专利名称：三层水位记忆控制阀的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种三层水位记忆控制阀。
在高层大楼上较普遍使用的高位水箱和贮水池，都要求自动控制最高水位H1、调节水位H2以及非火警不可动用的消防水位H1，这三层水位高度。
目前，有些高位水箱，在上部进水管安装电磁阀，中间竖立具有记忆功能的液位信号器，联合控制H1和H2水位。当水位下降到H2时，液位信号器指令电磁阀打开并启动水泵给水箱灌水，直到水位上升H1为止。当水位达到H1时，信号器又指令电磁阀关闭并停止水泵运行，直到水位重又下降H2为止。此外，还在水箱的进水管下部竖立高度为H1的溢流墙(这时，H1＞H2)，或者把水箱下部的出水口的高度H2抬高到H1(这时，H2＞H1＝H0)等方法，控制消防水位H1。
显然，这种水位控制方法存在两个问题。首先，由于电磁阀的开、闭速度太快造成很大水力冲击和水锤现象，必须设置较大的缓冲水罐。这就增加了设备的成本。因此，一般的水箱采用水位控制阀取代电磁阀。其次，无论采用溢流墙还是抬高出水口高度，消防水位H1以下区域的水，都难于流动、更新，总有死水区。主要是由于这部分水的腐化、变质，降低了高位水箱给水系统的供水质量，影响了饮用水的清洁卫生。
目前，在国内的高位水箱上普遍使用的水位控制阀是杠杆式浮球阀。其工作原理如同厕所小水箱内的浮球阀。由于关闭缓慢不产生水锤现象。但是，阀门开度取决于杠杆长度和水位变化量。当要求较大的调节水位差△H1＝(H1-H2)时，必须加大杠杆长度。其结果，水位慢速接近H1时，(如夜间用水)，由于阀门开度太小，水泵将在较长时间处于节流低效率运行状态，浪费很多电能。水位已达到H1但存在水位波动时，阀门处于频繁的关、开状态，影响了可靠性。杠杆长度越大，进水管压力越高，这种影响越大，必须设置减压阀，减小水位波动。
1989年的美国专利(US4、830、042)，提出了具有记忆功能的大杠杆液力式水位控制阀。由先导阀来控制液力式主阀的关、闭过程，而浮球在大杠杆末端的垂直导向杆上大幅度浮动。在此浮动过程中不控制先导阀。但是，水位上升到H1时，浮球顶杠杆，关闭先导阀继而关闭主阀。反之，水位下降到H2时，才打开主阀。因此，这个阀较好的解决了上述由于阀门微开造成水泵低效运行问题，提高了节能效果。但是，亦然存在水位波动的影响，更不具有控制消防水位H1的功能。
鉴于以上情况，本发明专利将提出一种三层水位记忆控制阀，简称3SK阀。其目的是较彻底解决当前高位水箱上存在的水位控制问题，改善水泵的运行状况，提高节能效果;简化这类给水系统的自动控制方案，提高系统的可靠性，降低成本;防止消防水的腐化变质，提供更为清洁卫生的饮用水。除此之外，还适当更改这种阀的材质和组合方式，把3SK阀改成高低水位记忆控制阀(简称GDK阀)后，还进一步推广到石化部门，可靠控制一大群贮油罐系统的进、出油过程，拟达到更大经济效益。
下面，结合
图1～图5，介绍本发明专利的基本结构，工作原理，技术特征以及两种实施例子。
图1是本发明专利一3SK阀的结构示意图。
图2是3SK阀的打开灌水过程。
图3是3SK阀在停电用水时，自动关闭出水管的过程。
图4是采用3SK阀的高楼给水系统。
图5是采用3SK的变型阀-GDK阀的贮油罐群供、排油系统。
本发明专利-三层水位记忆控制阀(3SK)的结构，如图1。它是最高水位控制机构(简称GSK)1、调节水位控制机构(简称TSK)3，消防水位控制机构(简称XSK)5，这三种机构用上、下水位差管2和4串联在一起的管形组合阀。安装在同轴线的进、出水管之间，自动控制上述H1、H2、H1三层水位高度。
