CN103148065A - 层流比例调压机构 - Google Patents

Abstract

层流比例调压机构，包括流体层流实现机构、取压点和取压点位置调节机构；流体层流实现机构包括阀芯和阀套，所述的阀芯和阀套的间隙连通进油口和出油口，在所述的间隙中流体流动呈现层流流态，进油口和出油口间的压力分布呈现稳定的线性分布；取压点是贯穿阀套的取压孔，所述的取压孔连通所述的间隙；取压点位置调节机构包括所述的阀芯和推动阀芯在所述的阀套内运动的推动部件，阀芯的移动使L₁在0-L之间变化。本发明的有益效果是：结构简单、压力振摆小且易于实现比例控制。

Description

层流比例调压机构

技术领域

本发明涉及一种层流比例调压机构，应用于流体压力控制领域。

背景技术

流体的流动状态分层流和紊流两种不同性质的流态。在流体流动时，流体质点没有横向脉动，没引起流体质点流动的混乱，流体质点流动层次分明，维持安定的流束状态，这种流动状态称为层流流动，反之称为紊流流动。

实际流体的流动，无论层流还是紊流都会引起能量的损失，由粘性阻力引起的沿程能量损失称沿程损失；由流道形状改变，流动方向改变，流速扰动等引起的局部能量损失称局部损失。能量损耗在流体流动时表现为压力的损失，即沿程压力损失和局部压力损失。现有的流体调压机构就是利用这两种压力损失以实现对压力的控制。压力控制阀有溢流阀、减压阀、以及比例压力控制阀等。溢流阀和减压阀是采用流体在短孔中流动的局部压力损失与弹簧力比较对压力进行控制，其结构复杂且会造成压力脉动。比例压力控制阀是通过改变阀口开度对压力进行控制，其压力控制原理也是局部压力损失原理，其压力会产生脉动，而实现比例压力控制难度大。

发明内容

为了克服现有的阻尼孔调压、阀口开度调压等调压机构结构复杂、压力振摆大及难以实现比例控制等问题，本发明提供一种结构简单、压力振摆小且易于实现比例控制的层流比例调压机构。

本发明提出的层流比例调压机构采用流体流动的层流沿程压力损失原理对压力进行控制，以流体在圆管中层流的流动为例，当圆管的长度和直径之比l/d>4时，称为细长孔，流经细长孔的流动一般呈现层流流动，根据流体在管道中的受力及圆管中层流流量公式为:

$Q=\frac{{\mathrm{\πd}}^4}{128\mathrm{\μl}}(P_s-P_o)---\left(1\right)$

其中，Q为通过小孔的流量；d为圆管直径；μ为油液粘度系数；P_s为进油口的压力；P_o为出油口的压力；l为圆管长度。

本发明所述的层流比例调压机构，其特征在于：包括流体层流实现机构、取压点和取压点位置调节机构；

流体层流实现机构包括阀芯和阀套，所述的阀芯和阀套的间隙连通进油口和出油口，在所述的间隙中流体流动呈现层流流态，进油口和出油口间的压力分布呈现稳定的线性分布；

取压点是贯穿阀套的取压孔，所述的取压孔连通所述的间隙，(取压点的作用是将所需压力取出，取压点可以设置在调压层流层的任意点)，取压点处的压力满足以下公式：

$P_a=\frac{L_1}{L}(P_s-P_o)+P_o---\left(2\right)$

其中，P_a为取压点处的压力；P_s为进油口的压力；P_o为出油口的压力；L₁为取压点与出油口之间的距离；L为层流层流道的长度；且L₁的取值范围为0～L；P_a的取值范围为P_o～P_s；

取压点位置调节机构包括所述的阀芯和推动阀芯在所述的阀套内运动的推动部件，阀芯的移动使L₁在0-L之间变化。

所述的间隙可以是缝隙或细长孔及使流体流动呈现为层流流态的任意流道。

所述的阀芯沿阀套的轴线方向移动，所述的间隙呈直线方向分布，所述的进油口和出油口设置在所述的阀芯的两端之外。

所述的阀芯在阀套内转动，所述的间隙呈圆环方向分布，所述的进油口和出油口设置在所述的阀芯圆周缺口上。

本发明的工作原理是：当阀芯沿阀套的中心轴滑动或旋转过程中，阀芯与阀套形成的流体层流流道长度不变，但取压点距离出油口的距离随着阀芯的运动同步改变，使得取压点处的压力改变，根据取压点处的压力计算公式可知：取压点处的压力跟取压点和出油口之间的距离呈线性关系，从而实现层流比例调压机构的稳步调压功能。

