CN102322541A - 低阻力倒流防止器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低阻力倒流防止器，包括设有进水口和出水口的阀体，阀体的内腔中部设有中间减压腔，由均压弹簧控制的上游阀瓣装置和下游阀瓣装置实现与进、出水口的通断，阀体上还设有泄水阀，泄水阀具有第一、第二入水口和泄水口，第一入水口与中间减压腔连通，第二入水口与进水口连通，第一入水口与第二入水口通过弹性隔膜装置分隔。本发明，上游阀瓣装置和下游阀瓣装置由均压弹簧控制开启，压力水源仅需克服均压弹簧的起初弹力，无需损耗额外压力维持均压弹簧的进一步压缩，从而达到节约用水和节约能源的目的，同时采用减压原理，有效地杜绝有毒液体和污染液体的回流，达到安全用水的目的。

Description

低阻力倒流防止器

技术领域

本发明涉及阀门，具体涉及低阻力倒流防止器。

背景技术

非饮用流体管系与饮用水管系不合法的水力连接，被给水工作者称为“交叉连接”，这种不合法的“交叉连接”将由于潜在的反虹吸或背压事故而导致非饮用流体向饮用水管系倒流，从而危害用水安全。这种危害分为：有毒污染——可能导致生命死亡或大面积传播扩散流行疾病，有害污染——可能损害人体或生物健康，轻度污染——导致恶心、厌烦或感官刺激。

在日常生活中，交叉连接到处存在，并且难以完全避免，例如，在家庭给排水系统中，厨房的生活用水和卫生间冲水马桶的进水管都会连接到进水管路上，这样，如果卫生间冲水马桶中的水出现虹吸回流或背压回流到进水管中时，就会污染生活用水，因此，为了确保生活用水的安全，必须安装必要的防回流装置（倒流防止器）。

以往的做法都是采用止回阀来代替倒流防止器，但是，由于止回阀存在关闭速度过慢的缺点，经常会产生虹吸回流和背压回流现象，另外，止回阀有存在关闭不严甚至关闭失灵的情况，一旦发生，则起不到防回流的作用。这些年，虽然一些阀门厂家开发了倒流防止器，但都存在要么水压损失过大，要么关闭过慢而造成回流的弊病。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决倒流防止器水压损失过大或者关闭过慢的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种低阻力倒流防止器，包括阀体，所述阀体的左、右两端分别设有进水口、出水口，阀体的内腔中部设有中间减压腔，所述中间减压腔通过上游阀瓣装置实现与所述进水口的通断，所述中间减压腔通过下游阀瓣装置实现与所述出水口的通断，所述上游阀瓣装置和所述下游阀瓣装置由均压弹簧控制开启，所述阀体上还设有泄水阀，所述泄水阀具有第一、第二入水口、泄水口和吸气孔，所述第一入水口与所述中间减压腔连通，所述第二入水口通过导管与所述进水口连通，所述第一入水口与第二入水口通过弹性隔膜装置分隔，所述弹性隔膜装置在第一入水口压力大于第二入水口压力时打开，连通所述第一入水口与所述泄水口，所述吸气孔设置在所述泄水阀的阀体上部，与外界大气连通。

在上述方案中，所述泄水阀包括泄水阀阀体和螺装在泄水阀阀体底面上的泄水阀阀底，所述第一入水口设置在所述泄水阀阀体的顶面中心处，所述第二入水口设置在所述泄水阀阀底的底面中心处，所述泄水口由设置在所述泄水阀阀底上的多个通孔组成，且多个所述通孔环绕所述第二入水口均布设置；所述弹性隔膜装置包括隔膜和泄水阀弹簧，所述泄水阀阀底的顶面上设有第一环形凹槽，所述隔膜呈开口向下的圆筒状且开口端滑动设置在所述第一环形凹槽内，所述泄水阀弹簧的上端固定在所述第一入水口的内壁上，下端与所述隔膜的顶面相抵。

