一種防止流體泄漏的管路定通量鎖止閥＊

陳婷，王永泉，江小麗，劉澤田，高郁菲

一種防止流體泄漏的管路定通量鎖止閥＊

陳婷，王永泉，江小麗，劉澤田，高郁菲

（湖北汽車工業學院機械工程學院，湖北 十堰 442000）

工業上通流體的管路系統和家庭中的水管系統，一旦發生泄漏不僅會浪費大量寶貴資源，還可能會造成嚴重的環境污染和爆燃事故。為此，研發了一種可安裝于家庭及工業管道中的機械式定通量鎖止閥。該裝置設有流體通量統計模塊和鎖閉模塊，通量統計的原理是采用行星系齒輪帶動輸出圓盤旋轉，通過改變輸出圓盤上觸發片的數目即可設定閥門鎖閉的通量大小。鎖閉部分采用彈簧觸發式機構，鎖閉迅速且由拉環開啟易解鎖。該裝置采用純機械結構，操作安裝簡單方便、安全性好且成本低、結實耐用，適用于各種通流體管路工況，可廣泛應用于家庭及工業管路系統中。

定通量；防泄漏；機械鎖止閥；管路系統

目前家庭及工業上大量使用通流體的管路系統，這些流體包括常見的水、油、煤氣等，常常會因為閥門的老化及管路的破裂導致少量或大量流體泄漏，不僅浪費資源，還會引發一系列的環境污染、安全事故等問題，造成巨大經濟損失。而目前已存在的定流量鎖閉裝置主要有：①一種采用電動閥門自動控制閥門關閉的裝置[1]，利用該電動閥能夠控制管路的啟閉，該閥可用于定通量鎖閉，但需要電力輸入，其使用場合有一定局限性，目前在飲水機上有部分應用。②一種利用傳感器計量的定流量控制閥[2]，當管道中的流體流動時，傳感單元向計數單元發出開始計數的指令，當計數單元計數達到預設值時，控制閥門關閉管道。該方法與第一種方法存在類似問題，應用場合同樣受限。筆者曾研發了一種純機械式定通量鎖閉閥[3]，驅動裝置由彼此轉向相反的兩蝸桿副以及帶動蝸桿副旋轉的葉輪組成，通過螺紋傳動推動整個推桿堵塞裝置，工作行程長，結構較復雜且不夠緊湊。

為此，本文改進了現有技術的不足，設計研發了一種結構緊湊、使用可靠、適用場合廣泛的純機械定通量鎖止閥[4]，可安裝于家庭管道及工業管道中。該裝置主要分為流體通量計量模塊和鎖閉模塊。將其安裝在主管路中，當流過水或其他流體的通量達到設定量，此裝置可通過機械傳動自動關閉內部閥門實現管路的切斷，從而讓管路系統處于不通流體的鎖閉狀態。如果要再次開啟管路，只需將鎖閉桿拉起至初始位置即可，操作簡單，安全可靠，可廣泛應用于各類管路系統中。

1 管路定通量鎖止閥裝置的結構設計

管路定通量鎖止閥裝置整體如圖1所示，通量計量模塊主要由第一水箱體、傳動箱體、葉輪、轉軸、行星輪系、太陽輪、圓盤、觸發片、觸發桿等組成，其中葉輪通過轉軸連接在第一水箱體內與管道互通，轉軸上端穿過固定齒輪并伸入到傳動箱體內，與第一行星輪嚙合，第二行星輪與太陽輪嚙合，太陽輪與輸出軸連接，輸出軸上連接有圓盤，圓盤上固定有觸發片，觸發桿安裝在第一箱體導向架中與導向架滑動配合，觸發片與觸發桿尾端接觸，接觸面為半弧面，減少摩擦阻力，使傳動更為流暢高效。

鎖閉模塊主要由第二水箱體、堵桿、水箱蓋、復位彈簧、鎖鉤、鎖舌等組成，其中第二水箱體內置隔板，隔板垂直方向設有通水孔，堵桿配合第一復位彈簧安裝在水箱中的安裝孔內，堵頭向下堵住通水孔，鎖舌穿過槽口垂直固定在堵桿上，鎖鉤與箱體上的連接架鉸接，鎖鉤前端勾在鎖舌上后端連接第二復位彈簧。

使用時，流體通量計量模塊與鎖閉模塊連接為一體安裝在主管路中，流體通量計量模塊上的觸發桿前端與鎖閉模塊上的鎖鉤后端接觸。當計量模塊上的圓盤轉動一定角度，觸發片與觸發桿接觸，并推動觸發桿壓下鎖鉤的一端，鎖舌恰好脫離鎖鉤的時候觸發片與觸發桿也恰好脫離接觸，此時在復位彈簧的作用下堵桿實現鎖閉管路，鎖鉤實現自動復位。裝置整體示意圖如圖1所示。