这个阀的GSK部分1是纯液力延时阀门机构。它包括阀体1.1、差动活塞1.2、回位弹簧1.3、防堵针1.4、底盖1.5、下阀架1.6、先导活门1.7，浮力放大器1.8、导向杆1.9以及浮筒1.10等。阀体1.1是上凹形体与下凸形体之间用十字形加强筋铸成一体的，水从这两体之间流入水箱。在这个阀体的中部空腔内滑套了差动活塞1.2和回位弹簧1.3。差动活塞下段直径较大，套有密封圈(未标号)，起活塞作用。而活塞的顶部设有密封垫，起主活门作用。其中心钻有水孔a(凡是孔与水腔符号，见图2和图3)，孔内活套了防堵针1.4。该针的下段固定在底盖1.5中部的导向柱上。因此，水孔a与防堵针之间的环形缝隙成了该活塞的阻尼孔，而差动活塞与底盖之间的空间成了延时关闭用充水腔B。该腔的水可从底盖中心的排水孔b泄出。底盖1.5的上、下平面用螺钉(未示出)与阀体1.1和下阀架1.6联接。在这个阀架的中心孔内滑套了关、开排水孔b的先导活门1.7，而阀架的下平面用螺钉联接导向杆1.9的上圆盘。然后，这个下阀架与圆盘之间的中空部分，装有浮力放大器1.8，它是杠杆1.8.1和连杆1.8.2铰接的曲柄连杆机构。连杆下端铰接了沿着导向杆1.9上、下浮动的浮筒1.10。因此，当浮筒往上运动时，经过连杆和杠杆传动，推动先导活门1.7，关闭排水孔b。这时，浮筒1.10的小浮力经浮力放大器1.8放大几十倍后，施加于先导活门下端的顶盘上，加大对排水孔b的密封力。此外，在下阀架1.6的外部，套有上水位差管2，并用螺钉固紧的。在这个导管的上段，约在上浮筒1.10的最高位置附近，钻有若干个最高水位控制水孔d，而其下端套在TSK机构的阀体3.1上，用螺钉固紧。
在3SK阀的中部TSK部分是纯浮力阀门机构。它包括阀体3.1、排水活门3.2，浮筒3.3以及带有导向轴的底盖3.4等。在阀体3.1的顶部中心，钻有排水孔e。而阀体的下端用螺钉联接底盖3.4并在其上平面处钻有若干个调节水位控制水孔f。该孔与上述d孔之间的距离等于所要求的调节水位差△H1(＝H1-H2)。在阀体空腔E内，设有浮筒3.3，并沿着导向轴3.4.1上下浮动，从而推动排水活门3.2，开、闭排水孔e。因此，当水箱的水位下降到f孔以下时，泄出空腔E内的水，浮筒3.3和排水活门3.2一起下降，打开排水孔e。反之，关闭e孔。
在3SK阀的下部XSK部分5是具有抽水通气功能的液力阀门机构。它包括出水阀座5.1，下阀体5.2、差动活塞式活门5.3、抽水管5.4、上阀体5.5，浮筒5.6以及导向杆5.7等。阀座5.1的下法兰与出水管7联接，其上端套在下阀体5.2上用螺钉固紧。在下阀体的下段开有4个大的主水孔j，其总流通面积略大于出水阀座中部的出水孔面积。在这个下阀体中部空腔内，滑套了差动活塞式活门5.3。它是在轻型塑料压制成型的差动活塞5.3.1的下段，套上半球形橡胶活门5.3.3后，用铜丝捆绑为一体的组合活门。其上段套有密封条5.3.2，隔离H腔，但密封不严，允许小量水经该密封条渗入H腔。在半球形橡胶活门中心开有H腔的放水孔l。该孔内设有与浮筒5.6联动的抽水管5.4。这个管的下段延伸到出水管7内(见图3)，其中部焊有先导活门5.4.2，用来开、闭放水孔l。而这个抽水管的上段穿过下阀体中部的密封圈后与浮筒5.6用开口销5.8铰接，并开有抽水孔i。这个阀的浮筒5.6是在上阀体5.5的空腔G内沿导向杆5.7上、下浮动的。而上阀体的下端是套在下阀体上，用螺钉固接成一体，其上端面与下水位差管4联接并开有若干个进水孔h。最后，在下水位差管中段开若干个消防水位控制水孔g，这个管的上端部与前述TSK机构的下端面用螺钉联接。这时，TSK机构的水孔f与下水位差管的水孔g之间的孔距就是停电后可使用的备用水位差△H2(＝H2-H3)，而水孔g与XSK阀的出水阀座5.1的上平面之间距离等于所要控制的消防水位差△H1(＝H1-H0)。
