一种轴流式固定锥形阀

技术领域

本发明涉及发阀门设计制造领域，尤其是涉及一种轴流式固定锥形阀。

背景技术

目前固定锥形阀已经广泛用于各水利系统、管网系统，主要用作管中调流调压或者末端排放消能，现在一般固定锥形阀的驱动方式为摇臂滑块结构或者双螺杆结构。其中，摇臂滑块结构的锥形阀由于考虑到加工或者安装偏差因此其滑块需要单独配做，互换性较差，给维修带来了不便，同时该结构中由于滑块和滑套闸存在间隙，因此阀门动作时滑套闸容易发生偏转导致卡死。而双螺杆结构锥形阀虽然不存在前者的问题，但是双螺杆容易产生同步性差的问题，并且螺纹容易被细小杂质损坏从而导致驱动力增加或者卡死，同时该结构由于螺杆行程需要阀体来提供，因此阀门结构长度较长，安装空间较大，成本较高，并且目前固定锥形阀在阀门运行过程中，特别是小开度的工况下，由于滑套闸与阀座之间水流产生缩口，因此局部流速高，非常容易产生空化汽蚀，严重影响阀门寿命。

除了固定锥形阀以外现在水利系统中也采用活塞阀来进行调流调压，活塞阀的驱动方式为曲柄连杆机构，因此其驱动方式较为稳定，并且结构也较为紧凑，但是由于活塞阀所有的驱动件均在阀体内腔，因此维修时必须拆卸阀门，非常不便。并且在高压差下，活塞阀的局部流速也非常快，也容易产生汽蚀，如果活塞阀上安装鼠笼装置，虽然使得阀门具有良好的抗汽蚀性能，但是其抗垃圾性能则大大下降，前段必须配备过滤装置，提高了工程的维护成本和采购成本。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种轴流式固定锥形阀。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种轴流式固定锥形阀，包括由进口侧向出口侧依次连接的进口管、中阀体、后阀体和出口管，所述的中阀体内过盈配合安装有导向套筒，所述的后阀体由外腔筒、内腔筒以及连接在外腔筒内壁和内腔筒外壁之间的筋板，所述的内腔筒的进口侧固定设置半球形阀座，该阀座与通过操作连杆机构的驱动在导向套筒内轴向运动实现启闭的滑套闸配合形成密封副，所述的滑套闸为双层套筒结构，由外筒、内筒以及连接外筒内壁和内筒外壁的肋板构成，在外筒的出口端处安装有用以补压和导流的指形锥环。

所述的外筒外壁上开设用以设置密封圈的凹槽，所述的密封圈与导向套筒形成密封副，所述的密封圈为橡胶或塑料的环形结构，其截面形状呈开口朝向阀门进口侧的C字形，用以在受到进口侧水流压力增大时，密封性能随之增加。

所述的指形锥环由一体成型的小圆柱筒以及表面开设多个U型槽或小孔的扩口状锥环构成，所述的小圆柱筒内表面设有用以固定在外筒出口端处的螺纹，所述的锥环呈直锥形，当该固定锥形阀用于管中调流时，锥环形状为圆弧锥形。

所述的外筒内壁沿周向均匀设有多个截面呈V字形的连接筋板，每个连接筋板的表面方向与水流方向之间设有一定的夹角，用以在水流经过时产生一个圆周方向的拧紧力，防止振动。

所述的操作连杆机构包括通过支架安装在中阀体外侧圆柱凸台上的操作机构以及依次与操作机构传动连接的阀轴、曲柄、连杆和推杆，所述的推杆的头部依次穿过内腔筒、阀座、密封垫、内筒后通过螺纹和滑套闸螺母固定。

所述的阀轴为一圆柱杆件，在阀轴中间以及一端设有销槽或花键槽，安装在后阀体的轴孔内，并与曲柄传动配合连接，所述的曲柄整体呈手臂状，上部为圆柱筒体，下部为扁平体，圆柱筒体设有阀轴孔，内部设置与阀轴连接的销孔或花键槽，下部设置与连杆连接的销孔，所述的连杆为一扁平板件，并且在两端开设U形槽，用于可转动的连接曲柄和推杆，所述的推杆为长体杆件，右端部为扁平U形体，与连杆的U形槽连接，中部为方形体，与滑套闸内筒和阀座内的方形凹槽配合连接，防止相对转动，左端部为尾端设有螺纹的圆柱体，用于连接滑套闸螺母，所述的滑套闸螺母为半圆形结构，并且在圆周上设置2个小孔，便于安装时旋转锁紧。

