CN100343565C - 动态平衡电动二通阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀门，旨在提供一种具有动态流量平衡功能的电动二通一体阀，包括安装于球阀体流道内的球阀体和与球阀体相连的角行程电动执行器，球阀体流道两端分别设置入口流道和出口流道，在入口流道或出口流道内安装有一高精度流量平衡装置。本发明的智能型动态平衡电动二通阀结构工艺简单、启动工作压差小、通流能力大、使用寿命长、制造成本低廉，适合大规模批量生产，当应用于空调、供热管网水系统时其综合节能效果十分明显。

Description

动态平衡电动二通阀

技术领域

本发明涉及一种阀门，特别涉及一种具有动态流量平衡功能的电动二通一体阀。

背景技术

空调系统耗能占楼宇总耗能的65％左右，如何贯彻执行节能环保、高效自然的中央空调技术，已日益引起人们的重视。

在采暖、空调的大量异程管网水系统中普遍存在着水力失调现象，管网水力不平衡容易造成系统能源的浪费和设备运行噪声的增加。解决复杂管网水力平衡的方法已经由机械式静态平衡阀、机械式动态平衡阀向具有动态平衡功能的智能电动一体化阀技术发展。

目前大量进口的动态平衡型电动二通阀是将机械自力式自动流量平衡型不锈钢流量控制阀芯与直行程电动二通阀的简单组合。这种动态平衡电动阀的控制流量偏小、启动工作压差的工作点偏高，电动执行器闭合压差小、使用寿命偏短。

电动二通球阀因其结构简单、制造容易、通流能力大等优点而被广泛应用在各个流体流动的简单控制领域。如果将自动流量平衡型不锈钢流量控制阀芯与电动二通球阀进行有机组合一体化，这将是一种十分理想的动态平衡型电动二通阀。采用这种启动工作压差极低的动态平衡型电动二通阀，不仅可明显降低管道的流动噪声，而且管网输配系统可实现综合节能6％～35％。

目前公知的还没有发现启动工作压差低、流动平衡精度高、采用电动球阀模式的动态平衡电动二通一体阀。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种具有动态高精度流量平衡功能的电动二通一体阀。

本发明为达到以上目的，是通过这样的技术方案来实现的：提供一种动态平衡电动二通阀，包括安装于球阀体流道3内的球阀体1和与球阀体1相连的角行程电动执行器2，球阀体流道3两端分别设置入口流道9和出口流道8，在入口流道9或出口流道8内安装有一流量平衡装置；流量平衡装置包括与入口流道9或出口流道8内壁相配装的衬套5，衬套5一端配合流道内壁设置可限制活动安装于其内的流量控制阀芯4的凸起部分，另一端与设有通孔的压紧盖7相连；流量控制阀芯4是中空的，侧面设有至少一个侧通道11，流量控制阀芯4的开口端12与衬套5的内壁密封滑动连接；流量控制阀芯4与压紧盖7之间设置弹性装置6。

作为本发明的进一步改进，所述流量控制阀芯4的上端面设有至少一个通孔10，使流量控制阀芯4内的流动贯通。

作为本发明的进一步改进，所述流量控制阀芯4的侧通道11的横截通流面的尺寸沿水流方向逐渐增大，呈逐渐放大的弧形边缘线。

作为本发明的进一步改进，所述弹性装置6为不锈钢弹簧。

作为本发明的进一步改进，所述球阀体流道3是迷宫型的，流量平衡装置配装在斜置的迷宫流道内，其末端配置一检修盘盖14和一压力测量嘴13，入口流道9上对应地配置另一压力测量嘴15。

作为本发明的进一步改进，所述角行程电动执行器2与球阀体1之间的连接方式为螺纹连接、卡装连接或扣装连接中的任意一种。

作为本发明的进一步改进，所述入口流道9与球阀体流道3之间的连接方式为一体化连接、螺纹连接或卡扣式连接中的任意一种。

作为本发明的进一步改进，所述出口流道8与球阀体流道3之间的连接方式为一体化连接、螺纹连接或卡扣式连接中的任意一种。

作为本发明的进一步改进，通过螺纹连接或卡扣式连接的入口流道9或出口流道8与球阀体流道3之间设置有密封垫。

本发明是在现有电动二通球阀的基础上对其进行有效改进，将自动流量平衡装置与电动二通球阀有机组合于一体化的智能流体控制阀，构成了动态平衡电动二通一体阀，其中的角行程电动执行器可采用通用型产品。

