CN2040512U - 气压给水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种恒压式全自动气压给水装置。除水泵、气压水罐、压力控制器等元件外，还设有专用的补气—存水罐、可控式调压阀和停电保护阀。

同国内外变压式气压给水装置相比较，本装置具有给水压力变化小、水泵的启动频率低、停电时可以自动关闭气压水罐、任何时候都可以自动灌泵等优点。

Description

本实用新型专利涉及一种恒压式全自动气压给水装置。

我国城镇采用的传统给水装置为水塔式及高位水箱式给水装置。这种给水装置的主要缺点是投资大、能耗多、水质易受污染、施工周期较长以及使用维修不方便等。

70年代以来，国内外发展了一种新型的给水装置，即由电机泵、气压水罐、压力控制器（包括压力传感器及水压保护装置）、自动补气装置、水暖阀门、供水管道以及控制台组成变压式全自动气压给水装置。这种给水装置基本上克服了水塔式（或高位水箱式）给水装置的缺点，它具有投资省（比水塔式可节约投资70～80％，比高位水箱式可节约投资50～70％）、占地面积小、从设计到安装使用的周期短（一般为一个月左右）、水质不受污染以及使用维修比较方便等优点。因而，这种新型的给水装置正在城乡各项民用及工业用建设项目中迅速地得到推广应用。

然而，目前这种变压式全自动气压给水装置在使用中还存在以下几个主要缺点。第一个缺点是给水压力变化较大（一般为1公斤力／厘米²），从而降低了给水管路中的阀门、水表等零件的使用寿命。第二个缺点是气压水罐中的调节容积比较小，从而使电机泵的启动次数频繁（一般平均为每小时10－20次），降低了电机泵的使用寿命。第三个缺点是气压水罐中的压缩空气当停电时会充入给水管道，使水表加速旋转，从而给用户造成经济损失。第四个缺点是当水池中的吸水管底阀严重漏水时，水泵就可能吸不上水来。目前，对于减少电机泵的启动频率问题，国内外不少厂家已作出了一些改进。例如，哈尔滨水泵厂引进的日本荏原制作所专利产品400型全自动气压给水装置（特许号为昭48－29403）中采用了两个电机泵交替工作的一罐双泵式方案，从而把水泵的启动频率减少了一半，延长了给水装置的使用寿命，但同时因多用了一套电机泵装置而增加了设备费用。又如长春材料试验机研究所和长春奋进金属结构厂联合研制的ZYG－2型全自动气压供水装置，除采用一罐双泵式方案外，还加大了气压水罐的调节容积，使电机泵的启动次数降低为平均每小时4－6次，进一步延长了给水装置的使用寿命。但是，在目前各厂的改进方案中对于这种给水装置的其他问题，诸如给水压力变化大、停电时压缩空气进入给水管道以及底阀漏水无法正常工作等问题至今尚没有妥善解决。从理论上讲，要解决给水压力变化较大的问题，其有效的技术途径是在出口给水管路上设置压力调节阀，从而使装置成为恒压式全自动气压给水装置。但据发明人了解，目前尚未研制出一种比较理想的压力调节阀，因而国内外的恒压式全自动给水装置还未能得到迅速发展。

本实用新型专利的目的是提供一种新型恒压式全自动气压给水装置，与现有的变压式全自动气压给水装置相比，它具有在既不增加电机泵的台数、又不增加气压水罐的容积的条件下，使电机泵的启动频率大大降低、给水压力变化很小、停电时能防止压缩空气进入给水管道以及在任何时候水泵都可正常吸水等优点。

下面结合附图来进一步介绍本实用新型专利的基本结构组成及其工作原理，同时对本专利中所采用的某些专用部件的具体结构及其工作性能作出更详尽的介绍。

图1是本实用新型专利的工作原理图。

图2是控制台的电气原理图。

图3是补气－存水罐的结构图。

图4是停电保护阀的结构图。

图5是图4沿B－B线的剖面图。

图6是可控式调压阀的结构图。

本实用新型给水装置的结构组成如图1所示。它包括水池1、过滤器2、吸水管3、存水管4、闸阀5、电机泵6、补气－存水罐（包括补气罐8及存水器7两个组成部分）、止回阀9、充水管10、气压水罐11、可控式调压阀12、出口闸阀13、停电保护阀14、排水管15、控制管16、电磁阀17、空气过滤器18、水压表19、压力控制器20、气压表21、截止阀22和控制台23等部分。本装置中除补气－存水罐、可控式调压阀12及停电保护阀14等三个专用部件之外，其余所有的零、部件均为工业上常用的通用件或标准件。因此，在介绍整个装置的工作原理之前，我们先来介绍这三个专用部件的具体结构及其工作性能。

