水流处于层流态时，大浮筒中轴管面积(Ax=πd²/4)与隔板上几个通水孔(1.4)、入气管咀(1.7)的流水总面积(简称，Ab)的比值α=Ax/Ab，应大于1.5。

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