一体阀的电动执行器将阀体打开时，水从入口流道流入，通过不锈钢流量控制阀芯上端面的通孔和不锈钢流量控制阀芯侧面的侧通道流入不锈钢流量控制阀芯内腔，再从不锈钢流量控制阀芯的开口端流出，依次流经衬套的内腔、压紧盖的通孔后，最后从出口流道流出。随着一体阀两端压差的改变，不锈钢流量控制阀芯在高精度弹性装置的作用下能左右移动。当水压很低时，不锈钢流量控制阀芯的通流面积最大；当压差逐渐升高时，不锈钢流量控制阀芯向出口方向(流向)移动，此时只有部分的侧通道位于流道内，因此不锈钢流量控制阀芯的通流面积逐渐减小，从而实现了高精度自动流量平衡功能。

本发明的智能型动态平衡电动二通阀结构工艺简单、启动工作压差小、通流能力大、使用寿命长、制造成本低廉，适合大规模批量生产，当应用于空调、供热管网水系统时其综合节能效果十分明显。

本发明的智能型动态平衡电动二通阀还可以广泛应用于各种流动控制的领域，通过选用不同的电动执行器实现各种形式的智能流动。

附图说明

图1是具体实施例1中产品局部剖视结构示意图；

图2是具体实施例2中产品局部剖视结构示意图；

图3是具体实施例3中产品局部剖视结构示意图；

图4是具体实施例4中产品局部剖视结构示意图；

图5是具体实施例5中产品局部剖视结构示意图；

图6是具体实施例6中产品局部剖视结构示意图；

图7是具体实施例7中产品局部剖视结构示意图；

图8是本发明的动态平衡电动二通阀流量压力特征曲线示意图。

图例中符号：

1球阀体、2角行程电动执行器、3球阀体流道、4流量控制阀芯、5衬套、6高精度不锈钢弹簧、7压紧盖、8出口流道、9入口流道、10流量控制阀芯端面通孔、11流量控制阀芯侧通道、12流量控制阀芯开口端、13测量嘴、14检修盘、15测量嘴

具体实施方式

参照上述附图1～图8，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

具体实施例1中产品结构如图1所示。

图1中动态平衡电动二通阀包括包括安装于球阀体流道3内的球阀体1和与球阀体1相连的角行程电动执行器2，用来实施电动二通阀的开关控制(或三位浮点型控制)。球阀体流道3两端分别设置入口流道9和出口流道8，在出口流道8内安装一个高精度流量平衡装置；高精度流量平衡装置包括与出口流道8内壁相配装的衬套5，此衬套5由不锈钢制成。衬套5一端配合流道内壁设置可限制活动安装于其内的不锈钢流量控制阀芯4的凸起部分，另一端与设有通孔的压紧盖7相连；流量控制阀芯4是中空的，侧面设有至少侧通道11，此侧通道11可设置一个，也可以根据实际需要、在不锈钢流量控制阀芯3的侧面均匀设置若干个侧通道11；侧通道11的横截通流面的尺寸沿水流方向逐渐增大，呈逐渐放大的弧形边缘线。其开口端12与衬套5的内壁密封相对滑动连接，即不锈钢流量控制阀芯3的开口端12能沿着衬套5的内壁左右滑移。流量控制阀芯4与压紧盖7之间设置不锈钢弹簧弹性装置6，不锈钢弹簧一端紧紧顶着不锈钢流量控制阀芯3的开口端12、另一端紧紧顶着压紧盖7。不锈钢流量控制阀芯3的上端面设有与开口端12相连通的通孔10，使流量控制阀芯4流动贯通。

