專利名稱：恒壓用水流量伺服閥的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于農田灌溉技術領域，涉及一種用于實現(xiàn)多級分布式恒壓灌溉的恒壓用水流量伺服閥。
技術背景所謂恒壓灌溉，是指灌溉用水壓力恒定于最優(yōu)的用水壓力范圍，不因灌溉用水流量變化而發(fā)生變化的一種灌溉供水方式。它具有灌水均勻度高、管道設備不易受破壞、省水、節(jié)能和高度自動化的特點。恒壓灌溉因其所具有的獨特優(yōu)勢，自從1984年中國農業(yè)科學院農田灌溉研究所 (水利部農田灌溉研究所)等單位，在河南郟縣建成我國第一座恒壓噴灌試驗工程以來，得到了長足地發(fā)展。恒壓灌溉的供水形式，歷經氣壓罐式、變頻調速器式、變頻調速器與小型氣壓罐結合式，并向軟啟動、軟關機防水錘等多功能應用和智能化控制方向發(fā)展。恒壓灌溉的灌水方式，也從過去的噴灌向微噴灌、滴灌方向發(fā)展。逐步形成了灌溉系統(tǒng)的一個蓬勃發(fā)展的重要分支?，F(xiàn)有的恒壓灌溉技術，一般是采用同一水源、同一灌水形式、同一用水壓力、單級恒壓的系統(tǒng)模式。因為不能適應我國農村大多數(shù)地區(qū)，以一家一戶為經營單位的不同種植結構、不同經營規(guī)模、不同灌水方式、大田、溫室大棚并存的現(xiàn)行農業(yè)生產經營模式，極大地限制了這項先進技術的推廣應用。解決上述難題的有效途徑是實現(xiàn)多級分布式恒壓灌溉，而實現(xiàn)低投入、高可靠性、 便于管理的多級分布式恒壓灌溉的最關鍵設備是恒壓用水流量伺服閥
實用新型內容
本實用新型的目的在于提供一種用于實現(xiàn)低投入、高可靠性、便于管理的多級分布式恒壓灌溉的恒壓用水流量伺服閥。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種恒壓用水流量伺服閥，包括閥體、隔膜，水平放置的隔膜將閥體分割成參照壓力腔和用水流量感應腔兩部分，參照壓力腔中有，出氣孔、彈簧、絲杠、滑塊，絲杠的橫截面是圓形中空的，上連桿穿在其中，水平放置的有圓形垂直孔的圓形滑塊套于絲杠外，兩者通過滑塊內孔和絲杠外壁的盤旋滑道連接，中空的絲杠中上連桿的上部設有出氣孔，絲杠的頂部設有臨時安裝調節(jié)扳手的十字豁口，水平放置的隔膜的上、下兩面分別覆蓋有面積相等的不銹鋼板，垂直于隔膜平面，位于隔膜上、下兩側的上、下連桿連在一起，從隔膜的中心穿過與隔膜的中垂線重合，通過上、下連桿的緊固螺絲將覆蓋隔膜的上、下兩面的不銹鋼板壓緊在隔膜上，用水流量感應腔中設有出水口，用水流量感應腔的下部連接進水節(jié)流閥， 進水節(jié)流閥設有過水斷面為水平圓形的進水節(jié)流閥座和圓形橫截面從上到下由小變大的進水節(jié)流閥芯，進水節(jié)流閥芯垂直穿過進水節(jié)流閥座的水平圓形過水斷面，與進水節(jié)流閥座的水平圓形過水斷面的中垂線重合，進水節(jié)流閥芯橫截面大的一端，位于進水節(jié)流閥座的進水一側，進水節(jié)流閥芯的迎水面為圓形平面，隔膜上覆蓋的下不銹鋼板的面積遠遠大于進水節(jié)流閥芯的迎水面，進水節(jié)流閥芯的上部與下連桿連接，進水節(jié)流閥的下部是圓形進水通道，進水通道設有垂直于圓形過水斷面均勻布置于圓形進水通道內壁的三塊導流板。