发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种电子膨胀阀,该电子膨胀阀能够均衡开阀、闭阀能力。
本发明提供的电子膨胀阀,其阀腔中设有阀杆,阀杆能够沿电子膨胀阀阀座的轴向通孔作轴向移动以开启或关闭设于阀座上的阀口,以便导通或断开电子膨胀阀的两个接口,所述阀杆设有连通阀口的轴向通孔,所述阀座的轴向通孔侧壁与所述阀杆密封;所述阀杆的端面包括能够与阀座上位于所述阀口处的端面接触密封的密封面,所述密封面包括用于承受一接口的正向冷媒作用力的第一密封面和用于承受另一接口的反向冷媒作用力的第二密封面,且所述第一密封面和所述第二密封面的有效承压面积相等。
该电子膨胀阀中,阀杆密封面的第一密封面仅用于承受一接口冷媒作用力,第二密封面仅用于承受另一接口的冷媒作用力,且第一密封面和第二密封面的有效承压面积相等,承受的冷媒作用力均由阀口处密封面的反作用力平衡。阀杆所受的作用力仅为第一密封面和第二密封面所受的作用力之和。假设进口冷媒压力为P1,出口冷媒压力为P2,用于承受一接口冷媒作用力的阀杆第一密封面有效承压面积为S1,承受另一接口冷媒作用力的阀杆第二密封面有效承压面积为S2。一接口作为冷媒进口,另一接口作为冷媒出口时,阀杆受力F1=P1S1+P2S2;另一接口作为冷媒进口,一接口作为冷媒出口时,阀杆受力F2=P1S2+P2S1。由于S1=S2,则F1=F2,因此,同一压力的冷媒自任一接口进入时,阀杆受力均相等,且始终受到向下的力。可见,该结构的电子膨胀阀,无论冷媒流动方向如何,阀杆受到的开阀阻力相等,相应地,闭阀阻力也相等,从而均衡了开阀和闭阀能力。另外,阀杆关闭时,无论冷媒流动方向如何,阀杆均受到向下的冷媒阻力,从而提高阀口的密封性,有助于切断两接口的连通,确保不泄漏。
优选地,所述阀杆为圆筒状体,所述阀杆包括小径段筒体和靠近阀口的大径段筒体;所述大径段筒体的端面包括所述第一密封面和所述第二密封面。
优选地,所述大径段筒体端面的外环线直径大于或等于所述阀口处密封面的外环线直径;内环线小于所述阀口处密封面的内环线直径;
且满足下述关系式:
D1≈(D3+D4)/2;
其中,D1为小径段筒体的外径、D3为阀口密封面的外环线直径、D4为阀口处密封面的内环线直径。
优选地,所述阀口处密封面的外环线直径和内环线直径满足下述关系式:
0.4mm≤D3-D4≤4mm。
优选地,所述大径段筒体的端部和所述阀座上设置所述阀口的一端均设置有倒角。
优选地,所述阀座包括阀芯座和阀座基体,两所述接口和所述阀口均开设于所述阀座基体上,所述阀芯座插装于所述阀座基体内,所述轴向通孔设于所述阀芯座。
优选地,所述阀芯座开设有与一所述接口连通的侧孔,所述侧孔的宽度沿背离所述阀口的方向渐增,另一所述接口与所述阀口连通;所述阀杆沿轴向移动脱离阀口时,与所述侧孔连通的所述接口通过所述侧孔与所述阀口连通。
优选地,所述阀芯座的所述轴向通孔为台阶孔,台阶孔形成朝向电子膨胀阀阀壳的环形台阶面;还包括限位套,所述限位套插入所述台阶孔,所述限位套的一端部具有环形的径向凸台,所述径向凸台搭接于所述阀芯座朝向所述阀壳的端面;所述阀芯座内侧壁、所述限位套上朝向所述阀口的端面,以及所述环形台阶面形成安装槽,所述安装槽内设有密封圈。
优选地,所述密封圈和所述环形台阶面之间设有挡圈,所述阀芯座台阶孔的小径段侧壁与所述阀杆具有装配间隙;所述挡圈与所述阀杆间隙配合。
优选地,还包括驱动所述阀杆轴向移动的齿轮系统,所述齿轮系统包括限制所述阀杆周向转动的限位杆;所述限位杆压紧所述限位套于所述阀芯座上。
优选地,还包括设于所述安装槽内的呈环形的助滑片,所述助滑片与所述阀杆外侧壁接触,所述密封圈处于所述助滑片和所述阀芯座的内侧壁之间。
