CN102466054A - 一种膨胀阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制冷技术领域，公开了一种膨胀阀，包括带有腔室的阀体、位于所述腔室内的阀芯和阀座、与所述腔室连通的第一开口和第二开口，其特征在于，所述阀芯设有轴向通孔，在所述轴向通孔中设置有与所述阀体连接的活塞，在阀芯工作行程内，所述阀芯的朝向阀座的上端面不低于所述活塞的端平面或环形锥面的底端，本发明所提供的膨胀阀，来自第一开口的流体压力主要由活塞来承受并传递至阀体平衡，从而减小阀芯本身的受力，而且，本发明对阀芯和活塞之间的相对位置进行了优化设计，避免了在膨胀阀工作过程中，因阀芯和活塞影响而产生较大的流动阻力和流体波动，使流路控制更加精确。

Description

一种膨胀阀

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，特别涉及一种膨胀阀。

背景技术

在制冷循环系统回路中，膨胀阀通过感应制冷系统中蒸发器出口或压缩机吸入段的过热度来控制阀的开度大小，从而实现系统制冷剂流量调节和节流降压的作用。

图1为一种典型的膨胀阀结构示意图。

请参考图1。膨胀阀通常具有入口管900和出口管400，来自冷凝器的高压流体从入口管900进入，节流降压后从出口管400流向蒸发器。膨胀阀的上端包括气箱头100以及传动杆200，传动杆200连接阀芯500，阀座1000位于出口管400与入口管900的交接处，阀芯500与阀座1000配合，阀芯500通过弹簧600与支撑部件700抵接。支撑部件700的底部连接调节杆800，阀芯500、支撑部件700以及弹簧600位于阀壳内，调节杆800与调节座固定。

在蒸发器的出口处设有感温包，感温包感应蒸发器出口温度，温度过高，感温包内工质压力增大，通过毛细管传递至气箱头内的膜片使其向下运动，带动传动杆200推动阀芯500离开阀座1000，则阀芯500可以通过感温包产生的压力控制入口管900与出口管400之间连接开口的大小。

此外，高压冷凝压力通过入口管900对阀芯500产生使阀开启方向的力，来自出口管400的蒸发压力对阀芯500产生使其关闭方向的力，因此，阀芯500除了要受到使阀芯500开启的感温包压力以及使阀芯500关闭的蒸发压力和弹簧力之外，还要额外承受由于高低压压差而对阀芯500产生的力。对于小容量阀或低压制冷系统来说，高低压压差对阀芯500的力对系统的影响较小，但对于大容量阀或高压制冷系统来说，高低压压差对阀芯500的力对系统的影响较大，这样膨胀阀的过热度不能反映蒸发器真实过热度，会大大降低系统的工作效率。

为解决以上问题，现有技术中对阀芯500结构作了一定的改进，在阀芯500上加工出通孔，对自入口管900的压力可以由阀芯500的内外端面进行平衡。然而，此种结构膨胀阀通过阀芯500自身受力以实现受力平衡，性能不够稳定，且阀芯500结构复杂，重量大，耗材多，同时也会增加调节弹簧600的负载；此外，调节杆800、支撑部件700连接复杂，加工以及装配较为麻烦。

因此，如何提供一种稳定地平衡高低压差对阀芯影响的膨胀阀，同时能改善阀芯在在阀口处的流体阻力影响是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种膨胀阀，该膨胀阀具备稳定地平衡高低压差对阀芯影响的功能。为解决上述技术问题，本发明提供一种膨胀阀，包括带有腔室的阀体、位于所述腔室内的阀芯和阀座、与所述腔室连通的第一开口和第二开口，所述阀芯相对于所述阀座移动以控制所述第一开口和第二开口之间的流路通道的大小，其特征在于，所述阀芯设有轴向通孔，在所述轴向通孔中设置有与所述阀体连接的活塞，所述活塞的上端部为端平面，在阀芯工作行程的移动区间内，所述阀芯的朝向阀座的上端面不低于所述活塞的端平面。

