CN104246326A - 轴向阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴向阀，该轴向阀包括一个致动器(15)以及一个中心管道(19)。该致动器包括一个静止元件(16)以及一个关闭元件(17)，并且该中心管道(19)是相对于该静止元件(16)的轴向范围轴向地放置的。该中心管道(19)相对于该静止元件(16)处于固定的位置。流体如制冷剂旨在流动穿过该阀且穿过该中心管道。该中心管道(19)包括供流体通过的多个孔(22)。该关闭元件(17)是相对于该中心管道(19)的轴向范围轴向地放置的、并且是沿着该中心管道在第一位与第二位置之间轴向地可移动的，其中在该第一位置中该关闭元件关闭该中心管道的这些孔(22)，由此不允许流体穿过这些孔，并且在该第二位置中这些孔(22)是打开的，由此允许流体穿过这些孔。

Description

轴向阀

发明背景

技术领域

本发明涉及轴向阀，即，这些阀带有沿着阀的纵向范围轴向地移动的阀元件，该纵向范围是沿着穿过该阀的流体的主要流动方向。本发明更具体地涉及蒸气压缩系统例如制冷系统中的轴向电子阀。本发明还涉及带有此类阀的蒸气压缩系统。

背景技术

众所周知，轴向阀是用于流动控制。轴向阀具有一个基本上平行于流体流动路线的通路。轴向阀典型地包括一个致动器，并且该致动器可以是一个步进电动机，该步进电动机具有一个定子、一个转子以及一个杆。

已知的轴向阀通常都相当复杂。转子的旋转运动被转化成杆的线性移动，该杆的一端具有一个头部。当该杆在一个方向上被移动时，该头部与一个阀座共同作用以闭合该用于流体通过的阀孔，并且当该杆在相反的方向上被移动时，该头部从该阀座被移开以便打开以供流体穿过该孔。该轴向阀具有很多零件而使得组装变得很复杂并且需要重要的过程控制以便减少次品。该阀的这许多零件增加了由于生产失败或由于在该阀的运行过程中这许多零件之间的故障而产生的该阀的零件失效的风险。

此外，在阀工作时由流体的流动所产生的力可以是显著的并且可能妨碍这些可移动零件的运动。因此，这些流动力可以阻碍在该阀的进口与出口之间达到高容量或高的差压。

发明概述

本发明的目的是制造一种简单的、成本有效的、具有低复杂度和很少零件的轴向电子膨胀阀或吸入压力调节阀或蒸气压缩循环中的其他类型的阀。

本发明的轴向阀是双向流的阀，即在该阀中流体可以从一个方向或从相反的方向流动穿过该阀，该阀包括一个致动器，并且该致动器包括一个静止元件和一个关闭元件，该关闭元件可以是一个转子或一个活塞。该阀沿着穿过该阀的流体的主要流动方向具有基本上纵向的范围，该阀包括一个中心管道，该中心管道是相对于该静止元件的轴向范围轴向地放置的。该中心管道相对于该静止元件处于一个固定位置、并且是平行于该阀的纵向范围放置的，并且流体旨在经由该中心管道流动穿过该阀，所述中心管道或所述关闭元件包括一个或多个供流体通过的孔，该关闭元件是相对于该中心管道的轴向范围轴向地布置的并且至少部分地沿着该中心管道的一个侧壁延伸，该关闭元件是沿着该中心管道在一个第一位置与一个第二位置之间轴向地可移动的，其中在该第一位置中该关闭元件关闭该一个或多个孔，并且在该第二位置中该一个或多个孔是打开的因此允许流体穿过这些孔。

在一个优选的实施例中，该致动器是一个步进电动机并且该静止元件是一个定子，此时该关闭元件优选是一个带有螺纹连接的转子，该螺纹连接与另一个螺纹共同作用以便使该关闭元件在一个关闭位置和一个完全打开位置之间移动。

在另一个实施例中，该关闭元件可以是由一个转子推动以关闭这些孔的一个活塞，并且当打开这些孔时该转子向后移动并且一个偏置装置将该关闭元件推回到一个打开位置，反之亦然。

可替代地，该致动器可以是一个没有螺纹的螺线管，该螺线管通过电磁力移动该关闭元件，则例如当该螺线管被开启时该关闭元件移动到一个完全打开位置，并且当该螺线管被关掉时，偏置装置、典型地一个弹簧将该关闭元件推到一个闭合位置，反之亦然。

该致动器还可以是任何其他类型的能够移动该关闭元件的电动机。

依靠关闭元件的运动来直接打开和关闭这些孔在现有技术中不是已知的，其中转子的旋转运动被转化到一个杆或类似物件上。在本发明中，当该致动器是步进电动机时，该关闭元件在该阀中既旋转又线性移动，并且因此不需要将该旋转运动转移到一个杆上。