优选地,所述助滑片的截面呈C形,且C形开口朝向所述密封圈。
优选地,所述助滑片的厚度处于0.2~0.6mm之间。
优选地,所述助滑片的材料包括聚四氟乙烯。
本发明还提供一种电子膨胀阀,其阀腔中设有阀杆,阀杆能够沿电子膨胀阀阀座的轴向通孔作轴向移动以开启或关闭设于阀座上的阀口,以便导通或断开电子膨胀阀的两个接口,所述阀杆设有连通阀口的轴向通孔;所述阀杆关闭所述阀口时,与所述阀座线接触;一所述接口的冷媒作用于所述阀杆的上、下有效承压面积相等,另一所述接口的冷媒作用于所述阀杆的上、下有效承压面积相等。
该电子膨胀阀在阀杆关闭阀口时,与阀座线接触;且,一接口的冷媒作用于阀杆的上、下有效承压面积相等,另一接口的冷媒作用于阀杆4的上、下有效承压面积也相等。即两接口处冷媒作用于阀杆的作用力可以相互抵消,则无论冷媒流向如何,阀杆受到的作用力均为零,从而均衡冷媒流向不同时的开阀阻力,达到均衡开阀、闭阀能力的效果。
优选地,所述阀杆为圆筒状体,所述阀杆包括小径段筒体和靠近阀口的大径段筒体;大径段筒体具有锥端,所述锥端能够与所述阀座线接触;所述阀座上与所述锥端线接触时形成的密封环线的直径与小径段筒体直径相等。
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。
请参考图3-4,图3为本发明所提供电子膨胀阀第一种具体实施方式的结构示意图;图4为图3中未设置阀杆时的结构示意图。
该电子膨胀阀,其阀腔中设有阀杆24,阀杆24能够沿电子膨胀阀阀座的轴向通孔作轴向移动以开启或关闭设于阀座上的阀口251,以便导通或断开电子膨胀阀的两个接口,图3、4中示出分别与第一接口和第二接口连接的第一接口管31和第二接口管32。
另外,该实施例中,阀杆24设有连通阀口251的轴向通孔,从图3中可以看出,阀口251与第二接口始终导通,则第二接口与阀杆24的轴向通孔连通,第二接口管32内的冷媒可以通过阀杆24的轴向通孔进入阀杆24的上部腔体(阀腔的一部分)中。为了保证密封,显然,阀座的轴向通孔侧壁需与阀杆24密封,此处所述的密封并非限定阀座轴向通孔的整个侧壁与阀杆24密封,实际上,部分接触密封也是可以的,只要保证阀杆24上部腔体与第一接口不会通过阀杆24和阀座轴向通孔侧壁之间空隙连通即可,以保证两接口只有阀口251开启后才能连通。
阀杆24的端面能够与阀座上位于阀口251处的端面接触密封,二者接触的端面部分为各自的密封面。图3所示为阀口251处于开启状态,阀杆24下移而使阀杆24的密封面与阀口251处密封面密封贴合时,阀口251关闭。
本实施例中,阀杆24密封面包括第一密封面和第二密封面,第一密封面仅用于承受一接口冷媒作用力,第二密封面仅用于承受另一接口的冷媒作用力,承受的冷媒作用力均由阀口251处密封面的反作用力平衡。且第一密封面和第二密封面的有效承压面积相等,有效承压面积为在与冷媒压力方向垂直的面上的投影面积。阀杆24密封面小于阀杆24端面面积时,冷媒向下的部分作用力由向上的作用力平衡抵消,即阀杆24所受的作用力仅为第一密封面和第二密封面所受的作用力之和。
假设进口冷媒压力为P1,出口冷媒压力为P2,用于承受一接口冷媒作用力的阀杆24第一密封面有效承压面积为S1,承受另一接口冷媒作用力的阀杆24第二密封面有效承压面积为S2。第一接口作为冷媒进口,第二接口作为冷媒出口时,阀杆24受力F1=P1S1+P2S2;第二接口作为冷媒进口,第一接口作为冷媒出口时,阀杆24受力F2=P1S2+P2S1。由于S1=S2,则F1=F2,因此,同一压力的冷媒自任一接口进入时,阀杆24受力均相等,按照图3的视角,阀杆24始终受到向下的力。
