一种机械式自动断水闸阀 【技术领域】
本发明涉及一种闸阀，特别是一种机械式自动断水闸阀。
背景技术
目前在我们日常生活中常见的自动断水装置主要有感应龙头及抽水马桶中的浮子断水阀。感应水龙头由电磁阀、以红外线侦测而启闭电磁阀的控制器以及在水龙头进出水口处由电磁阀控制启闭的控水装置构成。它利用红外光反射原理。手伸到水龙头下面，红外发射管发出的红外光经过人手反射到红外接收管，然后信号经过后续处理控制电磁阀打开放水。手离开水龙头，红外光不再反射，接着电磁阀自动关闭。现在这种红外感应水龙头技术已经很成熟，只是由于结构复杂，所以价格偏高，而且需要定期更换电池。这种感应水龙头的最大特点就是一次放水量很小，并且一旦没有红外光的反射，电磁阀便会自动关闭，因此，它主要用作公共洗手间水龙头，并不适合用于工农业生产中的定量放水。抽水马桶中使用的浮子断水阀则需要一个水箱，它的一次供水量也就必须通过水箱的容积来控制，出水总量不容易调节。因此，这类闸阀并不适合用于工农业生产。
工业生产中所采用的自动控制阀则主要有气动调节阀，电动调节阀，自力式调节阀等。阀类在工业流程上，大多用来控制各种流体的行进时的流速、压力、液位及流量等。
但是不论是工业用的阀还是日常生活中使用的阀，能够实现自动断水又能控制出流总量的闸阀很少，而且现有的闸阀一般都结构复杂，对制作工艺要求很高，成本高，不容易推广。
【发明内容】
本发明的目的是解决上述问题而提供一种结构简单，完全通过机械装置就能够精确控制出水总量，实现自动断水，在最大出水量的范围内实现出水总量的无级调节的机械式自动断水闸阀。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
它由涡轮、传动减速装置和自动断水装置构成，所述涡轮包括涡壳，涡壳内部为叶轮，叶轮中间具有叶轮轴，涡壳两端设有斜口，涡壳两端外侧设有导流网，导流网外侧为端盖；所述传动减速装置包括外壳，外壳内部设有传动轮，传动轮啮合有主轮，其中，传动轮的半径小于主轮的半径，传动轮有传动轮轴，传动轮轴与叶轮轴固连，主轮具有主轮轴，主轮轴上设有刻度；所述自动断水装置包括制动轮，制动轮上具有凹槽，制动轮外侧上部设有制动杠杆，制动杠杆一端有弹片，制动杠杆的另一端设有Z型杠杆，Z型杠杆卡在连接杠杆上，并用第二弹簧和闸阀壁相连，连接杠杆中部用第一弹簧和闸阀壁相连，连接杠杆的中部托起闸阀开关，所述主轮轴与制动轮固连，其中，涡轮和传动减速装置具有连接管道，传动减速装置和自动断水装置具有连通口，涡轮的外侧端部有进水口，自动断水装置的外侧有出水口，出水口的上部还设有计流量装置。
上述的传动轮包括1号传动轮、2号传动轮、3号传动轮、4号传动轮、5号传动轮，五个传动轮依次啮合，传动轮半径依次增大，5号传动轮与主轮啮合。
上述设置在涡壳两端的斜口错位设置。
本发明取得了以下的技术效果：
1、闸阀内装有减速传动轮组，传动轮组中含有半径逐步增大且相互契合的传动轮5个，传动轮组中最小的齿轮(即图6中所示1号传动轮)与叶轮相固结，当水流冲击叶轮带动叶轮旋转时，与叶轮紧密契合的减速传动轮组便一起转动，而水流流速、流量与叶轮转速存在固定关系(可通过数值模拟及模型实验推求)，当推导出叶轮旋转角速度时，可以从理论上精确计算出减速传动轮组中末级传动轮(即图6中所示5号传动轮)的旋转角速度，而5号传动轮与主轮紧密契合，主轮又与计流量装置14(类似水表)相连，从而精确控制出流总量；
2、制动轮上刻有一个凹槽，每当主轮旋转一周，与制动轮相连的弹片便滑入凹槽，弹片与一系列制动杠杆组合(见图7)，利用杠杆原理，实现闸阀的自动关闭；
