CN112431953A - 一种活塞结构的自力式明杆流量控制阀 - Google Patents

一种活塞结构的自力式明杆流量控制阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种活塞结构的自力式明杆流量控制阀，包括阀体（1），所述阀体（1）的进口处设有进腔（2），所述阀体（1）的出口处设有出腔（3）；所述阀体（1）内中部通过设有阀座（7）后分隔为上腔（4）和下腔（5），所述下腔（5）内设有内腔（6），所述内腔（6）与进腔（2）自然连通，所述上腔（4）与出腔（3）自然连通，所述内腔（6）通过其上底的上通口（8）与下腔（5）连通，所述内腔（6）通过其下底的下通口（9）与下腔（5）连通。本发明设计合理，实现流量的稳定控制和严密关断，具有更好的实际应用价值。

Description

一种活塞结构的自力式明杆流量控制阀
技术领域
本发明涉及控制阀技术领域，具体为一种应用于供暖设备的具有活塞结构的自力式明杆流量控制阀。
背景技术
目前市场上有很多自力式流量控制阀，需要满足相应的国家标准（采暖空调用自力式流量控制阀，GB/T 29735-2013）。该阀门是一种无需***外部动力驱动，依靠自身的机械动作，能够在工作压差范围内保持流量稳定的控制阀。同时可通过阀门上显示的流量刻度，准确知道通过该控制阀的流量大小。由于这两个性能特点，自力式流量控制阀被广泛应用在空调循环***和供暖循环***的水力平衡调节上，使调节变得简单方便。
自力式流量控制阀具有流量设定调节和保持流量恒定两种功能。而这两项功能的实现由阀体内的两部分构建完成。在流量设定调节方面，目前市场上主要有两种结构的阀门，一种是转套式开关调节结构，该结构依靠转套在主阀体径向改变其流通面积而改变流量，由于转套和阀体必须有一定间隙便于手动或者使用电动执行器驱动，这一间隙的存在就使泄漏量不可避免的增大，故转动套很难完全关闭。另一种是平面密封结构，通过两个平面摩擦副将过水孔道打开或关闭，这种结构也同样存在泄漏较大和扭矩较大的问题。
另外，传统的自力式流量控制阀都是应用膜片来隔断出水腔和中间腔的压力（隔成两个压力腔），然后由膜片带动自动阀塞上下运动形成节流降压达到自动调节压差、流量的目的。无数实践证明用膜片存在以下问题：（1）由于膜片较薄，经常容易破损；（2）由于膜片需要承受单向压力大小的问题，经常被压破；（3）由于膜片是将其外缘固定，通过膜片凹凸变形来形成上下运动，在其运动过程中受力不均，使得阀塞运动的线性度不好；（4）由于膜片只是中间部分上下波动，故经常性产生阀门振动（在使用中膜片处于等位量是时常容易引起振动的原因）。
传统的自力式流量控制阀注重保证介质流量恒定的性能，但不能保证关断状态下完全切断介质流量，从而起不到关断作用，在很多情况下泄流量仍然很大。这样在工程上就必须增加一个关断阀，这必将增加成本和安装空间。
发明内容
本发明目的是提供一种新型的活塞结构的自力式明杆流量控制阀，实现流量的稳定控制和严密关断。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种活塞结构的自力式明杆流量控制阀，包括阀体，所述阀体的进口处设有进腔，所述阀体的出口处设有出腔。所述阀体内中部通过设有阀座后分隔为上腔和下腔，所述下腔内设有内腔，所述内腔与进腔自然连通，所述上腔与出腔自然连通，所述内腔通过其上底的上通口与下腔连通，所述内腔通过其下底的下通口与下腔连通；所述阀座上开设有流通口，所述流通口、上通口、下通口同轴设置；所述上腔的阀口处安装阀盖，所述阀盖中央通过螺纹装配有螺杆轴，所述螺杆轴底端设有用于启闭流通口的阀板，所述螺杆轴底面的反馈通孔内固定安装有中空连杆，所述中空连杆设置于中空阀杆上端，所述中空阀杆外设有用于控制下通口开合的下阀板和用于控制上通口开合的上阀板；所述中空阀杆底端安装有活塞，所述活塞侧面与下腔底部侧壁滑动密封；所述下腔的阀口处安装底盖，所述底盖内装配有弹簧，所述弹簧装配于活塞与底盖底面之间。
