本發明涉及一種進排氣閥及其應用方法，具體是一種基于配壓原理的單腔一體式全壓進排氣閥及其應用方法，屬于管道安全保護技術領域。

背景技術：

在大規模灌溉工程或長距離輸水工程中，壓力水流沖擊截留氣團和斷流再彌合水錘是管道系統安全防護的重點，氣體積存于管道內會降低管道流量和泵的效率，影響流量的準確測量，更重要的是管道排氣不暢時會產生巨大的壓力震蕩，甚至會引起管道破裂，產生巨大經濟損失，已知80%的爆管現象與管道含氣有關。進排氣閥是一種用來排除管道內氣體，同時當管道內出現真空時向管道內注氣以防止管道內產生氣爆和斷流水錘的裝置。

目前我國市場上常見的進排氣閥主要有四類：高壓微量進排氣閥、低壓高速進排氣閥、復合式進排氣閥以及氣缸式進排氣閥。微量進排氣閥排氣口口徑很小，只可用于管道正常工作時的微量排氣，無法排出系統初次運行、檢修或其他工況時產生的大量氣體。高速進排氣閥和復合式進排氣閥可排出上述工況下產生的大量氣體，但在遇到氣柱相間工況時，排完第一段氣體后，大排氣口下的浮球因氣托作用不會再打開排氣，所以不能連續進行排氣。氣缸式進排氣閥是利用氣缸原理克服了浮球因氣托作用無法自動打開排氣的問題，但其仍存在漏水情況嚴重，銷釘、杠桿等部件易磨損，使用壽命低等問題。且其在實際生產過程中對生產工藝要求極高，生產難度極大。

技術實現要素：

本發明的目的是：在大規模灌溉管網工程中，針對現有進排氣閥存在的不足，結合配壓原理研發單腔一體式全壓進排氣閥—一種基于配壓原理的單腔一體式全壓進排氣閥及其應用方法，利用配壓原理，在浮球上部設置配壓機構，通過對氣體流向的自動調控分配，使浮球在排除第一段氣體后自動回到原有位置，進行下一段排氣，實現氣柱相間工況下的連續排氣，設計科學，原理簡單，加工方便，進排氣效果好，對解決大規模管網的管路安全問題具有特別重要的現實意義。

本發明的技術方案如下：一種基于配壓原理的單腔一體式全壓進排氣閥，包括氣缸、主閥腔體、主閥活塞，所述主閥腔體下部設有主閥閥口，主閥腔體內設有空心浮球，其特征是，所述主閥活塞包括置于氣缸空腔內的氣缸活塞、活塞柱，所述主閥腔體頂部設有活塞柱安裝口，所述活塞柱一端與氣缸活塞連接，另一端通過安裝口伸入主閥腔體內；所述活塞柱中心設有小活塞，小活塞一端與空心浮球連接，另一端通過活塞彈簧連接于氣缸活塞底部中心位置；

所述活塞柱內設有配壓機構，該機構包括三條導氣通道，分別為連接主閥腔體與小活塞腔體的導氣通道Ⅰ、連接小活塞腔體與氣缸的導氣通道Ⅱ、連接小活塞腔體與大氣的小排氣口，所述氣缸側壁設有與外部大氣相通的大排氣口，氣缸頂部設置有微量排氣閥；通過空心浮球的沉浮，帶動小活塞升降，從而啟閉相應的導氣通道。

進一步地，所述主閥腔體內側底部設有截面為U型的導氣槽，導氣槽側壁水平開設四個排水孔。

進一步地，所述主閥活塞還包括密封擋板，該擋板設置在活塞柱下端，所述汽缸活塞上表面的豎向受力面積大于所述密封擋板下表面的豎向受力面積。

進一步地，所述密封擋板與主閥腔體接觸處（即活塞柱安裝口處）設有密封圈。

進一步地，所述導氣通道Ⅰ與小活塞腔體的連接處高于導氣通道Ⅱ與小活塞腔體的連接處；所述小排氣口與小活塞腔體的連接處高于導氣通道Ⅰ與小活塞腔體的連接處。

進一步地，所述小活塞頂部與活塞彈簧底部之間通過連桿和支撐板連接；該連桿長度等于導氣通道Ⅱ與小活塞腔體的連接處到小排氣口與小活塞腔體的連接處之間的距離，保證導氣通道Ⅱ關閉時，氣體可通過小排氣口排出，實現正常工作情況下的微量排氣。