可见,该结构的电子膨胀阀,无论冷媒流动方向如何,阀杆24受到的开阀阻力相等,相应地,闭阀阻力也相等,从而均衡了开阀和闭阀能力。另外,阀杆24关闭时,无论冷媒流动方向如何,阀杆24均受到向下的冷媒阻力,从而提高阀口251的密封性,有助于切断第一接口和第二接口的连通,确保不泄漏。当然,可以合理设计S1(即S2)的大小,以在开阀阻力和闭阀助力之间取得平衡。
可以理解,第一密封面和第二密封面的有效承压面积相等应当是大致相等的状态,略有偏差也是可以达到平衡目的的;而且基于加工误差,实际上也难以保证有效承压面积完全相等。
具体地,阀杆24可以为圆筒状体,阀杆24包括小径段筒体24a和靠近阀口251的大径段筒体24b,小径段筒体24a与阀座保持密封;大径段筒体24b的端面能够与阀口251处的端面接触密封,如图5所示,图5为图3中阀杆的结构示意图。
请继续参考图6,图6为图3中B部位的局部放大示意图,图6显示阀口251处于关闭状态。图6中,冷媒自第一接口进入,压力为P1,第二接口处的压力为P2,流向相反时,压力与图6恰好相反。
当大径段筒体24b端面的外环线直径D2大于或等于阀口251处密封面的外环线直径D3,且内环线直径小于阀口251处密封面的内环线直径D4时;
可以满足下述关系式:
D1≈(D3+D4)/2;
此时,阀口251处的整个端面均为密封面。用于承受第一接口冷媒作用力的第一密封面面积S1=π×(D32-D12)/4。用于承受第二接口冷媒作用力的第二密封面面积S2=π×(D12-D42)/4,D1=(D3+D4)/2时,S1恰好与S2相等,如上所述S1≈S2也是可以满足平衡需求的;而且由于加工误差,也允许S1和S2存在细微的偏差。从图6中可以看出,阀杆24与阀口251处密封面接触的端面以虚线为界,虚线左侧的第一密封面承受第一接口冷媒作用力(冷媒作用于大径段筒体24b和小径段筒体24a形成的台阶面的力传递至第一密封面),虚线右侧的第二密封面承受第二接口冷媒作用力(阀杆24上部腔体中冷媒作用于阀杆24的部分力),阀杆24端面的非密封面所受的冷媒作用力上下相互抵消。该种设计方式简单地实现了承受不同接口冷媒作用力的密封面面积相等。
进一步地,阀口251处密封面的外环线直径和内环线直径可以满足下述关系式:
0.4mm≤D3-D4≤4mm。
该实施例中,阀口251处的端面即密封面,即阀杆24的端面可以覆盖住该端面。此时,D3、D4数值越接近,阀口251处密封面的环形面积越小,阀杆24受到的向下冷媒作用力越小,轴向运行受到阻力就越小,根据密封面受力应变强度与密封效果综合考虑,阀口251处密封面的内环线直径D4与外环线直径D3差值的最佳范围为:0.4mm≤D4-D3≤3mm,如此设计,阀杆24受到阻力足够小,又能保证不泄漏。
图6中,阀杆24的端面为与冷媒压力方向垂直的平面,则第一密封面和第二密封面的面积即有效承压面积,故第一密封面和第二密封面面积相等时,即可保证二者的有效承压面积相等。当然,第一密封面和第二密封面并非限定于图6中的平面,阀杆24的端面为斜面,以使第一密封面和第二密封面的倾斜角度相同也是可以的。
针对上述各实施例,阀杆结构也可以采用分体式,以便于加工和提高设计精度。
除了上述方式,还可以通过其他方式实现冷媒流向不同时,开阀阻力的均衡。如图7和图8所示,图7为本发明所提供电子膨胀阀第二种具体实施方式的结构示意图;图8为图7中C部位的局部放大示意图。