参看图1及图3，补气－存水罐的上部为补气罐8，用来给气压水罐11补气，罐8顶部的内螺纹孔与吸气管路、电磁阀17及空气过滤器18相连通。它的下部为存水器7，用来给水泵6灌水，存水器7的下法兰C与水泵6的出水管相连接而其侧向法兰A和B分别与吸水管3和存水管4相连接。存水器7中的存水量为吸水管3存水容积的两倍以上。因此，该补气－存水罐同时与水泵的进口与出口水管相连接，使水泵始终处于灌水状态，故不管何时启动水泵6时，均可保证水泵的吸水扬程在5米以上。

参看图4及图5，停电保护阀的技术功能有两个，一是可以控制住气压水罐11中的最低水位，二是当停电时可使调压阀12关闭，从而可以保持住气压水罐11中的压缩空气的压力P₁不下降。停电保护阀12的上部为一个普通的常闭式两位三通电磁阀DF3－3。接管嘴a口用φ6×1的导管与气压水罐的顶部螺纹孔相连接，b口和c口也用φ6×1的导管互相连接。阀12的下部为特殊的二位三通气控阀，阀的三个连接口e、f、g分别用1／2″导管与气压水罐的充水管10、排水管15和调压阀12的控制管16相连接。

气控阀的上盖405以其端面h及圆柱面与阀体401的上孔配合定位，在上盖405与活塞402头部的中间圆形凹槽内装有弹簧404。气控阀的下盖411的圆柱面与阀体401的下孔配合定位，阀芯406及衬垫410滑套在阀体401的下孔中，利用穿在阀体上的四个螺栓412将阀体401、上盖405、阀芯406、衬垫410及下盖411轴向连接固定。

活塞402由带有O型圈403的活塞头部、活塞杆及活塞尾端三部分组成。其中，活塞402的头部可在阀体401的上孔内上、下滑动，活塞杆与阀芯406的中部小孔滑配并伸进阀芯406的H腔内，活塞尾端的圆柱头（其顶端为球面）则套入活门409的内圆环凹槽中，从而使活塞402与活门409铰接在一起。电磁阀DF3－3通过其底部的两个侧向螺钉（图中未示出）固定在气控阀的上盖405上。在阀芯406的外圆及中部小孔中分别装有O型圈408和407，从而将G腔与H腔互相隔开。阀体401的管接口e内的限流孔面积f_S远小于排水孔的面积F_K，其最佳面积比的范围为：F_K／f_S＝10～15。

当有电时，电磁阀DF3－3打开，使气压水罐顶部的压缩空气P₁经a、b、c口进入活塞402的下腔G，克服弹簧403的反力，推动活塞上升并带动活门405打开。这时，气压水罐中的少量水经e口限流孔进入阀芯406内腔H并从排水孔排入水池1中。由于F_K远大于f_S，使H腔的压力P₃（也就是控制管16和可控式调压阀控制腔I中的压力）接近于零，因而不会影响调压阀的工作。倘若气压水罐11中的水位下降到充水管10（图1）的下端面，则罐中的压缩空气，经过充水管10和停电保护阀的限流孔、排水孔及排水管15（图1）迅速排入水池，使罐中的压力P₁也迅速下降到压力控制器20（图1）的下限控制压力，从而重新启动水泵，使气压水罐充水，水位上升，这就实现了停电保护阀的控制最低水位的功能。

当停电时，电磁阀DF3－3断电，a口关闭，b口和d口接通。这时活塞402下腔G的压缩空气经c、b和d口排出到大气中。在弹簧404的反力作用下活塞402带动活门409下降关闭排水孔。因而，经限流孔进入阀芯406的水（或气）只能经过g口充入控制管16（图1），使调压阀控制腔I中的压力P₃上升到P₁，从而关闭了减压活门，这就实现了停电保护闭当停电时保持气压水罐11中的压缩空气的压力P₁不下降的功能。

