一种接力器及压力波动调节阀的制作方法

1.本发明涉及供水管路设备领域，尤其涉及一种接力器及压力波动调节阀。


背景技术：

2.供水管路中，因水泵开启和关闭或停电而造成停泵时，管道系统中会产生压力波动，压力波动过大，会严重影响管道系统的安全稳定运行，甚至对供水系统的元件造成破坏。目前，管路中多采用止回阀来预防停泵水锤，由于止回阀的单向导通性，本来高速流动的水突然断流，止回阀出口处压力迅速降低变为负压，对止回阀及管道形成负压波冲击直至抵消水流的惯性，使水流倒流对止回阀及管道形成高压波冲击，瞬时压力可达正常工作压力的两倍以上，这种负压波和高压波的交替冲击对止回阀及管道破坏极大。因此，采用球阀或者蝶阀来预防停泵水锤是很有必要的。
3.另外，蝶阀和球阀的控制方式可分为手动、电动、气动、液动等方式。手动操纵方式，对于启闭中、大规格的阀门来说，劳动强度大、效率低。电动、气动、液动等控制方式操作结构相对复杂，成本较高。
4.如何尽可能利用管路本身的压能与球阀或者蝶阀相结合形成一种结构小巧简单、方便安装使用的压力波动调节阀去消除水锤冲击是本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的是提供一种接力器以及压力波动调节阀，以消减管道系统中由于启泵或停泵产生的压力波动，从而对整个供水系统进行保护。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
7.一种接力器，包括：
8.缸体、上盖和下盖，所述缸体、上盖和下盖之间形成圆柱筒状的密封腔体；
9.旋转轴，所述旋转轴位于所述缸体的中心位置处，所述旋转轴的顶端与所述上盖密封转动连接，底端从所述下盖的底部穿出形成延伸部，所述旋转轴的底部与所述下盖之间密封转动连接；
10.若干个固定叶片，若干个所述固定叶片沿着所述缸体的周向方向均匀分布，每个所述固定叶片的一端均固定安装在所述缸体的内壁上，另一端沿着径向方向向所述缸体的中心延伸，若干个所述固定叶片将所述密封腔体分隔为相同数量的密封工作腔；
11.若干个活动叶片，若干个所述活动叶片沿着周向均匀分布，若干个所述活动叶片与若干个所述工作区一一对应，每个所述活动叶片的一端均固定在所述旋转轴上，另一端沿着径向方向向对应的所述密封工作腔内延伸，并将对应的所述密封工作腔分隔为密封高压腔和密封低压腔，每个所述密封高压腔和密封低压腔的底部均开设有进水孔。
12.进一步地，至少一个所述固定叶片上开设有阻尼孔。
13.进一步地，所述固定叶片靠近所述缸体内壁的一端向两侧突出形成凸起。
14.进一步地，所述延伸轴的底部固定安装有主动齿轮。
15.进一步地，每个所述活动叶片的一端均密封固定在所述旋转轴上，另一端沿着径向方向向对应的所述密封工作腔内延伸，且与所述缸体的内壁之间密封转动接触，每个所述活动叶片的顶部和底部分别与所述上盖和下盖之间密封转动接触。
16.进一步地，每个所述活动叶片的顶部、底部以及端部上均开设有沿长度方向的密封凹槽，所述密封凹槽内压制有密封件，并通过所述密封件与所述缸体的内壁、上盖和下盖之间密封接触。
17.进一步地，所述密封件包括密封圈以及压制在所述密封圈上的塑料密封条。
18.一种压力波动调节阀，包括阀门以及安装在所述阀门上的所述的接力器，所述阀门包括阀体以及安装在所述阀体内的阀芯和阀杆，所述阀杆转动带动所述阀芯转动，进而关闭或开启所述阀门，所述延伸轴与所述阀杆之间通过齿轮传动装置连接；
19.所述接力器上的每个所述密封高压腔均通过第一旁通管与所述阀门的主管路的进水端连通，所述接力器上的每个所述密封低压腔均通过第二旁通管与所述阀门的主管路的出水端连通，每个所述第一旁通管和第二旁通管上均设有调节阀。