该实施例中,电子膨胀阀的阀腔中设有阀杆24,阀杆24也设有连通阀口251的轴向通孔,则阀杆24会受到上部腔体冷媒的作用力。阀杆24关闭阀口251时,与阀座线接触;且,一接口的冷媒作用于阀杆24的上、下有效承压面积相等,另一接口的冷媒作用于阀杆24的上、下有效承压面积相等,同样,有效承压面积为在与冷媒压力方向垂直的面上的投影面积。即第一接口和第二接口处冷媒作用于阀杆24的作用力可以相互抵消,则无论冷媒流向如何,阀杆24受到的作用力均为零,从而均衡冷媒流向不同时的开阀阻力。
该实施例中,与上述圆筒体阀杆24的实施例类似,阀杆24也可以为圆筒状体,并具体包括小径段筒体24a和靠近阀口251的大径段筒体24b;此外,该实施例中的大径段筒体24b具有锥端,锥端能够与阀座线接触密封;阀座上与锥端线接触时形成的密封环线的直径与小径段筒体24a直径相等,即D1=D5,其中,D1为小径段筒体24a外环线直径,D5为密封环线的直径,可见,虚线左侧的上、下有效承压面积相等,虚线右侧的上、下有效承压面积也相等。
针对上述实施例,大径段筒体24b的端部和阀座上设置阀口251的一端均设置有倒角。如图6、8所示,该设计对冷媒能够起到良好的稳流作用。
需要提出的是,在本实施例中,“阀座上与锥端线接触”是为理想状态,在实际使用的结构中,可能会有较小的面接触,导致接口作用于阀杆上的上、下有效承压面积可能出现细微的偏差;而且,基于加工误差,该种细微偏差实际上也难以避免。应当理解,只要是两接口作用于阀杆的上、下有效承压面积均大致相等,就可以达到均衡开阀和闭阀能力的效果,都应该在本发明的保护范围中。
上述各实施例中,阀座具体可以包括阀芯座26和阀座基体25,两接口(即第一接口、第二接口)和阀口251均开设于阀座基体25上,阀芯座26插装于阀座基体25内,轴向通孔设于阀芯座26,如图4所示。阀座设置为阀座基体25和阀芯座26的分体式结构,有助于阀杆24的安装,尤其当阀杆24加工为具有台阶的上小下大结构时,该优势更为明显。
具体地,阀芯座26可以开设与一接口连通的侧孔262,如图9所示,图9为图3中阀芯座的结构示意图。
从图3、4可以看出,侧孔262与第一接口连通,侧孔262的宽度沿背离阀口251的方向渐增。则阀杆24沿轴向移动脱离阀口251时,第一接口可以通过侧孔262与阀口251连通;且随着阀杆24的逐渐上移,供冷媒流通的侧孔262面积渐增,从而达到通过阀杆24轴向移动调节冷媒流量的作用。
针对上述各实施例,阀座轴向通孔的内侧壁和阀杆24的外侧壁,二者之一可以设置安装槽,安装槽内设有密封圈271。密封圈271使得阀座和阀杆24之间具备良好的密封性能,而且,相较于背景技术中通过碗状塑料片密封的方式,本实施例中的密封圈271能够实现双向密封,无论冷媒流向如何,均可以保持较好的密封效果。
当阀座包括阀芯座26和阀座基体25,阀口251开设于阀座基体25上,阀芯座26插装于阀座基体25内,轴向通孔设于阀芯座26,如图4所示,此时可以将阀芯座26的轴向通孔设置为台阶孔,台阶孔形成朝向阀壳21的环形台阶面261。
电子膨胀阀还可以包括限位套29,限位套29插入台阶孔,如图3所示,限位套29的一端部具有环形的径向凸台,限位套29的具体结构可以参考图10-11理解,图10为图3中阀杆与限位套的装配示意图;图11为图10中各部件装配后的结构示意图。
限位套29的径向凸台搭接于阀芯座26上朝向阀壳21的端面(图3中的上端面);此时,阀芯座26内侧壁(台阶的内侧壁)、限位套29的朝向阀口251的端面和环形台阶面261形成安装槽,如图12所示,图12为图3中A部位的局部放大示意图。限位套29与阀芯座26配合后能够形成安装槽,密封圈271可以置于该安装槽内。该种结构便于密封圈271的安装,阀杆24可以先装配入阀芯座26内,再依次装入密封圈271和限位套29;或者,如图11所示,将密封圈271、限位套29和阀杆24配合后,整体装入阀芯座26。当然,安装槽设置于阀杆24上也是可以的,鉴于阀杆24的强度和设计需求,设于阀座上为较为优选的方式。
