一种导阀基于配压原理的农用灌溉大口径减压阀及其应用方法与流程

本发明涉及一种减压阀，具体是一种导阀基于配压原理的农用灌溉大口径减压阀及其应用方法，属于输水管道安全保护装置及应用方法范畴。

背景技术：

减压阀是采用控制阀体内启闭件开度来调节并降低介质的压力，同时借助阀后压力作用调节启闭件的开度，以实现在进口压力不断变化条件下，使阀后压力保持在一定范围内的阀门。在大规模灌溉工程或长距离输水工程中，减压阀是必不可少的安全保护装置。

按照不同的工作原理，减压阀分为直接作用式和先导式，先导式又包括：先到活塞式和先导隔膜式。目前比较常用的减压阀为先导活塞式减压稳压阀，该类减压阀利用设定调压导阀弹簧压力和调节针形阀开度设定出口压力，并通过接管系统和控制室的反馈作用稳定出口压力。在农业大规模输水灌溉工程中，由于系统压力、流量都较大，并且水质较差，伴有杂草、泥沙等杂质，对于减压阀的尺寸以及防堵塞能力要求较高。该减压阀在应用过程中存在以下问题：针形阀尺寸较小，容易被杂草等杂质缠绕、堵塞；将针形阀尺寸增大后，减压的稳定性降低，不能够保证下游压力稳定。

因此，针对农业大规模输水灌溉的特点，减压阀的性能好坏对保障规模化管网安全运行，提高农业用水效率、推进高效节水灌溉农业发展具有特别重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种导阀基于配压原理的农用灌溉大口径减压阀及其应用方法，根据下游压力的变化，控制导阀活塞上下移动，改变上游流入导阀的流量，从而调节主阀上腔的压力，最终调节主阀瓣的开度，保证下游压力稳定。本发明设计科学，原理、结构简单，符合农用灌溉特点，减压效果好。

本发明的一个目的是公开一种导阀基于配压原理的农用灌溉大口径减压阀，包括主阀、导阀以及连接管，所述主阀包括阀瓣、主阀阀杆、接力器、接力器缸，主阀阀杆上部连接接力器，底部连接阀瓣，其顶端连接有主阀调节旋钮，主阀阀杆上缠绕有主阀弹簧，接力器上部与接力器缸形成主阀上腔；

其特征是，所述导阀包括导阀阀室以及置于导阀阀室内的导阀弹簧、活塞、导阀阀杆，活塞将导阀阀室内腔分为导阀上腔、导阀下腔，导阀阀杆表面设有外螺纹，导阀阀室底部设有导阀阀杆安装孔，安装孔内设有内螺纹，导阀阀杆底端设有导阀调节旋钮，顶端旋入安装孔，并伸入导阀下腔；所述导阀弹簧缠绕在导阀阀杆上，其一端与活塞底部连接，另一端连接有垫片，该垫片套在导阀阀杆的外螺纹上；

所述连接管包括上游连接管、下游连接管和主阀连接管，所述导阀下腔通过主阀连接管与主阀上腔相连，上游连接管一端与主阀上游相连，另一端连接于导阀阀室内腔中部位置，下游连接管一端与主阀下游相连，另一端分别通过支管Ⅰ、支管Ⅱ与导阀上腔、导阀下腔相连。

进一步地，所述导阀顶部设有排气阀，所述上游连接管、下游连接管上分别设有球阀。

进一步地，所述上游连接管在与导阀的连接处为扩散管结构，扩散管最大直径处连接于导阀，且扩散管的最大直径与活塞厚度相等。

进一步地，所述活塞的外径小于导阀阀室的内腔直径。

进一步地，所述导阀阀室内侧顶部设有限位柱，限位柱底面与支管Ⅰ端口底部在同一水平面；所述支管Ⅱ端口顶部至导阀阀室底部的距离等于导阀阀杆的高度。

进一步地，所述主阀连接管与导阀下腔的连接处不高于支管Ⅱ的端口。

进一步地，所述上游连接管与导阀的连接处位于主阀连接管与导阀下腔的连接处上方。

进一步地，所述导阀阀室顶端为可拆卸式压盖结构。

本发明的另一个目的是公开一种导阀基于配压原理的农用灌溉大口径减压阀的应用方法，包括以下步骤：

(1)导阀排气过程：减压阀安装后，首先要将导阀活塞上部气体排出，打开上游连接管上的球阀，关闭下游连接管上的球阀，打开导阀上部的排气阀；随着上游连接管水流不断流入导阀，导阀内逐渐充满水流，活塞上部的气体在水流压力的作用下逐渐通过排气阀被排出导阀，当活塞上部被水流充满时，此时活塞上部的气体被完全排出，关闭排气阀，打开两球阀，减压阀可以正常使用；

(2)初始状态：通过调节主阀调节旋钮，使主阀弹簧弹力与主阀上腔压力和阀瓣自重平衡，主阀阀瓣上升，主阀开启，水流从上游流入下游，调节导阀调节旋钮，改变导阀弹簧弹力，使活塞底部处于扩散管中间位置时达到平衡状态，测得下游压力值作为参照值；