20.进一步地，每个所述第一旁通管和第二旁通管与主管路之间的连接部位处均安装有滤水器。
21.进一步地，所述齿轮传动装置浸没在油箱中。
22.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
23.(1)本发明中通过将接力器的固定叶片数设为z，同样，其活动叶片数也为z，z个所述固定叶片和z个所述活动叶片将密封腔体分隔为2z个工作腔，每一个工作腔的底部均有一个注水孔，所述注水孔与对应的旁通管相连，保证腔内液体的注入和排出，为适用于不同的管路压力，每个旁通管配有调节阀，通过调节阀开度控制接入接力器缸的压力大小，控制阀门开启和关闭的速度，进而控制管路系统内的水锤压力冲击，从而实现利用管路本身的压能结合阀门实现对管路系统水锤压力冲击的消减；
24.(2)由于每个高压腔和低压腔均通过一根旁通管与阀门的主管连通，每个所述旁通管路上均设有一个调节阀，通过调节阀的开关可以控制实际利用的工作腔个数，可以进一步控制接力器转子的转矩，因此该接力器可以通过关闭其旁通管路的调节阀保持接力器腔内水压稳定实现阀门在0
°
至90
°
范围内任意位置锁定，从而控制阀门开启和关闭的速度，进而控制管路系统内的水锤压力冲击；
25.(3)通过在固定叶片上开设阻尼孔，可以实现阀门的先缓开后快开以及先快关后慢关，水击压强峰值减小，且阀门完全关闭后的压力振荡明显减小。
附图说明
26.图1为本发明一实施例提供的压力波动调节阀的结构示意图；
27.图2为压力波动调节阀的工作原理图；
28.图3为接力器的结构示意图；
29.图4为接力器去除上盖后的内部结构示意图；
30.附图标记说明：
[0031]1‑
阀门、2
‑
接力器、3
‑
油箱、4
‑
第二旁通管、5
‑
第一旁通管、6
‑
调节阀、7
‑
过滤器、8
‑
主动齿轮、9
‑
从动齿轮、11
‑
阀体、12
‑
阀芯、13
‑
阀杆、21
‑
缸体、22
‑
上盖、23
‑
下盖、24
‑
活动叶
片、25
‑
固定叶片、26
‑
旋转轴、27
‑
阻尼孔、251
‑
凸起、28
‑
密封高压腔、29
‑
密封低压腔。
具体实施方式
[0032]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
[0033]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0034]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0035]
如图1所示，为本发明实施例提供的一种压力波动调节阀，包括阀门1以及安装在所述阀门1上的接力器2。所述接力器2用于打开或者关闭所述阀门1，调节水流流量，从而减小管路上的水锤压力冲击。进一步地，在开阀时，通过所述接力器2可以实现阀门1的先缓开后快开；在关阀时，可以实现阀门1的先快关后慢关，进一步消减启泵或停泵时产生的水锤压力冲击，从而减小对管路系统的损坏。
[0036]
如图2所述，所述阀门1可以为现有的球阀或者是蝶阀。所述阀门包括阀体11、以及安装在所述阀体11内的阀芯12和阀杆13。所述阀杆13的底部与所述阀芯12连接，通过转动所述阀杆13带动所述阀芯12转动，所述阀芯12转动使主管的两端连通或断开，从而实现所述阀门1的开启和关闭。所述主管的左端为进水端，右端为出水端。所述接力器2与所述阀杆13之间通过齿轮传动连接，通过所述接力器2控制所述阀芯12打开和关闭的速度。
