喷嘴-挡板式水位调节器 【技术领域】
本发明涉及的是一种水位调节装置。
背景技术
船用淡水来自于海水淡化装置，当该造水系统投入运行后，水位控制器(或系统)能够自动控制海水蒸发器或污冷凝器的给水量，并将其水位稳定地保持在给定的范围内。蒸汽锅炉和高、低压加热器中的水位也需要类似的控制。
传统的水位控制器多种多样，大体可分为机械式、电子式和机电一体式。其中，UQK型浮球液位控制器由浮筒、浮球组件、调整箱组件组成，其动作原理是利用磁钢同极相斥的原理进行设计的，浮球组件随水位变化，当浮球组件上的圆磁钢接近磁钢组件的磁钢时由于相斥作用磁钢组件迅速产生一个偏角磁钢与水银开关一起动作，从而完成开关动作。TQ-UHZ型磁翻板液位计也是基于浮力和磁力原理，其带有磁体的浮子(简称磁性浮子)在被测介质中的位置受浮力作用影响。液位的变化导致磁性浮子位置的变化、磁性浮子和磁翻柱(也成为磁翻板)的静磁力耦合作用导致磁翻柱翻转一定角度(磁翻柱表面涂敷不同的颜色)，进而反映容器内液位的情况，其不足之处在于：只能对电磁阀或水泵的启停进行不连续的双工位控制；控制精度较低(最大控制范围为±25mm)；且电子器件不适合船舱内的潮湿环境。
SQW-4型汽液两相流自调节液位控制器是基于流体力学理论，利用汽液两相流的流动特性设计而成的一种非电类水位控制器，它包括信号管和调节器两部分；信号管的作用是发送水位信号和变送调节用汽；调节器的作用是控制出口水量，相当于自动调节系统中的执行机构。其基本调节原理是：当加热器的水位升高时，信号管内的水位随之上升，导致发送的调节汽量减少，因而流过调节器中两相流的汽量减少、水量增加，加热器的水位随之下降；反之亦然。其不足之处在于：安装条件比较苛刻，例如要求闸阀严密无内漏；安装时信号管的高度以受控水位高度线为中心，且一次性焊接，不宜于该水位高度线的改变。
“主冷凝器水位调节器的设计研究”(CNKI(中国知网)工学硕士学位论文，陈亮，哈尔滨工程大学，2005.2)一文公开的另一种非电类的新型水位调节器，包括浮子发讯器(由双喷嘴、浮子、挡板等构成)、三通调节阀(由膜片、节流管、阀芯和座等构成)、过滤器、稳压器、压力表、节流件及其它阀门、水泵和管路。但作为学位论文，它仅仅给出了这类水位调节器的设计原理和实验验证，就部件的结构来讲，与工程应用还有相当一段距离。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种能对海水蒸发器内的水位实行连续控制，控制精度高，允许受控水位有较大的变化范围，能消除恶劣环境下电控所带来的漏电、短路或触电等弊端的喷嘴-挡板式水位调节器。
本发明的目的是这样实现的：
包括浮子式发讯器1、膜片式调节阀2、水泵3、工作水阀4、过滤器5、稳压阀6、上固定节流孔板7、下固定节流孔板8、汽空间阀10、水空间阀11、海水阀12、海水旁通阀13和压力表9；其特征是：所述浮子式发讯器1主要由筒体1-9、上端盖1-7、下端盖1-8、浮子1-1、挡板1-2、上喷嘴1-5、下喷嘴1-3和吸气阀1-12组成；水泵3汲取的工作水经工作水阀4、过滤器5、稳压阀6分两路分别经上固定节流孔板7和下固定节流孔板8与浮子式发讯器1上的两个工作水接口相连，而浮子式发讯器1上的水、汽空间接口分别经汽空间阀10、水空间阀11与海水蒸发器00的水、汽空间相连；在稳压阀6与上固定节流孔板7和下固定节流孔板8之后各有一块压力表9；浮子式发讯器1的上喷嘴1-5、下喷嘴1-3与上固定节流孔板8、下固定节流孔板8之间的管路分别有分路连接膜片式调节阀2的上膜片2-4与中膜片2-5、中膜片2-5与下膜片2-6分别形成的腔室；海水一路经海水阀12、膜片式调节阀2进入海水蒸发器00，另一路经海水旁通阀13直接进入海水蒸发器00。