在上述方案中，所述环形凹槽内固定设有隔膜固定座，所述隔膜固定座呈圆环形，且内壁向上延伸形成延伸部，所述隔膜的开口端滑动设置在所述延伸部与所述环形凹槽内侧壁之间的间隙内。

在上述方案中，所述上游阀瓣装置包括固定在所述阀体内壁上的上游阀瓣安装座以及上游阀瓣和上游阀瓣弹簧，所述上游阀瓣安装座呈条形片状且中部设有凸向右方的凹坑，凹坑的右侧面上设有至少两个轴向导向孔，所述上游阀瓣的右端面上设有与轴向导向孔相适配的导向柱，导向柱插装在轴向导向孔内；所述上游阀瓣弹簧为均压弹簧，弹性地设置在上游阀瓣安装座与上游阀瓣之间。

在上述方案中，所述上游阀瓣安装座的中部设有向右凸出的凹坑，所述上游阀瓣弹簧的右端固定设置在所述凹坑内且左端与所述上游阀瓣相抵。

在上述方案中，所述下游阀瓣装置包括固定在所述阀体的内壁上的下游阀瓣座以及下游阀瓣和下游阀瓣弹簧，所述下游阀瓣座呈环形，所述阀体的出口端中心处设有下游阀瓣安装座，下游阀瓣安装座呈开口朝向进口端的圆桶状，其外圆周面通过至少两个连接筋与阀体的内壁连接，连接筋的侧面与下游阀瓣安装座外圆周面之间的环形间隙形成出水口，下游阀瓣安装座的管壁部设有两个轴向导向孔，所述下游阀瓣的右端面上设有与所述轴向导向孔相适配的导向柱，所述导向柱插装在所述轴向导向孔内，所述下游阀瓣弹簧为均压弹簧，一端设置在所述凹坑内，另一端抵靠在所述下游阀瓣的右端面上。

在上述方案中，所述上游阀瓣以及所述下游阀瓣的左端面中心处分别设有向左凸出的凸台，环绕凸台分别设有上游阀瓣密封垫和下游阀瓣密封垫。

在上述方案中，所述均压弹簧包括固定片和设置在所述固定片上的弧形弹片，所述固定片的右端面上设有两个用于插装固定的卡爪。

在上述方案中，所述上游阀瓣以及所述下游阀瓣的右端面上分别设有阀瓣轴承，所述弧形弹片的自由端抵靠在所述阀瓣轴承的外圆周面上。

本发明，阀体的内腔由上游阀瓣装置和下游阀瓣装置分隔中间减压腔，并且中间减压腔与泄水阀连通，上游阀瓣装置和下游阀瓣装置由均压弹簧控制开启，实现了低阻力，并采用减压原理，有效地杜绝有毒液体和污染液体的回流，达到安全用水的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中泄水阀的结构示意图；

图3为本发明中上游阀瓣安装座的结构示意图；

图4为图3的左视图；

图5为本发明中上游阀瓣的结构示意图；

图6为本发明中上游阀瓣弹簧的结构示意图；

图7为图6的左视图；

图8为本发明中阀体的结构示意图；

图9为图8中的A-A剖视图；

图10为上游阀瓣弹簧的受力变形示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和一种具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，低阻力倒流防止器包括阀体1和扣装在阀体1顶面上的阀盖2，阀体1的左、右端分别设有进水口76、出水口77，进水口76通过管道连接法兰或螺纹丝扣与市政管网连接，出水口77通过管道连接法兰或螺纹丝扣与用户管线连接。

阀体1的内腔中设有中间减压腔19，中间减压腔19通过上游阀瓣装置实现与进水口76的通断，通过下游阀瓣装置实现与出水口77的通断。

阀体1上还设有泄水阀79，泄水阀79的结构如图2所示，包括泄水阀阀体13和泄水阀阀底15。泄水阀阀体13呈下端敞口的圆桶状，上端螺装在阀体1的底面上，泄水阀阀体13的顶面中心处设有第一入水口131；泄水阀阀底15呈圆盘状，螺装在泄水阀阀体13的下端开口处，泄水阀阀底15的底面中心处设有第二入水口132，且泄水阀阀底15上环绕第二入水口132设有由多个通孔组成的泄水口64。第一入水口131与中间减压腔19连通，第二入水口132通过导管12与进水口76连通，第一入水口131与第二入水口132通过弹性隔膜装置分隔，弹性隔膜装置在第一入水口131的压力大于第二入水口132的压力时打开，使中间减压腔19与泄水口64连通，将中间减压腔19内的水排出，泄水阀阀体13的侧壁上部设有吸入口57，当中间减压腔19内的水排出时，吸入空气。