(3)当下游压力高于参照值时：当下游压力增大时，通过下游连接管的连通作用，导阀活塞上部的压力随之增大，打破原有的平衡状态，活塞下移，减小了上游连接管流入导阀的过流通道，流量减小，根据公式：ΔP＝S×Q²(式中：ΔP为水流全过程的压力损失，S为损失系数，Q为流量)，上游流入导阀过程中的压力损失减小，因此导阀下腔内压力升高；

通过主阀连接管的连通作用，主阀上腔内的压力随之升高，打破了主阀阀瓣原有的平衡状态，主阀阀瓣在向下的压力作用下向下移动，开度减小，主阀上游流入下游的摩擦阻力增大，因此下游压力降低；

下游压力逐渐降低直到降至参照值，这一过程中，导阀上腔压力随之降低，活塞下移的速度变慢，导阀下腔压力升高速度变慢，主阀上腔压力随之升高速度变慢，主阀阀瓣下降速度逐渐缓慢，主阀开度减小的速度也变慢，直到下游压力等于设定值时，系统重新进入平衡状态；

(4)当下游压力低于参照值时：当下游压力减小时，通过下游连接管的连通作用，导阀活塞上部的压力随之减小，打破原有的平衡状态，活塞上移,增大了上游连接管流入导阀的过流通道，流量增大，根据公式：ΔP＝s×Q²(式中：ΔP为水流全过程的压力损失，S为损失系数，Q为流量)，上游流入导阀过程中的压力损失增大，因此导阀下腔内压力降低；

通过主阀连接管的连通作用，主阀上腔内的压力随之降低，打破了主阀阀瓣原有的平衡状态，主阀阀瓣在主阀弹簧的压力作用下向上移动，开度增大，主阀上游流入下游的摩擦阻力减小，因此下游压力增大；

下游压力逐渐升高直到升至参照值，这一过程中，导阀上腔压力随之升高，活塞上移的速度变慢，导阀下腔压力下降速度变慢，主阀上腔压力随之下降速度也变慢，主阀阀瓣上移的速度逐渐缓慢，主阀开度增大的速度也变慢，直到下游压力等于设定值时，系统重新进入平衡状态。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，与现有技术最本质的区别在于导阀基于配压原理设计，根据下游压力的变化，系统自动调节导阀活塞上下移动，改变上游连接管流入导阀过流通道的大小(即活塞上下移动，改变了扩散管管口开度)，从而改变上游压力分配到导阀的压力，不需借助外力，依靠系统本身的压力变化，保持下游压力稳定；减压的效果可靠；出口压力不受进口压力及流量的影响，既减动压，又减静压，能够保持设定的出口压力恒定。

第二，导阀阀瓣由活塞制成，尺寸增大时，不降低减压效果的稳定性，解决了原有针形阀容易堵塞的问题，特别适合于农用规模化输水灌溉的特点。

第三，调压操作方便，只需调节导阀的调节螺栓，就能获得精确稳定的出口压力；节能效果好，使用寿命长；阀体采用了全通道流线型直流式设计，压力损失小，流量大，且体积小，重量轻。

附图说明

图1是本发明一种导阀基于配压原理的农用灌溉大口径减压阀结构示意图；

图2是本发明中导阀的结构示意图；

图中：1主阀、2导阀、3主阀弹簧、4主阀阀瓣、5主阀阀杆、6接力器、7接力器缸、8主阀调节旋钮、9主阀上腔、10导阀阀室、11导阀弹簧、12活塞、13导阀阀杆、14导阀上腔、15导阀下腔、16导阀调节旋钮、17垫片、18上游连接管、19下游连接管、20主阀连接管、21支管Ⅰ、22支管Ⅱ、23排气阀、24球阀、25限位柱、26可拆卸式压盖、27主阀阀体、28主阀阀座。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种导阀基于配压原理的农用灌溉大口径减压阀，包括主阀1、导阀2以及连接管。主阀包括阀体27、阀座28、阀瓣4、主阀弹簧3、主阀阀杆5、接力器6、接力器缸7。阀座28支撑阀瓣4，主阀弹簧3缠绕在阀杆5之上与阀瓣3焊接连接，接力器6上方为主阀上腔9。

导阀包括导阀阀室10(空心圆柱形结构)以及置于导阀阀室内的导阀弹簧11、活塞12、导阀阀杆13，活塞将导阀阀室内腔分为导阀上腔14、导阀下腔15，导阀阀杆表面设有外螺纹，导阀阀室底部设有导阀阀杆安装孔，安装孔内设有内螺纹，导阀阀杆底端设有导阀调节旋钮16，顶端旋入安装孔，并伸入导阀下腔。导阀弹簧缠绕在导阀阀杆上，其一端与活塞底部连接，另一端连接有垫片17，该垫片套在导阀阀杆的外螺纹上。