该闭合元件本身通过在第一方向上朝着第一位置移动或在第二方向上朝着第二位置移动来关闭或打开穿过该中心管道中的这些孔的流体通道。该关闭元件是该阀中的唯一运动零件。因此，该阀的制造是简单的、成本有效的并且一点也不复杂。该关闭元件优选是磁性致动的。

在一个优选的实施例中，该中心管道被固定到该静止元件上，并且该中心管道的轴向范围是与该静止元件的轴线对准的，并且该中心管道从该静止元件被支撑从而使得该阀易于组装，并且由于该中心管道和该静止元件的未对准而发生故障的风险极小。

优选地，该关闭元件是沿着该中心管道的侧壁定位的，其中该关闭元件被该中心管道可移动地引导，并且其中该转子从该中心管道被支撑。该关闭元件是该阀中唯一的运动零件并且从该中心管道开始被支撑而使得该阀是稳健的，减少了缺陷风险。

在陔优选的实施例中，该中心管道的这些孔是沿着该中心管道的侧壁定位的。当该关闭元件不处于陔第一位置并且这些孔没有被关闭时，允许流体根据流动方向经由该侧壁中的这些孔从该中心管道内部流出或流到该中心管道内部。由于在该中心管道的侧壁中具有这些孔，作用于该中心管道上的压差将垂直于该旋转轴线起作用，该压差由此进行均衡因此将流动力对该关闭元件的移动的影响最小化。如果该中心管道在第一末端是开放的，则该中心管道的第一末端搁在一个端盖上。该端盖关闭并且密封该中心管道的第一末端，从而迫使流体穿过侧壁中的这些孔。

在一个替代性实施例中，该中心管道在侧壁中没有任何孔。相反，这些孔是设置在该中心管道的第一末端中，这样使得该中心管道的第一末端包括一个或多个孔。在这个实施例中，该中心管道并不搁在端盖上，而是一个端盖堵住流体的直接轴向通道，由此迫使该流体以倾斜到或可能垂直于该中心管道的轴线的方向流到该中心管道内或从该中心管道的内部流向外部，这取决于流体的流动方向。作用在该阀上的压差将在倾斜到(可能垂直于)该中心管道的轴向范围的方向上起作用。

在一个优选的实施例中，该关闭元件是管状的，并且该关闭元件的轴向范围平行于该中心管道的轴向范围延伸，并且该关闭元件沿着该中心管道的侧壁延伸。

在一个实施例中，该关闭元件沿着该中心管道的侧壁的外表面延伸，因而该关闭元件在该中心管道的外部延伸。由此该关闭元件被放置在该静止元件与该中心管道之间，从而使得该关闭元件在该关闭元件的两侧都被良好地支撑。

在一个替代性实施例中，该关闭元件沿着该中心管道的侧壁的内表面延伸，因而该关闭元件在该中心管道的内部延伸。由此在这个替代性实施例中该静止元件和该关闭元件被该中心管道分隔开。

在该实施例中，其中该中心管道沿着该中心管道的侧壁配备有多个孔，在该中心管道的侧壁表面和该关闭元件的侧壁表面(二者面向彼此)之间可以提供一个密封件。该密封件可以是放置在该关闭元件和该中心管道之间的一个垫片。当该关闭元件处于第一位置时，该密封件形成了紧密密封。在该中心管道的侧壁上具有这些孔允许该关闭元件关闭这些孔，从而使得该阀变得简单且高效。

此外，这些孔允许流体流动穿过该侧壁，这以一种方式平衡了该阀，使得作用于该阀上的任何压差将在倾斜到(优选地垂直于)该旋转轴线的方向上、优选沿着这些侧壁的整个圆周起作用，由此压差被均衡。来自在倾斜到该阀体的旋转轴线的方向上起作用的压差的力使得当移动该阀体时能够只具有一个水平的齿轮传动，并且对致动力的需求保持很低，即使在高压差下也是如此，从而由于不需要额外的传动装置使得该结构变得简单且廉价。

优选地，在中心管道的侧壁中以对称的方式设置若干个孔。所有这些孔可以具有一样的形状，矩形的，或者可替代地这些孔可以具有不同的形状，例如三角形、圆形、水滴形或其他允许获得更好的流动控制的几何形状。每个孔的大小以及在侧壁中的位置、例如从孔到该中心管道末端的距离可以不同。