工作时，水流由进腔流入内腔（腔内压力P 1 ）后，分别通过上通口及下通口进入下腔（腔内压力P 2 ），然后经流通口进入上腔（腔内压力P 3 ），直至流出。调节功能：当流量需要开大和关小时，旋转螺杆轴带动阀板向上或者向下往复运动，即可调节流通口（节流口）的流量大小，在阀盖上有流量刻度指示，可显示流经该阀的流量值。恒流保持功能：（1）、当进口压力增大，即压力P 1 增大（导致进入下腔的压力P 2 增大），水流压力下活塞，同时带动阀杆的双阀板向下运动，使双阀孔（上通口和下通口）的开口量减小，对双阀孔同时进行节流，使得压力P 2 减小至设计值，则保持压力P 2 –P 3 基本不变，保证流量基本不变。（2）当进口压力减小，即P 1 减小（导致进入下腔的压力P 2 减小），由于活塞在弹簧作用下带动阀杆的双阀板向上运动，使双阀孔的开口量增大，使得压力P 2 增大至设计值，则保持压力P 2 –P 3 基本不变，保证流量基本不变。（3）、当出口压力P 3 增大时，此时上腔内压力P 3 通过反馈通道传递至底腔内，使活塞带动阀杆的双阀板向上运动，使双阀孔的开口量增大，使得压力P 2 也同时相应增大，则保持压力P 2 –P 3 基本不变，保证流量基本不变。（4）、当出口压力P 3 减小时，此时上腔内压力P 3 通过反馈通道传递至底腔内，使活塞带动阀杆的双阀板向下运动，使双阀孔的开口量减小，对双阀孔同时进行节流，使得压力P 2 也同时相应减小，则保持压力P 2 –P 3 基本不变，保证流量基本不变。
由于现有的自力式流量控制阀中，阀杆是通过膜片来控制上下运动的，原有膜片结构易破、易划伤，而且振动严重，膜片本身是固定不动的，只是利用膜片中央的弹性来驱动阀杆进行上下运动，该控制方式并不能线性地控制阀杆进行上下运动，所以阀杆往往经常发生振动，本发明采用活塞代替膜片后，由于活塞可以整体上下运动，受力更加均匀，而且行程可控，则能够随压力变化而线性控制阀杆进行上下运动，更加准确地将水流压力的变化转变为活塞的上下运动，实现对水流和压力进行控制，提高阀门中阀板运动的线性度。
本发明设计合理，具有更好的实际应用价值。
附图说明
图1表示本发明（平面密封）示意图。
图2表示本发明（锥体密封）示意图。
图中：1-阀体，2-进腔，3-出腔，4-上腔，5-下腔，6-内腔（中腔），7-阀座，8-上通口，9-下通口，10-流通口，11-阀盖，12-螺杆轴，13-阀板，14-反馈通孔，15-中空连杆，16-中空阀杆，17-上阀板，18-下阀板，19-活塞，20-活塞密封件，21-底盖，22-弹簧，23-螺母，24-反馈连孔，25-底腔，26-螺纹密封件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
一种活塞结构的自力式明杆流量控制阀，如图1、2所示，包括阀体1，阀体1的进口处设有进腔2，阀体1的出口处设有出腔3。阀体1内中部通过一体设有的阀座7后分隔为上腔4和下腔5，或者，阀座7也可以单独装配。下腔5内设有内腔6，内腔6与进腔2采用开放式直接连通（即自然连通），上腔4与出腔3采用开放式直接连通（即自然连通）。
如图1、2所示，内腔6通过其上底的上通口8与下腔5连通，内腔6通过其下底的下通口9与下腔5连通。阀座7上开设有流通口10，流通口10、上通口8、下通口9同轴设置（位于同一轴线）；上腔4的阀口处通过螺钉安装阀盖11，阀盖11中央通过螺纹装配有螺杆轴12，螺杆轴12顶部设有旋转槽，用于螺杆轴旋转，螺杆轴12底端设有用于启闭流通口10的阀板13。螺杆轴12底面的反馈通孔14内固定安装有中空连杆15，中空连杆15下部***中空阀杆16上端内，中空连杆15底部可以固定装配于中空阀杆16上端内，反馈通孔14、中空连杆15及中空阀杆16将底盖21与上腔4连通，形成反馈通道Ⅰ；中空连杆15的作用一是实现中空阀杆16与阀板13的相对运动，所以中空连杆15通常选择通过过盈配合固定于反馈通孔14中，中空阀杆16在水流压力下沿中空连杆15上下运动，或者中空连杆15也可以通过过盈配合固定于中空阀杆16上端内，或者如图1所示，中空阀杆16上端一体设有中空连杆15，中空阀杆16带动中空连杆15在反馈通孔14内上下运动。