图6是可控式调压阀的结构图。这是一种具有反向式减压阀静特性的可控式正向减压阀，它可以用很小的弹簧力自动调节大口径减压活门，从而使出口给水压力P₂（图1）的变化保持在很小的范围内（0.5～0.7公斤力／厘米²）。该阀的技术功能有两个，一是当停电时，由于停电保护阀的控制可使调压阀的减压活门515关闭，从而防止压缩空气进入给水管道，并且保持了气压水罐中P₁的压力不变。二是可以控制给水压力P₂的变化量保持在用户要求的范围内（一般在1公斤力／厘米²以下），同时又可成倍地扩大气压水罐的压力P₁的变化量（即可成倍地扩大气压水罐的调节容积）。

在阀体501的上部，导向套513的外圆与该阀体的上部孔滑配并且轴向支承在该孔的台阶上。其外圆和阀体上部孔滑配的上支套筒502及与它滑配的主活塞套筒503轴向支承在导向套513上。上套筒507的凸缘端面朝下支承在主活塞套筒503的凸缘端面上，它的上部有外螺纹，盖螺母509拧在其上。上阀盖511通过双头螺栓504将主活塞套筒503、上套筒507及导向套513轴向固紧在阀体上部在由导向套513、盖螺母509、上套筒507及主活塞套筒503所包围的空腔中，装有滑块508，弹簧506、调节螺栓510、顶针505及带有O型圈（图中未标号）的主活塞512，主活塞512可在主活塞套筒内孔中上下滑动。弹簧506轴向顶紧在上、下两个弹簧定位件（图中未标号）上，其予紧力靠顶针505作用在主活塞512上。滑块508的内孔有螺纹与调节螺栓510相连接，滑块的外形为六角形并滑套在带有内六角的上套筒507内。当顺时针方向旋转调节螺栓510时，滑块508就在上套筒507内向下滑动，从而压缩弹簧506，给主活塞512施加所需要的预紧力。由于采用这种滑块式调节结构，使上套筒507的长度约可缩短70毫米，从而降低了调压阀的总高度。

在阀体501的中部垂直孔中，装有与该孔紧配的衬套514，该衬套的内孔锥面即为活门座。主活塞512的杆部与导向套513滑配，在该杆的下端套有减压活门515，用固紧螺母516把它拧紧固定在主活塞杆上。固紧螺母516的下端为圆柱体，它滑套在付活塞517杆部的内孔中，从而使主活塞512、减压活门515及付活塞517三者同心，以互相支承克服水流不平衡力对活门的偏斜作用。

在阀体501的下部，下阀盖519与阀体的下部孔滑配并且轴向限位在该孔的端面上。下支承套筒518滑动支承在下阀盖519的内孔中，压板521通过双头螺栓522把付活塞筒520、下支承套筒518及下阀盖519轴向固定在阀体上，付活塞517的杆部可在带有O型圈（未标号）的下支承套筒518的内孔中滑动，而带有O型圈（未标号）的付活塞头部可在付活塞520的内孔中滑动，从而构成了停电时可控制减压活门关闭的活塞机构。

当停电时，在停电保护阀的作用下，控制腔I中的压力P₃上升到等于调压阀入口压力P₁，从而推动付活塞517上升，克服弹簧力把减压活门515压紧在活门座上，实现了调压阀的第一个技术功能。

当有电时，在停电保护阀的作用下，调压阀控制腔I中的压力P₃下降到接近于零。这时弹簧506的予紧力推动主活塞512下降，使减压活门515打开，从而高压腔E中压力为P₁的水，经该活门节流到低压腔F中。当F腔压力上升时，减压活门下端水的反力亦上升，弹簧506被压缩，使减压活门关小，从而节流作用加强，又使F腔压力降低，这样反复作用可使P₂的压力变化保持在很小的范围内。