优选地，如上述结构的膨胀阀，在阀芯工作行程的移动区间内，所述阀芯的上端面高出所述活塞的端平面0.1mm以上；

进一步，如上述结构的膨胀阀，所述阀芯还包括与所述上端面连接的环形锥面；

优选地，所述阀芯的环形锥面的锥角(α)在60°-120°之间；

优选地，所述活塞的横向截面面积(S2)为所述阀座的阀口处的最大流通面积的0.9倍以上。

同时，本发明还提供一种膨胀阀，包括带有腔室的阀体、位于所述腔室内的阀芯和阀座、与所述腔室连通的第一开口和第二开口，所述阀芯相对于所述阀座移动以控制所述第一开口和第二开口之间的流路通道的大小，其特征在于，所述阀芯设有轴向通孔，在所述轴向通孔中设置有与所述阀体连接的活塞，所述活塞的上端部包括端平面和与所述端平面连接的环形锥面，在阀芯工作行程的移动区间内，所述阀芯的朝向阀座的上端面不低于所述活塞环形锥面的底端。

进一步，如上述结构的膨胀阀，所述阀芯还包括与所述上端面连接的环形锥面；

优选地，所述阀芯的环形锥面的锥角(α)与所述活塞的环形锥面的锥角(β)之差在-40°到60°之间；

优选地，所述阀芯的环形锥面的锥角(α)与所述活塞的环形锥面的锥角(β)之差在-20°到40°之间；

优选地，所述活塞的横向截面面积(S2)为所述阀座的阀口处的最大流通面积的0.9倍以上。

本发明所提供的膨胀阀的阀芯头部具有轴向通孔，且轴向通孔中设有活塞，活塞与所述阀体连接，则原作用于阀芯的流体压力主要由活塞来承受，由于活塞与阀体连接，则最终将压力传递至阀体来平衡，减小了流体的进出口压力差对阀芯工作性能的影响。而且，本发明对阀芯和活塞之间的相对位置进行了优化设计，避免了在膨胀阀工作过程中，阀芯和活塞产生较大的流体阻力和流体波动，使流体控制更加精确。

附图说明

图1：现有技术的典型膨胀阀结构示意图；

图2：本发明所提供的膨胀阀具体实施方式结构示意图；

图3：图2中的膨胀阀的阀芯和活塞在阀口位置处的局部放大图；

图4：图2所示的膨胀阀的阀芯和活塞零件结构相对位置示意图；

图5：本发明所提供的膨胀阀另一种具体实施方式的结构示意图；

图6：图5中的膨胀阀的阀芯和活塞在阀口位置处的局部放大图；

图7：图5所示膨胀阀的阀芯和活塞零件结构相对位置示意图；

图8：本发明所提供的膨胀阀第三种具体实施方式的阀芯和活塞零件结构和相对位置示意图；

图9：图5实施例中的阀流量偏差随阀芯环形锥面的锥角和活塞环形锥面的锥角之差以及阀芯与活塞相对位置变化的模拟关系曲线。

图中符号说明：

1-气箱盖、2-膜片、3-气箱座；

4-传动片、5-传动杆；

7-第一开口、6-第二开口；

8-支撑部件、9-调节座；

10-调节杆、11-活塞杆；

12-阀帽、13-阀体；

14-活塞；

141-端平面、142-环形锥面、142’-锥面

143-上端面；

15-阀芯；

151-上端面、152-环形锥面、152’-锥面；

153-轴向通孔；

16-密封圈；

17-阀口、18-阀座；

19-调节弹簧、20-腔室；

200-传动杆、400-出口管；

500-阀芯、600-弹簧；

700-支撑环、800-调节杆；

900-入口管、100-气箱头；

1000-阀座。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图2为本发明所提供的膨胀阀具体实施方式结构示意图。