再参见图1和图2，弹性隔膜装置包括隔膜16和泄水阀弹簧14，泄水阀阀底15的顶面上环绕第二入水口132设有第一环形凹槽，隔膜16呈开口向下的圆桶状且开口端滑动设置在第一环形凹槽内，泄水阀弹簧14的上端固定在第一入水口131的内壁上，下端与隔膜16的顶面相抵。泄水阀弹簧14上端的固定方式如下：第一入水口131为上小下大的台阶孔，且台阶面上设有第二环形凹槽，泄水阀弹簧14的上端插装固定在第二环形凹槽内。

为了方便隔膜16的加工以及更换，在第一环形凹槽内通过螺钉172固定设置有隔膜固定座17，隔膜固定座17呈圆环形，且内壁向上延伸形成延伸部171，隔膜16的开口端滑动设置在延伸部171与第一环形凹槽内侧壁之间的间隙内，如图2所示。

再参见图3、图4和图5，上游阀瓣装置包括固定在阀体1的内壁上的上游阀瓣安装座3以及上游阀瓣5和上游阀瓣弹簧4。上游阀瓣安装座3呈条形片状且中部设有凸向右方的凹坑52，凹坑52的左侧面上设有至少两个轴向导向孔51，上游阀瓣5的右端面上设有与轴向导向孔51相适配的导向柱71，导向柱71插装在轴向导向孔51内，且可左右自由移动，上游阀瓣5左端面的中心处设有向左凸出的凸台72，环绕凸台72设有上游阀瓣密封垫6，此设计可以保证更好的密封性。上游阀瓣弹簧4为均压弹簧，弹性地设置在上游阀瓣安装座3与上游阀瓣5之间。

上游阀瓣弹簧4的结构如图6、图7所示，包括固定片45和设置在固定片45上的弧形弹片44，固定片45的右端面上设有两个卡爪46，两个卡爪46插装固定在凹坑52的右侧面上将上游阀瓣弹簧4固定，弧形弹片44的自由端与上游阀瓣5的右端面相抵。

下游阀瓣装置包括固定在阀体1的内壁上的下游阀瓣座7以及下游阀瓣9和下游阀瓣弹簧10，下游阀瓣座7呈圆环形且与阀体1的内壁之间设有密封圈8。

如图8、图9所示，阀体1的右端的中心处具有下游阀瓣安装座18，下游阀瓣安装座18呈开口向左的圆桶状，其外圆周面通过至少两个连接筋22与阀体1的内壁连接，连接筋22的侧面与下游阀瓣安装座18外圆周面之间的环形间隙23形成出水口77。

下游阀瓣安装座18的管壁部设有两个轴向导向孔25，下游阀瓣9的右端面上设有与轴向导向孔25相适配的导向柱，导向柱插装在轴向导向孔25内且可左右自由移动。下游阀瓣9与上游阀瓣5结构相似，同样设有向左凸出的凸台以及下游阀瓣密封垫93，具体结构及作用在此不再赘述。

下游阀瓣弹簧10为均压弹簧，其结构与上游阀瓣弹簧4相似，下游阀瓣弹簧10的右端插装固定在下游阀瓣安装座18上，左端抵靠在下游阀瓣9的右端面上。

为了防止上游阀瓣5和下游阀瓣9受力不均而卡堵，上游阀瓣5以及下游阀瓣9的右端面上分别设有阀瓣轴承94，弧形弹片44的自由端抵靠在阀瓣轴承94的外圆周面上，这样，上游阀瓣5和下游阀瓣9始终与均压弹簧的受力方向垂直。

