一种基于配压原理的单腔一体式全压进排气阀及其应用方法与流程

本发明涉及一种进排气阀及其应用方法，具体是一种基于配压原理的单腔一体式全压进排气阀及其应用方法，属于管道安全保护技术领域。

背景技术：

在大规模灌溉工程或长距离输水工程中，压力水流冲击截留气团和断流再弥合水锤是管道系统安全防护的重点，气体积存于管道内会降低管道流量和泵的效率，影响流量的准确测量，更重要的是管道排气不畅时会产生巨大的压力震荡，甚至会引起管道破裂，产生巨大经济损失，已知80%的爆管现象与管道含气有关。进排气阀是一种用来排除管道内气体，同时当管道内出现真空时向管道内注气以防止管道内产生气爆和断流水锤的装置。

目前我国市场上常见的进排气阀主要有四类：高压微量进排气阀、低压高速进排气阀、复合式进排气阀以及气缸式进排气阀。微量进排气阀排气口口径很小，只可用于管道正常工作时的微量排气，无法排出系统初次运行、检修或其他工况时产生的大量气体。高速进排气阀和复合式进排气阀可排出上述工况下产生的大量气体，但在遇到气柱相间工况时，排完第一段气体后，大排气口下的浮球因气托作用不会再打开排气，所以不能连续进行排气。气缸式进排气阀是利用气缸原理克服了浮球因气托作用无法自动打开排气的问题，但其仍存在漏水情况严重，销钉、杠杆等部件易磨损，使用寿命低等问题。且其在实际生产过程中对生产工艺要求极高，生产难度极大。

技术实现要素：

本发明的目的是：在大规模灌溉管网工程中，针对现有进排气阀存在的不足，结合配压原理研发单腔一体式全压进排气阀—一种基于配压原理的单腔一体式全压进排气阀及其应用方法，利用配压原理，在浮球上部设置配压机构，通过对气体流向的自动调控分配，使浮球在排除第一段气体后自动回到原有位置，进行下一段排气，实现气柱相间工况下的连续排气，设计科学，原理简单，加工方便，进排气效果好，对解决大规模管网的管路安全问题具有特别重要的现实意义。

本发明的技术方案如下：一种基于配压原理的单腔一体式全压进排气阀，包括气缸、主阀腔体、主阀活塞，所述主阀腔体下部设有主阀阀口，主阀腔体内设有空心浮球，其特征是，所述主阀活塞包括置于气缸空腔内的气缸活塞、活塞柱，所述主阀腔体顶部设有活塞柱安装口，所述活塞柱一端与气缸活塞连接，另一端通过安装口伸入主阀腔体内；所述活塞柱中心设有小活塞，小活塞一端与空心浮球连接，另一端通过活塞弹簧连接于气缸活塞底部中心位置；

所述活塞柱内设有配压机构，该机构包括三条导气通道，分别为连接主阀腔体与小活塞腔体的导气通道Ⅰ、连接小活塞腔体与气缸的导气通道Ⅱ、连接小活塞腔体与大气的小排气口，所述气缸侧壁设有与外部大气相通的大排气口，气缸顶部设置有微量排气阀；通过空心浮球的沉浮，带动小活塞升降，从而启闭相应的导气通道。

进一步地，所述主阀腔体内侧底部设有截面为U型的导气槽，导气槽侧壁水平开设四个排水孔。

进一步地，所述主阀活塞还包括密封挡板，该挡板设置在活塞柱下端，所述汽缸活塞上表面的竖向受力面积大于所述密封挡板下表面的竖向受力面积。

进一步地，所述密封挡板与主阀腔体接触处（即活塞柱安装口处）设有密封圈。

进一步地，所述导气通道Ⅰ与小活塞腔体的连接处高于导气通道Ⅱ与小活塞腔体的连接处；所述小排气口与小活塞腔体的连接处高于导气通道Ⅰ与小活塞腔体的连接处。

进一步地，所述小活塞顶部与活塞弹簧底部之间通过连杆和支撑板连接；该连杆长度等于导气通道Ⅱ与小活塞腔体的连接处到小排气口与小活塞腔体的连接处之间的距离，保证导气通道Ⅱ关闭时，气体可通过小排气口排出，实现正常工作情况下的微量排气。