一般情况下，调压阀的进、出口压力变化量的比值△P₁／△P₂约为3～4。因此，在出口压力变化量△P₂满足用户要求的条件下，气压水罐中的压力变化量（即进口压力变化量）△P₁允许加大3～4倍，从而以相同的倍数加大气压水罐的调节容积，使水泵的启动频率降低为一般变压式气压给水装置的1／3～1／4，这就大大提高了给水装置的工作可靠性和使用寿命。因此，用一个可控式调压阀可代替为减少水泵启动频率而增加的（1～2）台电机泵组，电机总功率也可以下降为变压式气压给水装置的1／2～1／3。这就实现了调压阀的第二个技术功能。

下面结合图1和图2，进一步介绍本给水装置的全自动给水过程。

首先，合上图2中的Q₁、Q₂及S₁～S₄所有开关，则***进入全自动工作状态。这时，如气压水罐11中的气体压力低于压力控制器20的下限控制压力，则接通压力控制器的1和3触点，使交流接触器K工作，马达M带动水泵旋转。与此同时，切断了电磁铁D₂的电路使电磁阀17关闭，即切断了补气罐8与外界大气的连系。这时，由于水泵的高速旋转，存水器7中的水经水泵吸入又排出到补气罐8中，从而在存水器内形成负压，使吸水管3产生虹吸作用而将水池1中的水经过滤器2和吸水管3，不断地被吸入存水器7中。从水泵6排出的高压水，进入补气罐8后，即压缩罐内的空气，经止回阀9和充水管10，进入气压水罐11中，使该罐内的水位上升，罐内的气压P₁也逐步上升。当P₁上升到压力控制器20的上限控制压力时，压力控制器的1和2触点接通，接触器K的电路切断，使马达和泵停止旋转。同时接通了电磁铁D₂，使电磁阀17通电打开，外界空气从过滤器18和电磁阀17进入补气罐8中。这时由于止回阀9的止回作用，气压水罐中的高压水无法倒流且补气罐8已与大气接通，从而该罐中的水经水泵6和存水器7，从吸水管3中倒流水池1，直到空气进入存水器使水位平衡为止。但存水器中的存水量仍大于吸水管容积的2倍以上，使任何时候水泵均处于灌水状态。

当打开闸阀13给水时，气压水罐11中的水位下降，压力P₁亦逐步下降。这时调压阀可保持给水压力P₂的变化保持在（0.5～0.7）公斤力／厘米²的范围内。当压力P₁下降到压力控制器20的下限控制压力时，重新接通压力控制器的1和3触点，重复以上充水过程，就可以实现自动循环，不断地对用户供水。

倘若发生停电时，信号灯H₀和H₁熄灭，电磁铁D₁断电，停电保护阀上的DF3－3电磁阀也停电关闭，从而控制管16和调压阀控制腔I的压力P₃上升到P₁，进而自动关闭调压阀。这时，如止回阀9的密封可靠，可使气压水罐处于完全封闭状态，保持P₁压力不变。这样，当又来电时，本装置就无须经过一般给水装置所必须经过的几百次启动过程，而可以直接进入正常供水状态，这也进一步提高了本装置的可靠性。

