专利名称：悬沙采样器用开关阀的制作方法
技术领域：
本发明与积时式悬沙采样器用开关阀有关。
背景技术：
积时式悬沙采样器(以下简称采样器)是用于在河流中对含有泥沙的河水进行全断面连续采样的仪器。开关阀是采样器的关键部件，它的基本功能是在调压位置时，使采样仓与调压仓连通，保证两舱压力平衡，同时让采样器管嘴进水通过开关阀和排水管路流出采样器；在采样位置时，管嘴进水通过开关阀直通流进采样仓，同时采样仓内的空气经开关阀和排气管路排出采样器。
美国P61系列悬沙采样器采用旋转开关阀。(见图14-图16)其结构特征为在圆锥阀芯的两个截面上分别开有两排直孔，阀体上有5个通口。用力矩马达驱动阀芯转动，可以使阀芯上的过水孔和通气孔分别与阀体上的过水孔和通气孔对正，从而实现水路和气路的开闭，达到采样器调压和采样的目的。
这种阀结构的缺点是1).进水管咀易堵塞。调压时，开关阀切断了水样进入采样仓的通路，使采样器进水管咀至开关阀这一段流道中的水静止不动，水中所含的泥沙会沉淀或粘结在进水管道上，结果导致水道局部变窄甚至堵塞；2).阀芯容易卡沙。水样中的泥沙微粒极易进入阀芯的密封间隙致阀芯卡死；3).阀芯容易粘沙。因泥沙颗粒和金属的亲和力大，极易在金属阀芯和阀体的表面发生粘结，使开关阀失效；4).加工精度要求高。由于采用圆锥阀芯，使得阀芯与阀体的孔沿轴向对位比较困难，加工或装配误差可能造成阀芯对位不准，致使开关阀流道不畅通，影响采样准确度。
国内悬沙采样器开关阀均采用不锈钢材料加工的圆柱滑阀。其特征是在圆柱阀芯上开有过水孔和通气孔，用电磁铁驱动滑阀芯左右移动，依靠滑阀上左右挡块的定位作用，使阀芯上的过水孔和通气孔与阀体上相应的孔对准，从而形成两条相互独立的通道，实现开关阀的功能。这种阀结构存在缺点一是密封不可靠。由于阀芯与阀体之间是动配合，因此必然存在间隙，由于加工误差，该间隙可能非常大，从而使开关阀的密封不可靠，而且阀芯或阀体的磨损会进一步加大阀芯与阀体间的间隙，使密封性能加速恶化。二是阀芯容易卡死。由于间隙的存在，采样器的进水便会通过这些间隙泄漏出阀体或进入气路，一方面使采样误差增大，另一方面水样中的泥沙微粒会沉降在缝隙中，导致阀芯卡死(即所谓卡沙)。三是阀芯运动阻力大。采用不锈钢阀芯和阀体，不仅阀芯运动阻力大，而且沉降的泥沙微粒容易与金属阀芯、阀体亲和而发生粘结，使开关阀失效。四是阀芯的动作不可靠。由于电磁铁的吸力较小，阀芯和阀体的加工误差或泥沙的进入都可能造成阀芯运动不到位，致使开关阀不能完全打开或关闭。
从使用情况看，开关阀的上述问题普遍存在。其结果就是导致采样器进口流速与河流的天然流速不符或无法采样，给水文水资源预报带来不良后果。
实用新型内容本发明的目的是为了克服以上不足，提供一种能彻底解决金属圆锥(柱)转(滑)阀因泥沙粘结而经常卡死的问题，转动灵丹妙药活、可靠、采样准确，使用寿命长的积时式悬沙采样器用开关阀。
本发明的目的是这样来现实的本发明悬沙采样器用开关阀包括含进水孔39、排气孔42的阀体1，通过连接件与阀体1密封连接的含出水孔44、进气孔45的阀盖5，在阀体和阀盖间有装在阀体上的减速电机3、陶瓷阀芯4，陶瓷阀芯4中有心轴12，装在心轴上的且通过传动机构受减速电机带动的动片10，分别位于动片10两边的套装在心轴上且固定在阀体、阀盖上的静片9、11，动片10上有过水孔28及通气孔30，静片9上有分别与阀体上的进水孔39、排气孔40、41和动片10上的过水孔28、通气孔30对应的过水孔14和通气孔16、18，在静片9上相对于动片的密封面上有分别与过水孔14、通气孔18连通的腰形水槽15、腰形气槽17，静片11上有分别与动片10上的过水孔28、通气孔30和阀盖上的出水孔44、46进气孔45对应的过水孔21、25、通气孔24，静片11相对于动片10的密封面有分别与过水孔25、通气孔24连通的腰形水槽27、腰形气槽23，通过连接件将阀体和阀盖沿轴向压紧后，在动片和静片的接触面形成硬密封。