所述的密封垫为圆饼形塑料件，通过中间的方孔套设在推杆上，其两端面上均设置半圆形的密封小凸台，用以分别与滑套闸内筒和阀座之间形成密封副。

所述的进口管安装在固定锥形阀的进口端，其两端设置法兰盘，中间为直管或缩径管，进口管的进口内径不小于出口内径，所述的中阀体的进口端与进口管通过螺栓相连，其进口端为直管，端面上设置有用于限位导向套筒的凹槽，出口端为喇叭状的扩口体，中阀体的出口端内径大于进口端内径，所述的后阀体两端设置法兰盘，进口端与中阀体连接，所述的出口管安装在固定锥形阀的出口端，其两端设置法兰，进口端与后阀体连接，中间主体为进口端小出口端大的扩口体，并且扩口体内中部设置束流板，所述的束流板进口端大出口端小的八字形缩口板，用于约束出水流态；

当该固定锥形阀用于管中调流时，出口管的进口端为直管，出口端为缩径管，且出口端内径与进口管的进口内径相等，此时无需配置束流板。

所述的出口管出口端设有作为可选零件的导流板，所述的导流板整体呈圆形薄板形式，并且在导流板平面上以圆心为中心沿周向均匀开设多个凹槽，每个凹槽通过短筋板分为两个连通的凹形圆弧槽，相邻的两个凹槽间通过长筋板分隔开，所述的短筋板仅与导流板外圈连接，所述的长筋板分别与导流板的外圈和内圈连接。

在固定锥形阀全关时，滑套闸外筒后端的密封面与半球形阀座的圆弧面外缘部接触形成主密封副，同时密封垫在内筒的压力下，其端面上的半圆形密封凸台分别与阀座圆弧面顶部和滑套闸内筒形成副密封副；

在固定锥形阀全开或全关时，连杆和推杆呈一条直线，使得操作机构对滑套闸输出的力矩达到最大，从而保证最终扭矩的传递效率最大。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、驱动稳定：本发明阀门舍弃了现有锥形阀的摇臂滑块以及螺杆结构，采用与活塞阀一致的曲柄连杆机构，驱动时滑套闸不会偏转，驱动更加稳定，因此驱动效率更高。

二、抗汽蚀能力强：滑套闸出口端安装带有若干U形槽或者小孔的指形锥环，能够及时将外部的较高压力的水或者气补充至阀门的流体缩口处，减小汽蚀现象的产生。

三、可在线维护：本发明阀门的所有驱动部件均在阀门出口端，因此可以通过后端管道上的人孔或者出口管直接进入阀门内部在线维护，无需拆解阀门。

四、抗垃圾能力强：阀门为大开口设计，即使通过较大的垃圾也不会卡堵，对工况的适应性强。

五、抗振动性强：阀门内部采用若干V型筋板，使得水流经过阀门时始终产生一个圆周方向的拧紧力，防止振动，并且指形锥环、出口管的束流板以及导流板也对阀门的出水流态进行导向约束，使得阀门内部流体呈流线状态，不会产生流态突变，从而进一步得减少阀门的振动。

附图说明

图1为本发明关闭状态的剖面图。

图2为本发明的俯视图。

图3为另一种开孔形式的指形锥环。

图4为本发明的右视图。

图5为本发明阀门在小开度状态的剖面图。

图6为本发明阀门在全开状态的流态图。

图7为本发明阀门用于管中调流时的结构图。

图8为滑套闸左视图。

图9为后阀体左视图。

图中标记说明：

1、进口管，2、中阀体，3、导向套筒，4、密封圈，5、后阀体，5-1、筋板，5-2、圆柱凸台，6、滑套闸，6-1、外筒，6-2、内筒，6-3、连接筋板，7、指形锥环，7-1、U型槽，7-2、小孔，7-3、圆弧锥，8、曲柄，9、阀轴，10、出口管，10a、另一形式出口管，10-1、束流板，11、导流板，11-1、凹槽，12、连杆，13、推杆，14、阀座，15、密封垫，16、滑套闸螺母，17、支架，18、操作机构，19、压盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，本发明提供一种轴流式固定锥形阀，该阀门由进口管1、中阀体2、导向套筒3、密封圈4、后阀体5、滑套闸6、指形锥环7、曲柄8、阀轴9、出口管10、导流板11、连杆12、推杆13、阀座14、密封垫15、滑套闸螺母16、支架17、操作机构18以及压盖19等零件组成。