本发明的有益效果是：结构简单、压力振摆小且易于实现比例控制。

附图说明

图1是流体层流压力分布原理图（其中，P为取压口处的压力；l₀为取压口与出油口之间的距离）。

图2是缝隙流道实现流体层流的示意图。

图3是本发明的纵剖图。

图4是图3的层流层流道的局部放大图（箭头代表流体流动方向）。

图5是细长孔流道实现流体层流的示意图。

图6是图5的纵剖图（箭头代表流体的流动方向）。

图7是异形流道实现流体层流的示意图。

图8是图7的纵剖图（箭头代表流体的流动方向）。

图9是图8的流体层流流道的局部放大图。

图10是取压点作直线运动的结构图（箭头代表阀芯运动方向）。

图11是图10的纵剖图。

图12是图11的层流层流道的放大图（箭头代表流体流动方向）。

图13是取压点作旋转运动的结构图（箭头代表阀芯运动方向）。

图14是图13的横剖图。

图15是图14的层流层流道的局部放大图（箭头代表流体流动方向）。

图16是本发明的结构图（以缝隙流道为例）。

图17是图16的纵剖图。

图18是图17的流体层流流道的局部放大图（箭头代表流体的流动方向）。

图19是本发明的调压过程示意图（阀芯运动到进油口处）。

图20是本发明的调压过程示意图（阀芯运动到进油口和出油口之间）。

图21是本发明的调压过程示意图（阀芯运动到出油口处）。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的层流比例调压机构，包括流体层流实现机构1、取压点2和取压点位置调节机构3；

流体层流实现机构1包括阀芯11和阀套12，所述的阀芯11和阀套12的间隙13连通进油口121和出油口122，所述的间隙为层流层流道，在所述的间隙13中流体流动呈现层流流态，进油口121和出油口122间的压力分布呈现稳定的线性分布；

取压点2是贯穿阀套12的取压孔，所述的取压孔连通所述的间隙13，(取压点的作用是将所需压力取出，取压点可以设置在调压层流层的任意点)取压点2处的压力满足以下公式：

$P_a=\frac{L_1}{L}(P_s-P_o)+P_o---\left(2\right)$

其中，P_a为取压点处的压力；P_s为进油口的压力；P_o为出油口的压力；L₁为取压点与出油口之间的距离；L为层流层流道的长度；且L₁的取值范围为0～L；P_a的取值范围为P_o～P_s；

取压点位置调节机构3包括所述的阀芯11和推动阀芯在所述的阀套内运动的推动部件，阀芯11的移动使L₁在0-L之间变化。

所述的间隙13可以是缝隙或细长孔及使流体流动呈现为层流流态的任意流道。

所述的阀芯11沿阀套12的轴线方向移动，所述的间隙13呈直线方向分布，所述的进油口121和出油口122设置在所述的阀芯11的两端之外。

所述的阀芯11在阀套12内转动，所述的间隙13呈圆环方向分布，所述的进油口121和出油口122设置在所述的阀芯11圆周缺口上。

实施例2本实施例与实施例1的区别之处在于：所述的间隙13采用缝隙流道，其中，阀芯11和阀套12形成的流体层流流道3的长度即为阀芯11的长度，在阀芯11运动过程中，取压点2与出油口122之间的距离发生改变，从而实现层流比例调压机构的调压功能，当阀芯11运动到进油口121处时，此时取压点2距离出油口122的距离为0，取压点2处的压力与出油口122处的压力相等，即P_a=P_s；反之，当阀芯11运动到出油口122处时，此时取压点2距离出油口122的距离为L，取压点2处的压力与进油口121处的压力相等，即P_a=P_O。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.层流比例调压机构，其特征在于：包括流体层流实现机构、取压点和取压点位置调节机构；

流体层流实现机构包括阀芯和阀套，所述的阀芯和阀套的间隙连通进油口和出油口，所述的间隙为层流层流道，在所述的间隙中流体流动呈现层流流态，进油口和出油口间的压力分布呈现稳定的线性分布；

取压点是贯穿阀套的取压孔，所述的取压孔连通所述的间隙，取压点处的压力满足以下公式：

$P_a=\frac{L_1}{L}(P_s-P_o)+P_o---\left(2\right)$

其中，P_a为取压点处的压力；P_s为进油口的压力；P_o为出油口的压力；L₁为取压点与出油口之间的距离；L为层流层流道的长度；且L₁的取值范围为0～L；P_a的取值范围为P_o～P_s；

取压点位置调节机构包括所述的阀芯和推动阀芯在所述的阀套内运动的推动部件，阀芯的移动使L₁在0-L之间变化。

2.如权利要求1所述的层流比例调压机构，其特征在于：所述的间隙可以是缝隙或细长孔及使流体流动呈现为层流流态的任意流道。

3.如权利要求2所述的层流比例调压机构，其特征在于：所述的阀芯沿阀套的轴线方向移动，所述的间隙呈直线方向分布，所述的进油口和出油口设置在所述的阀芯的两端之外。

4.如权利要求2所述的层流比例调压机构，其特征在于：所述的阀芯在阀套内转动，所述的间隙呈圆环方向分布，所述的进油口和出油口设置在所述的阀芯圆周缺口上。

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