无水击止回阀装置 所属领域
本发明涉及一种无水击止回阀装置，该止回阀装置设置在流体输送管路上，在紧急切断泵输入的场合，能安全可靠地防止因管内流体逆流所引发的水击。本发明的说明书中，“水”表示流体的总称。另外，“上游侧”、“下游侧”、“入口”、“出口”等表示以正常流动(非逆流)为基准的位置方向。
背景技术
设置在送水管路上的止回阀装置，不能随着泵停止时管内流速的急剧变化，一旦逆流过程中阀着座(阀回复到阀座上)，在阀的下游侧就会产生瞬间的水击现象，有可能造成重大事故。迄今，作为防止这类水击的止回阀装置已是公知技术，有一系列的发明，例如，日本特公昭40-3654号公报公开的“无水击扬水装置”、特公昭51-25930号公报记载的“无水击扬水装置的改进”、特公昭63-60274号公报所揭示地“旋板式无水击止回阀装置”等，(以下将这些发明总称为“原发明”)，这些技术已得到了广泛的应用。而本发明则涉及对这种原发明的无水击止回阀装置的改进。
在现有技术中，原发明的无水击止回阀装置，是基于更为明确的技术思想做出的，脱离了在此之前一般化的关于防止水击的对症疗法技术思想(承认在逆流过程中阀着座，为了缓和由此引起的冲击，设置制动装置使阀体动作缓慢进行，同时设置用于防止或缓冲由水击引起的压力上升的自动阀装置及调压水箱等的对症疗法的手段)。也就是说，通过原先发明公报的说明书记载的内容可以很容易地看出，是将阀体及其附近的流道形状做成在切断泵输入时，大致在管路内排出方向的流动失去惯性而停止时阀着座的结构，并且采取了可以阻止管内水逆流的发生、积极根除引起水击发生的主要因素的根本改进措施。
图5示出的原发明无水击止回阀装置，采用了能够积极消除阻碍阀关闭运动的要素的结构(调整阀体的形状，使质量变小，极力消除形状阻力和惯性阻力)，只因阀体自重而下降，能响应、跟踪流动的减速进行适当的阀关闭运动，假如稍有误差用重锤、弹簧等施加使阀关闭的力进行补正，就能够达到基本防止水击的目的。
但是，原发明的无水击止回阀装置中，在使用者实施其基本技术时，会遇到下述技术性问题。
(A)例如无论是在向设置于泵附近的压力箱注水的场合，还是在邻接而设置的若干个泵并联运转中突然一台停止时等，由于止回阀下游侧的管路比较短，因而在泵紧急停止时，保持该管路内水柱的惯性流动力比较小，与之相比，压力箱的压力或并联运动中邻接泵的排出压力，作为使该水柱产生逆流的大的力而作用着，使转向逆流的时间显著地提前了。因此，在以往原发明的无水击止回阀装置中，对于这种急速流动变化，其阀体自身的形状引起的流动阻力或质量引起的惯性阻力过大，阀关闭运动的速度不能随着流动减速的速度而变化。
(B)另一方面，尽管提高了对于该流动减速的阀体的追随能力，但仅是单纯地增强阀关闭的力，而这会提高泵运转过程中阀全开耐阀的阻力损失，这是不合适的，泵停止时排出流体的惯性流动受到节流，出现了助长阀下游侧的负压等弊端。另外，在流动状态不稳定的送水管路中，进行正确计算阀关闭的力是很困难的，实际上利用尝试法、装配件配作加工法，来安装施加阀关闭的力的机构，这不仅在制造上不方便，而且，如果送水管路的条件变化时，还会产生阀着座的定时误差，出现有一定程度的逆流、引发冲击等问题。
(C)为了解决上述(A)、(B)的问题，采用尝试法、装配件配作加工法反复进行操作，结果即使阀体能达到完全跟踪流动减速速度的状态，但是运动物体落到静止的阀座上，必然会引发某种形式的冲击噪音，这尽管不会引发“水击”，然而仅“着座音”就会引起某种程度的“烦躁噪音”，也成为要解决的问题。