3、制动轮的旋转角度与闸阀的出水量一一对应，制动旋转一周即对应于最大出水量，在最大出水量内，可以通过预先调节制动轮的可旋转角度来设定闸阀出水总量，实现出水总量的无极调节；
4、本闸阀利用水流的冲击力作为动力实现闸阀的自动关闭，无需外接能源，因此节能环保；
5、本装置利用纯机械原理控制出水时间进而控制出流总量，并且，控制出流总量的操作简单，只需要打开闸阀，拧动刻度盘。
【附图说明】
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的左视图；
图3为本发明的右视图；
图4为本发明涡轮的拆开后的结构示意图；
图5为本发明涡轮的涡壳拆开后的结构示意图；
图6为本发明的传动减速装置的结构示意图；
图7为本发明自动断水装置内部结构示意图；
图8为涡壳展开后的斜口分布图；
图9为涡壳右端斜口倾斜角度示意图；
图10为涡壳左端斜口倾斜角度示意图。
其中：1-制动杠杆、2-弹片、3-制动轮、4-外壳、5-连接管道、6-叶轮轴、7-主轮轴、8-端盖、9-叶轮、10-进水口、11-涡壳、12-连通口、13-出水口、14-计流量装置、15-凹槽、16-主轮、17-传动轮轴、18-斜口、19-导流网、20-Z型杠杆、21-连接杠杆、22-第一弹簧、23-第二弹簧、24-闸阀开关、25-左端斜口、26-右端斜口。
【具体实施方式】
下面结合附图进一步说明本发明的实施例。
实施例1
参见图1-6，一种机械式自动断水闸阀，它由涡轮、传动减速装置和自动断水装置构成，所述涡轮包括涡壳11，涡壳内部为叶轮9，叶轮中间具有叶轮轴6，涡壳两端设有斜口18，涡壳两端外侧设有导流网19，导流网外侧为端盖8；所述传动减速装置包括外壳4，外壳内部设有传动轮，传动轮啮合有主轮16，其中，传动轮的半径小于主轮的半径，传动轮有传动轮轴17，传动轮轴与叶轮轴固连，主轮具有主轮轴7，主轮轴上设有刻度；所述自动断水装置包括制动轮3，制动轮上具有凹槽15，制动轮外侧上部设有制动杠杆1，制动杠杆一端有弹片2，制动杠杆的另一端设有Z型杠杆20，Z型杠杆卡在连接杠杆21上，并用第二弹簧23和闸阀壁相连，连接杠杆21中部用第一弹簧22和闸阀壁相连，所述主轮轴与制动轮固连，其中，涡轮和传动减速装置具有连接管道5，传动减速装置和自动断水装置具有连通口12，涡轮的外侧端部有进水口10，自动断水装置的外侧有出水口13，出水口的上部还设有计流量装置14，计流量装置可以选用水表等。
参见图3，自动断水装置由弹片2、制动轮3、制动杠杆1组成。当我们调整好制动轮的初始位置后，制动轮的凹槽转过我们设定的角度后将转至控制杠杆的正下方，控制杠杆在弹片的作用下将制动轮制动，同时，控制杠杆上端弹起，带动装置使闸阀自动关闭。
参见图4-5，涡轮包括涡壳11，涡壳内部为叶轮9，叶轮中间具有叶轮轴6，涡壳两端设有斜口18，涡壳两端外侧设有导流网19，导流网外侧围端盖8。蜗壳由一中空的圆柱体组成，其前后端分别开有一系列的斜口，两组斜口间成一定角度的错位。叶轮位于蜗壳内部，轮片呈矩形。叶轮通过传动轴与传动减速装置的1号传动轮相连。
参见图6，传动减速装置由6个半径不同的齿轮契合而成，分别为1号传动轮、2号传动轮、3号传动轮、4号传动轮、5号传动轮及主轮。1号传动轮通过传动轴17与涡轮中的叶轮轴6相固结，主轮上连有一个主轮轴7，主轮轴上设有刻度，主轮轴与自动断水装置相固结。