如图1、2所示，中空阀杆16外设有用于控制下通口8开合的下阀板18和用于控制上通口9开合的上阀板17。中空阀杆16底端通过限位槽及螺母23安装有活塞19，活塞19侧面与下腔5底部侧壁滑动密封（活塞19通过活塞密封件20与下腔5底部侧壁密封，并将底盖21的底腔25与下腔5之间隔断）；下腔5的阀口处通过螺钉安装底盖21，底盖21内装配有弹簧22，弹簧22装配于活塞19底面与底盖21底面之间。底盖21的底腔25和下腔5之间采用反馈连孔24连通，作为反馈通道Ⅱ，传统的阀门中，仅具有反馈通道Ⅱ，使得下腔和出腔联通，使出水腔压力和弹簧共同克服进水腔的压力平衡，但在实践应用中，往往出现出水腔的反馈通道Ⅱ被堵塞的问题，使阀门失去应有功能，故本发明增加反馈通道Ⅰ，反馈通道Ⅰ和反馈通道Ⅱ作用相同，当其中一条反馈通道堵塞时，也不影响使用，具有双保险的作用。
如图1所示，阀体1的出腔壁上安装有测温件。阀板13采用平面密封方式密封阀体密封座7的流通口10，在阀板13上选用固定软密封材料。
如图2所示，阀板13采用锥体密封方式密封阀体密封座7的流通口10。
该流量控制阀使用时，旋转的圈数与角度是根据过计算水量的大小而设计的，手动还是电动，可以精准控制过水量。
该活塞结构的自力式明杆流量控制阀，其结构特点为：1、阀体内设计有双塞孔（上通口和下通口），中空阀杆上的双阀板间距和双塞孔相同，双阀板上下运动可调节双塞孔的流量和压力。2、下腔和底盖之间以活塞为分隔断，两腔互不相通。3、在下腔底部安装有活塞，利用活塞代替原有的膜片，由于膜片本质上还是固定不动的，只是利用膜片中央的弹性来驱动阀杆进行运动，该控制方式并不准确，采用活塞代替膜片后，活塞是可以整体上下运动的，行程可控，能够更加准确地将水流压力的变化转变为活塞的上下运动，对水流和压力进行控制。4、控制阀的关断采用阀板的上下运动来实现对流通口的关闭，更加直接高效，而且阀板也可以安装密封材料，控制阀在关闭时，实现更加严密的密封效果。
工作原理如下：
1、水流由进腔流入内腔（腔内压力P 1 ）后，分别通过上通口及下通口进入中腔（腔内压力P 2 ），然后经调节流通口进入上腔（腔内压力P 3 ），直至流出。
2、调节功能：当流量需要开大和关小时，旋转螺杆轴带动阀板向上或者向下往复运动，即可调节流通口（节流口）的流量大小，在阀盖上有流量刻度指示，可显示流经该阀的流量值。
3、恒流保持功能：
当***压力变化，或调节流量时，阀门进出口压差会发生变化，例如：
（1）、当进口压力增大，即压力P 1 增大（导致进入下腔的压力P 2 增大），水压力下推动活塞，活塞被打破平衡，必然受力下压弹簧，同时带动阀杆的双阀板向下运动，使双阀孔（上通口和下通口）的开口量减小，对双阀孔同时进行节流，使得压力P 2 减小至设计值，则保持压力P 2 –P 3 基本不变，保证流量基本不变。
（2）、当进口压力减小，即P 1 减小（导致进入下腔的压力P 2 减小），活塞原有位置由于弹簧力有向上移动趋势，则活塞在弹簧作用下带动阀杆的双阀板向上运动，使双阀孔的开口量增大，使得压力P 2 增大至设计值，则保持压力P 2 –P 3 基本不变，保证流量基本不变。
同理，当出口侧压力变化时，例如：
（3）、当出口压力P 3 增大时，输出流量有减小趋势。此时上腔内压力P 3 通过双反馈通道传递至底腔内，P 3 增大使得底腔压力增大和弹簧形成合力使活塞带动阀杆的双阀板向上运动，使双阀孔的开口量增大，使得压力P 2 也同时相应增大，则保持压力P 2 –P 3 基本不变，保证流量基本不变。