(D)对缓和阀着座时的冲击而言，但是根据以往技术，一般所使用的所谓“缓冲装置”是单连接的，它通过响应或跟踪流动的减速，使阀进行关闭运动，从而对阀体制动，但这恐怕会有损于原发明无水击止回阀装置原有的优点。以往技术虽然提出了缓冲装置的制动速度带有阶段性，对阀关闭运动初期的阀体运动速度进行加速等方案，但也不外是某种制动，另外，考虑关联工作部或密封部等的摩擦阻力所起的制动作用，面对现实，不能作为控制由阀着座时间的瞬间差引起或不引起水击的根本解决对策。迄今一般所用，对于通过阀体转动轴与杆向缓冲装置传递作用力的方法，由于在阀体转动轴附近，集中有扭矩等大的作用力，必须考虑强化阀体转动轴周围等种种设计方案，这样，阀体周围装置比能够完成本来功能的阀体更庞大、带来了装置复杂、结构庞大的缺点。此外，作为适用于缓冲装置的方法，虽然可以作用以往技术提出的图6所示实公昭28-12077号公报所揭示的方式，但是，该技术仍然属于允许逆流发生、逐渐缓和其冲击的对症疗法的技术思想，为了对抗强大的逆流，采用主阀与辅助阀那样的复杂阀体，仍不得不分两级动作，背离了原发明简捷的无水击技术思想，带来了装置复杂、费用高的缺点。
以上(A)、(B)、(C)、(D)所述的问题，由于条件错综复杂，事实上迄今亦难以消除，原发明的无水击止回阀装置也未做到。因此本发明的目的是，从根本上消除以往技术不能解决的问题，而提供一种可以适当的补偿阀着座的时间误差、得到最适当的阀体动作状态、结构紧凑合理、设计或制造容易，经济性高的无水击止回阀装置。
【发明内容】
为了完成上述目的，本发明采用这样的结构：可以响应、跟踪流动的减速而进行阀的关闭运动，具有原发明无水击止回阀装置的本来优点，同时，从阀体向阀座着座之前到着座的短的有限区间内，可以进行缓冲制动，而且组装成能对阀着座的时间简便地进行种种调整的结构，从而可以得到划时代的效果。
首先，对于涉及权利要求1的发明，根据示出了一个实施例的图1进行说明。
在送水泵(图中未示)的排出侧配管的适当位置，入口管路21和出口管路22的中间，设置有无水击止回阀装置，该止回阀装置的阀壳体1形成从入口流道a到出口流道b的流道。阀体4通过阀体转动轴5嵌合地连接在阀壳体1上，阀体4面向阀座3的出口侧的方式可自由摆动地保持，阀座3相对于流道a→b的方向倾斜而设置。
为了提高流动变化的跟踪性，将阀体4做成流动阻力小的形状，尽可能惯性质量使之较小，同时，整体的重心位于较阀体转动轴5更下游侧的位置，可以产生由其自重引起的阀关闭方向的作用力即阀关闭力。另外，该阀关闭力的大小设定成与阀全开时由预定最大流量流动作用的朝阀打开方向的作用力即阀开启力的大小相平衡的形式。
阀体4的连接部6通过连接部件7连接到连杆9a的连接部8上。该连杆机构组装成，在阀体4回复到阀座3上之前至回复到阀座上的有限区间以外，不传递任何运动的结构。它不会对阀体4回复到阀座3上之前的阀关闭运动中的一切制动或摩擦造成妨碍，可以用皮带轮来带动。另外，连杆9a通过作为直线运动传递机构的9a→12→9b与制动机构13相连。并且，阀体4的连接部件6的位置，在阀回复到阀座之前至到达阀座的过程中，应考虑尽可能接近连杆9a的轴线。