连接管(有机玻璃管)包括上游连接管18、下游连接管19和主阀连接管20，导阀下腔通过主阀连接管与主阀上腔相连，上游连接管一端与主阀上游相连，另一端连接于导阀阀室内腔中部位置，下游连接管一端与主阀下游相连，另一端分别通过支管Ⅰ(21)、支管Ⅱ(22)与导阀上腔、导阀下腔相连。

导阀顶部设有排气阀23，导阀阀室顶端为可拆卸式压盖26结构，上游连接管、下游连接管上分别设有球阀24。

上游连接管在与导阀的连接处为扩散管结构，扩散管最大直径处连接于导阀，且扩散管的最大直径与活塞厚度相等。活塞的外径小于导阀阀室的内腔直径，这样即使活塞底部与扩散管管口底部齐平，也不妨碍上游水流进入导阀。

导阀阀室内侧顶部设有限位柱25，限位柱底面与支管Ⅰ端口底部在同一水平面，该结构可将活塞顶部限位在支管Ⅰ端口底部，使活塞位移不影响导阀上腔与下游连接管的连通。支管Ⅱ端口顶部至导阀阀室底部的距离等于导阀阀杆的高度，该结构可将活塞底部限位在支管Ⅱ端口顶部，使活塞位移不影响导阀下腔与下游连接管的连通。

主阀连接管与导阀下腔的连接处不高于支管Ⅱ的端口，上游连接管与导阀的连接处位于主阀连接管与导阀下腔的连接处上方，该结构可使主阀上腔与导阀下腔的连通不受活塞位移的影响。

一种导阀基于配压原理的农用灌溉大口径减压阀的应用方法，包括以下步骤：

(1)导阀排气过程：减压阀安装后，首先要将导阀活塞上部气体排出，打开上游连接管上的球阀，关闭下游连接管上的球阀，打开导阀上部的排气阀；随着上游连接管水流不断流入导阀，导阀内逐渐充满水流，活塞上部的气体在水流压力的作用下逐渐通过排气阀被排出导阀，当活塞上部被水流充满时，此时活塞上部的气体被完全排出，关闭排气阀，打开两球阀，减压阀可以正常使用；

(2)初始状态(即平衡状态)：通过调节主阀调节旋钮，使主阀弹簧弹力与主阀上腔压力和阀瓣自重平衡，主阀阀瓣上升，主阀开启，水流从上游流入下游，调节导阀调节旋钮，改变导阀弹簧弹力，使活塞底部处于扩散管中间位置时达到平衡状态，测得下游压力值作为参照值；

(3)当下游压力高于参照值时：当下游压力增大时，通过下游连接管的连通作用，导阀活塞上部的压力随之增大，打破原有的平衡状态，活塞下移，减小了上游连接管流入导阀的过流通道，流量减小，根据公式：ΔP＝S×Q²(式中：ΔP为水流全过程的压力损失，S为损失系数，Q为流量)，上游流入导阀过程中的压力损失减小，因此导阀下腔内压力升高；

通过主阀连接管的连通作用，主阀上腔内的压力随之升高，打破了主阀阀瓣原有的平衡状态，主阀阀瓣在向下的压力作用下向下移动，开度减小，主阀上游流入下游的摩擦阻力增大，因此下游压力降低；

下游压力降低的过程中，同时通过反馈作用使主阀上腔的压力随之降低，从而改变主阀阀瓣的下降速度，直到下游压力等于设定值时，系统重新进入平衡状态(即下游压力逐渐降低直到降至参照值，这一过程中，导阀上腔压力随之降低，活塞下移的速度变慢，导阀下腔压力升高速度变慢，主阀上腔压力随之升高速度变慢，主阀阀瓣下降速度逐渐缓慢，主阀开度减小的速度也变慢，直到下游压力等于设定值时，系统重新进入平衡状态)；

(4)当下游压力低于参照值时：当下游压力减小时，通过下游连接管的连通作用，导阀活塞上部的压力随之减小，打破原有的平衡状态，活塞上移,增大了上游连接管流入导阀的过流通道，流量增大，根据公式：ΔP＝S×Q²(式中：ΔP为水流全过程的压力损失，S为损失系数，Q为流量)，上游流入导阀过程中的压力损失增大，因此导阀下腔内压力降低；

通过主阀连接管的连通作用，主阀上腔内的压力随之降低，打破了主阀阀瓣原有的平衡状态，主阀阀瓣在主阀弹簧的压力作用下向上移动，开度增大，主阀上游流入下游的摩擦阻力减小，因此下游压力增大；

下游压力增大的过程中，同时通过反馈作用使主阀上腔的压力随之升高，从而改变主阀阀瓣的上移速度，直到下游压力等于设定值时，系统重新进入平衡状态(即下游压力逐渐升高直到升至参照值，这一过程中，导阀上腔压力随之升高，活塞上移的速度变慢，导阀下腔压力下降速度变慢，主阀上腔压力随之下降速度也变慢，主阀阀瓣上移的速度逐渐缓慢，主阀开度增大的速度也变慢，直到下游压力等于设定值时，系统重新进入平衡状态)。

本发明设计巧妙，原理和结构简单，符合农用输水灌溉工程特点，防止杂质堵塞效果好，减压稳压效果好。