下面，结合图1～图3，进一步介绍3SK阀的三层水位记忆控制原理。
从图1可见，当高位水箱内的水位上升到最高水位H1＝(H0+△H1+△H2+△H3)时，GSK和TSK部分均处于关闭状态，而下部XSK部分处于打开用水状态。这时，进水管6中的水无法进入水箱，水位将下降。但是，上水位差管2内亦然充满着水，使GSK部分仍处于严密关闭状态。在这一段时间可停止水泵运行，节省电能。
当水位下降到TSK部分的调节水位控制水孔f以下时，如图2所示，阀体3.1内的水经f孔泄出，浮筒3.3和排水活门3.2一起下降，打开排水孔e。这时，上水位差管2内的D腔水，经e孔、E腔、f孔迅速排出于管外，GSK机构的上浮筒1.10下降，浮力放大器1.8对排水活门1.7的密封力消失，从而B腔内的压力水冲开先导活门从b孔泄出。由于差动活塞1.2下部压力消失，主活门密封力也消失了，进水管6中的压力水可泄漏到水箱，继而进水管水压也跟着消失了。在这时，根据进水管压力变化，启动地下室的水泵重又增压进水管，则该管的压力水冲开差动活塞1.2，大量注入水箱。这就是3SK阀记住水位下降情况，不到H2＝(H0+△H2+△H1)水位，不开阀门。不启动水泵的控制过程。
然后，由于水泵的流量大于出水管7的用水流量、水箱的水位逐步回升。当超过TSK机构的f孔时，阀体E腔内的水位也上升，浮筒3.3将推动排水活门3.2，重又关闭排水孔e。这时，水位差管2的外边水还无法进入D腔，上部GSK机构亦然处于打开注水状态。当水位上升到这个水位差管上部的最高水位控制水孔d时，管外的水迅速通过该孔注入D腔，浮筒1.10上升，推动浮力放大器1.8，将提升先导活门1.7，关闭排水孔b，然后把浮力放大几十倍施加于该孔的密封面。从这时起，从防堵针1.4的缝隙a流入B腔的水，因无处泄漏将加大该腔水压并逐步向上推动差动活塞1.2，关闭主活门。这时，进水管的A腔压力亦上升。利用这个压力变化，及时关闭水泵，重复下水过程。这就是3SK阀记住水位上升情况，水位不到H1不关闭阀门，不停止注水的控制过程。在这一过程中，主阀总是处于全开供水状态，水泵将在最高效率区连续工作。
倘若在停电后用水，则水箱的水位从H2继续下降到H3。这一段水位差△H2(＝H2-H3)是停电后可使用的最小备用水位差。但是，水位下降到下水位差管4的消防水位控制水孔g以下时，从图3所见，这个管的外边水再不能进入F腔。这时由于抽水管5.4的抽水作用，F腔和G腔的水，很快经过i孔排泄到出水管7，浮筒5.6带着抽水管下降，关闭半球形橡胶活门5.3.3中部放水孔l。于是，从密封条5.3.2周围漏入H腔的水将增加差动活塞5.3.1上部静压。从而依靠这个活塞和浮筒的重力关闭出水阀座5.1。这时，如果继续用水，则出水管7内产生真空现象，从而把F腔和G腔内的空气经i孔吸入J腔，防止阀门的真空吸附现象。这就是3SK阀记住停电用水情况，保持消防水位差△H3(＝H3-H0)的控制过程。