進一步地，所述氣缸包括上缸體和下缸體兩部分，通過螺栓相連接；所述主閥腔體包括上閥體和下閥體兩部分，通過螺栓相連接；所述汽缸活塞和所述活塞柱也通過螺栓相連接。

進一步地，所述主閥閥口設置在所述主閥腔體的下腔壁上，主閥閥口通過法蘭盤或具有外螺紋的連接管與灌溉管路或供水管路連接。

進一步地，所述主閥腔體采用鑄鋼材料，導氣槽與浮球采用不銹鋼材料制作。

本發明的另一個目的是公開上述基于配壓原理的單腔一體式全壓進排氣閥的應用方法，包括以下步驟：

（1）低壓高速排氣過程：當管內開始注水時，浮球停留在主閥腔體底部位置，氣體通過導氣通道Ⅰ、Ⅱ，經由主閥腔體導入配壓機構，再進入上部氣缸，氣缸推動氣缸活塞向下動作，打開大排氣口，排出大量空氣，該過程用來排出系統初次運行時產生的大量氣體；

（2）高壓微量排氣過程：當空氣排完時，主閥腔體內積水，浮球浮起，推動小活塞向上運動，連接氣缸與配壓機構的導氣通道Ⅱ關閉，氣缸內高壓氣體通過氣缸上部微量排氣閥緩慢排出，受閥體氣托力作用，氣缸活塞向上運動直至關閉，停止大量排氣；同時小活塞繼續向上運動，連接配壓機構和大氣的導氣通道打開，氣體通過小排氣口排入大氣，實現管內水正常輸送時的微量排氣；

（3）止水防漏過程：當主閥腔體內充滿水時，小活塞向上運動，連接配壓機構和主閥腔體的導氣通道Ⅰ關閉，繼而水流無法進入配壓機構，達到止水防漏的效果；

（4）連續排氣過程：當下一段氣柱到來時，由于主閥腔體為管路最高點，氣體集聚于閥體內，將導氣槽與浮球之間的積水從導氣槽的排水孔排出，浮球下降回到初始位置，又可進行高速排氣，排出下一段氣柱，克服了浮球因氣托作用無法自動打開排氣的問題；

（5）進氣補氣過程：當泵停止，管內水流空時，或遇管內產生負壓時，浮球下降，大排氣口打開，吸入空氣確保管道安全。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

第一，本發明與其它進排氣閥的最本質區別在于本進排氣閥利用了配壓原理，在浮球上部設置配壓機構，實現對氣體流向的自動調控，在不需任何外力作用的情況下，浮球可以自動回到原有位置，從而克服浮球在排出第一段氣后無法復位的問題。設計巧妙，原理科學，易于實現。

第二，本發明可實現管道全部壓力范圍內的高速排氣，當管道內產生負壓時，可向管道內注入空氣，以緩解水柱撞擊產生的水錘升壓；當管道內存在大量氣體時，無論氣團有壓與否，或是否存在多段氣柱相間情況，都能達到高速排氣的效果。

第三，本發明主閥腔體內不存在銷釘、杠桿等結構部件，克服了該類部件長期浸泡在水中易銹蝕、杠桿結構不穩定，易出現卡死等情況而導致的排氣效果不佳的問題，進一步提高了本發明的進排氣效果。

第四，本發明巧妙地運用配壓閥結構，通過浮球帶動小活塞的上浮，最終可關閉連接配壓機構和大氣的導氣通道，達到止水防漏效果，解決了進排氣閥在工作過程中常出現的漏水問題。

第五，本發明通過設置導氣槽的方式改變水流進入主腔閥體的流向，消除了水流和氣體直接沖擊浮球的作用力，解決了空心浮球在有高壓、大氣錘或水錘情況下易被壓變形的問題。

本發明創新性的解決了氣柱相間工況下現有進排氣閥排氣效果差的問題，在大規模灌溉管網系統或供水管路系統中推廣應用該裝置的潛力巨大，將獲得顯著的經濟社會效益。

附圖說明

圖1是本發明一種基于配壓原理的單腔一體式全壓進排氣閥結構示意圖；

圖2（a）是系統初次運行時高速排氣過程示意圖；

圖2（b）是系統正常工作時微量排氣過程示意圖；

圖2（c）是主閥腔體內充滿水時防漏過程示意圖；

圖中：1氣缸、2主閥腔體、3活塞柱、4氣缸活塞、5密封擋板、6空心浮球、7導氣槽、8導氣槽排水孔、9微量排氣閥、10主閥閥口、11大排氣口、12密封圈、13活塞彈簧、14連接主閥閥體與配壓機構的導氣通道Ⅰ、15連接配壓機構與氣缸的導氣通道Ⅱ、16小排氣口、17小活塞、18小活塞腔體、19連桿、20支撐板。

具體實施方式

如圖1所示，一種基于配壓原理的單腔一體式全壓進排氣閥，包括主閥腔體2、設置在主閥腔體內的主閥活塞3、空心浮球6、導氣槽7、設置在主閥活塞內的活塞彈簧13和配壓機構、設置在主閥活塞上部的氣缸1。