综上所述，本实用新型所述给水装置除具有一般变压式全自动气压给水装置的优点以外，还具有下列突出特点：

1.无论吸水管3内是否有水，任何时候启动水泵都能可靠地吸水工作。

2.用户的给水压力变化很小，一般为（0.5～0.7）公斤力／厘米²，可保证给水管网的安全和可靠。

3.在不扩大气压水罐容积或不增加水泵台数的情况下，可以使水泵频率降低为目前一般的变压式气压给水装置的1／3～1／4，从而大大增加了装置的可靠性和使用寿命。

4.停电时能防止气体外泄到给水管网，来电时不需经过反复几百次的启动过程即可直接进入正常供水状态。

因此，本实用新型专利所述的恒压式全自动气压给水装置完全可以在所有的使用范围内取代目前的变压式全自动气压给水装置。

实施例1：可给六层以下300家用户供水的恒压式气压给水装置。

1）主要设备及其工作参数：

气压给水罐容积 3.9米³

水泵型号        IS6S－40－200

最大扬程        53米

最大排量 30米³／小时

压力控制器型号        YWK－50－6

上限控制压力 4.0公斤力／厘米²

下限控制压力 3.5公斤力／厘米²

2）实测数据

电机泵工作频率：

极限频率        6.92次／小时

日平均频率        4.34次／小时

压力变化范围：

气压水罐压力变化 5.3～4.0公斤力／厘米²

给水压力变化 4.0～3.5公斤力／厘米²

实施例2：可给15层以下300家用户供水的恒压式气压给水装置。

1）主要设备及其工作参数：

气压给水罐容积 3.9米³

水泵型号        IS6S－40－250

最大扬程        93米

最大排量 30米³／小时

压力控制器型号        YWK－50－7

上限控制压力 8.0公斤力／厘米²

下限控制压力 5.5公斤力／厘米²

2）实测参数：

电机泵工作频率：

极限频率        6.65次／小时

日平均频率        4.17次／小时

压力变化范围：

气压水罐压力变化 8.0～5.6公斤力／厘米²

给水压力变化 6.0～5.4公斤力／厘米²

Claims (3)

1、一种气压给水装置，它包括水泵、气压水罐、压力控制器、补气装置、供水管路、水暖阀门及控制台，其特征在于：在本装置中设有专用的补气-存水罐，可控制式调压阀(12)及停电保护阀(14)；补气-存水罐的上部为补气罐(8)，下部为存水器(7)，存水器的下法兰C与水泵(6)的出水管相连接而其侧向法兰A和B分别与水泵(6)的吸水管(3)和存水管(4)相连接，从而使水泵始终处于灌水状态；在气压水罐(11)的出水口与闸阀(13)之间设有可控式调压阀(12)，在该阀阀体(501)的上部，上阀盖(511)通过双头螺栓(504)将主活塞套筒(503)、上套筒(507)轴向固紧在阀体上，在由导向套(513)、盖螺母(509)、上套筒(507)及主活塞套筒(503)所包固的空腔中，装有滑块(508)、弹簧(506)、调节螺栓(510)、顶针(505)及带有O型圈的主活塞(512)，滑块(508)的内螺纹与调节螺栓(510)相连接，滑块的外形为六角形并滑套在带有内六角的上套筒(507)内，旋转调节螺栓(510)时，滑块只滑动不转动并压缩弹簧(506)，构成了滑块式调节机构，在阀体(501)的中部垂直孔中，装有与该孔紧配合的衬套(514)，该衬套的内孔锥面即为活门座，主活塞(512)的杆部与导向套(513)滑配，在该杆的下端套有减压活门(515)，用固紧螺母(516)把它固定在主活塞杆上，固紧螺母(516)的下端为圆柱体，它滑套在付活塞(517)杆部的内孔中，从而使主活塞(512)、减压活门(515)及付活塞(517)的下部，压板(521)通过双头螺栓(522)把付活塞筒(520)、下支承套筒(518)及下阀盖(519)轴向固定在阀体上，付活塞(517)的杆部可在带有O型圈(未标号)的下支承套筒(518)的内孔中滑动，而带有O型圈(未标号)的付活塞头部可在付活塞筒(520)的内孔中滑动，从而构成了停电时可控制减压活门(515)关闭的活塞机构；在补气-存水罐和气压水罐之间设有停电保护阀(14)，该阀的上部为一个普通的DF3-3型二位三通电磁阀，用来控制位于该阀下部的二位三通气控阀，该气控阀的上盖(405)与活塞(402)头部的中间圆形凹槽内装有弹簧(404)活塞杆与阀芯(406)的中部小孔滑配合并伸进阀芯(406)的H腔内，活塞尾端的圆柱头(其顶端为球面)则套入活门(409)的内圆环凹槽中，从而使活塞(402)与活门(409)铰接在一起，电磁阀的接管嘴入口用导管与气压水罐顶部的螺纹孔相连接，b口和c口也用导管互相连接，气控阀的三个连接口e、f、g分别用导管与气压水罐的充水管(10)、排水管(15)和调压阀(12)的控制管(16)相连接。

2、权利要求1中所述的气压给水装置，其特征在于：存水器（7）的贮水容积大于吸水管（3）的容积2倍以上。

3、权利要求1中所述的气压给水装置，其特征在于：停电保护阀（14）的进水口e内的限流孔面积f_S与排水孔面积F_K比值的最佳范围为：F_K／f_S＝10～15。

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