进一步地，所述气缸包括上缸体和下缸体两部分，通过螺栓相连接；所述主阀腔体包括上阀体和下阀体两部分，通过螺栓相连接；所述汽缸活塞和所述活塞柱也通过螺栓相连接。

进一步地，所述主阀阀口设置在所述主阀腔体的下腔壁上，主阀阀口通过法兰盘或具有外螺纹的连接管与灌溉管路或供水管路连接。

进一步地，所述主阀腔体采用铸钢材料，导气槽与浮球采用不锈钢材料制作。

本发明的另一个目的是公开上述基于配压原理的单腔一体式全压进排气阀的应用方法，包括以下步骤：

（1）低压高速排气过程：当管内开始注水时，浮球停留在主阀腔体底部位置，气体通过导气通道Ⅰ、Ⅱ，经由主阀腔体导入配压机构，再进入上部气缸，气缸推动气缸活塞向下动作，打开大排气口，排出大量空气，该过程用来排出系统初次运行时产生的大量气体；

（2）高压微量排气过程：当空气排完时，主阀腔体内积水，浮球浮起，推动小活塞向上运动，连接气缸与配压机构的导气通道Ⅱ关闭，气缸内高压气体通过气缸上部微量排气阀缓慢排出，受阀体气托力作用，气缸活塞向上运动直至关闭，停止大量排气；同时小活塞继续向上运动，连接配压机构和大气的导气通道打开，气体通过小排气口排入大气，实现管内水正常输送时的微量排气；

（3）止水防漏过程：当主阀腔体内充满水时，小活塞向上运动，连接配压机构和主阀腔体的导气通道Ⅰ关闭，继而水流无法进入配压机构，达到止水防漏的效果；

（4）连续排气过程：当下一段气柱到来时，由于主阀腔体为管路最高点，气体集聚于阀体内，将导气槽与浮球之间的积水从导气槽的排水孔排出，浮球下降回到初始位置，又可进行高速排气，排出下一段气柱，克服了浮球因气托作用无法自动打开排气的问题；

（5）进气补气过程：当泵停止，管内水流空时，或遇管内产生负压时，浮球下降，大排气口打开，吸入空气确保管道安全。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明与其它进排气阀的最本质区别在于本进排气阀利用了配压原理，在浮球上部设置配压机构，实现对气体流向的自动调控，在不需任何外力作用的情况下，浮球可以自动回到原有位置，从而克服浮球在排出第一段气后无法复位的问题。设计巧妙，原理科学，易于实现。

第二，本发明可实现管道全部压力范围内的高速排气，当管道内产生负压时，可向管道内注入空气，以缓解水柱撞击产生的水锤升压；当管道内存在大量气体时，无论气团有压与否，或是否存在多段气柱相间情况，都能达到高速排气的效果。

第三，本发明主阀腔体内不存在销钉、杠杆等结构部件，克服了该类部件长期浸泡在水中易锈蚀、杠杆结构不稳定，易出现卡死等情况而导致的排气效果不佳的问题，进一步提高了本发明的进排气效果。

第四，本发明巧妙地运用配压阀结构，通过浮球带动小活塞的上浮，最终可关闭连接配压机构和大气的导气通道，达到止水防漏效果，解决了进排气阀在工作过程中常出现的漏水问题。

第五，本发明通过设置导气槽的方式改变水流进入主腔阀体的流向，消除了水流和气体直接冲击浮球的作用力，解决了空心浮球在有高压、大气锤或水锤情况下易被压变形的问题。

本发明创新性的解决了气柱相间工况下现有进排气阀排气效果差的问题，在大规模灌溉管网系统或供水管路系统中推广应用该装置的潜力巨大，将获得显著的经济社会效益。

附图说明

图1是本发明一种基于配压原理的单腔一体式全压进排气阀结构示意图；

图2（a）是系统初次运行时高速排气过程示意图；

图2（b）是系统正常工作时微量排气过程示意图；

图2（c）是主阀腔体内充满水时防漏过程示意图；

图中：1气缸、2主阀腔体、3活塞柱、4气缸活塞、5密封挡板、6空心浮球、7导气槽、8导气槽排水孔、9微量排气阀、10主阀阀口、11大排气口、12密封圈、13活塞弹簧、14连接主阀阀体与配压机构的导气通道Ⅰ、15连接配压机构与气缸的导气通道Ⅱ、16小排气口、17小活塞、18小活塞腔体、19连杆、20支撑板。

具体实施方式

如图1所示，一种基于配压原理的单腔一体式全压进排气阀，包括主阀腔体2、设置在主阀腔体内的主阀活塞3、空心浮球6、导气槽7、设置在主阀活塞内的活塞弹簧13和配压机构、设置在主阀活塞上部的气缸1。