主閥活塞內的設有活塞彈簧13和配壓機構，配壓機構主要依靠空心浮球帶動小活塞上下動作啟閉導氣通道，實現氣流流向的自動調節。配壓機構內有三條導氣通道，分別為連接主閥閥體與配壓機構的導氣通道Ⅰ 14、連接配壓機構與氣缸的導氣通道Ⅱ 15和連接配壓機構和大氣的小排氣口16。

空心浮球6通過小活塞與配壓結構3相連接，通過空心浮球6隨水位的上下移動帶動配壓閥動作。

主閥閥體內設置的導氣槽7，導氣槽改變水流進入主腔閥體的流向，消除了水流和氣體直接對空心浮球的沖擊力。導氣槽側壁水平開設四個排水小孔8，當浮球隨水位下降時，水流可通過排水孔排出，使浮球回到原來位置。

氣缸頂部設置微量排氣閥9，將集聚于氣缸的高壓空氣緩慢排出，同時起到消能緩閉的效果。

主閥活塞包括活塞柱3以及分別設置在活塞柱上下兩端的汽缸活塞4和密封擋板5，汽缸活塞上表面的豎向受力面積大于密封擋板下表面的豎向受力面積。

密封擋板與主閥腔體連接處設有密封圈12。

氣缸1包括通過螺栓連接在一起的上缸體和下缸體，主閥腔體4包括通過螺栓連接在一起的上閥體和下閥體，氣缸活塞和活塞柱通過螺栓連接在一起。

主閥閥口10設置在主閥腔體的下腔壁上，主閥閥口通過法蘭盤或具有外螺紋的連接管與管路連接。

單腔一體式全壓進排氣閥的進排氣閥閥門腔體主體部分采用鑄鋼材料，導氣槽與浮球采用不銹鋼材料制作。主閥活塞、氣缸組件等可采用組合件的形式制作，材料根據實際要求確定。

一種基于配壓原理的單腔一體式全壓進排氣閥的應用方法，包括以下步驟：

（1）低壓高速排氣過程：當管內開始注水時，浮球停留在下部位置，氣體通過導氣通道，經由主閥腔體導入配壓機構，再進入上部氣缸，氣缸推動大活塞向下動作，打開大排氣口，排出大量空氣。該過程主要用來排出系統初次運行時產生的大量氣體。

（2）高壓微量排氣過程：當空氣排完時，閥內積水，浮球浮起，推動小活塞向上運動，連接氣缸與配壓機構的導氣通道關閉，氣缸內高壓氣體通過氣缸上部微量排氣口緩慢排出，受閥體氣托力作用，大活塞向上運動直至關閉，停止大量排氣。同時小活塞繼續向上運動，連接配壓機構和大氣的導氣通道打開，氣體通過小排氣口排入大氣，實現管內水正常輸送時的微量排氣。

（3）止水防漏過程：當閥內充滿水時，小活塞向上運動，連接配壓機構和主閥腔體的導氣通道關閉，繼而水流無法進入配壓機構，達到止水防漏的效果。

（4）連續排氣過程：當下一段氣柱到來時，由于閥體為管路最高點，氣體集聚于閥體內，將導氣槽與浮球之間的積水從導氣槽的小排水口排出，浮球下降回到初始位置，又可進行高速排氣，排出下一段氣柱，克服了浮球因氣托作用無法自動打開排氣的問題。

（5）進氣補氣過程：當泵停止，管內水流空時，或遇管內產生負壓時，浮球下降，大排氣口打開，吸入空氣確保管道安全。

與其它進排氣閥的最本質區別在于本進排氣閥利用配壓原理，在浮球上部設置配壓機構，通過對氣體流向的自動調控分配，使浮球在排出第一段氣體后自動回到原有位置，進行下一段排氣，實現氣柱相間工況下的連續排氣，從而克服浮球無法回到復位的問題。

同時本發明去除了原有進排氣閥中杠桿、捎釘的結構避免了該類部件長期浸泡在水中易銹蝕、杠桿結構不穩定，易出現卡死等情況而導致的排氣效果不佳的問題。本發明通過配壓閥結構最終可關閉連接配壓機構和大氣的導氣通道，達到止水防漏效果，解決了進排氣閥在工作過程中常出現的漏水問題。本發明通過設置導氣槽的方式改變水流進入主腔閥體的流向，消除了水流和氣體直接沖擊浮球的作用力，解決了空心浮球在有高壓、大氣錘或水錘情況下易被壓變形的問題。

本發明設計巧妙，原理科學，易于實現，管道全部壓力范圍內均可實現高速排氣，適用范圍廣，進排氣效果好。