参考图2，该实施方式中的膨胀阀，包括具有腔室的阀体13，阀体13的上端设有第一开口7和第二开口6，第一开口7与第二开口6的上方还具有气箱头部件以及传动杆5，气箱头部件包括气箱盖1、膜片2、传动片4和气箱座3。第一开口7连接第一接管，第二开口6连接第二接管，第一开口7与第二开口6均与阀体13的腔室20连通。该膨胀阀还包括设于腔室20中的阀芯15和阀座18，上述阀座18可以由阀体13的内台阶形成，也可以独立设置。阀芯15相对于阀座18移动来调节阀座18的阀口17开启大小，以控制第一开口7和第二开口6之间的流路通道大小。

在蒸发器的出口设有感温包(图中未示出)，感温包感应蒸发器出口温度，当温度升高时，感温包内工质压力增大，通过毛细管传递至气箱头部件，通过膜片2带动传动杆5向下移动，传动杆5再推动阀芯15克服调节弹簧19的弹力移动，加大第一开口7与第二开口6之间的阀座18的阀口17的开度，增加通过的制冷剂流量；当蒸发器出口温度降低时，感温包内工质压力下降，与上述过程相反，在蒸发压力和调节弹簧19的复位弹力作用下，阀芯15往阀座18方向移动，从而减小第一开口7与第二开口6之间的阀座18的阀口17的开度，减少通过的制冷剂流量。

图3为图2所示膨胀阀的阀芯和活塞在阀口位置的局部放大图；图4为图2所示膨胀阀的阀芯和活塞零件结构相对位置示意图。

参见图3和图4所示，并结合图2。阀芯15设有轴向通孔153，在轴向通孔153中设置有活塞14，其活塞14的上端部为端平面141；其阀芯15具有朝向阀座18的上端面151和与上端面151连接的环形锥面152，活塞14与阀芯15的轴向通孔153可以通过设置密封圈进行密封配合，同时需保证阀芯15可相对于活塞14上下运动，为了更好地平衡来自第二开口6内流体的压力，阀芯的下部可以设置连通阀芯的内腔与第二开口6的平衡孔。活塞14可以通过活塞杆11连接在阀芯15的支撑部件8上，同时，阀芯15通过调节弹簧19抵接在支撑部件8上，支撑部件8与调节杆10的上端连接，而调节杆10与调节座9连接，调节座9与阀体13固定。因此，活塞14通过活塞杆11连接支撑部件8，实现了活塞14与阀体13的连接。

如设阀口17处的最大流通面积为S1，活塞14的横向截面面积为S2，则当阀芯15与阀座18密封配合时，第一开口7内压力作用于阀芯15和活塞14上。其中阀芯15所承受的第一开口7内压力的面积为环形锥面152朝向阀口17的横截面积(即S1-S2)。所以当S1为一定的条件下，活塞14所承受的力与S2成正比。如活塞14的横向截面面积S2远大于阀芯15的环形锥面152朝向阀口17的横截面积，即S1-S2的值尽量小，则来自第一开口7的高压流体压力大部分由活塞14所分担，由于活塞14与阀体13连接，则活塞14所受的力最终传递至阀体13上进行平衡，对阀芯15的影响较小。

为了尽量减小第一开口7处的流体对阀芯15的作用力，通过对比验证，当活塞14的横向截面面积S2为阀座18的阀口17处的最大流通面积S1的0.9倍以上时(即S2/S1＞0.9)，即可以起到较好的减小阀芯15压力的效果，当然，这里并不是将活塞14的横向截面面积S2与阀口17处的最大流通面积S1的比例限定为0.9以上，只要能实现尽量减小阀芯受力面积的实施例均在本发明的保护范围之内。

如图2所示的活塞的上端部为端平面的结构中，通过流道模拟分析，在阀芯工作行程内(即膨胀阀实施预定的节流和关闭的状态下)，阀芯15的上端面151应不低于活塞14的端平面141，能够使阀芯和活塞对流体的阻力较小。优选地，阀芯的上端面高出活塞的端平面在0.1mm以上时较为理想(即图4中的H≥0.1mm)；同样通过流道模拟分析，在阀芯还具有环形锥面的结构中，阀芯的环形锥面152的锥角α设计在60°到120°之间能够使阀芯和活塞对流体的阻力较小。