制动装置13是一般的结构，具有袋状室的缸筒、装在连杆9b上的活塞及使活塞返回的弹簧作为主要构成部件而构成。上述连杆9b通过密封部可自由滑动地贯通插入缸筒中。缸筒与活塞之间装满流体(例如油或者水)，随着活塞的运动经过缸筒前后之间移动的流体，通过缸筒与活塞之间的间隙流动时，其流动阻力产生制动作用。另外，为了调整制动开始的时间，在连杆9a上设置有制动开始位置调节部件16，另外，为了调整制动的强度，在制动装置13上设置有带旁通调节阀18的旁通管路17。
如果把上述制动装置13装在阀壳体1内，便构成更紧凑的结构，图2示出了这种结构。这种场合下，在制动装置13的缸筒的一部分上最好设置连通孔，经过流道a→b的流体可依然作为制动装置13内的工作流体加以利用。其它结构与图1相同，其说明省略。
下文根据由图3示出的一实施例叙述涉及权利要求2的本发明。
该例中，阀体4、阀座3及其周围的流道结构与图1～图2所示结构相同，其不同是，阀体4与制动装置13之间的运动传递机构及制动装置13的结构不同。即是说，在本实施例中，阀体4不通过带空转运动部件(前述连杆机构)，与制动装置13直接相连，这样，如果在阀体4回复到阀座3之前的阀关闭运动过程中存在着制动阻力及工作部、密封部的摩擦阻力的话，由于这对于阀的关闭运动来说是直接的、有害的减速因素，因此，采用了全部排除这种阻力的无害化的手段。
具体地说，首先，制动装置13，在对应于阀体4回复到阀座3之前的阀关闭运动的活塞15的冲程区间内，通过缸筒14的连通孔将活塞15暴露于外界(在这种场合是指大气)中，使活塞15不受任何流体阻力的作用，另外，将缸筒14内的工作流体液面高度设定成不阻碍活塞运动的程度，同时，为了平衡或消除制动装置13与运动传递机构的工作部或密封部所产生的摩擦阻力，借助于阀关闭施力部件19朝阀关闭方向推压阀体4，该阀关闭施力部件19具有大于上述摩擦阻力的弹力。
另外，如果将上述制动装置13与阀关闭施力部件19安装在阀壳体1中，将构成更紧凑的结构，图4示出了这一结构。在这种场合，在对应于阀体4回复到阀座3之前的阀关闭运动的活塞15的冲程区间内，活塞15暴露于外界(在这种场合是指阀壳体1的整体内部)中。另外，通过流道a→b的流体可以作为制动装置13的工作流体加以利用。其它结构与第三实施例相同，其说明省略。
下文叙述本发明的作用。
上述结构的无水击止回阀装置，由于阀开启时阀体4包容在过流流体中，阀开启力与关闭力相互平衡时，保持着阀体4的浮动状态，如果流动突然开始减速，基本能够同时开始阀的关闭运动。该阀体4从阀关闭运动开始时至回复到阀座3上之前的过程中，由制动装置13产生的制动或工作部、密封部的摩擦阻力不会成为阀体4关闭运动减速的主要因素。
其次，继续阀关闭运动的阀体4，在接近到达阀座3之前的时候，制动装置13开始制动，使阀体4在缓缓的无水击或冲击噪音的条件下回复到阀座3上。另外，制动装置13开始制动的时间可由制动开始位置调节部件16，而其制动强度可由旁通调节阀18等进行任意简单地调整。
在本发明中，由于不通过阀体转动轴5将制动装置13与阀体4连接，使阀体4基本不脱离制动装置13制动作用力的方向，因而，由制动引起的扭矩等异常作用力基本不作用在各构成部件上，而只作用在阀体转动轴5附近，使整体结构简单化。另外，这与以往一般的“缓冲式缓闭止回阀”的工作原理(边克服逆流压力边进行阀的关闭)有着本质的不同，阀体4接近回复到阀座3上之前的时刻，即，管路内排出方向的流动趋于静止、反向流动或非反向流动位置的惯性流动力变少的时刻，绝不会引起阀体4微妙的工作定时的误差，而只是阻止初期的逆流，由于利用缓流动进行辅助制动，制动装置13的结构可以更紧凑。因此，根据本发明实施例的图1～图4所示的结构，可以用更明快、更经济的办法解决前述现有技术未解决的问题。