（4）、当出口压力P 3 减小时，输出流量有增大趋势，这时底腔压力也相应减小，打破原有平衡。此时上腔内压力P 3 通过双反馈通道传递至底腔内，使活塞带动阀杆的双阀板向下运动，使双阀孔的开口量减小，对双阀孔同时进行节流，使得压力P 2 也同时相应减小，则保持压力P 2 –P 3 基本不变，保证流量基本不变。
该活塞结构的自力式明杆流量控制阀，起到了当阀前后压差在一定范围内变化时，其设定的流量值能够保持恒定。
具体实施时，开启与闭合时转动螺杆轴，转动圈数与流量为直线关系，流量与刻度可以做到误差较小，而且流量可控，根据旋转圈数可以控制流量大小。采用旋转螺杆轴的方式进行开启和关闭时，不会产生卡死现象，扭矩小，手动开启关闭省力，而且选用电动执行器时，大阀门可选用小的执行器成本低。
上述对本发明实施案例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所实施案例仅仅是本发明中的一部分实施例，而非全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所作出的所有其他实施例，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种活塞结构的自力式明杆流量控制阀，包括阀体（1），所述阀体（1）的进口处设有进腔（2），所述阀体（1）的出口处设有出腔（3）；
其特征在于：所述阀体（1）内中部通过设有阀座（7）后分隔为上腔（4）和下腔（5），所述下腔（5）内设有内腔（6），所述内腔（6）与进腔（2）自然连通，所述上腔（4）与出腔（3）自然连通，所述内腔（6）通过其上底的上通口（8）与下腔（5）连通，所述内腔（6）通过其下底的下通口（9）与下腔（5）连通；所述阀座（7）上开设有流通口（10），所述流通口（10）、上通口（8）、下通口（9）同轴设置；所述上腔（4）的阀口处安装阀盖（11），所述阀盖（11）中央通过螺纹装配有螺杆轴（12），所述螺杆轴（12）底端设有用于启闭流通口（10）的阀板（13），所述螺杆轴（12）底面的反馈通孔（14）内安装有中空连杆（15），所述中空连杆（15）设于中空阀杆（16）上端，所述中空阀杆（16）外设有用于控制下通口（8）开合的下阀板（18）和用于控制上通口（9）开合的上阀板（17）；所述中空阀杆（16）底端安装有活塞（19），所述活塞（19）侧面与下腔（5）底部侧壁滑动密封；所述下腔（5）的阀口处安装底盖（21），所述底盖（21）内装配有弹簧（22），所述弹簧（22）装配于活塞（19）与底盖（21）底面之间。
2.根据权利要求1所述的一种活塞结构的自力式明杆流量控制阀，其特征在于：所述阀体（1）的出腔壁上安装有测温件。
3.根据权利要求1或2所述的一种活塞结构的自力式明杆流量控制阀，其特征在于：所述活塞（19）通过活塞密封件（20）与下腔（5）底部侧壁密封，并将底盖（21）的底腔（25）与下腔（5）之间隔断。
4.根据权利要求3所述的一种活塞结构的自力式明杆流量控制阀，其特征在于：所述阀板（13）采用平面密封方式密封阀座（7）的流通口（10）。
5.根据权利要求3所述的一种活塞结构的自力式明杆流量控制阀，其特征在于：所述阀板（13）采用锥体密封方式密封阀座（7）的流通口（10）。
6.根据权利要求1所述的一种活塞结构的自力式明杆流量控制阀，其特征在于：所述螺杆轴（12）顶部设有旋转槽。
7.根据权利要求1所述的一种活塞结构的自力式明杆流量控制阀，其特征在于：所述底盖（21）的底腔（25）和出腔（3）之间采用反馈连孔（24）连通。
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