此外，阀芯15下端对应的腔室与第二开口6通过平衡孔(图中未示出)连通，使来自第二开口6的低压压力可以同时作用在阀芯15的下端基座部上下表面，该结构可以平衡低压侧对阀芯15产生的附加力。

当制冷剂从第二开口6流向第一开口7时，高压流体从第二接管进入阀体13内，与上述制冷剂从第一开口7流向第二开口6时的原理相同，在此不再赘述。

图5为本发明所提供的膨胀阀另一种具体实施方式的结构示意图；图6为图5所示的膨胀阀的阀芯和活塞在阀口位置处的局部放大图；图7为图5所示的膨胀阀的阀芯和活塞零件结构相对位置示意图。

如图5、图6及图7所示。与上述实施例不同的是，阀芯15设有轴向通孔153，在轴向通孔153中设置有活塞14，其活塞14的上端部包括端平面143和与端平面143连接的环形锥面142；其阀芯15具有朝向阀座18的上端面151和与上端面151连接的环形锥面152。活塞14与阀芯15的轴向通孔153通过设置密封圈密封配合，同时需保证阀芯15可相对于活塞14上下运动。

如设阀口17处的最大流通面积为S1，活塞的横向截面面积为S2，则当阀芯15与阀座18密封配合时，第一开口7内压力作用于阀芯15和活塞14上。其中阀芯15所承受的第一开口7内压力的面积为环形锥面152朝向阀口17的横截面积(即S1-S2)。所以，当S1为一定的条件下，活塞14所承受的力与S2成正比。如活塞14的横向截面面积S2远大于阀芯15的环形锥面152朝向阀口17的横截面积，即S1-S2的值尽量小，则来自第一开口7的高压流体压力大部分由活塞14所分担，由于活塞14与阀体13连接，则活塞14所受的力最终传递至阀体13上进行平衡，对阀芯15的影响较小。

为了尽量减小第一开口7处的流体对阀芯15的作用力，通过对比验证，当活塞14的横向截面面积S2为阀座18的阀口17处的最大流通面积S1的0.9倍以上时(即S2/S1＞0.9)，即可以起到较好的减小阀芯15压力的效果，当然，这里并不是将活塞14的横向截面面积S2与阀口17处的最大流通面积S1的比例限定为0.9以上。

在本实施例中，通过流道模拟分析，在阀芯的工作行程内(即膨胀阀实施预定的节流和关闭的状态下)，阀芯15的上端面151应不低于活塞14的环形锥面142的底端A，能够使阀芯和活塞对流体的阻力较小；同样通过流道模拟分析，如阀芯结构还包括与上端面151连接的环形锥面152，则当阀芯15的环形锥面152的锥角α与活塞14的环形锥面142的锥角β之差在-40°到60°之间，能够使阀芯和活塞对流体的阻力较小，对流动有利。优选地，阀芯15的环形锥面152的锥角α与所述活塞14的环形锥面142的锥角β之差在-20°到40°之间，较为理想。

图9为图5实施例中的阀流量偏差随阀芯环形锥面的锥角和活塞环形锥面的锥角之差以及阀芯与活塞相对位置变化的模拟关系曲线。

如图9所示。该图中的纵座标为阀口处流量的相对偏差值，横坐标为阀芯的环形锥面的锥角α与活塞的环形锥面的锥角β之差，即α-β值，设阀芯的上端面151高出活塞环形锥面的底端A的高度为H1。

可以看出，在不同H1条件下得到不同的曲线图。在其它条件一致前提下，与H1＜0的曲线图相比，H1≥0的曲线图中的阀口处流量相对偏差绝对值较小；在同一曲线图中，当α-β值在-40°到60°之间时，阀口处流量的相对偏差绝对值相对较小。在实际运行操作中，例如要控制阀口处流量的相对偏差绝对值在0.5％以内，α-β值在-20°到40°之间时较为理想。