[0037]
结合图3和图4所示，所述接力器2包括缸体21、上盖22和下盖23以及安装在所述缸体21内的若干个固定叶片25、若干个活动叶片24和旋转轴26。所述缸体21为圆柱状的筒体，所述缸体21的顶端和底端分别与所述上盖22和下盖23密封连接，所述缸体21、上盖22和下盖23之间形成圆柱筒状的密封腔体。
[0038]
所述缸体21与上盖22和下盖23之间优选采用高硬耐油橡胶密封圈进行密封连接，具体地，可以在所述缸体21的顶部和底部沿着圆周方向开设有环形凹槽，将所述高硬耐油橡胶密封圈压设在所述环形凹槽内，再讲所述缸体21与所述上盖22和下盖之间通过螺栓固定连接成为一体。
[0039]
作为另一种实施方式，所述缸体、上盖和下盖之间也可以一体形成。
[0040]
所述旋转轴26位于所述缸体21的中心位置处，所述旋转轴26的顶端与所述上盖22密封转动连接，底端从所述下盖23的底部穿出形成延伸部，所述旋转轴26的底部与所述下
盖23之间密封转动连接。所述旋转轴26与所述上盖22和下盖23之间也可以采用高硬耐油橡胶密封圈进行密封转动连接。具体的可以在所述上盖22和下盖23上分别开设有一个与所述旋转轴26旋转配合的通孔，同时在每个所述通孔的内壁上均开设有一个环形的凹槽，再在所述环形凹槽内压制有环形的高硬耐油橡胶密封圈，通过所述密封圈与所述旋转轴26之间密封转动连接。
[0041]
若干个所述固定叶片25沿着所述缸体21的周向方向均匀分布，每个所述叶片的一端均固定安装在所述缸体21的内壁上，另一端沿着径向方向向所述缸体21的中心延伸，且与所述旋转轴26之间密封转动接触，所述固定叶片25的顶部和底部分别与所述上盖22和下盖23之间密封固定连接，若干个所述固定叶片25将所述密封腔体分隔为相同数量的密封工作腔。
[0042]
所述固定叶片25可以与所述缸体21、上盖22以及下盖23之间通过螺钉连接，也可以与所述缸体21、上盖22以及下盖23之间通过焊接连接。当采用螺钉连接时，螺钉采用铅垫圈或紫铜垫圈密封。针对大型阀，考虑接力器叶片承受的压力较大，其固定叶片25可以直接焊接在缸体21上，固定叶片25与缸盖仍采用螺钉固定。
[0043]
作为其余的实施方式，所述固定叶片25、缸体21、上盖22以及下盖23之间还可以通过一体成型的方式形成。当时对于有些场合需要对固定叶片25进行更换拆卸时，优选采用螺栓连接的方式。
[0044]
固定叶片25与旋转轴26之间可以采用采用高硬耐油橡胶整圈压制，形成旋转接触密封。
[0045]
若干个所述活动叶片24沿着所述旋转轴26的周向均匀分布，若干个所述活动叶片24与若干个所述密封工作腔一一对应，每个所述活动叶片24的一端均固定在所述旋转轴26上，另一端沿着径向方向向对应的所述密封工作腔内延伸，且与所述缸体21的内壁之间密封接触，每个所述活动叶片24的顶部和底部分别与所述上盖22和下盖23之间密封转动接触，每个所述活动叶片24将对应的所述密封工作腔分隔为密封高压腔28和密封低压腔29。每个所述密封高压腔28和密封低压腔29的底部均开设有进水孔(图中未示出)，并通过所述进水孔与所述阀门1的主管连通。其中，每个所述密封高压腔28与所述主管的进水端之间通过第一旁通管5连通，每个所述密封低压腔29与所述主管的出水端之间均通过第二旁通管4连通，每个所述第一旁通管5和第二旁通管4上均设有调节阀6。
[0046]
每个所述活动叶片24的顶部、底部以及端部上均开设有沿长度方向的密封凹槽，所述密封凹槽内压制有密封件，并通过所述密封件与所述缸体21的内壁、上盖22和下盖23之间密封接触。所述密封件包括密封圈以及压制在所述密封圈上的塑料密封条。所述密封圈优选为o型密封圈，所述o型密封圈的材料可采用聚氨酯弹性体。