上述的传动机构为齿轮传动机构，包括装在减速电机输出轮上的小齿轮48和套在动片10上与动片连接的且与小齿轮48啮合的大齿轮13，减速电机通过齿轮传动机构驱动动片绕心轴转动。
上述的大齿轮13上有键槽，动片10圆周上有与键槽配装的键齿29，动片10上有对大齿轮轴向定位的台肩33，动片与大齿轮通过键齿、键槽周向定位和转动扭矩。
上述的阀盖5上有夹角为α的限位销34、35，大齿轮13上有位于限位销34、35间的定位销13，用于定位阀芯动片的转动角度和位置。
上述的α为45°～90°。
上述的阀盖5上有分别与限位销34、35连通的用于驱动减速电机的控制电路接线柱36、37、38。
上述的阀体1、阀盖2上分别有键槽，静片9、11的外圆周上有分别插入阀体、阀盖键槽内与之配合的键齿19、26，进行周向定位。
上述的阀体1、阀盖2间有密封垫2，静片9与阀体1间有密封圈7，静片11与阀盖5间有密封圈6，连接件压紧静片9、11、动片10及密封垫2、密封圈6、7。
本发明用于采样器上工作时，减速电机3通过齿轮传动驱动大齿轮13并带动动片10旋转，使动片10上的水孔28、气孔30分别与静片9上的水孔14(或腰形水槽15)、气孔16(或腰形气槽17)和静片11上的水孔21(或腰形水槽27)、气孔24(或腰形气槽23)对正，通过阀体上的过水孔39、44(或46)、通气孔40(或41)、45形成两条独立通路——即水路和气路，从而实现开关阀的功能。大齿轮13上的定位销31，阀盖5上的限位销34、35(分别对应于阀的两个工作位置)，保证阀芯动片的转动角度位移，从而间接保证阀芯动片10上的孔在阀门的两个工作位置与静片9、11上相应的孔(槽)对准。
本发明与现有技术相比，有以下优点1.采用陶瓷材料制作阀芯，水样中的泥沙颗粒不会在陶瓷阀芯密封上发生粘结，造成开关阀卡沙。彻底解决了金属圆锥(柱)转(滑)阀因泥沙粘结而经常卡死的问题。
2.采用平面硬密封，阀芯陶瓷片之间的间隙可补偿，密封更可靠，解决了圆柱滑阀阀芯与阀体之间的间隙无法补偿的弊端，避免了阀内部通路之间、通路与阀体外界的串通和泄漏现象。
3.采用转阀结构，用低速大扭矩微减速电机驱动阀芯，阀芯转动更灵活、可靠，采样更准确。解决了电磁滑阀因电磁力小，易产生阀芯不动作或动作不到位，从而造成采样器无法采样或采样不准确的问题。
4.开关阀的故障少，使用寿命大大延长。
图1是开关阀结构示意图。
图2为阀芯结构示意图。
图3是开关阀的装配示意图。
图4是图3的A-A剖面示意图。
图5是阀芯静片9结构示意图(即图6中的B-B剖视图)。
图6是阀芯装配示意图。
图7是阀芯静片11结构示意图(即图6中的C-C剖视图)。
图8是阀芯动片10结构示意图。
图9是阀体结构示意图。
图10是图9中D-D剖视图。
图11是图10中E-E剖视图。
图12是阀盖结构示意图。
图13是图12中F-F剖视图。
图14为P61转阀式开关阀结构示意图。
图15为图14中的G-G剖视图。
图16为图14中的H-H剖视图。
具体实施例方式参见图1、图2，阀体1相对阀盖5的端面上有密封垫2，微型减速电机3装在阀体1上，陶瓷材料制成的陶瓷阀芯4由心轴12、转动瓷片即动片10、静止瓷片即静片9、11组成。