反之，来电后可启动水泵，重新给水箱注水时，往往由于各户急于用水，几乎同时打开各自水龙头，使瞬时用水秒流量超过水泵的给水流量。如果这时打开出水阀座5.1，将出现抽空消防水的可能性，这是消防规章不允许的。但是对XSK机构而言，水位未上升到消防水位H1以前，由于F腔和G腔内没有水，无法提升浮筒5.6，阀门5.3.3仍处于严密关闭状态，防止了上述现象的发生。但水位一旦超过消防水位控制水孔g时，管外水经该孔迅速充入下水位差管4和G腔，浮筒5.6带着抽水管5.4一起上升，打开放水孔l，H腔的水泄出。这时，借助差动活塞5.3.1的下部水压和浮筒的浮力，迅速提升半球形橡胶活门5.3.3，打开出水阀座5.1，恢复了用水状态。这就是3SK阀记住水位上升情况在保证消防水位不被动用的前题下才打开阀门，恢复用水的控制过程。
以上是3SK阀的整个工作过程。在此基础上，下面进一步介绍，对不同的水位控制要求，从3SK阀上派生几种变型阀的方法。
首先，在前述3SK阀上，仅保留GSK机构1，取消其余部分，然后在下阀架1.6外，套上一个短的导管，保护上浮筒1.10的上、下运动，则这个阀称作最高水位控制阀，简称GSK阀。可用在只要求控制最高水位，保持满水状态的高位水箱和贮水池。在这种场合，这个阀不受进水管压力的大小和水位波动的任何影响。
其次，在上述3SK阀上，以中部TSK机构下端为界，分成上、下两个独立阀时，上部GSK和TSK部分，称作两层水位控制阀，简称2SK阀，而下水位差管4的以下部分，称作消防水位控制阀，简称XSK阀。这两个阀可一起用于进水管和出水管无法同轴线的高位水箱或贮水池，共同起3SK阀的作用，或者各自用于不同水箱，分别记忆控制调节水位差△H1，或消防水位差△H1。
再次，在上述3SK阀上，取消XSK机构的上阀体5.5、浮筒5.6以及下水位差管4，把下阀体5.2直接联接到TSK机构底盖3.4上，然后由浮筒3.3直接带动抽水管5.4时，这个阀称作高低水位记忆控制阀，简称GDK阀。可用于不要备用水位差△H1，但要求控制最高水位H1和消防水位H3的各种水箱和贮水池。还可推广使用于石化部门，一大群贮油罐进、出油系统的自动控制上。
综上所述，本发明专利-三层水位记忆控制阀(3SK)，具有如下技术特征1、把上部GSK和中部TSK机构，用上水位差管2串联，实现了最高水位H1和调节水位H2的记忆控制。因此，可取消一般高位水箱内普遍使用的各种液位信号器;由于水位差管的保护作用，这个阀不受水位波动的任何影响。此外，水位上升过程中主阀处于全开供水状态，水泵可在高效率区工作;在下降过程中又可以停止水泵运行，甚至在夜间，用水量很小时，整个晚间都可停止水泵工作。从而大大提高了节能效果。
2、在GSK机构的差动活塞1.2是以防堵针1.4为中轴上、下运动的。不仅可防止阻尼孔被堵，还由于活塞的上、下面积差产生足够大的关闭力，使该阀可在很小的进水压力亦能可靠密封主阀孔。此外，又采用浮力放大器1.8，把浮力放大几十倍(约30～50)后施加于先导活门1.7上，加大对排水孔b的密封力，使该阀又可在很高的进水压力下亦能可靠关闭主阀。因此，可认为这个阀的关闭可靠性与进水压力的大小无关，可取消一般低层水箱浮球阀前设置的减压阀。而且，由于关闭可靠，可防止水箱溢水，提高节水效果。
3、该阀下部的XSK机构，在差动活塞式活门5.3的中央，设置了与浮筒5.6一起上、下运动的抽水管5.4，加快了对G腔的抽水过程，提高了阀门的关闭速度，并通过这个管给出水管通气，克服了阀门关闭后产生的真空吸附现象。从而，可借助很小的静水压差和浮力又能迅速打开阀门，恢复用水。此外，又采用下水位差管4，实现了消防水位H1的记忆控制功能。因此，这个阀不仅任何时候可靠保证消防水位高度，还不断流动更新这部分水，较彻底解决了消防水的腐化、变质问题，可提供清洁卫生的饮用水。
