一种密封环方便更换的水阀设计研究

常 满 蒋 兵 胡乙胜 陈志书 王和顺

（西华大学机械工程与自动化学院，四川 成都 610039）

一种密封环方便更换的水阀设计研究

常 满 蒋 兵 胡乙胜 陈志书 王和顺

（西华大学机械工程与自动化学院，四川 成都 610039）

本文基于TRIZ创新理论，利用多屏幕法对问题进行分析，通过改变水阀结构，使维修时水阀密封环方便更换，以有效解决水阀漏水问题和维修问题。通过试验可知，本文所设计的水阀能达到预计方案的设计要求，在解决漏水问题的同时，有效提升了维修的简易性。

水阀；密封环；漏水

1 传统水阀的应用现状

1.1 传统水阀的使用情况

冲水水阀在人们日常生活中被广泛应用，给人们生活带来较大便利。但部分水阀的高频率或长时间使用，会导致阀杆与密封环之间运动副元素磨损较快，使用一段时间后就会出现漏水的现象［1］。

1.2 传统水阀的构成原理及易出现的故障分析

冲水阀的工作原理是：手压阀操作杆，使平动推杆向左移动并推动阀芯顶杆顺时针摆动，从而使进水口和出水口接通，实现厕所便槽的冲洗。冲水阀相当于一个压力控制插装阀。如图1所示的冲水阀，X是冲水阀的液控口，B口是进水口（具有供水压力），且B口通过阀芯上端小孔与X口相通，A口是出水口（具有大气压）。对图示水阀进行分析：B口压力为Pb，X口压力为Px，Px约等于Pb，A口压力为Pa（其相对压力位0），Px对阀芯4的作用力向下，远高于Pb对阀芯4的作用力，因此，阀芯4可靠关闭，使水不能从B口流至A口。当手压阀操作杆时，使平动推杆向左移动并推动阀芯顶杆顺时针摆动，结果使X口与A口接通，压力Px迅速下降，此时，阀芯4只受Pb向上的作用力而开启，B口与A口接通，水从B口流向A口，实现对厕所便槽的冲洗。

图1 冲水阀工作原理图

2 基于TRIZ理论分析问题

冲水阀的故障现象主要是漏水，通过实际考察并分析冲水阀结构得出漏水的主要原因为：密封不良，这种情况多由密封圈安装不正确或者密封圈损坏造成，需要对水阀进行检查并更换密封圈［2］；由密封不当或者修理不当造成蜡封失效，此时需要重新进行蜡封；阀芯密封不良造成冲水阀漏水，或是阀芯没有正常复位造成冲水阀漏水。对于密封本身的问题，如密封圈老化、磨损等问题，可以先检查再更换密封圈即可。阀芯不能正常复位是因为阀芯复位时受到阻碍，这可能是由水管与阀芯的垂直度误差大、自来水中的杂物累积在水管中、阀芯复位弹簧生锈腐蚀和日常使用不当等原因造成的。在检修过程中，需要根据实际问题进行相应处理。

TRIZ的理论基础对于产品的创新具有重要的指导作用，该理论已成为指导人们进行发明创新、解决工程问题的重要方法论。本文应用TRIZ理论，提出一种新型的实用的密封环更换方便的水阀。通过改进水阀结构，使更换水阀密封环变得方便，从而解决水阀密封环的更换困难问题［3］。

3 方便更换密封环水阀的设计

3.1 水阀的结构设计

为了有效解决冲水阀漏水的问题，本文提供一种密封环更换方便的水阀，水阀剖视图见图2。如图2（左全剖视图）所示，阀座通过螺纹紧固在阀体上，阀座密封环夹于阀座和阀体之间，阀座连接弹簧，弹簧连接阀瓣，阀瓣与阀杆过盈配合，阀杆上装有阀杆压盖和卡扣装置，密封环套在阀杆上，垫片被紧固环压紧，紧固环与阀体螺纹连接，紧固环旋进时密封环被压紧。阀瓣处于最右端时，进水口与出水口不相通，此时，进水口处的供水压力小于弹簧的预压紧力，出水口压力近似等于大气压。当阀杆按下阀瓣向左位移，进水口与出水口瞬间相通，自来水迅速通过，从而达到对厕所便槽的冲洗。当手离开阀杆压盖，阀杆卸载，弹簧的弹力大于进水口压力，从而使阀瓣向右位移，以此复位，进水口与出水口不相通。

图2 水阀剖视图

3.2 水阀的工作原理

当需要检查维修时，关闭水闸，压下阀杆冲水一次使管道内无水，按下卡扣将阀杆压盖取出，再将紧固环取出，之后，旋下阀座，取出弹簧、阀瓣和阀杆，从而取下密封环，这样就可以使密封环方便更换，同时其他故障也可以得到相应处理，降低了维修的难度。针对普通的手压式冲水阀，拆卸时不仅需要使用较多工具，而且容易造成维修不当，促使产生新的问题。从图2可以看出，针对水阀内的复杂问题，拆卸后阀的内部结构暴露得少，维修起来极为不便。与普通的手压式冲水阀相比，本文提及的一种密封环方便更换的水阀结构简单，拆卸方便，且拆卸后可看清水阀内的大部分结构，对阀内复杂问题进行维修时极为方便，降低了维修难度。

4 总结

本文提及的一种密封环更换方便的水阀，如图2所示，包括阀杆压盖、阀杆、卡扣装置、紧固环、垫片、密封环、阀体、阀瓣、弹簧、阀座密封环及阀座。

在结构上，阀座通过螺纹紧固在阀体上，阀座密封环夹于阀座和阀体之间，阀座连接弹簧，弹簧连接阀瓣，阀瓣与阀杆过盈配合，阀杆上装有阀杆压盖和卡扣装置，密封环套在阀杆上，垫片被紧固环压紧，紧固环与阀体螺纹连接，紧固环旋进时密封环被压紧。

在使用功能方面，压下阀杆就可实现普通手压式冲水阀的功能，使水管通水清洗厕所便槽。

在检查维修方面，该水阀拆卸简便，密封环更换方便，拆卸后，可以清晰地看到水阀的内部状况，便于使用者进行维修操作。

根据试验，本文所提设计能达到预计方案的设计要求，在解决了漏水问题的同时，有效提高了维修的简易性。

［1］赵琴，杨小林，严敬.工程流体力学［M］.重庆：重庆大学出版社，2013.

［2］赵瑞萍.O形密封圈失效原因分析［J］.煤矿机械，2013（5）：248-249.

［3］严玉虎，黄云头.液压故障的分析思路及常用查询故障的方法［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

常满（1994-），男，本科，研究方向：机械设计制造及其自动化。