下面结合图1对本发明的工作原理说明如下，图中箭头方向为水流方向：

（1）市政管网中的水由进水口76作用于上游阀瓣5的左侧面上，克服上游阀瓣弹簧4的弹力后打开上游阀瓣5，压力水被上游阀瓣5减去部分压力后进入中间减压腔19内，同时，压力水也经过导管12、第二入水口132进入泄水阀79中的压力腔74内，由于压力腔74内的压力（相等于进水口76的压力）大于中间减压腔19内的压力，于是在隔膜16的上下表面形成一个水力压差，并且此水力压差完全克服了泄水阀弹簧14的弹力，使泄水阀79处于关闭状态。

继续地，中间减压腔19内的压力水进一步克服下游阀瓣弹簧10的弹力后打开下游阀瓣9，压力水被下游阀瓣9再次减去部分压力后由出水口77流出。

（2）一旦出水口77处的水压增大，接近或超过中间减压腔19内的水压，此时，假如下游阀瓣9被卡堵，便可产生背压回流，中间减压腔19内的压力因背压回流而增大，隔膜16上下的水力压差减小，泄水阀弹簧14向下推开隔膜16，泄水阀79被打开，中间减压腔19内的压力水由泄水口64排出，空气由吸气孔57进入中间减压腔19内，形成阀内空气隔断，从而防止虹吸倒流。

（3）假如进水口76处的压力减小或出现负压时，作用在隔膜16上下的水力压差减小，泄水阀弹簧14向下推开隔膜16，泄水阀79被打开，中间减压腔19内的压力水由泄水口64排出。

本发明提供的低阻力倒流防止器采用了减压原理和均压弹簧具有均匀弹力的特性，泄水阀具有自动开启和关闭的功能，结合图10，具体论证过程以及均压弹簧圆弧半径的选择方法如下：

以DN100（即4″）为例：

（1）均压弹簧具有均匀弹力的论证和均压弹簧圆弧半径的确认：参考文献：《中国机械设计大典》第3卷 第十章 片弹簧、线弹簧、弹性挡圈和弹性垫圈 表23.10-2 中弧形弹片计算公式（结合下图弧形弹片结构和受力分析以及图表 17-18 系数C₁ 、C₂和C₃）： 

水平方向变形量fx=C₃Fr³/EI··········（1）

水平方向刚度F’x=EI/C₃ r³ ·········（2）

其中：r——圆弧半径(mm)

      C₃——系数，从下面图表中查知C₃=1.5（其中θ=140°时的值）

      F——水平作用载荷(Kg)

      E——弹簧钢弹性模量，E=7980Kg/mm²

      I——弧形弹片截面惯性矩，I=bh³/12······（3）

      b——弧形弹片宽度(mm)

      h——弧形弹片厚度(mm)

弧形弹片的水平方向弹力F’=fx×F’x= C₃Fr³/EI×EI/C₃ r³=F

这说明不管弧形弹片的水平变形量有多大，水平方向的弹力永远等于初始状态的弹力，所以这种弧形弹片又称均压弹簧，也就是说，弧形弹片不管在外加推力的作用下弯曲到任何位置（当然不能超越弯曲应力极限位置），它所产生的弹力是不变的。

根据国家标准GB 50015-2003规定，倒流防止器中上游阀瓣前后压差为20Kpa时不漏水，下游阀瓣前后压差为7Kpa时不漏水，根据本发明设计要求，上游阀瓣5的半径R₁=55mm，下游阀瓣11的半径R₂=60mm，则上游阀瓣装置的外加推力F₁=20KPa×∏×R₁ ²=19Kg，上游阀瓣装置的外加推力F₂=20KPa×∏×R₂ ²=7.9Kg，根据本发明设计要求，二个止回阀阀瓣打开的最大距离都是fx=15mm，b₁=17.6mm，h₁=1.8mm，b₂=9.6mm，h₂=1mm，把以上数据代入公式（3）和公式（1）得知I₁=b₁h₁ ³/12=17.6×1.8³/12=8.5536, I₂=b₂h₂ ³/12=9.6×1³/12=0.8。