根据本发明的阀使得有可能实现一个NO(常开)或NC(常闭)功能。通过使用以恒定扭矩作用在该关闭元件上的一个偏置元件，例如螺旋弹簧，可以实现一个NO(常开)或NC(常闭)功能。如果来自该电动机的致动力小于来自该偏置元件的力，例如如果该电动机断电了，则该偏置元件将使该关闭元件回到其关闭或打开位置。当该电动机将要致动该关闭元件时，该电动机需要除了用于致动该关闭元件的力之外提供一个具有恒定力的力，以便抵消掉来自该弹簧的扭矩。

在零件中整合关键的公差和几何形状使得组装和生产与关键的过程控制无关，进而减少了次品。该阀是一个轴向的双向流的阀并且可以例如用于12.5至150冷冻吨位范围内的商业制冷系统中。

附图的简要说明

图1是根据本发明的阀处于打开位置中的一个截面视图；

图2是图1中的阀处于关闭位置中的一个截面视图；

图3A是图1中的阀的中心管道的一个三维视图。

图3B是图3A中的中心管道的一个截面视图。

图4示出了处于打开位置中时穿过该中心管道的流动。

优选实施方式的详细说明

图1示出了阀10的一个实施例，该阀具有一个壳体11以及通往该阀的连接管道12、13。该壳体包括一个包壳14。在该壳体11中，提供了一个步进电动机15，该致动器15是包括一个静止元件16和一个关闭元件17的步进电动机，该静止元件是电动机转子。该关闭元件17包括一个关闭元件芯17a和一个磁体18。

该关闭元件17形成了一个空心腔体并且在该空心腔体内有一个中心管道19。该中心管道19通过一个第一凸缘20以及一个第二凸缘21被固定到该静止元件16上。该中心管道19包括在该中心管道的侧壁中的多个孔22以允许流体穿过其中流动。提供了一个垫片23用于当该关闭元件17处于关闭位置时密封隔离该流体的流动(见图2)。该第一凸缘20包括一个端盖24，用于密封隔离该中心管道19的一个顶端29。一个连接件28被用来接线(导线未示出)到该致动器15上，该连接件28中的开口被例如玻璃密封件所密封。该阀10是一个双流向阀，也就是说，在两个方向上穿过该阀的流动是可能的。

图1示出了在操作模式中的阀，其中该关闭元件17是处于允许流体(例如一种制冷剂)穿过这些孔22流动的位置。该流体流动穿过该中心管道19。该步进电动机10的关闭元件17是空心的，带有沿着该关闭元件的内圆周的一部分提供的内螺纹25。该内螺纹是与位于该中心管道19的外表面的一部分上的外螺纹26配合的。

当通过将电流施加到该静止元件16上而使该关闭元件17旋转时，由于该关闭元件17的内螺纹25与该中心管道19的外螺纹26的配合作用，该关闭元件17的旋转被转化成该关闭元件17的线性运动。当使该关闭元件向后移动时(图1中向右)，中心管道19中的这些孔22越来越多地被暴露出，并且流体的流动越来越多。当使该关闭元件17向前移动时(图1中向左)，这些孔22越来越多地被关闭，并且流体的流动越来越少。

图2示出了处于完全关闭位置的阀，其中该关闭元件已经被完全地移动到该中心管道19的第一末端29(在图1中完全到左侧)。在该完全关闭位置中，陔关闭元件17充当了一个密封件来将这些孔关闭，并且该关闭元件的内圆周的一部分是与陔垫片23相抵靠的，由此完全地关闭该阀。

图3A和图3B示出了中心管道19，该中心管道带有这些孔22、该外螺纹26以及该第一末端29。在这个实施例中，该第一末端29是打开的，但是当被安装在该阀中时(见图4)，该第一末端29搁在该端盖24上，并且该端盖24关闭且密封了该中心管道19的第一末端29中的开口，这样使得没有流体可以穿过该中心管道19的第一末端。流体仅可以穿过这些孔22。

图4示出了流体27穿过这些孔22的流动。该流动是用穿过该中心管道19的侧壁中的这些孔22之一的一个双箭头27展示的；当然，该流动同时穿过了所有的孔。箭头27是一个双箭头，表明该阀是一个双流向的阀。穿过这些孔22的流动27将相对于该中心管道19的轴向范围部分地倾斜地并且背向或朝向该轴向范围发生。

对于低容量阀或在工作时进口与出口之间的压差低的阀，可以考虑一个轴向密封的阀。这可以更进一步地简化该设计，但是在这种情况下该阀不能被平衡、并且将会被局限于某个取决于该阀容量的差压。