4、3SK阀的三层水位高度，采用不同长度的上、下水位差管很容易改变。还改变其组合方式，可派生出最高水位控制阀(GSK)、两层水位记忆控制阀(2SK)、消防水位控制阀(XSK)以及高低水位记忆控制阀(GDK)等各种变型阀，即简便了这类水位控制阀的生产过程，更方便了不同场合的灵活使用。
下面举两个实施例，概述这种阀的主要用途。
实施例1，三层水位记忆控制阀。
规格代号3SK-50-3.0;
进、出水管直径φ50mm;
最高水位高度 H1＝3.0m;
调节水位高度 H2＝2.0m;
消防水位高度 H3＝1.0m;
进水管压力 P1≤1.6MPa;
最小开阀压力 P2＝0.04MPa;
P2压力时排水量 Qmin＝53m3/h;
延时关闭时间τ＝5～15s。
把这个阀用于21层高楼时，其给水系统如图4。图中，1-地下贮水池、2-水泵电机、3-电控箱、4-压力控制器、5-上水管、6-止回阀、7-闸阀、8a、b、c-3SK阀、9、10-高位水箱、11-溢流管、12-消防水管、13-泄水管、14-收水器、15-污水管、16-各层用水管、17-自来水管。
这是可供400户3类住宅的高层给水系统。地下贮水池1和六层以下200户直接用自来水。而从7～12层的100户公用水箱10，13层以上100户公用水箱9，由地下室的水泵2，增压供水，并在水泵出口在止回阀后边，安装压力控制器4，就近自动控制水泵。这时，压力控制器的上限停泵压力Pt＝0.01(H1-2)MPa。其中，Ht为水泵节流到Q＝0时的最高扬程，m.而下限开泵压力Pk＝0.01(Hj-△H1)MPa。式中Hj-高楼静水高度，m;△H1-高位水箱9的调节水位差，m。
由此可见，在高位水箱给水系统采用3SK阀时，可取消液位信号器，减压阀、缓冲水罐等，还可以简化电控系统，切断地下水泵与高位水箱之间的任何电路联系。这时，高楼的安全消防很重要。
实施例2高低两层液位记忆控制阀规格代号GDK-200-20;
进出油管直径φ200m;
水位差管直径6″;
最高液位高度 H1＝20m;
最低液位高度 H2＝2m;
进油管压力 P1≤1.6MPa;
最小开阀压力 P2＝0.04MPa;
P2压力时流量 Qmin＝200m1/h;
延时开阀时间τ＝5～15，S。
把这个阀用于大型贮油罐时，其进、出油(水)系统，如图5。在图中，1是进油管、2是贮油罐、3是本发明专利GDK阀、4是出油管、5是排水管、6是各种截止阀。出油管4的出油口高度取H0≈(H1+1)，m。这时，贮油罐上部的液位差△H1＝(H1-H0)是已脱水净化的好油层，可出油管4排放使用。在此排放过程中GDK阀不动作。当液位下降到H2以下后，无法排出油，关闭出油管。而贮油管下部最低液位H1以下部分，一般都是沉积水层，打开排水管5泄出，从而，油位从H0继续下降到H1。这时，GDK阀的底部排水管活门(即3SK阀的5.3)先关闭，停止排水过程，然后延时打开上部进油活门(即3SK阀上的1、2)，在已完成排水的条件下给贮油罐灌满油，重又脱水净化。而一个贮油罐的以上工作过程不影响其它贮油罐。因此，在贮油罐上采用GDK阀时，可做到排油不带水，排水后才进油，这样一种安全可靠的半自动操作过程。
权利要求