本實用新型的恒壓用水流量伺服閥工作原理如下因為隔膜上覆蓋的下不銹鋼板的面積遠遠大于節(jié)流閥芯的迎水面，通常情況下， 該迎水面所承接的壓力也遠遠小于隔膜上覆蓋的下不銹鋼板所承接的壓力，該迎水面產生的壓縮參照壓力腔中的彈簧的作用力可以忽略不計。當用戶停止用水時，用水流量為最小值，用水流量感應腔內的液體停止流動，動水壓力為零，而靜水壓力為最大值(等于出水壓力H。ut)，此時，作用于隔膜上覆蓋的下不銹鋼板上的壓力最大，產生的壓縮參照壓力腔中的彈簧的作用力最大(等于H。utXAp，Ap為隔膜上覆蓋的下不銹鋼板的面積)，使進水節(jié)流閥芯向上的位移最大(等于進水節(jié)流閥芯向上的最大位移Smax，附圖中有標注)；當用戶開始用水后，用水流量感應腔內的液體也隨之產生了流動，一部分靜水壓力轉化為動水壓力，使作用于隔膜上覆蓋的下不銹鋼板上的壓力減少，產生的壓縮參照壓力腔中的彈簧的作用力也隨之減少，被壓縮的彈簧的彈力得到部分釋放，使進水節(jié)流閥芯從向上的位移最大處向下移動；用戶用水流量越大，用水流量感應腔內的液體流動的速度就越大，靜水壓力轉化為動水壓力的部分就越多，作用于隔膜上覆蓋的下不銹鋼板上的壓力就越少，產生的壓縮參照壓力腔中的彈簧的作用力也越小，被壓縮的彈簧的彈力得到釋放的就越多，使進水節(jié)流閥芯從向上的位移最大處向下移動的距離就越大。如果用數(shù)學表達式來表示就是s = f (Q) ——1S卩，進水節(jié)流閥芯的位移s是用戶用水流量Q的函數(shù)。更具體地說，進水節(jié)流閥芯的位移s與用戶用水流量Q負相關。因為進水通道與一級恒壓系統(tǒng)連接，進水壓力Hin為恒定值，恒壓用水流量伺服閥的目的是進行二級恒壓，出水口與二級用水設備(用戶)連接，出水壓力H。ut也為恒定值， 恒壓用水流量伺服閥的前后兩端的壓力差Hin_H。ut也為恒定值，恒壓用水流量伺服閥滿足關系式Hin-Hout = SuQ2 ——2式中，&為恒壓用水流量伺服閥的阻力模數(shù)；Q為過閥流體的體積流量，即，用戶用水流量Q。因為恒壓用水流量伺服閥過水阻力的大小，主要取決于進水節(jié)流閥阻力的大小， &可以看成是進水節(jié)流閥的阻力模數(shù)。而進水節(jié)流閥的阻力模數(shù)&是進水節(jié)流閥的過水斷面的面積A的函數(shù)，即Su = f (A) -3更具體地說，進水節(jié)流閥的阻力模數(shù)&與進水節(jié)流閥的過水斷面的面積A負相關。而進水節(jié)流閥的過水斷面的面積A是進水節(jié)流閥芯的位移s的函數(shù)，即A = f (s) -4更具體地說，進水節(jié)流閥的過水斷面的面積A與進水節(jié)流閥芯的位移s負相關。用3、4代換2式，得到下式Hin-Hout = Su(f(s)) Q2 ——5[0023]再變換為下式(Hin-Hout) 1 =Q2 - 6