fx=C₃F₁r₁ ³/EI₁，即 15=1.5×19×r₁ ³/7980×8.5536，则r₁ ³=35937，r₁=33mm

fx=C₃F₂r₂ ³/EI₂，即 15=1.5×7.9×r₂ ³/7980×0.8，则r₂ ³=8000，r₂=20mm

这意味着上游阀瓣弹簧4的半径为33mm，它产生的弹力为19Kg，能满足上游阀瓣前后存在20KPa压差时不漏水的要求；下游阀瓣弹簧10的半径为20mm，它产生的弹力为7.9Kg，能满足下游阀瓣前后存在7KPa压差时不漏水的要求。也意味着，压力水经过上游阀瓣后的压力损失维持20KPa不变，经过下游阀瓣时的压力损失维持7KPa不变，那么总的压力损失为20KPa+7KPa=27KPa=2.7M水柱，本发明提供的倒流防止器具有较低的阻力。

（2）泄水阀自动开启和关闭的实现

根据本发明设计要求，中间减压腔19与进水口76处之间始终存在20KPa的压差，而导管12内的压力始终等于进水口76处的压力，所以隔膜16上下始终存在20KPa的压差，根据国家标准GB 50015-2003规定,中间减压腔19的压力永远要低于进水口76处压力14KPa以上，该14KPa以上的压差由泄水阀弹簧14来抵消，隔膜16的上下仍然存在6KPa的压差，所以，此时的泄水阀处于完全关闭状态。

当进水口76处的压力降低时，泄水阀可能会开启一部分泄除一定的水量来维持中间减压腔19与进水口76处之间的压差不小于14KPa，如果进水口76处的压力继续继续降低到小于14KPa至0或负压时，泄水阀弹簧14顶开隔膜16，使隔膜16的顶面离开第一入水口131的底面，泄水阀完全开启，中间减压腔19内的压力水通过泄水口64被泄除，同时，空气由空气吸气孔57进入中间减压腔19内，形成阀内空气隔断，从而防止虹吸回流。

当出水口77处的压力升高，接近或超过中间减压腔19内的压力时，此时，假如下游阀瓣因卡堵关闭不严或关闭失灵时，中间减压腔19内的压力升高，中间减压腔19与进水口76处之间原先存在20KPa的压差降低，上游阀瓣5在上游阀瓣弹簧4的弹力作用下快速关闭，于是中间减压腔19与进水口76处之间原先存在20KPa的压差继续降低至小于14KPa，此时，泄水阀弹簧14迅速顶开隔膜16，泄水阀完全开启，中间减压腔19内的压力水通过泄水口64被持续排泄，防止背压回流。

本发明所述的低阻力减压原理型倒流防止器具有如下明显的优点：

（1） 本发明设计新颖、原理清晰，没有动密封件，没有易损件，具有非常高的技术指标，可靠耐用，广泛使用该低阻力减压原理型倒流防止器,可以保证公共卫生安全。

（2） 本发明不同于采用普通弹簧的倒流防止器，采用了均压弹簧，使得压力水源仅需克服均压弹簧的起初弹力，无需损耗额外压力维持均压弹簧的进一步压缩，便可使阀门处于完全开启状态，从而达到节约用水和节约能源的目的。另外，采用了减压原理，有效地杜绝有毒液体和污染液体的回流，达到安全用水的目的，没有安全隐患。

（4） 由于采用了均压弹簧，因此，本发明长度短，比传统的普通倒流防止器短很多，几乎适合所有的现成管道井，节省安装费用，体积小、重量轻、成本低。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.低阻力倒流防止器，包括阀体，所述阀体的左、右两端分别设有进水口、出水口，阀体的内腔中部设有中间减压腔，所述中间减压腔通过上游阀瓣装置实现与所述进水口的通断，所述中间减压腔通过下游阀瓣装置实现与所述出水口的通断，其特征在于，所述上游阀瓣装置和所述下游阀瓣装置由均压弹簧控制开启，所述阀体上还设有泄水阀，所述泄水阀具有第一、第二入水口、泄水口和吸气孔，所述第一入水口与所述中间减压腔连通，所述第二入水口通过导管与所述进水口连通，所述第一入水口与第二入水口通过弹性隔膜装置分隔，所述弹性隔膜装置在第一入水口压力大于第二入水口压力时打开，连通所述第一入水口与所述泄水口，所述吸气孔设置在所述泄水阀的阀体上部，与外界大气连通。