进口管1位于阀门的进口端，两端为设置法兰盘，中间为直管或者为缩径管，进口管的进口内径一般不小于出口内径。

中阀体2的进口端与进口管1的进口端通过螺栓相连，进口端为直管，端面上设置有用于限位导向套筒3的凹槽，出口端为喇叭状的扩口体，中阀体2的出口端内径大于进口端内径。

导向套筒3通过凸台嵌入中阀体2的凹槽内，直筒部分与中阀体2的直管内壁过盈配合，导向套筒3的内壁与滑套闸外表面的密封圈4形成密封副。

密封圈4为由橡胶或塑料制成的环形结构，嵌套在滑套闸6外表面的凹槽内，其截面为开口朝向进口端的C字形，在受到水压时会发生变形从而形成密封。

滑套闸6由外筒6-1、内筒6-2和连接筋板6-3组成，在导向套筒3内作轴向运动，外筒6-1外表面开设用于固定密封圈4的凹槽，出口端设置用于固定指形锥环7的螺纹，内筒6-2设置方形凹槽以及内控，与推杆13配合连接防止相对转动，连接筋板6-3截面为V字形，其侧面与水流方向之间设有一定的夹角，用以使得水流在经过滑套闸6时产生一个圆周方向的拧紧力，防止振动，如图8所示。

指形锥环7由一体成型的一段小圆柱筒以及锥环组成，小圆柱筒内表面设置螺纹用于固定至滑套闸6的端部，锥环一般为直锥形，表面开设若干U型槽7-1或者小孔7-2，当阀门用于管中调流时锥环形状也可以制作成圆弧锥7-3。

后阀体5位于阀门中部，两端设置法兰盘，进口端与中阀体2连接，外腔壁呈直筒体，内腔壁为凹型筒体，内外腔壁之间通过筋板5-1连接，该筋板5-1截面为V字形，其侧面与水流方向之间设有一定的夹角，用以使得水流在经过后阀体5时产生一个圆周方向的拧紧力，外腔直筒体两侧分别设置圆柱凸台5-2，圆柱凸台5-2的内部均设有填料密封圈凹槽以及阀轴孔。

曲柄8整体呈手臂状，一端为圆柱筒部，另一端为扁平部，圆柱筒部上设置阀轴孔，内部设置与阀轴9连接的销孔或者花键槽，扁平部上开设设置与连杆12连接的销孔。

阀轴9为一圆柱杆件，杆件中间以及其中一端设有销槽或者花键槽，安装在阀体的阀轴孔内，并与曲柄8配合连接。

连杆12为扁平板件，两端设有U形槽，用于可相对转动地连接曲柄8和推杆13，推杆13为长体杆件，右端为扁平U形体，与连杆12的U形槽相连接，中间为方形体，与滑套闸6和阀座14的方形凹槽配合连接，防止各零部件相对转动，左端为圆柱体，圆柱体尾端设有螺纹，用于连接滑套闸螺母16，进而与滑套闸6实现固定。

阀座14为半球体结构，球体的外弧面与滑套闸6形成密封副，中间设置用以穿过推杆13的方形槽，右端面设置与后阀体5内部凹型筒体配合的凸台，并通过螺栓与固定凹型筒体固定。

密封垫15为圆饼形的塑料件，外部呈圆形，中间开设用以穿过推杆13的方槽，两端面上均设置半圆形的密封小凸台，与滑套闸6和阀座14形成密封副，滑套闸螺母16为半圆形结构，内部设置螺纹，用于锁紧推杆13和滑套闸6之间的连接，并且在圆周上设置2个小孔，便于安装时旋转锁紧。

出口管10安装在阀门出口端，且其两端设置法兰，进口端与后阀体5出口端连接，中间主体为进口端小出口端大的扩口体，扩口体内壁中间设置束流板10-1，束流板10-1为进口端大出口端小的截面呈八字形的缩口板，用于约束出水流态；当阀门用于管中调流时，出口管10采用另一形式出口管10a，另一形式出口管10a的进口端为直管，出口端为缩径管，出口端内径与进口管1的进口内径一致。