Su(f(s))從1式和6式可以看出用戶用水流量Q均是進水節(jié)流閥芯的位移s的函數(shù)，即， 每一次用戶用水流量Q的變化，均對應一個進水節(jié)流閥芯的位移s，而每一次進水節(jié)流閥芯的位移S的變化均對應一個恒壓用水流量伺服閥的阻力模數(shù)(S))。根據6式，要使恒壓用水流量伺服閥的前后兩端的壓力差Hin-Hwt為恒定值，即，要使恒壓用水流量伺服閥起到恒壓作用，只需使恒壓用水流量伺服閥的阻力模數(shù)(S))與用戶用水流量Q的平方呈反比關系即可。彈簧采用下式選用Ffflax = KX sfflax+F0 = Hout XAp ——7式中，F(xiàn)max為彈簧位于最大壓縮點的彈力；K為彈簧的彈性模量^max為進水節(jié)流閥芯向上的最大位移(附圖中有標注)；Ftl為彈簧的初始彈力；H。ut為恒壓用水流量伺服閥的出水壓力，即，用戶用水壓力恒定值·’ΑΡ為隔膜上覆蓋的下不銹鋼板的面積。如果所選彈簧有偏差，即，F(xiàn)max出現(xiàn)了不等于H。utXAp的情況，可通過調節(jié)臨時安裝在絲杠頂部十字豁口的調節(jié)扳手，旋轉絲杠，使滑塊上、下移動，壓緊或放松彈簧，直到Fmax等于H。ut X Ap，卸下臨時扳手。設置此微調裝置的目的，是便于批量生產。進水節(jié)流閥芯的從上到下由小變大的圓形橫截面的變化曲線，可以根據4式和6 式展開，用計算的方法獲得，也可以用試驗標定的方法，先獲得進水節(jié)流閥芯的從上到下由小變大的圓形橫截面的變化曲線的樣本，再通過曲線擬合的方法，通過數(shù)控車床進行批量
加工生產。所謂試驗標定的方法是在進水通道，加上壓力為Hin的變頻調速器驅動的恒壓源，保持Hin為恒定值，在出水口上安裝一個水龍頭，通過水龍頭的不同開度，模擬用戶用水流量的變化。每輸出一個流量，通過改變與進水節(jié)流閥座水平圓形進水口齊平的進水節(jié)流閥芯的圓形橫截面的半徑，使所測出水壓力穩(wěn)定在設計的出水壓力恒定值H。ut上。將所獲得的一系列進水節(jié)流閥芯的圓形橫截面的半徑作為橫坐標X，對應的進水節(jié)流閥芯的縱向位移作為縱坐標y，進行作圖連線，就獲得了進水節(jié)流閥芯的從上到下由小變大的圓形橫截面的變化曲線的樣本。本實用新型具有如下積極效果1、本實用新型的恒壓用水流量伺服閥，因為對進水節(jié)流閥芯橫截面的變化曲線進行了計算或試驗標定，加上進水導流板設計，恒壓準確可靠；2、本實用新型的恒壓用水流量伺服閥，無需外加驅動與控制裝置，恒壓過程全自動，結構簡單，投入低，安裝、使用方便；3、本實用新型的恒壓用水流量伺服閥，當上級管路發(fā)生水錘時，水錘壓力經進水節(jié)流閥芯圓形迎水平面承接后傳導到彈簧緩沖，可使水錘危害得到有效遏制。

附圖為本實用新型的恒壓用水流量伺服閥示意圖。
具體實施方式
—種恒壓用水流量伺服閥，如附圖所示，包括閥體1、隔膜2，水平放置的隔膜2將閥體1分割成參照壓力腔3和用水流量感應腔4兩部分，參照壓力腔3中有，出氣孔3-1、彈簧3-2、絲杠3-3、滑塊3-4，絲杠3-3的橫截面是圓形中空的，上連桿8_2穿在其中，水平放置的有圓形垂直孔的圓形滑塊3-4套于絲杠3-3外，兩者通過滑塊3-4內孔和絲杠3-3外壁的盤旋滑道連接，中空的絲杠3-3中上連桿8-2的上部設有出氣孔3-3-1，絲杠3-3的頂部設有臨時安裝調節(jié)扳手的十字豁口 3-3-2，水平放置的隔膜2的上、下兩面分別覆蓋有面積相等的不銹鋼板2-1、2-2，垂直于隔膜2平面，位于隔膜2上、下兩側的上、下連桿8-2、8-1 連在一起，從隔膜2的中心穿過與隔膜2的中垂線重合，通過上、下連桿8-2、8-1的緊固螺絲將覆蓋隔膜2的上、下兩面的不銹鋼板2-1、2-2壓緊在隔膜2上，用水流量感應腔4中設有出水口 