稳压阀6、上固定节流孔板7、下固定节流孔板8、浮子式发讯器1及压力表9组成一体化发讯器1′；其中，浮子1-1是一个空心、双层圆柱套筒，浮子的空心的上端固装挡板1-2，浮子可上下自由滑动地插装在全部或部分透明且外带刻度的筒体1-9内，在所述筒体1-9的上端盖1-7和下端盖1-8的中心螺口处各借助一段螺纹管同轴线地安装上喷嘴1-5和下喷嘴1-3并用螺帽固定，构成浮子组件；所述浮子组件装在由上端板1-10、下端板1-11和围板1-0组成的箱体中；上端板1-10的上方安装三块压力表9，侧边分别有与膜片式调节阀2的一个膜片腔、海水蒸发器00的汽空间连接的接口，且在后接口处加装吸气阀1-12；下端板1-11的下方有海水蒸发器00的水空间连接的接口，侧边有与膜片式调节阀2的另一膜片腔连接地接口；借助螺栓连接将上固定节流孔板7和下固定节流孔板8压装在围板1-0中部的接口板和稳压阀6之间。
膜片式调节阀2包括阀体2-1、阀杆2-2、阀芯2-3、上膜片2-4、中膜片2-5、下膜片2-6、底膜片2-7、上限位旋钮2-8和下限位旋钮2-9；阀杆2-2的中部固装传统截止阀的阀芯2-3，阀杆2-2的上部间隔地固装上膜片2-4、中膜片2-5和下膜片2-6，膜片的周边借助螺栓、压板和压盖固紧在阀体2-1上端的开口处，由此形成的上下两个膜片腔的壁上分别加工出一个管接头接口；阀杆2-2的下端固装底膜片2-7，且其周边借助螺栓和压盖压紧在阀体2-1下部的开口处；阀杆2-2两端外侧的压盖上同轴线地旋入上限位旋钮2-8和下限位旋钮2-9。
本发明的喷嘴-挡板式水位调节器的核心部件是由双喷嘴-挡板组成的浮子式发讯器和由膜片-阀芯组成的膜片式调节阀；因前者借助上、下两条管路分别与海水蒸发器上部的汽空间和下部的水空间形成连通器，故其内浮子上的挡板与海水蒸发器内的平均液面高度齐平并与之同步地改变自身与上、下喷嘴口之间的间隙；从外界泵入两喷嘴内的工作水被所述挡板节流减压，并分别经各自的管路进入所述调节阀内与阀杆固连的三个膜片所形成的两个腔室内，并在压差的作用下移动与阀杆固连的阀芯，即改变膜片式调节阀的开度，从而实现水位的连续控制。其有益效果在于：能对海水蒸发器内的水位实行连续控制；允许受控水位高度线在较大范围内变化；控制精度高；消除了潮湿环境下电控所带来的漏电、短路或触电等弊端。
作为核心部件的浮子式发讯器中的浮子是一个能在水面漂浮的空心、双层圆柱筒体，空心的上端固装一挡板，且可上下自由滑动(无摆动)地插装在所述筒体内；为了便于观察筒体内工作状况和所述挡板位置，所述筒体全部或部分透明且外带刻度；在所述筒体两端端盖的中心处，各自沿轴向旋入一段外带螺纹的喷嘴，待两喷嘴口之间的距离达到设计值时，固定之；在所述筒体的上端加工出与海水蒸发器相通的汽空间接口和工作水上接口，另在所述筒体的下端加工出与海水蒸发器相通的水空间接口和工作水下接口，且在浮子式发讯器的汽空间接口处加装吸气阀，以消除因部分汽体凝结成水后造成的真空。