2 管路定通量鎖止閥裝置的工作原理

本裝置通過采用一個行星齒輪系來實現上萬的傳動比。當流體流經葉輪，帶動葉輪驅動行星架旋轉，第一行星輪在固定齒輪和行星架的作用下產生自轉和公轉，并帶動第二行星輪以相同速度自轉。然后由第二行星輪作用在太陽輪上，將最終減速后的運動由圓盤輸出。

圖1 裝置整體示意圖

如圖2所示，通過改變輸出圓盤上的觸發片數目可多級調節定通量：當安裝一個觸發片時，輸出圓盤每旋轉一周（葉輪旋轉15 000圈，流過1.5 t流體）觸發一次鎖閉；當有兩個觸發片時，輸出圓盤每旋轉半圈（葉輪旋轉7 500圈，流過0.75 t流體）觸發一次鎖閉；當有三個觸發片，每流過0.5 t流體觸發一次鎖閉。

圖2 觸發片的數目多級可調

將本裝置安裝于主管道中，當流體流經管道會帶動葉輪旋轉，經行星齒輪系減速后由輸出圓盤輸出。當流過的流體通量達到設定量時，圓盤上的觸發片與觸發桿接觸并推動觸發桿壓下鎖鉤，鎖閉裝置被觸發，堵桿的鎖舌脫離鎖鉤后在彈簧的作用下鎖閉管路。如果想再次開啟管路，只需手動將鎖閉桿拉起至初始位置即可。觸發片的數目可根據需要自行調整，從而實現多級調節流體通量進行管路鎖閉。裝置鎖閉狀態示意圖如圖3所示，該裝置為純機械結構，操作簡單，可靠性好。

3 管路定通量鎖止閥的應用價值與推廣優勢

家庭中和工業上，尤其是化工企業，閥門的老化及管路的破裂往往導致大量流體泄漏，不僅浪費寶貴資源，一些有毒有害物質還會引發一系列的污染排放、重大安全事故等問題，給國民經濟造成巨大經濟損失，管路定通量鎖止閥的應用能有效防止流體大量泄漏，從而起到潛在的節約節能環保和安防作用。該裝置通過行星系齒輪與輸出圓盤配合實現流體通量的計量與設定，根據用戶需求可任意改變觸發片的數目，實現多級調節設定的流通量，方便快捷。鎖閉部分采用機械彈簧觸發式，鎖閉迅速且易開啟。本裝置整體采用純機械結構即可實現通流體管路定通量鎖閉，避免了使用電力輸入帶來的一些潛在安全性、可靠性等方面的問題，經系列化設計可應用家庭和各種工業場合，工況適應性好、成本低，安裝方便、結實耐用，可廣泛應用推廣。

1—第一水箱體；2—轉軸和葉輪；3—傳動箱體；4—固定齒輪；5—行星架；6—第一行星輪；7—行星架轉軸；8—第二行星輪；9—圓盤；10—太陽輪；11—輸出軸；12—箱蓋；13—觸發片；14—觸發桿；15—導向架；16—鎖鉤；17—第二復位彈簧；18—水箱蓋；19—堵桿；20—第一復位彈簧；21—鎖舌；22—第二水箱體。

4 結論

通流體管路系統的失效往往會帶來大量物質的泄漏，一方面給普通家庭帶來較大損失，對于高危化工企業，甚至引起嚴重的安全事故[5]。本文研發的定通量鎖止閥采用純機械的方式實現流體管路的定通量鎖閉，根據應用場合采用不同的材質，進行耐熱、耐壓、耐腐蝕設計；根據應用的尺度空間，進行尺寸規格的系列化設計；無需電力輸入，可應用于室外惡劣工作環境。所以，該裝置可廣泛應用于各類通流體的管路系統中，能有效地防止因管路系統大量泄漏而引起的安全事故和資源的浪費。

［1］陳世魯.一種自動控制閥：201210564111.6［P］. 2003-10-17.

［2］楊文晶. 一種自動控制管道關閉的方法及實現裝置：200610033148.0［P］.2006-01-17.

［3］王永泉.一種通流體管路中定通量鎖閉裝置：201320562293.3［P］.2013-09-11.

［4］詹旭峰，王永泉，胡云飛. 一種定通量鎖閉裝置：201510145490.9［P］. 2015-03-31

［5］王嗣穎.管道工程閥門泄漏原因及對策［J］.交通企業管理，2017，32（1）：78-81.

D922.68

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.08.014

2095－6835（2021）08－0042－02

湖北汽車工業學院大學生創新創業基金資助（編號：DC2019009）

陳婷（1999—），女，本科在讀，研究方向為機械設計制造及自動化。

王永泉（1979—），男，副教授，研究方向為現代制造裝備設計、工程圖學。

〔編輯：張思楠〕