4-1，用水流量感應腔4的下部連接進水節(jié)流閥，進水節(jié)流閥設有過水斷面為水平圓形的進水節(jié)流閥座6和圓形橫截面從上到下由小變大的進水節(jié)流閥芯7，進水節(jié)流閥芯7 垂直穿過進水節(jié)流閥座6的水平圓形過水斷面，與進水節(jié)流閥座6的水平圓形過水斷面的中垂線重合，進水節(jié)流閥芯7橫截面大的一端，位于進水節(jié)流閥座6的進水一側，進水節(jié)流閥芯7的迎水面7-1為圓形平面，隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2的面積遠遠大于進水節(jié)流閥芯7的迎水面7-1，進水節(jié)流閥芯7的上部與下連桿8-1連接，進水節(jié)流閥的下部是圓形進水通道5，進水通道5設有垂直于圓形過水斷面均勻布置于圓形進水通道5內壁的三塊導流板5-1。本實用新型的恒壓用水流量伺服閥工作原理如下如附圖所示，因為隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2的面積遠遠大于節(jié)流閥芯7的迎水面7-1，通常情況下，該迎水面7-1所承接的壓力也遠遠小于隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2所承接的壓力，該迎水面7-1產生的壓縮參照壓力腔3中的彈簧3-2的作用力可以忽略不計。當用戶停止用水時，用水流量為最小值，用水流量感應腔4內的液體停止流動， 動水壓力為零，而靜水壓力為最大值(等于出水壓力H。ut)，此時，作用于隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2上的壓力最大，產生的壓縮參照壓力腔3中的彈簧3-2的作用力最大(等于 H。utXAp，Ap為隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2的面積)，使進水節(jié)流閥芯7向上的位移最大 (等于進水節(jié)流閥芯7向上的最大位移Smax，附圖中有標注)；當用戶開始用水后，用水流量感應腔4內的液體也隨之產生了流動，一部分靜水壓力轉化為動水壓力，使作用于隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2上的壓力減少，產生的壓縮參照壓力腔3中的彈簧3-2的作用力也隨之減少，被壓縮的彈簧3-2的彈力得到部分釋放，使進水節(jié)流閥芯7從向上的位移最大處向下移動；用戶用水流量越大，用水流量感應腔4內的液體流動的速度就越大，靜水壓力轉化為動水壓力的部分就越多，作用于隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2上的壓力就越少，產生的壓縮參照壓力腔3中的彈簧3-2的作用力也越小，被壓縮的彈簧3-2的彈力得到釋放的就越多，使進水節(jié)流閥芯7從向上的位移最大處向下移動的距離就越大。如果用數(shù)學表達式來表示就是s = f (Q) -1S卩，進水節(jié)流閥芯7的位移s是用戶用水流量Q的函數(shù)。更具體地說，進水節(jié)流閥芯7的位移s與用戶用水流量Q負相關。因為進水通道5與一級恒壓系統(tǒng)連接，進水壓力Hin為恒定值，恒壓用水流量伺服閥的目的是進行二級恒壓，出水口 4-1與二級用水設備(用戶)連接，出水壓力H。