2.如权利要求1所述的低阻力倒流防止器，其特征在于，所述泄水阀包括泄水阀阀体和螺装在泄水阀阀体底面上的泄水阀阀底，所述第一入水口设置在所述泄水阀阀体的顶面中心处，所述第二入水口设置在所述泄水阀阀底的底面中心处，所述泄水口由设置在所述泄水阀阀底上的多个通孔组成，且多个所述通孔环绕所述第二入水口均布设置；所述弹性隔膜装置包括隔膜和泄水阀弹簧，所述泄水阀阀底的顶面上设有第一环形凹槽，所述隔膜呈开口向下的圆筒状且开口端滑动设置在所述第一环形凹槽内，所述泄水阀弹簧的上端固定在所述第一入水口的内壁上，下端与所述隔膜的顶面相抵。

3.如权利要求2所述的低阻力倒流防止器，其特征在于，所述环形凹槽内固定设有隔膜固定座，所述隔膜固定座呈圆环形，且内壁向上延伸形成延伸部，所述隔膜的开口端滑动设置在所述延伸部与所述环形凹槽内侧壁之间的间隙内。

4.如权利要求1所述的低阻力倒流防止器，其特征在于，所述上游阀瓣装置包括固定在所述阀体内壁上的上游阀瓣安装座以及上游阀瓣和上游阀瓣弹簧，所述上游阀瓣安装座呈条形片状且中部设有凸向右方的凹坑，凹坑的右侧面上设有至少两个轴向导向孔，所述上游阀瓣的右端面上设有与轴向导向孔相适配的导向柱，导向柱插装在轴向导向孔内；所述上游阀瓣弹簧为均压弹簧，弹性地设置在上游阀瓣安装座与上游阀瓣之间。

5.如权利要求4所述的低阻力倒流防止器，其特征在于，所述上游阀瓣安装座的中部设有向右凸出的凹坑，所述上游阀瓣弹簧的右端固定设置在所述凹坑内且左端与所述上游阀瓣相抵。

6.如权利要求4所述的低阻力倒流防止器，其特征在于，所述下游阀瓣装置包括固定在所述阀体的内壁上的下游阀瓣座以及下游阀瓣和下游阀瓣弹簧，所述下游阀瓣座呈环形，所述阀体的出口端中心处设有下游阀瓣安装座，下游阀瓣安装座呈开口朝向进口端的圆桶状，其外圆周面通过至少两个连接筋与阀体的内壁连接，连接筋的侧面与下游阀瓣安装座外圆周面之间的环形间隙形成出水口，下游阀瓣安装座的管壁部设有两个轴向导向孔，所述下游阀瓣的右端面上设有与所述轴向导向孔相适配的导向柱，所述导向柱插装在所述轴向导向孔内，所述下游阀瓣弹簧为均压弹簧，一端设置在所述凹坑内，另一端抵靠在所述下游阀瓣的右端面上。

7.如权利要求6所述的低阻力倒流防止器，其特征在于，所述上游阀瓣以及所述下游阀瓣的左端面中心处分别设有向左凸出的凸台，环绕凸台分别设有上游阀瓣密封垫和下游阀瓣密封垫。

8.如权利要求6所述的低阻力倒流防止器，其特征在于，所述均压弹簧包括固定片和设置在所述固定片上的弧形弹片，所述固定片的右端面上设有两个用于插装固定的卡爪。

9.如权利要求4所述的低阻力倒流防止器，其特征在于，所述上游阀瓣以及所述下游阀瓣的右端面上分别设有阀瓣轴承，所述弧形弹片的自由端抵靠在所述阀瓣轴承的外圆周面上。

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