一種密封環(huán)方便更換的水閥設(shè)計(jì)研究

常 滿 蔣 兵 胡乙勝 陳志書 王和順

（西華大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，四川 成都 610039）

一種密封環(huán)方便更換的水閥設(shè)計(jì)研究

常 滿 蔣 兵 胡乙勝 陳志書 王和順

（西華大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，四川 成都 610039）

本文基于TRIZ創(chuàng)新理論，利用多屏幕法對(duì)問題進(jìn)行分析，通過改變水閥結(jié)構(gòu)，使維修時(shí)水閥密封環(huán)方便更換，以有效解決水閥漏水問題和維修問題。通過試驗(yàn)可知，本文所設(shè)計(jì)的水閥能達(dá)到預(yù)計(jì)方案的設(shè)計(jì)要求，在解決漏水問題的同時(shí)，有效提升了維修的簡易性。

水閥；密封環(huán)；漏水

1 傳統(tǒng)水閥的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 傳統(tǒng)水閥的使用情況

沖水水閥在人們?nèi)粘Ｉ钪斜粡V泛應(yīng)用，給人們生活帶來較大便利。但部分水閥的高頻率或長時(shí)間使用，會(huì)導(dǎo)致閥桿與密封環(huán)之間運(yùn)動(dòng)副元素磨損較快，使用一段時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)漏水的現(xiàn)象［1］。

1.2 傳統(tǒng)水閥的構(gòu)成原理及易出現(xiàn)的故障分析

沖水閥的工作原理是：手壓閥操作桿，使平動(dòng)推桿向左移動(dòng)并推動(dòng)閥芯頂桿順時(shí)針擺動(dòng)，從而使進(jìn)水口和出水口接通，實(shí)現(xiàn)廁所便槽的沖洗。沖水閥相當(dāng)于一個(gè)壓力控制插裝閥。如圖1所示的沖水閥，X是沖水閥的液控口，B口是進(jìn)水口（具有供水壓力），且B口通過閥芯上端小孔與X口相通，A口是出水口（具有大氣壓）。對(duì)圖示水閥進(jìn)行分析：B口壓力為Pb，X口壓力為Px，Px約等于Pb，A口壓力為Pa（其相對(duì)壓力位0），Px對(duì)閥芯4的作用力向下，遠(yuǎn)高于Pb對(duì)閥芯4的作用力，因此，閥芯4可靠關(guān)閉，使水不能從B口流至A口。當(dāng)手壓閥操作桿時(shí)，使平動(dòng)推桿向左移動(dòng)并推動(dòng)閥芯頂桿順時(shí)針擺動(dòng)，結(jié)果使X口與A口接通，壓力Px迅速下降，此時(shí)，閥芯4只受Pb向上的作用力而開啟，B口與A口接通，水從B口流向A口，實(shí)現(xiàn)對(duì)廁所便槽的沖洗。

圖1 沖水閥工作原理圖

2 基于TRIZ理論分析問題

沖水閥的故障現(xiàn)象主要是漏水，通過實(shí)際考察并分析沖水閥結(jié)構(gòu)得出漏水的主要原因?yàn)椋好芊獠涣?，這種情況多由密封圈安裝不正確或者密封圈損壞造成，需要對(duì)水閥進(jìn)行檢查并更換密封圈［2］；由密封不當(dāng)或者修理不當(dāng)造成蠟封失效，此時(shí)需要重新進(jìn)行蠟封；閥芯密封不良造成沖水閥漏水，或是閥芯沒有正常復(fù)位造成沖水閥漏水。對(duì)于密封本身的問題，如密封圈老化、磨損等問題，可以先檢查再更換密封圈即可。閥芯不能正常復(fù)位是因?yàn)殚y芯復(fù)位時(shí)受到阻礙，這可能是由水管與閥芯的垂直度誤差大、自來水中的雜物累積在水管中、閥芯復(fù)位彈簧生銹腐蝕和日常使用不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻?。在檢修過程中，需要根據(jù)實(shí)際問題進(jìn)行相應(yīng)處理。

TRIZ的理論基礎(chǔ)對(duì)于產(chǎn)品的創(chuàng)新具有重要的指導(dǎo)作用，該理論已成為指導(dǎo)人們進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)新、解決工程問題的重要方法論。本文應(yīng)用TRIZ理論，提出一種新型的實(shí)用的密封環(huán)更換方便的水閥。通過改進(jìn)水閥結(jié)構(gòu)，使更換水閥密封環(huán)變得方便，從而解決水閥密封環(huán)的更換困難問題［3］。

3 方便更換密封環(huán)水閥的設(shè)計(jì)