[0047]
当水泵开启时，所述主管的进水端的水通过所述第一旁通管5进入至所述密封高压腔28内，推动活动叶片朝第一方向转动，从而带动所述旋转轴26转动，所述旋转轴26转动通过与所述阀杆13之间的齿轮传动装置的传动，进而带动所述阀杆13和阀芯12转动，从而将所述阀门1开启；
[0048]
当水泵关闭时，密封高压腔28内的水通过第一旁通管5排出，与此同时主管出水端的压力上升，打开与密封低压腔29相连的所有第二旁通管4上的调节阀，水流通过出口第二旁通管4进入接力器的密封低压腔29，推动活动叶片使旋转轴26反向转动，实现阀门1的关
闭。
[0049]
因此，本发明中通过所述接力器2的设计，能够控制压力波动调节阀的关闭，调节水流流量，进而减小管道系统中由于启泵或停泵产生的压力波动，从而对整个供水系统进行保护。
[0050]
本发明中的上述接力器的参数的设计包括：
[0051]
1、由于上述固定叶片25与活动叶片24的结构尺寸基本相同，设计叶片的结构尺寸：
[0052]
由于接力器2的主要参数取决于阀门1的工作力矩，首先根据阀门1的工作力矩确定接力器2的操作力矩，所述接力器2的操作力矩与阀门1的工作力矩相等，建立平衡方程(1)：
[0053][0054]
其中，m0‑
接力器2的操作力矩，所述接力器2的操作力矩与阀门的工作力矩相等；α
‑
阀门不同的开度；
[0055]
p(α)
‑
阀门不同开度对应的压力值；r
‑
接力器的半径，即旋转轴26中心到缸体边缘之间的距离；z—工作区数；d1—缸体内径；d2—转动轴直径；p
min
—最低工作压力；根据(1)式等到(2)式则接力器叶片的工作面积为：
[0056][0057]
b
‑
叶片宽度；h
‑
叶片高度；
[0058]
根据(3)计算叶片的厚度，叶片的厚度决定了叶片的强度，可以根据接入接力器腔的水头近似算出：
[0059][0060]
s—叶片厚度；h—接入水头；a—与材料相关的材料系数，一般取值为4.3～4.6；
[0061]
2、计算接力器2的最大行程以及工作腔数：
[0062]
接力器2的固定叶片25数等于接力器2的工作区数，布置的固定叶片25越多，工作区越多，则接力器2的行程范围越小。接力器2的最大行程即最大转动角度为：
[0063][0064]
可根据不同的阀门1力矩，初步确定接力器2的固定叶片25数。此外，接力器2的行程关系到阀门1的行程，球阀的最大行程通常为85
°
左右，因此接力器2的固定叶片25数z的最小值为4。进一步考虑密封与摩擦损失，z的取值范围为4～6片。即接力器2的最大行程为85
°
～55
°
。工作腔个数z在满足强度的要求上，可以根据不同的阀门类型和大小选择具体的数值。
[0065]
3、计算齿轮传动装置的传动比i
[0066]
通过齿轮传动来保持接力器旋转轴26的行程与阀门1的行程一致。在接力器2转动
轴和阀杆13上安装互相啮合的一对齿轮，两个齿轮通过键连接分别安装在接力器旋转轴26和阀杆13上，接力器旋转轴26齿轮与阀杆13齿轮的传动比i为：
[0067][0068]
此外，本发明中为适用于不同的管路压力，每个旁通管配有调节阀6，通过调节阀6开度控制接入接力器缸体21内的压力大小。调节阀6的开关可以控制实际利用的工作腔个数，可以进一步控制接力器转子的转矩，控制阀门开启和关闭的速度，进而从而减小管路上的水锤压力冲击。
[0069]
如图3和图4所示，在进行启泵和停泵时，为了进一步消减管道内压力振荡以及水击压强峰值，所述接力器2的至少部分固定叶片25上还开设有阻尼孔27。