进一步地,密封圈271和环形台阶面261之间可以设有挡圈28,阀芯座26小径孔的内侧壁与阀杆24之间具有一定的装配间隙δ。当阀杆24采取加工为上小下大的结构时,该装配间隙δ可以容许直径偏大的阀杆24的下端通过,从而满足阀杆24的装配需求,比如阀杆24的结构为大径段筒体24b和小径段筒体24a时,该装配间隙δ大于两部分的直径差,从而便于装配;挡圈28与阀杆24可以小间隙配合,此时,挡圈28的设置能够防止由于存在装配间隙δ,密封圈271在阀杆24的往复运动中脱离安装槽。
采用限位套29和阀芯座26配合形成安装槽时,装配后的限位套29与阀芯座26需保持相对固定,可以在装配后通过焊接、螺纹连接等方式实现固定。该实施例中的电子膨胀阀可以通过齿轮系统23实现限位套29与阀芯座26的固定。
如图13-15所示,图13为图3中齿轮系统的结构示意图;图14为图3中阀杆的结构示意图;图15为图3中齿轮系统和阀杆配合的结构示意图。
电子膨胀阀可以包括驱动阀杆24轴向移动的齿轮系统23,齿轮系统23包括齿轮231和丝杆233,电子膨胀阀的电机22驱动齿轮系统23的齿轮231转动,齿轮231转动时,丝杆233随之转动,丝杆233与阀杆24螺纹配合,如图3、11所示,阀杆24周向定位后,可以将丝杆233的转动转化为阀杆24的轴向移动。为了实现阀杆24的周向定位,齿轮系统23还可以包括限制阀杆24周向转动的限位杆232,如图15所示,阀杆24的上端设有卡扣241,卡扣241的凸台241a卡入两限位杆232之间,由于限位杆232的位置固定,则卡扣241无法转动,从而限制了阀杆24的周向转动,仅能作轴向移动。
此时,齿轮系统23的限位杆232可以将限位套29压紧于阀芯座26的上端面上,如图3所示。因此,该结构利用齿轮系统23的限位杆232压紧限位套29,实现限位套29和阀芯座26的固定,结构简单,且易于装配和拆卸,使得限位套29、密封圈271等构件的更换十分简便。
优选地,电子膨胀阀还包括设于安装槽内的环形助滑片272,请继续参考图10、12,助滑片272与阀杆24外侧壁接触,密封圈271处于助滑片272和阀芯座26的内侧壁之间。第一接口和第二接口存在压力差时,压力使密封圈271挤压变形,助滑片272能够捕捉到密封圈271的挤压力,从而紧紧贴合在阀杆24光洁的外壁,因此,不管第一接口高压还是第二接口高压,均可以保证不泄漏,而且相较于密封圈271直接接触阀杆24,助滑片272大大减小了阀杆24的轴向移动摩擦阻力。因此,助滑片272的设置兼顾了密封和滑动性能。
助滑片272的截面可以呈C形,且C形开口朝向密封圈271,C形助滑片272的弧度有利于阀杆24的装配导向,因为C形助滑片272与密封圈271表面相配合,从而避免装配时助滑片272与密封圈271相对滑移。而且,如此设计使得助滑片272易于感知密封圈271的变形量;此外,助滑片272与阀杆24的接触面积相对较小,进一步降低阀杆24轴向移动时的摩擦阻力。
助滑片272的厚度可以处于0.2~0.6mm之间,该厚度的助滑片272能够更为灵敏地感知密封圈271的变形量,以便贴紧阀杆24,确保密封性。为了进一步减小摩擦系数,助滑片272的材料中可以含有聚四氟乙烯(PTFE),当然,助滑片272采用一般的塑料材料制成也是可以的。
以上对本发明所提供的一种电子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。