【附图说明】
图1是本发明一实施例的纵断面图，示出了制动开始时的状态。
图2是本发明另一实施例的纵断面图，示出了阀接近全部打开时的状态。
图3是本发明再一实施例的纵断面图，示出了阀开始制动时的状态。
图4是本发明再一实施例的纵断面图，示出了阀接近全部打开时的状态。
图5是以往技术(原发明)的无水击止回阀装置的纵断面图。
图6是以往技术止回阀装置的纵断面图。
通过以上说明可以看出，本发明的无水击止回阀装置可以达到显著地防止水击的作用和效果，另外，除了本发明的目的之外，还可以援用结构变化的以往技术，适用于实施上的各种要求。
例如，图1～图4所示的结构中，通过尽力减少阻碍阀关闭运动的因素(调整阀体4的形状，减少其质量，尽力削减形状阻力及惯性阻力)，仅由阀体4的自重引起阀体4下降，就能够实现所需要的阀关闭运动，调整管内流动减速的速度，基本发挥跟踪不滞后的阀关闭性能，在更严格的设计条件下，例如在开始逆流之前的时间非常短的场合等，为了自由调整阀开闭力的强度，在阀壳体1与阀体4之间安装有阀关闭施力部件(重锤、弹簧等)，施加阀关闭所需要的力(图中省略)。于是，在这种场合，通过适当地选配与阀关闭施力部件相连接的支点的位置关系，在阀接近全部打开时，作为所需要的阀关闭力以最小限度作用着，所以阀阻力损失比较小，在阀接近关闭时，作为所需要的阀关闭力以最大限度作用着，因此，可以进行所期望的阀关闭运动。另外，图3～图4实施例中的阀关闭施力部件19如前述那样，由于其工作部与密封部的摩擦阻力相抵消，由此可有调整阀关闭力的强度的并可自由施力的机能。在图3中，示出了利用施力调节部件20简便地进行阀关闭力调整的方法。
作为进行无水击阀关闭运动的重要因素，阀座3相对于流道a→b倾斜而设置，其倾角可以根据设计条件进行种种设计。在一般条件下，考虑到为了保持阀装置竖放与横放两方面均可以使用的通用性，最好将该倾角设定成相对于流道a→b主流线垂直的平面呈20°～30°，但并不限于此。
制动装置13可以做成各种结构。例如图1所示实施例的结构中，示出了以往技术中广泛使用的一般的活塞-缸筒式制动装置13，而在该实施例的场合，最好是保持所需要的瞬间制动效果，当然，可以理解，制动装置并不限于这种活塞-缸筒式结构。如图2实施例所示的结构示出了在缸筒上设置有连通孔，经过流道a→b流动的流体可以作为制动装置13的工作流体加以利用的结构，但是，缸筒也可以是密封型的，制动装置13的工作流体采用封入别的流体的形式。在图3所示实施例中，示出了经过连杆支撑部10的密封部11防止制动时成为高压的制动装置13内的流体泄漏到阀壳体1内的方法。也就是说，借助于带有圆环孔状的缸筒14和圆环孔状活塞15的形状，使制动装置13内的高压流体保持在与密封部11无关的位置，从而缓和了对密封部11密封性的要求，适于制造。另外，图4的缸筒14做成中间细的结构，阀体4在回复到阀座3之前开始制动，更进一步削弱了阀体4回复到阀座上的瞬间制动，由此，可以避免因阀回复到阀座瞬间的阀座附近的高速流引起的振动。再者，如图1及图3所示的例子，制动装置13设置在阀壳体之外，连杆9分割成9a、9b，这样，容易制造、维修检查。另一方面，图2及图4所示的例子，由于制动装置13装于阀壳体1内，因而结构可以更紧凑。