ut也為恒定值，恒壓用水流量伺服閥的前后兩端的壓力差Hin-H。ut也為恒定值，恒壓用水流量伺服閥滿足關系式Hin-Hout = SuQ2 ——2式中，&為恒壓用水流量伺服閥的阻力模數(shù)；Q為過閥流體的體積流量，S卩，用戶用水流量Q。因為恒壓用水流量伺服閥過水阻力的大小，主要取決于進水節(jié)流閥阻力的大小， &可以看成是進水節(jié)流閥的阻力模數(shù)。而進水節(jié)流閥的阻力模數(shù)&是進水節(jié)流閥的過水斷面的面積A的函數(shù)，即Su = f (A) -3更具體地說，進水節(jié)流閥的阻力模數(shù)&與進水節(jié)流閥的過水斷面的面積A負相關。而進水節(jié)流閥的過水斷面的面積A是進水節(jié)流閥芯7的位移s的函數(shù)，即A = f (s) -4更具體地說，進水節(jié)流閥的過水斷面的面積A與進水節(jié)流閥芯7的位移s負相關。用3、4代換2式，得到下式Hin-Hout = Su(f (s))Q2 ——5再變換為下式(Hin - Hout) 1 = Q2 - 6
Λ (/(5))從1式和6式可以看出用戶用水流量Q均是進水節(jié)流閥芯7的位移s的函數(shù)，即， 每一次用戶用水流量Q的變化，均對應一個進水節(jié)流閥芯7的位移s，而每一次進水節(jié)流閥芯7的位移s的變化均對應一個恒壓用水流量伺服閥的阻力模數(shù)(S))。根據6式，要使恒壓用水流量伺服閥的前后兩端的壓力差Hin-Hwt為恒定值，即，要使恒壓用水流量伺服閥起到恒壓作用，只需使恒壓用水流量伺服閥的阻力模數(shù)(S))與用戶用水流量Q的平方呈反比關系即可。彈簧3-2采用下式選用Ffflax = KX smax+F0 = Hout XAp ——7式中，F(xiàn)max為彈簧3-2位于最大壓縮點的彈力；K為彈簧3-2的彈性模量^max為進水節(jié)流閥芯7向上的最大位移(附圖中有標注)；Ftl為彈簧3-2的初始彈力；H。ut為恒壓用水流量伺服閥的出水壓力，即，用戶用水壓力恒定值；AP為隔膜2上覆蓋的下不銹鋼板2-2 的面積。如果所選彈簧有偏差，即，F(xiàn)max出現(xiàn)了不等于H。utXAp的情況，可通過調節(jié)臨時安裝在絲杠3-3頂部十字豁口 3-3-2的調節(jié)扳手，旋轉絲杠3-3，使滑塊3_4上、下移動，壓緊或放松彈簧3-2，直到Fmax等于H。utXAp，卸下臨時扳手。設置此微調裝置的目的，是便于批量生產。進水節(jié)流閥芯7的從上到下由小變大的圓形橫截面的變化曲線7-2，可以根據4式和6式展開，用計算的方法獲得，也可以用試驗標定的方法，先獲得進水節(jié)流閥芯7的從上到下由小變大的圓形橫截面的變化曲線7-2的樣本，再通過曲線擬合的方法，通過數(shù)控車床進行批量加工生產。所謂試驗標定的方法是在進水通道5，加上壓力為Hin的變頻調速器驅動的恒壓
7源，保持Hin為恒定值，在出水口 4-1上安裝一個水龍頭，通過水龍頭的不同開度，模擬用戶用水流量的變化。每輸出一個流量，通過改變與進水節(jié)流閥座6水平圓形進水口齊平的進水節(jié)流閥芯7的圓形橫截面的半徑，使所測出水壓力穩(wěn)定在設計的出水壓力恒定值H。ut上。 將所獲得的一系列進水節(jié)流閥芯7的圓形橫截面的半徑作為橫坐標X，對應的進水節(jié)流閥芯7的縱向位移作為縱坐標y，進行作圖連線，就獲得了進水節(jié)流閥芯7的從上到下由小變大的圓形橫截面的變化曲線7-2的樣本。