水位调节器的另一重要部件是膜片式调节阀，其阀杆的中部固装有传统截止阀的阀芯，阀杆的上部间隔地固装有三层膜片，膜片的周边压紧在阀体内，从而形成上下两个膜片腔且分别通过阀体壁上的孔和管路与浮子式发讯器内的两个喷嘴相通；换言之，经喷嘴-挡板减压后的工作水可分别进入所述的两个膜片腔内，且在其压差的作用下推动阀芯，进而改变膜片式调节阀的开度。为了确保所述阀芯运动的方向性，在阀杆的下端也固装一膜片，且其周边也压紧在阀体内。
水位调节器中的其余部件，如水泵、过滤器、稳压阀、固定节流孔板、水空间阀、汽空间阀、工作水阀、海水阀、海水旁通阀和压力表均为标准产品。
水位调节器中各部件按如下流程连接。
水泵汲取的工作水经工作水阀、过滤器、稳压阀分两路各经一个固定节流孔板与浮子式发讯器上的工作水上、下接口相连，而浮子式发讯器上的水、汽空间接口分别经水、汽空间阀与海水蒸发器的水、汽空间相连；在稳压阀和固定节流孔板之后各加装一块压力表以检测管路中的流体压力。浮子式发讯器的上、下喷嘴与固定节流孔板之间的管路分别有分路通往膜片式调节阀的上、下膜片腔。用于补充海水蒸发器的海水一路经海水阀、膜片式调节阀进入海水蒸发器，另一路经海水旁通阀直接进入海水蒸发器——向海水蒸发器紧急注水时，关闭海水阀，打开海水旁通阀；而需控制海水蒸发器内的水位时，关闭海水旁通阀，打开海水阀。
喷嘴-挡板式水位调节器的工作原理是：当海水蒸发器的水位处于给定高度时，浮子上的挡板恰好处于两喷嘴口的中间位置，即上、下喷嘴口均与浮子上的挡板之间有0.2-0.5毫米间隙，此时，浮子式发讯器输出到膜片式调节阀的上、下两个膜片腔内的工作水无压差，膜片式调节阀的开度为合理值。当海水蒸发器的水位发生变化，例如升高时，浮子带动挡板上移，上喷嘴口与挡板的间隙减小，下喷嘴口与挡板的间隙增大，于是，浮子式发讯器输出到膜片式调节阀上腔工作水的压力大于下腔工作水的压力，进而减小膜片式调节阀的开度，流入海水蒸发器的水量减少，水位回落，浮子回复到合理位置，膜片间两腔室压力也随之重新平衡。当水位下降时，整个调节过程与上述过程相反。
本发明的有益效果在于：能对海水蒸发器内的水位实行连续控制；控制精度高；允许受控水位有较大的变化范围；消除了恶劣环境下电控所带来的漏电、短路或触电等弊端。本发明适用于蒸汽锅炉和高、低压加热器等工业设备，特别是海水淡化装置中的海水蒸发器或污冷凝器。
【附图说明】
图1是本发明的部件连接及原理图；
图2是一体化发讯器的结构示意图；
图3是膜片式调节阀的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1。一种喷嘴-挡板式水位调节器包括浮子式发讯器1、膜片式调节阀2、水泵3、工作水阀4、过滤器5、稳压阀6、固定节流孔板7、8以及汽空间阀10、水空间阀11、海水阀12、海水旁通阀13和压力表9。作为核心部件的浮子式发讯器1主要由筒体1-9、上端盖1-7、下端盖1-8、浮子1-1、挡板1-2、上喷嘴1-5和上喷嘴1-3、吸气阀1-12组成。