[0070]
当开阀时，可以实现先缓开后快开，具体为：
[0071]
启泵时阀前压力上升，打开与带有阻尼孔的高压腔相连的第一旁通管5上的调节阀，水通过第一旁通管5进入接力器2的带有阻尼孔的高压腔，推动活动叶片24慢速转动，从而使旋转轴26缓慢转动，实现缓开。随后，打开与无阻尼孔的高压腔相连的进口第一旁通管5上的调节阀，使水进入之前未接通的高压腔，腔内水压增大，旋转轴26转速增加，进一步实现阀门快开。
[0072]
关阀时，可以实现先快关后慢关，具体为：
[0073]
停泵时阀前压力下降，密封高压腔28的水通过进口第一旁通管5排出。随着阀后压力上升，打开与密封低压腔29相连的所有出口第二旁通管4的调节阀，水流通过出口第二旁通管4进入接力器的密封低压腔29，推动活动叶片24使旋转快速反向转动，实现快关。随后关闭与无阻尼孔低压腔相连的出口第二旁通管4上的调节阀，此时，只有带阻尼孔的密封低压腔29在工作，从而实现阀门慢关。
[0074]
本发明中通过在部分固定叶片25上设置有阻尼孔27，从而使密封高压腔28和密封低压腔29分别形成有带阻尼孔27的密封高压腔和不带阻尼孔的高压腔，以及带阻尼孔的密封低压腔以及不带阻尼孔的低压腔，在有阻尼孔27的工作腔工作时，阻尼孔27有一定的泄压作用，同时高压腔的水会通过阻尼孔27流向与其相邻的低压腔，进一步起到减速的作用，从而可以实现阀门的先缓开后快开，以及先先快关后慢关，对球阀进行关阀操作时，采用先快后慢的两阶段关阀规律，水击压强峰值减小，且阀门完全关闭后的压力振荡明显减小。
[0075]
为进一步实现先快后慢的不同的两阶段关阀规律，在固定叶片数量一定的情况下，可以控制带有阻尼孔27的固定叶片的数量。有阻尼孔27的固定叶片25数量不同，在阀门慢开慢关过程中接入系统工作腔的数量不同，则接力器2转动的速率不同。
[0076]
其中，考虑接力器2的受力平衡，优选将阻尼孔27布置在对称的固定叶片25上
[0077]
进一步地，接力器2的固定叶片25的根部即与缸体21内壁面接触的部位有凸起251，用于防止活动叶片24与固定叶片25完全贴合，方便水进入腔内。
[0078]
进一步地，阻尼孔27的孔长与直径之比小于0.5时为薄壁小孔，阻尼特性最好，但其加工困难，因此，一般阻尼孔27的孔长与直径之比小于4。每个固定叶片25上阻尼孔27的数量为6
‑
12个，阻尼孔27的数量越多，阻力越大，转动速度越慢。
[0079]
在主管路与旁通管连接的部位安装滤水器，确保进入接力器2的缸体21的水不含杂质，减少摩擦阻力，并对接力器缸体21起到保护作用。
[0080]
本发明中通过齿轮传动来保持接力器2的旋转轴26的行程与阀门的行程一致，在接力器旋转轴26和阀杆13上安装互相啮合的一对齿轮，两个齿轮通过键连接分别安装在接力器旋转轴26和阀杆13上。尤其需要说明的是，由于因为叶片数不同，接力器的最大行程不同，但最终都要能实现阀门的开度能够开到最大。
[0081]
在齿轮传动的过程中，为实现润滑和散热的作用，在接力器2的下方安装油箱3，两个齿轮均浸没在油箱中。
[0082]
本发明中通过多个工作腔的设置，来控制阀门的开启和关闭的速度，从而消减水锤压力。进一步通过在固定叶片上开设阻尼孔27，来实现阀门1的先慢开后快开以及先快关后慢关，对球阀进行关阀操作时，采用先快后慢的两阶段关阀规律，水击压强峰值减小，且阀门1完全关闭后的压力振荡明显减小。
[0083]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。