1.一种三层水位记忆控制阀，简称3SK阀。它包括，最高水位控制机构(简称GSK)1、上水位差管2、调节水位控制机构(简称，TSK)3、下水位差管4以及消防水位控制机构(简称，XSK)5等。其特征在于3SK阀的上部GSK机构1，在阀体1.1的中空部滑套有差动活塞1.2和回位弹簧1.3。活塞顶部设有密封垫，其中心钻有阻尼水孔a，孔内套有防堵针1.4.这个活塞借助活塞腔B内的水压上、下运动，关或开进水孔。在阀体1.1的下端用螺钉联结底盖1.5和下阀架1.6。底盖中央钻有活塞腔B的排水孔b，用下阀架中心孔内滑动的先导活门1.7关闭。这时，沿着导向杆1.9向上运动的上浮筒1.10、推动浮力放大器1.8的曲柄连杆机构，向上顶先导活门1.7下端的圆盘，施加对b孔的密封力。然后，在下阀架1.6的外边套住上水位差管2的上端，用螺钉固紧。这个导管的上部，大约浮筒1.10的上方，开有若干个最高水位H1的控制水孔d。而其下端套在TSK机构上，用螺钉固紧。3SK阀的TSK机构3，阀体3.1的顶部钻有上水位差管2的排水孔e。它用排水活门3.2关闭。而在该阀体的空腔E内，沿着导向杆3.4.1往向浮动的浮筒3.3、顶这个排水活门关闭e孔。此外，阀体3.1的下端套在底盖3.4上用螺钉固紧并钻有若干个调节水位H2的控制水孔f。该孔与上述d孔的距离应等于调节水位差△H1=(H1-H2)。然后，底盖3.4的下端再与下水位差管4螺钉联接。这个管的中部，从水箱底部算起，消防水位高度H1处，钻有若干个消防水位H1的控制水孔g。该孔与上述f孔的距离等于备用水位差△H2=(H2-H1)。然后，这个导管的下端再与XSK机构螺钉连接。3SK阀的XSK机构5，出水阀座5.1的上端用螺钉联接下阀体5.2，其中部开有出水孔，下阀体下部设有4个主出水孔，其中空部滑套了差动活塞式活门5.3。其半球形橡胶活门5.3.3的中下部，设有活塞腔H的放水孔L，该孔中间套有开、闭这个放水孔并能抽水和通气的抽水管5.4，它穿过下阀体中部密封圈与浮筒5.6铰接并其上部开有抽水孔i。浮筒5.6是在上阀体5.5的空腔G内，沿着导向杆5.7带着抽水管上、下运动的。而上阀体顶部与下水位差管4的下端联接并开有上、下通水孔h。
2.权利要求1所述3SK阀，其特征在于它是一个GSK、TSK、XSK这三种浮力活门机构利用上、下水位差管串联起来的管形组合阀。因此，改变其组合方式，可派生出如下几种不同功能的变形阀1)仅保留GSK部分1，取消其余部分。然后，在下阀架1.6外还套上一个短导管，保护上浮筒1.10的最高水位控制阀，简称GSK阀。2)以中部TSK机构的底盖3.4的下端面为分界，把3SK阀分割成两个互相独立的阀。这时，其上段称作两层水位记忆控制阀，简称2SK阀。而其下段称作消防水位记忆控制阀，简称XSK阀。3)在3SK阀的下部，取消下水位差管4，取消XSK机构上的上阀体5.5和浮筒5.6，然后把下阀体5.2直接联接到TSK机构的底盖3.4上，并用浮筒3.3直接带动抽水管5.4。经过这样组合的阀，称作高、低水位记忆控制阀，简称GDK阀。如此，从3SK阀为基础派生出来的GSK、2SK、XSK、GDK等变型阀，均属本专利的权限范围。
全文摘要
本发明专利涉及一种三层水位记忆控制阀。它是把最高水位控制机构、调节水位控制机构、消防水位控制机构，这三个机构用上、下水位差管串联起来的管形组合阀。以它为基础还可分解组合成最高水位控制阀，两层水位控制阀，消防水位控制阀以及高低液位控制阀等不同用途的水位控制阀。专门用于各种高位水箱、贮水池以及贮油罐等的液位控制上，简化了其控制系统，降低设备成本，提高可靠性和节能、节水效果。
文档编号F16K31/20GK1068405SQ91104448
公开日1993年1月27日 申请日期1991年7月10日 优先权日1991年7月10日
发明者朴龙奎 申请人:朴龙奎