参见图7，自动断水装置内部构造示意图，自动断水装置的下部结构为一个带有缺口的制动轮3，通过一根制动杠杆1和固定在闸阀上的弹片2与上部结构相连。制动轮外侧上部设有制动杠杆1，制动杠杆一端有弹片2，制动杠杆的另一端设有Z型杠杆20，Z型杠杆卡在连接杠杆21上，并用第二弹簧23和闸阀壁相连，连接杠杆21中部用第一弹簧22和闸阀壁相连，这样，连接杠杆、Z型杠杆就通过弹簧与闸阀壁紧密相连，而连接杠杆的中部托起闸阀开关24。按下闸阀开关，将制动轮旋转到任意位置(除缺口处)，闸阀开始出水，制动轮开始旋转，当制动轮转到缺口处时，弹片将制动杠杆下部压入缺口，制动杠杆上部产生向右的位移，从而带动Z字型杠杆向右移动，当移动到一定位置时，连接杠杆21与Z字型杠杆脱离，在第一弹簧5的作用下，连接杠杆21向上弹起，从而将闸阀关闭，实现自动断水。
参见图8-10，涡壳两端的斜口用于水的进出口，分为左端斜口25和右端斜口26，两端的斜口在涡壳圆周方向上错位设置，所述的错位设置为涡壳展开成平面后涡壳两端的斜口相间排列，也就是涡壳上的进水口与出水口相间排列。斜口与剖面直径成一定的角度，一般来说最好为30°，左端斜口和右端斜口在直径两侧对称，此错位设置可以有效利用水流对叶轮的冲击力并可以使水流的流态合理。
本发明的工作原理：水从闸阀进水口10流经蜗壳时流态会发生改变，在蜗壳11内部会产生环流，从而均匀分布到叶轮9周围，并产生足够的动力带动叶轮旋转。闸阀运转后，叶轮产生的旋转将通过叶轮轴6作用于1号传动轮，通过传动轮间的相互作用，1号传动轮将带动2号传动轮转动，同理可知，旋转将最终传递给主轮16。由于传动轮的半径逐渐增大，相应的角速度将逐渐减小，因此主轮将以微小的角速度旋转。水流流速一定时，叶轮转动的角速度一定并与1号传动轮的角速度相等，因此由齿轮间线速度与角速度的相互关系ω
1×r
1＝ω
2×r
2＝v可以计算出传动减速装置主轮的旋转角速度。主轮通过与之固结的主轮轴7与自动断水装置相连，我们通过设定主轮轴上相应的刻度值来控制主轮断水时的允许旋转角度。当我们调整好制动轮3的初始位置后，制动轮的凹槽15转过我们设定的角度后将转至控制杠杆的正下方，控制杠杆在弹片2的作用下将制动轮制动，同时，控制杠杆1上端弹起，带动装置使闸阀自动关闭，水停止从出水口13流出。
采用的是可以连续调节控制出水总量的设计，因此，本闸阀能够满足不同的控制出水总量的要求。在很多方面都有很好的应用前景：
(1)水利基础设施建设——支渠及其以下渠系出水量控制
我国虽然是一个农业大国，但是，我们在农业灌溉方面水资源利用效率极低，支渠及其以下渠系出水量控制装置较为缺乏。这样不仅水资源得不到高效利用，还不方便管理，影响水资源的有效调配。我们设计的闸阀正好可以用于此方面，方便管理渠系的配水、输水。同时也为国家计量供水量提供方面。
(2)农业、渔业领域的相关应用
在农业灌溉方面，这款机械式自动控制闸阀可以在喷灌中发挥巨大作用，在它上面接入喷头可以方便控制喷灌水量，起到很好的节水灌溉作用。
此为，在我国，特别是南方大部分地区，渔业等养殖业比较发达。此款闸阀可以用于定量更换养殖池中的水，换完水后，自动关闭，十分方便。
(3)工业及其它方面的应用
在工业生产中，时常有需要定量控制液体添加和排放的地方。如在发酵工程中需要定时定量地更新发酵细菌的培养液，向发酵罐中添加营养成分，并排出培养液。我们研制的闸阀可以满足此种需求，为其提供价格低廉的新方案。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。