權利要求1. 一種恒壓用水流量伺服閥，其特征在于包括閥體(1)、隔膜0)，水平放置的隔膜 (2)將閥體⑴分割成參照壓力腔(3)和用水流量感應腔⑷兩部分，參照壓力腔(3)中有，出氣孔(3-1)、彈簧(3-2)、絲杠(3-3)、滑塊(3-4)，絲杠(3_3)的橫截面是圓形中空的， 上連桿(8-2)穿在其中，水平放置的有圓形垂直孔的圓形滑塊(3-4)套于絲杠(3- 夕卜， 兩者通過滑塊(3-4)內孔和絲杠(3- 外壁的盤旋滑道連接，中空的絲杠(3-3)中上連桿 (8-2)的上部設有出氣孔(3-3-1)，絲杠(3-3)的頂部設有臨時安裝調節(jié)扳手的十字豁口 (3-3-2)，水平放置的隔膜O)的上、下兩面分別覆蓋有面積相等的不銹鋼板“2-2)， 垂直于隔膜( 平面，位于隔膜( 上、下兩側的上、下連桿(8-2)、(8-1)連在一起，從隔膜 (2)的中心穿過與隔膜O)的中垂線重合，通過上、下連桿(8-2)、(8-1)的緊固螺絲將覆蓋隔膜O)的上、下兩面的不銹鋼板“2-2)壓緊在隔膜(2)上，用水流量感應腔(4)中設有出水口 G-1)，用水流量感應腔(4)的下部連接進水節(jié)流閥，進水節(jié)流閥設有過水斷面為水平圓形的進水節(jié)流閥座(6)和圓形橫截面從上到下由小變大的進水節(jié)流閥芯(7)，進水節(jié)流閥芯(7)垂直穿過進水節(jié)流閥座(6)的水平圓形過水斷面，與進水節(jié)流閥座(6)的水平圓形過水斷面的中垂線重合，進水節(jié)流閥芯(7)橫截面大的一端，位于進水節(jié)流閥座 (6)的進水一側，進水節(jié)流閥芯(7)的迎水面(7-1)為圓形平面，隔膜( 上覆蓋的下不銹鋼板(2-2)的面積遠遠大于進水節(jié)流閥芯(7)的迎水面(7-1)，進水節(jié)流閥芯(7)的上部與下連桿(8-1)連接，進水節(jié)流閥的下部是圓形進水通道(5)，進水通道( 設有垂直于圓形過水斷面均勻布置于圓形進水通道(5)內壁的三塊導流板(5-1)。
專利摘要本實用新型涉及一種用于實現(xiàn)多級恒壓灌溉的恒壓用水流量伺服閥，包括閥體、隔膜，水平放置的隔膜將閥體分割成參照壓力腔和用水流量感應腔兩部分，參照壓力腔中有，出氣孔、彈簧、絲杠、滑塊，水平放置的隔膜的上、下兩面分別覆蓋有面積相等的不銹鋼板，垂直于隔膜平面，位于隔膜上、下兩側的上、下連桿連在一起，從隔膜的中心穿過與隔膜的中垂線重合，用水流量感應腔中設有出水口，用水流量感應腔的下部連接進水節(jié)流閥，進水節(jié)流閥的下部是圓形進水通道，進水通道設有垂直于圓形過水斷面均勻布置于圓形進水通道內壁的三塊導流板，進水節(jié)流閥芯橫截面變化曲線經計算或試驗標定，恒壓準確可靠，全自動，結構簡單，投入低，安裝、使用方便。
文檔編號F16K17/30GK202252208SQ20112036726
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2011年9月30日
發(fā)明者高勝國, 黃修橋 申請人:中國農業(yè)科學院農田灌溉研究所