水位调节器中各部件按如下流程连接：如图1所示，水泵3汲取的工作水经工作水阀4、过滤器5、稳压阀6分两路各经一个固定节流孔板7、8与浮子式发讯器1上的两个工作水接口相连，而浮子式发讯器1上的水、汽空间接口分别经汽空间阀10、水空间阀11与海水蒸发器00的水、汽空间相连；在稳压阀6和固定节流孔板7、8之后各加装一块压力表9(共3块)以检测管路中的流体压力；浮子式发讯器1所述的上、下喷嘴1-5和1-3与固定节流孔板7、8之间的管路分别有分路通往膜片式调节阀2的上、下两个膜片腔(参见图3)，即上膜片2-4和中膜片2-5、中膜片2-5与下膜片2-6分别形成的腔；用于补充海水蒸发器00的海水一路经海水阀12、膜片式调节阀2进入海水蒸发器00，另一路经海水旁通阀13直接进入海水蒸发器00——当向海水蒸发器00紧急注水时，关闭海水阀12，打开海水旁通阀13；而当需控制海水蒸发器00内的水位时，关闭海水旁通阀13，打开海水阀12。除浮子式发讯器1和膜片式调节阀2外，调节系统中的其余部件，如水泵3、工作水阀4、过滤器5、稳压阀6、固定节流孔板7、8、压力表9、汽空间阀10、水空间阀11、海水阀12和海水旁通阀13均为标准产品。
值得一提地是，由于浮子发讯器1内上、下两个喷嘴1-5和1-3喷出的水流若不能及时流入海水蒸发器00，就会引起浮子1-1的波动，这对调节系统的正常工作是不利的；故浮子发讯器1与海水蒸发器00连接管路的公称直径应不小于20毫米。
为了方便调节系统的现场安装，结构设计时，将图1虚框线内的稳压阀6、固定节流孔板7、8、浮子发讯器1及压力表9一体化，称之为一体化发讯器1’；图2给出了一体化发讯器的结构示意图。其中，浮子1-1是一个能在水面漂浮的空心、双层圆柱筒体，空心的上端固装挡板1-2，可上下自由滑动(无摆动)地插装在筒体1-9内；为了便于观察筒内工作状况和所述挡板1-2的位置，所述筒体1-9全部或部分透明且外带刻度；在所述筒体1-9的上端盖1-7和下端盖1-8的中心螺口处，各借助一段螺纹管同轴线地安装上喷嘴1-5和下喷嘴1-3，调整两喷嘴口与挡板1-2之间的距离达到设计值(两间隙相等，各为0.2～0.5毫米)，用螺帽固定之。上述组件统装在由上端板1-10、下端板1-11和围板1-0组成的箱体中；上端板1-10的上方安装三块压力表9，侧边分别有与调节阀2的膜片腔、海水蒸发器00的汽空间连接的接口，且在后接口处加装吸气阀1-12，以消除部分汽体凝结成水后造成的真空；下端板1-11的下方有海水蒸发器00的水空间连接的接口，侧边有与调节阀2的另一膜片腔连接的接口；借助螺纹连接将固定节流孔板7、8压装在围板1-0中部的接口板和稳压阀6之间；所述压力表9、稳压阀6、固定节流孔板7、8和各接口均借助布置在所述箱体内的管路按图1所述流程连接。
图3给出了膜片式调节阀的结构示意图，它包括阀体2-1、阀杆2-2、阀芯2-3、上膜片2-4、中膜片2-5、下膜片2-6、底膜片2-7、上限位旋钮2-8和下限位旋钮2-9；其中，阀杆2-2的中部固装有传统截止阀的阀芯2-3，阀杆2-2的上部间隔地固装上膜片2-4、中膜片2-5和下膜片2-6，膜片的周边借助螺栓、压板和压盖固紧在阀体2-1上端的开口处，由此形成的上下两个膜片腔分别通过阀体2-1壁上的孔和管路与浮子发讯器1内上、下两个喷嘴1-5和1-3相通；换言之，经喷嘴-挡板减压后的工作水可分别进入所述的上、下两个膜片腔内，且在其压差的作用下推动阀芯2-3，进而改变膜片式调节阀2的开度。为了确保所述阀芯2-3运动的方向性，在阀杆2-2的下端固装底膜片2-7，且其周边借助螺栓和压盖压紧在阀体2-1下部的开口处；为了防止阀杆2-2过大的位移损伤膜片，阀杆2-2两端外侧的压盖上同轴线地旋入上限位旋钮2-8和下限位旋钮2-9。