导流板11为可选零件，其整体为薄板形式，整个平面设置若干凹槽11-1，直接通过螺钉固定在出口管10的出口端面上，凹槽11-1为凹形圆弧槽，圆弧槽内部的筋板仅与导流板11外圈相连，外部的筋板同时连接导流板11的外圈和内圈。

支架17两端为设有通孔的圆板，一端固定在后阀体5的圆柱凸台5-2上，另一端与操作机构18连接，两圆板采用多块一定厚度的筋板连接，避免发生扭转，操作机构18主要用于提供用于阀门动作的扭矩，内部设置键槽与阀轴8相连，操作机构18一般为减速齿轮箱结构，可通过手动或者电动进行操作，也可以为液压缸或者气动缸结构。

压盖19为凸台结构，分别与后阀体5两侧的圆柱凸台5-2相连接，用于压紧阀轴9与后阀体5之间的填料密封圈，防止阀门外漏。

本发明的工作原理如下：

本发明采用曲柄连杆机构进行驱动，同时利用水流收缩以及扩散的出流方式进行消能调压，利用破坏局部负压来保证阀门的抗汽蚀性能。

阀门通过操作机构18带动阀轴9进行转动，从而使与阀轴9相连的曲柄8也同步进行转动，继而通过连杆12最终带动推杆13以及滑套闸6在导向套筒3内部做轴向运动，滑套闸6在轴向运动的同时，其与阀座14之间的距离也在不断改变，距离的变化使得水流的出流面积也同步变化，因此阀门固有流阻系数也在变化，从而达到调流调压的功能。

如图1所示，在阀门全关时，滑套闸6的后端密封面与半球形的阀座圆弧面接触并且形成主密封副，同时密封垫15也在滑套闸内筒6-2的压迫下，其端面上的半圆形密封凸台与阀座14顶面和滑套闸6形成副密封副，滑套闸外筒6-1凹槽内的密封圈4为开口朝向进口端的C字形，与导向套筒3形成前密封副，当受到的压力越大，其密封性能越好。

如图1及图6所示，在阀门全开或者全关时，连杆12和推杆13呈一条直线，从而使得此时操作机构18对滑套闸6输出的力矩达到最大，从而保证最终扭矩的传递效率最大。

如图5及图6所示，当水流由进口管进入到阀门内部时，其压力P1，首先会经过滑套闸6内部，在滑套闸6的V型筋板的作用下，水流会产生一个圆周方向的拧紧力，使得滑套闸6和推杆13始终处于拧紧状态，不会由于振动产生脱落。在通过滑套闸6后，水流会根据阀门不同的开度所形成的过流面积而产生不同程度的收缩流，在此处，水流的部分能量由于收缩而被消耗，并且此处局部流速最快，压力最小，极有可能形成负压P2，但由于指形锥环7上设置有若干小孔7-2(如图4所示)或者U形槽(如图1所示)，将此处的水流与外腔高压水流P3(与下游压力一致)进行了部分隔断，外腔的高压水流P3会通过小孔7-2或者U型槽7-1对局部压力低点进行补压，从而削弱汽蚀的第一阶段(产生负压)，避免汽蚀的第二阶段(气泡破裂)对阀体的损害。在补压的同时，指形锥环7上形成若干束环形水流，可以有效减少指形锥环7在高流速工况有可能产生的振动。在指形锥环7的补压作用以及导流作用下，含微量气泡的水流呈一定的角度扩散至出口管10，此时由于水流的扩散作用其能量被进一步削弱。当水流经过束流板11-1时，水流再次局部收缩，此时能量再次被削弱，当水流经过阀门出口的导流板11时，较为集中的水流被凹槽11-1分割成若干条带有间隙的水柱，均匀分布的水柱可以有效减弱由于水流分布不平衡所产生的振动，最后阀门出口的外部大气或者消能池的静水通过间隙进入水柱内部，从而进行掺气或者水体摩擦消能，将水流的能量进一步分散减弱，从而达到消能的目的。

如图7所示，当用于管中调流时，阀门出口端一般不设置导流板11，出口管10的出口端内径与进口管1的进口端内径一致，因此，在此种应用工况下，由于出口端一般连接管道，指形锥环7一般采用锥圆弧形状(或者其他有约束流态功能的形状)，当水流经过时，其流态在扩散一段距离后呈圆弧状收缩，其形状与出口管的缩径形状一致，平滑的流态曲线可以减小流态突变，避免产生汽蚀振动，同时使得阀门的水流更加平稳的流向下游，避免对下游管道产生不利影响。