图8为本发明所提供的第三种膨胀阀的阀芯和活塞零件结构和相对位置示意图。

如图8所示。与上述实施例不同的是，阀芯15设有轴向通孔153，在轴向通孔153中设置有与活塞14，其活塞14的上端部为锥面142’；其阀芯15具有环形锥面152，在这种结构中，前述实施例中的阀芯15的朝向阀座18的上端面相当于图8中锥面152’的顶端圆线B。即在阀芯的工作行程内(即膨胀阀实施预定的节流和关闭的工作状态下)，阀芯15的顶端圆线B不低于活塞14的锥面142’的底端线A，其所起的作用和达到的效果与前述实施例相同，在此不再赘述。

需要说明的是，本领域的一般技术人员应该理解，在阀芯的工作行程外(即膨胀阀没有执行预定的节流或关闭工作情况下)，阀芯与活塞相对位置无须限制，阀芯的上端面可以低于活塞的环形锥面底端或活塞的端平面，但只要阀芯在工作行程内，阀芯与活塞相对位置及结构关系都受到本专利的保护；同时需要说明的是，本领域的一般技术人员应该能理解，本发明中的“活塞的横向截面面积”，是指活塞的柱体部分的横向截面面积。

以上对本发明所提供的一种膨胀阀进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种膨胀阀，包括带有腔室(20)的阀体(13)、位于所述腔室(20)内的阀芯(15)和阀座(18)、与所述腔室(20)连通的第一开口(7)和第二开口(6)，其特征在于，所述阀芯(15)设有轴向通孔(153)，在所述轴向通孔(153)中设置有与所述阀体(13)连接的活塞(14)，所述活塞(14)的上端部为端平面(141)，在所述阀芯(15)的工作行程内，所述阀芯(15)的朝向阀座(18)的上端面(151)不低于所述活塞(14)的端平面(141)。

2.根据权利要求1所述的膨胀阀，其特征在于，在所述阀芯(15)工作行程的移动区间内，所述上端面(151)高出所述活塞(14)的端平面(141)0.1mm以上。

3.根据权利要求1所述的膨胀阀，其特征在于，所述阀芯(15)还包括与所述上端面(151)连接的环形锥面(152)。

4.根据权利要求3所述膨胀阀，其特征在于，所述阀芯(15)的环形锥面(152)的锥角(α)在60°-120°之间。

5.根据权利要求1-4所述的任一膨胀阀，其特征在于，所述活塞(14)的横向截面面积(S2)为所述阀座(18)的阀口处最大流通面积(S1)的0.9倍以上。

6.一种膨胀阀，包括带有腔室(20)的阀体(13)、位于所述腔室(20)内的阀芯(15)和阀座(18)、与所述腔室(20)连通的第一开口(7)和第二开口(6)，其特征在于，所述阀芯(15)设有轴向通孔(153)，在所述轴向通孔(153)中设置有与所述阀体(13)连接的活塞(14)，所述活塞(14)的上端部包括端平面(143)和与所述端平面(143)连接的环形锥面(142)，在所述阀芯(15)的工作行程内，所述阀芯(15)的朝向阀座(18)的上端面(151)不低于所述环形锥面(142)的底端。

7.根据权利要求6所述的膨胀阀，其特征在于，所述阀芯(15)还包括与所述上端面(151)连接的环形锥面(152)。

8.根据权利要求7所述的膨胀阀，其特征在于，所述阀芯(15)的环形锥面(152)的锥角(α)与所述活塞(14)的环形锥面(142)的锥角(β)之差在-40°到60°之间。

9.根据权利要求8所述的膨胀阀，其特征在于，所述阀芯(15)的环形锥面(152)的锥角(α)与所述活塞(14)的环形锥面(142)的锥角(β)之差在-20°到40°之间。

10.根据权利要求6-9所述的任一膨胀阀，其特征在于，所述活塞(14)的横向截面面积(S2)为所述阀座(18)的阀口处的最大流通面积(S1)的0.9倍以上。

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