入口流道9和出口流道8与球阀体流道3之间分别为螺纹式连接和卡入式连接，也可以是一体化连接。流道与球阀体流道之间设置有密封垫。角行程电动执行器2与球阀体1可螺纹连接，也可卡装连接或扣装连接。

具体实施例2的动态平衡电动二通阀如图2所示，其中入口流道和出口流道与球阀体流道之间分别为一体化连接和螺纹式连接。

具体实施例3的动态平衡电动二通阀如图3所示，其中入口流道和出口流道与球阀体流道之间分别为一体化连接和螺纹式连接。高精度流量平衡装置配装在斜置的迷宫型入口流道内，其末端配置一检修盘盖14和一压力测量嘴13，入口流道上对应地配置一压力测量嘴15。

具体实施例4的动态平衡电动二通阀如图4所示，其中入口流道和出口流道与球阀体流道之间分别为螺纹式连接和一体化连接。

具体实施例5的动态平衡电动二通阀如图5所示，其中入口流道和出口流道与球阀体流道之间分别为螺纹式连接和一体化连接。

具体实施例6的动态平衡电动二通阀如图6所示，其中入口流道和出口流道与球阀体流道之间分别为螺纹式连接和卡入式连接。角行程电动执行器2与球阀体1是通过卡装连接或扣装连接。

具体实施例7的动态平衡电动二通阀如图7所示，其中入口流道和出口流道与球阀体流道之间分别为螺纹式连接和一体化连接。高精度流量平衡装置配装在斜置的迷宫型出口流道内，其末端配置一检修盘盖和一压力测量嘴，入口流道上对应地配置一压力测量嘴。

处于打开状态的一体阀实际工作过程如下：

1、当一体阀两端压差很低时，水流无法克服弹簧6的阻力沿流向推动不锈钢流量控制阀芯3，此时不锈钢流量控制阀芯3侧面的整个侧通道11位于流道内，不锈钢流量控制阀芯3的通流面积最大。流道内的水同时通过不锈钢流量控制阀芯3上端面的通孔10和侧面的侧通道11流入不锈钢流量控制阀芯3内腔，再从不锈钢流量控制阀芯3的开口端12流出。

2、当一体阀两端压差逐渐升高并大于启动工作压差值、小于上限工作压差值时，水流克服弹簧6的阻力向右推动不锈钢流量控制阀芯3(此时弹簧6被压缩)，不锈钢流量控制阀芯3侧面的侧通道11的一部分位于流道内、另一部分位于衬套5的内腔，不锈钢流量控制阀芯3的通流面积已经逐渐减少。流道内的水同时通过不锈钢流量控制阀芯3上端面的通孔10和侧面的部分侧通道11，流入不锈钢流量控制阀芯3内腔，再从不锈钢流量控制阀芯3的开口端12流出。该工作段内一体阀始终具有高精度流量平衡功能。

3、当一体阀两端压差逐渐升高并大于上限工作压差值时，不锈钢流量控制阀芯3继续沿流向移动，不锈钢流量控制阀芯3侧面的侧通道11全部位于衬套5的内腔，此时不锈钢流量控制阀芯3的通流面积最小。流道内的水只能通过不锈钢流量控制阀芯3上端面的固定通孔10高速涌入不锈钢流量控制阀芯3内腔，再从不锈钢流量控制阀芯3的开口端12流出。该工作段内一体阀就变成了一个普通的电动节流阀。

具体工作原理如下：

当电动球阀打开时，水流作用在不锈钢流量控制阀芯3上，使不锈钢流量控制阀芯3与衬套5具有相对运动位移s。同时在不锈钢流量控制阀芯3两侧形成压降ΔP。

此时经过阀门的流量(Q)表达式：

$Q=\mathrm{Cv}\×\sqrt{\mathrm{\ΔP}}$

Cv为阀门的流量系数

不锈钢流量控制阀芯3在动作时，侧通道11通流面积在改变，使其有不同的流通能力，Cv是位移s的函数，其数学表达式：

Cv＝Cv(s)