主阀活塞内的设有活塞弹簧13和配压机构，配压机构主要依靠空心浮球带动小活塞上下动作启闭导气通道，实现气流流向的自动调节。配压机构内有三条导气通道，分别为连接主阀阀体与配压机构的导气通道Ⅰ 14、连接配压机构与气缸的导气通道Ⅱ 15和连接配压机构和大气的小排气口16。

空心浮球6通过小活塞与配压结构3相连接，通过空心浮球6随水位的上下移动带动配压阀动作。

主阀阀体内设置的导气槽7，导气槽改变水流进入主腔阀体的流向，消除了水流和气体直接对空心浮球的冲击力。导气槽侧壁水平开设四个排水小孔8，当浮球随水位下降时，水流可通过排水孔排出，使浮球回到原来位置。

气缸顶部设置微量排气阀9，将集聚于气缸的高压空气缓慢排出，同时起到消能缓闭的效果。

主阀活塞包括活塞柱3以及分别设置在活塞柱上下两端的汽缸活塞4和密封挡板5，汽缸活塞上表面的竖向受力面积大于密封挡板下表面的竖向受力面积。

密封挡板与主阀腔体连接处设有密封圈12。

气缸1包括通过螺栓连接在一起的上缸体和下缸体，主阀腔体4包括通过螺栓连接在一起的上阀体和下阀体，气缸活塞和活塞柱通过螺栓连接在一起。

主阀阀口10设置在主阀腔体的下腔壁上，主阀阀口通过法兰盘或具有外螺纹的连接管与管路连接。

单腔一体式全压进排气阀的进排气阀阀门腔体主体部分采用铸钢材料，导气槽与浮球采用不锈钢材料制作。主阀活塞、气缸组件等可采用组合件的形式制作，材料根据实际要求确定。

一种基于配压原理的单腔一体式全压进排气阀的应用方法，包括以下步骤：

（1）低压高速排气过程：当管内开始注水时，浮球停留在下部位置，气体通过导气通道，经由主阀腔体导入配压机构，再进入上部气缸，气缸推动大活塞向下动作，打开大排气口，排出大量空气。该过程主要用来排出系统初次运行时产生的大量气体。

（2）高压微量排气过程：当空气排完时，阀内积水，浮球浮起，推动小活塞向上运动，连接气缸与配压机构的导气通道关闭，气缸内高压气体通过气缸上部微量排气口缓慢排出，受阀体气托力作用，大活塞向上运动直至关闭，停止大量排气。同时小活塞继续向上运动，连接配压机构和大气的导气通道打开，气体通过小排气口排入大气，实现管内水正常输送时的微量排气。

（3）止水防漏过程：当阀内充满水时，小活塞向上运动，连接配压机构和主阀腔体的导气通道关闭，继而水流无法进入配压机构，达到止水防漏的效果。

（4）连续排气过程：当下一段气柱到来时，由于阀体为管路最高点，气体集聚于阀体内，将导气槽与浮球之间的积水从导气槽的小排水口排出，浮球下降回到初始位置，又可进行高速排气，排出下一段气柱，克服了浮球因气托作用无法自动打开排气的问题。

（5）进气补气过程：当泵停止，管内水流空时，或遇管内产生负压时，浮球下降，大排气口打开，吸入空气确保管道安全。

与其它进排气阀的最本质区别在于本进排气阀利用配压原理，在浮球上部设置配压机构，通过对气体流向的自动调控分配，使浮球在排出第一段气体后自动回到原有位置，进行下一段排气，实现气柱相间工况下的连续排气，从而克服浮球无法回到复位的问题。

同时本发明去除了原有进排气阀中杠杆、捎钉的结构避免了该类部件长期浸泡在水中易锈蚀、杠杆结构不稳定，易出现卡死等情况而导致的排气效果不佳的问题。本发明通过配压阀结构最终可关闭连接配压机构和大气的导气通道，达到止水防漏效果，解决了进排气阀在工作过程中常出现的漏水问题。本发明通过设置导气槽的方式改变水流进入主腔阀体的流向，消除了水流和气体直接冲击浮球的作用力，解决了空心浮球在有高压、大气锤或水锤情况下易被压变形的问题。

本发明设计巧妙，原理科学，易于实现，管道全部压力范围内均可实现高速排气，适用范围广，进排气效果好。