如图5、图7、图8所示，静片9上有过水孔14和通气孔16、18，密封面上有与过水孔14连通的腰形水槽15、和与通气孔18连通的腰形气槽17和扇形凹槽20，圆周上有2个键齿19。静片11上有过水孔21、25和通气孔24，密封面上有与通气孔24连通的腰形气槽23、与过水孔25连通的腰形水槽27和扇形凹槽22，圆周上有2个键齿26。动片10上有过水孔28和通气孔30，密封面上有与过水孔28连通的腰形水槽47和扇形凹槽32，圆周上有3个键齿29。
如图8、图6所示，动片10的外圆周上嵌套有齿轮传动机构中的大齿轮13，二者通过键齿29和键槽周向定位和传递扭矩，台肩33对大齿轮13进行轴向定位，通过粘结技术将动片10与大齿轮13装配成整体。大齿轮11上有定位销31。心轴12穿过静瓷片9、动片10、静片11的中心孔，一起组成阀芯4。
如图1、图3、图6所示，阀芯4装入阀体1的座孔中。静片9圆周上的键齿19插入阀体1的键槽内，周向定位；静片9与阀体之间有密封圈7。瓷片11装入阀盖5的座孔中，其圆周上的键齿26插入阀盖5的键槽内，周向定位；静片11与阀盖5之间有密封圈6。减速电机3用四颗螺钉安装在阀体1上，其输出小齿轮48与阀芯4上的大齿轮13啮合，构成外啮合圆柱齿轮传动。阀体1与阀盖5由螺栓8连接，同时压紧阀芯4的各密封面以及阀体1与阀盖5之间的密封垫2。
如图4、图6所示，阀盖5上有两颗成α(45°～90°)夹角的限位销34、35，大齿轮13上有定位销31，用于定位阀芯动片10的转动角度和位置。阀盖5上有接线柱36、38(分别与限位销35、34相连)和37，用于驱动电机的控制电路接线。
微电机旋转，通过减速器和齿轮传动驱动阀芯4的动片10绕心轴12转动。当大齿轮13上的定位销31与阀盖5上的限位销35接触时，触发控制电路，微电机失电停止转动(调压位置)，此时，阀芯动片10上的过水孔28分别与静止瓷片9、11上的腰形水槽15、27相对，而气孔30分别与静片9、11上的腰形气槽17、23相对。采样器管咀进水通过阀体1上的进水孔39、阀芯4静片9上的孔14、腰形水槽15、动片10上的孔28、静片11上的腰形水槽27和孔25，经阀盖5上的旁路水孔46形成旁通水路，再经采样器上的引水道流出采样器；而采样仓的空气通过阀盖5上的进气孔45、阀芯4静片11上的气孔24、腰形气槽23、动片10上的气孔30、静片9上的腰形气槽17和气孔18，阀体1上的连通气孔41、43形成连通气路，再经连接气管与调压仓连通，实现采样仓的调压。
微电机反转，阀芯4的动片10在驱动齿轮13作用下绕心轴12反向转动。当大齿轮13上的定位销31与阀盖5上的限位销34接触时，触发控制电路，微电机失电停止转动(采样位置)。此时，阀芯动片10上的过水孔28分别与静止瓷片9、11上的水孔14、21和阀体1的进水孔39以及阀盖5上的出水孔44同心，形成水路；而阀芯动片10上的通气孔30分别与静止瓷片9、11上的气孔16、24和阀盖5上的进气孔45以及阀体1的排气孔40同心，经排气孔42形成气路。这样就形成另外两个相互独立的通路——水路和气路。采样器管咀进水通过开关阀水路直通流入采样仓，而采样仓的空气经开关阀的气路排出器外。
图14～图16为已有的P61转阀式开关阀结构示意图。
权利要求