关于阀体4与制动装置13之间的运动传递机构，图1所示的例子是通过传动部件12进行连接的，图4所示的例子是制动装置13能以制动装置支撑轴13a为中心摆动的结构，这样可以省略连接部件7。在图1～图2中，示出了具有前述的空转运动部件的连杆机构通过设置在连接部件7上的槽部连接的方式的例子，但并不限于这种连接方式。总之，为了使阀体4的制动在阀体整个表面上均匀地(不偏置)进行，如图1～图4所示的例子，将制动装置13的运动传递机构的连接部件6置于阀体4的排出侧，这样，阀关闭时以牵引形式制动，从维修检查等便利性出发，制动装置13最好设置在阀壳体盖2附近的位置。
关于制动开始时间的调整，在图1～图4的任何场合，都可以利用制动开始位置调节部件16简单地进行调节。在阀体4相对于阀座3的任何开度条件下都可以开始制动，但是，根据阀装置的设置条件、设计条件的不同，需要更进一步考虑各工作部件的膨胀系数等，在一般条件下，可以将制动开始的时间设定为在阀体4与阀座3之间的角度成2°～5°的范围内的任何角度。另外，关于制动装置13的制动强度的调整，可以采用图1及图3所示例子的操作旁通调节阀18的方法或图2及图4所示例子的在缸筒上设置调节用小孔的方法，除此之外，在改变活塞口径、利用图1及图3例子所示的制动装置的场合，也可以采用由粘性不同的流体替代制动装置13内的工作流体的方法。通过这种调整，在特殊设计条件例如送水状况不稳定、阀关闭力的设定很难一致的场合等，也能够对每一种阀着座的时间误差进行处理，可以完全达到简便地防止水击的目的。
关于阀体4，可以援用以往技术的种种结构。在图1～图4所示的例子中，阀体4分割成阀部4a及臂部4b两部分，这两部分连接在一起，其连接部上具有允许稍稍运动的结构，这样，以容易制作的装置可以得到阀体与阀座3的密封性，除此之外，在采用小型阀装置的场合，或者在阀体通过精密制造加工可与阀座3密封接触的场合，便可以将阀体4做成一体单个部件的结构。
此外，本发明的技术思想除了适用于阀体做成摆动型方式之外，还适用于例如阀体做成提升型等方式的场合。另外，本发明的阀装置也可以与原发明的无水击止回阀装置组合加以使用，例如，可以考虑原发明的无水击止回阀装置作为主阀来设置、本发明的阀装置作为旁通阀并联设置等使用方法。除此之外，在本发明的宗旨范围内，还可以作出种种设计变更，前述的实施例并不构成对本发明的限制。
本发明如上文所述，在作为容易跟踪过流流体运动的结构上，将单叶阀体及阀座的结构组装成：阀体通过直线运动传递机构与制动装置连接，在阀体的阀关闭运动开始至阀着座的过程中，可以全部排除作为阀关闭运动减速因素的制动或工作部或密封部的摩擦等影响，构成制动装置与运动传递机构。由此，在阀回复到阀座之前至回复到阀座上的短的有限区间内进行缓流制动，这样，结构简单，并能解决以往的无水击止回阀装置未解决的问题，采用容易、经济的技术手段，在预定最大流量时能减少阀的阻力损失，在流动急剧变化的状态下，很容易跟踪，阀关闭运动不会滞后，而且，阀回复到阀座时是缓缓进行的，可以避免水击及冲击噪音，实现划时代的无水击止回阀装置。特别是，虽然采用的是单叶主阀，但也可利用结构紧凑的制动装置，容易适应于大口径、大型化，对于工作部件的强度没有严格要求，设计、制造便利而且经济，另外，阀着座的时间调整简单易行。广泛适用于安装调整、维修管理等，可以达到优良的效果，与以往技术相比较实施效果极为显著。