3.1 水閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了有效解決沖水閥漏水的問題，本文提供一種密封環(huán)更換方便的水閥，水閥剖視圖見圖2。如圖2（左全剖視圖）所示，閥座通過螺紋緊固在閥體上，閥座密封環(huán)夾于閥座和閥體之間，閥座連接彈簧，彈簧連接閥瓣，閥瓣與閥桿過盈配合，閥桿上裝有閥桿壓蓋和卡扣裝置，密封環(huán)套在閥桿上，墊片被緊固環(huán)壓緊，緊固環(huán)與閥體螺紋連接，緊固環(huán)旋進(jìn)時(shí)密封環(huán)被壓緊。閥瓣處于最右端時(shí)，進(jìn)水口與出水口不相通，此時(shí)，進(jìn)水口處的供水壓力小于彈簧的預(yù)壓緊力，出水口壓力近似等于大氣壓。當(dāng)閥桿按下閥瓣向左位移，進(jìn)水口與出水口瞬間相通，自來水迅速通過，從而達(dá)到對(duì)廁所便槽的沖洗。當(dāng)手離開閥桿壓蓋，閥桿卸載，彈簧的彈力大于進(jìn)水口壓力，從而使閥瓣向右位移，以此復(fù)位，進(jìn)水口與出水口不相通。

圖2 水閥剖視圖

3.2 水閥的工作原理

當(dāng)需要檢查維修時(shí)，關(guān)閉水閘，壓下閥桿沖水一次使管道內(nèi)無水，按下卡扣將閥桿壓蓋取出，再將緊固環(huán)取出，之后，旋下閥座，取出彈簧、閥瓣和閥桿，從而取下密封環(huán)，這樣就可以使密封環(huán)方便更換，同時(shí)其他故障也可以得到相應(yīng)處理，降低了維修的難度。針對(duì)普通的手壓式?jīng)_水閥，拆卸時(shí)不僅需要使用較多工具，而且容易造成維修不當(dāng)，促使產(chǎn)生新的問題。從圖2可以看出，針對(duì)水閥內(nèi)的復(fù)雜問題，拆卸后閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)暴露得少，維修起來極為不便。與普通的手壓式?jīng)_水閥相比，本文提及的一種密封環(huán)方便更換的水閥結(jié)構(gòu)簡單，拆卸方便，且拆卸后可看清水閥內(nèi)的大部分結(jié)構(gòu)，對(duì)閥內(nèi)復(fù)雜問題進(jìn)行維修時(shí)極為方便，降低了維修難度。

4 總結(jié)

本文提及的一種密封環(huán)更換方便的水閥，如圖2所示，包括閥桿壓蓋、閥桿、卡扣裝置、緊固環(huán)、墊片、密封環(huán)、閥體、閥瓣、彈簧、閥座密封環(huán)及閥座。

在結(jié)構(gòu)上，閥座通過螺紋緊固在閥體上，閥座密封環(huán)夾于閥座和閥體之間，閥座連接彈簧，彈簧連接閥瓣，閥瓣與閥桿過盈配合，閥桿上裝有閥桿壓蓋和卡扣裝置，密封環(huán)套在閥桿上，墊片被緊固環(huán)壓緊，緊固環(huán)與閥體螺紋連接，緊固環(huán)旋進(jìn)時(shí)密封環(huán)被壓緊。

在使用功能方面，壓下閥桿就可實(shí)現(xiàn)普通手壓式?jīng)_水閥的功能，使水管通水清洗廁所便槽。

在檢查維修方面，該水閥拆卸簡便，密封環(huán)更換方便，拆卸后，可以清晰地看到水閥的內(nèi)部狀況，便于使用者進(jìn)行維修操作。

根據(jù)試驗(yàn)，本文所提設(shè)計(jì)能達(dá)到預(yù)計(jì)方案的設(shè)計(jì)要求，在解決了漏水問題的同時(shí)，有效提高了維修的簡易性。

［1］趙琴，楊小林，嚴(yán)敬.工程流體力學(xué)［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，2013.

［2］趙瑞萍.O形密封圈失效原因分析［J］.煤礦機(jī)械，2013（5）：248-249.

［3］嚴(yán)玉虎，黃云頭.液壓故障的分析思路及常用查詢故障的方法［J］.硅谷，2009（23）：2，115.

Design and Study on Water Valve with a Convenient Replacement Seal Ring

Chang Man Jiang Bing Hu Yisheng Chen Zhishu Wang Heshun
（College of Mechanical Engineering and Automation,Xihua University，Chengdu Sichuan 610039）

This paper based on TRIZ innovation theory,and used multi-screen method to analyze the problem.By changing the structure of water valve,the sealing ring of water valve can be replaced conveniently during maintenance,so as to effectively solve the leakage problem and maintenance problem of water valve.Through the test,we can see that the water valve designed in this paper can meet the design requirements of the proposed scheme.It can effectively improve the maintenance simplicity while solving the water leakage problem.

water valve；sealing ring；water leakage

TH134

A

1003-5168（2017）07-0086-02

2017-06-02

常滿（1994-），男，本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。