1.悬沙采样器用开关阀，其特征在于包括含进水孔(39)、排气孔(42)的阀体(1)，通过连接件与阀体1密封连接的含出水孔(44)、进气孔(45)的阀盖(5)，在阀体和阀盖间有装在阀体上的减速电机(3)、陶瓷阀芯(4)，陶瓷阀芯(4)中有心轴(12)，装在心轴上的且通过传动机构受减速电机带动的动片(10)，分别位于动片(10)两边的套装在心轴(12)上且固定在阀体、阀盖上的静片(9、11)，动片(10)上有过水孔(28)及通气孔(30)，静片(9)上有分别与阀体上的进水孔(39)、排气孔(40、41)和动片(10)上的过水孔(28)、通气孔(30)对应的过水孔(14)和通气孔(16、18)，在静片(9)上相对于动片的密封面上有分别与过水孔(14)、通气孔(18)连通的腰形水槽(15)、腰形气槽(17)，静片(11)上有分别与动片(10)上的过水孔(28)通气孔(30)和阀盖上的出水孔(44、46)、进气孔(45)对应的过水孔(21、25)、通气孔(24)，静片(11)相对于动片(10)的密封面有分别与过水孔(25)、通气孔(24)连通的腰形水槽(27)、腰形气槽(23)。
2.如权利要求1所述的悬沙采样器用开关阀，其特征在于传动机构为齿轮传动机构，包括装在减速电机输出轮上的小齿轮(48)和套在动片(10)上与动片连接的且与小齿轮(48)啮合的大齿轮(13)。
3.如权利要求2所述的悬沙采样器用开关阀，其特征在于大齿轮(13)上有键槽，动片(10)圆周上有与键槽配装的键齿(29)，动片(10)上有对大齿轮轴向定位的台肩(33)。
4.如权利要求1或2或3所述的悬沙采样器用开关阀，其特征在于阀盖(5)上有夹角为α的限位销(34、35)，大齿轮13上有位于限位销(34、35)间的定位销(13)。
5.如权利要求4所述的悬沙采样器用开关阀，其特征在于α为45°～90°。
6.如权利要求4所述的悬沙采样器用开关阀，其特征在于阀盖(5)上有分别与限位销(34、35)连通的用于驱动减速电机的控制电路接线柱(36、37、38)。
7.如权利要求5所述的悬沙采样器用开关阀，其特征在于阀盖(5)上有分别与限位销(34、35)连通的用于驱动减速电机的控制电路接线柱(36、37、38)。
8.如权利要求1或2或3所述的悬沙采样器用开关阀，其特征在于阀体(1)、阀盖(2)上分别有键槽，静片(9、11)的外圆周上有分别插入阀体、阀盖键槽内与之配合的键齿(19、26)。
9.如权利要求4所述的悬沙采样器用开关阀，其特征在于阀体(1)、阀盖(2)上分别有键槽，静片(9、11)的外圆周上有分别插入阀体、阀盖键槽内与之配合的键齿(19、26)。
10.如权利要求1或2或3所述的悬沙采样器用开关阀，其特征在于阀体(1)、阀盖(2)间有密封垫(2)，静片(9)与阀体(1)间有密封圈(7)，静片(11)与阀盖(5)间有密封圈(6)，连接件压紧静片(9、11)、动片(10)及密封垫(2)、密封圈(6、7)。
全文摘要
本发明提供了一种积时式悬沙采样器用开关阀，它由阀体、阀盖、减速电机、陶瓷阀芯等组成。陶瓷阀芯由两块静片和一块动片以及心轴组成。动片或静片上分别有水孔、气孔和腰形水槽、气槽，阀芯分别装入阀体和阀盖的座孔中，通过阀体上的连接件沿轴向压紧后，在动片与静片的接触面形成硬密封。用减速电机驱动阀芯动片绕心轴旋转，使阀芯动片上的水孔和气孔分别与静片上相应的水孔和气孔对正，在相应的工作位置形成两条独立的通路，即水路和气路，实现开关阀的功能。能彻底解决金属圆柱(锥)转(滑)阀因泥沙粘结而经常卡死的问题，转动灵活、可靠、采样准确，使用寿命长。
文档编号F16K11/074GK1614274SQ20041008131
公开日2005年5月11日 申请日期2004年11月23日 优先权日2004年11月23日
发明者雷玉勇 申请人:西华大学