不锈钢流量控制阀芯3两端的压降ΔP作用在不锈钢流量控制阀芯3上的力与弹簧6的弹力F平衡，我们采用具有线性变形特性的高精度不锈钢弹簧，弹力F是位移s(即弹簧压缩量)的线性函数，ΔP也是位移s的函数。

假设不锈钢流量控制阀芯3的顶端投影作用面积Ap(属于常数)，初始的弹力F₀，K为弹簧6的弹性模量，它们有如下关系式：它们有如下关系式：

$Q=\mathrm{Cv}\left(s\right)\×\sqrt{\mathrm{\ΔP}\left(s\right)}$

F＝K×s+F₀＝ΔP(s)×Ap

侧通道11的过流面属于圆柱面开孔(当不锈钢流量控制阀芯3为圆形时)，因此侧通道11的过流面面积A可以通过展开图面积表示：

A＝A(s)

根据流体力学连续性方程和动量方程方程的一维模型简化，在流体流经阀门的不锈钢流量控制阀芯3时，为了保持流量的恒定，通过联立求解方程组得到近似式：

A(s)＝C₁×(F₀+K×s+C₂)^-1/2

其中C₁、C₂、F₀均为常数，K为弹簧的弹性模量，通过阀门模数化流量时利用实验数据标定得到，具体数据可以查找模数化样本。

这种过流面的开孔曲线在数控加工机上很容易实现。

图8是本发明的动态平衡电动二通阀流量压力特征曲线示意图。图中ΔP1表示启动工作压差值，ΔP2表示上限工作压差值。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的六个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1、一种动态平衡电动二通阀，包括安装于球阀体流道(3)内的球阀体(1)和与球阀体(1)相连的角行程电动执行器(2)，球阀体流道(3)两端分别设置入口流道(9)和出口流道(8)，其特征在于，在入口流道(9)或出口流道(8)内安装有一流量平衡装置；流量平衡装置包括与入口流道(9)或出口流道(8)内壁相配装的衬套(5)，衬套(5)一端配合流道内壁设置可限制活动安装于其内的流量控制阀芯(4)的凸起部分，另一端与设有通孔的压紧盖(7)相连；流量控制阀芯(4)是中空的，侧面设有至少一个侧通道(11)，流量控制阀芯(4)的开口端(12)与衬套(5)的内壁密封滑动连接；流量控制阀芯(4)与压紧盖(7)之间设置弹性装置(6)。

2、根据权利要求1所述的动态平衡电动二通阀，其特征在于，所述流量控制阀芯(4)的上端面设有至少一个通孔(10)，使流量控制阀芯(4)流动贯通。

3、根据权利要求1所述的动态平衡电动二通阀，其特征在于，所述流量控制阀芯(4)的侧通道(11)的横截通流面的尺寸沿水流方向逐渐增大，呈逐渐放大的弧形边缘线。

4、根据权利要求1所述的动态平衡电动二通阀，其特征在于，所述弹性装置(6)为不锈钢弹簧。

5、根据权利要求1所述的动态平衡电动二通阀，其特征在于，所述球阀体流道(3)是迷宫型的，流量平衡装置装配在斜置的迷宫流道内，其末端配置一检修盘盖(14)和一压力测量嘴(13)，入口流道(9)上对应地配置另一压力测量嘴(15)。

6、根据权利要求1所述的动态平衡电动二通阀，其特征在于，所述角行程电动执行器(2)与球阀体(1)之间的连接方式为螺纹连接、卡装连接或扣装连接中的任意一种。

7、根据权利要求1所述的动态平衡电动二通阀，其特征在于，所述入口流道(9)与球阀体流道(3)之间的连接方式为一体化连接、螺纹连接或卡扣式连接中的任意一种。

8、根据权利要求1所述的动态平衡电动二通阀，其特征在于，所述出口流道(8)与球阀体流道(3)之间的连接方式为一体化连接、螺纹连接或卡扣式连接中的任意一种。

9、根据权利要求7或8所述的动态平衡电动二通阀，其特征在于，通过螺纹连接或卡扣式连接的入口流道(9)或出口流道(8)与球阀体流道(3)之间设置有密封垫。

Images