在这个实施例中当关闭元件17旋转时，当打开和关闭该阀时，这可以导致该关闭元件17在任一末端锁定，因为来自该电动机的扭矩充当了该关闭元件17到该中心管道19的预张紧力。这与拧紧螺栓连接中的螺母时所施加的扭矩是类似的。在这完成之后，必须施加一个等量的扭矩以便再次拧松该螺母。并且在根据本发明的阀的情况下，施加到该螺纹上的总扭矩量是来自该电动机的扭矩减去摩擦力、减去流动力并且减去差压力。当打开这些孔时，有待施加到该关闭元件17的扭矩是在关闭时施加的初始扭矩加上摩擦力、加上流动力并且加上差压力。

这些力在理论上是相同的，所以该阀应该能够再次打开，但安全性为零。为了最小化该螺纹连接的这个预张紧力，实施了一个末端止动方案以确保该螺纹的张紧不会出现。

通过原型法，已经发现当阀正在运行时，关闭元件17相对于中心管道19的对准对于什么力可能作用于该阀不同零件上有很大的影响。如果该关闭元件17和该中心管道19不是严格对准的并且受控制的，则由于流动力和压力产生的任何力以及陔关闭元件17和中心管道19之间的对准差异会使这些零件相对于彼此发生扭曲或移位，由此引起显著的摩擦力从而限制了该阀的性能。这可以通过确保这些零件彼此轴向对准来避免。

该致动器15的顶部凸缘和底部凸缘20、21通常是冲压零件并且可能带有深拉的特征。这些凸缘20、21充当该静止元件16和中心管道19之间的连接件。这个连接必须在几百分之一毫米的公差内形成以便确保该阀正常的功能和性能。通过利用凸缘20、21的制造精度，可以设计一个定制的凸缘，该自定义凸缘将配合该静止元件16(利用它们的交界面)并且与配合的阀零件的几何形状相适配，由此以低成本和低复杂性将需要的细微公差转移到阀零件。

该致动器15的关闭元件17由一个环形磁体18以及一个关闭元件芯17a组成。该关闭元件芯17a典型地是由铝制成的以减小惯性矩。在关闭元件为转子的典型的步进电动机中，该关闭元件还可以具有一个转子轴。然而，在本发明的阀中该中心管道19作为该转子轴工作。在此还需要一个细微公差以确保该关闭元件将绕着并且沿着该中心管道19旋转和轴向地移动。

通过使用在螺纹兼容材料中的特殊的车削零件替代该关闭元件芯17a并且使该磁体18与这个零件配合，该阀的关闭元件部分将以必要的公差制成并且不需要进一步的处理。

该中心管道19是非电动机部件中最复杂的。它也是除了该电动机之外唯一真正复杂的部件。该部件在标准电动机中具有轴的功能，但是此处也用作孔、密封固定装置等。用于这个部件的技术的选择是非常关键的。到目前为止，已经考虑了3种主要的方案。

第一方案是通过金属注塑模制来制造该中心管道。该中心管道相当小的尺寸以及几何形状使得该中心管道19适合金属注塑模制。金属注塑模制因为限制了制造该中心管道所使用的金属的量和/或通过最小化随后对这些零件的机加工(其中需要特定的几何形状或表面纹理)可以降低成本。

第二方案是使用一个经机加工的标准管道，因为所有的几何形状和特征都沿着同一条轴线，使用一个经机加工的标准管道可以具有非常大的价格竞争力。经机加工的标准管道还减少了在该中心管道上的应力，因为该阀上的任何差压仅仅径向地向外或向内作用于该中心管道上，而不会在该中心管道19的局部引起任何显著的弯曲应力。

第三方案是通过深拉或机加工来制造该中心管道。该连接件28可以是铜的、不锈钢的或双金属的。为了减少零件并且降低零件的复杂性，该连接件28优选被实施在阀壳体11中，所以该连接件28既作为该阀的连接器又作为该阀的包壳起作用。通过使用双金属的零件，这些零件可以与该阀通过激光焊接在一起并且依然可销售的。

本发明是参照如在附图中所示的具体实施例来说明的。可以得出在本权利要求范围内的其他实施例，并且在附图中所示出的实施例不得被解释成对本权利要求的范围的限制。

Claims (21)

1.一种轴向阀，包括一个致动器，该致动器包括一个静止元件和一个关闭元件，

-该阀沿着穿过该阀的流体的主要流动方向具有一个基本上纵向的延伸范围，

-该阀包括一个中心管道，该中心管道是相对于该静止元件的轴向范围轴向地布置的，

-该中心管道相对于该静止元件处于固定位置中并且是平行于该阀的纵向范围布置的，

-并且流体旨在经由该中心管道而流动穿过该阀，所述中心管道或所述关闭元件包括供流体通过的一个或多个孔，

-该关闭元件是相对于该中心管道的轴向范围轴向地布置的并且至少部分地沿着该中心管道的侧壁延伸，

-该关闭元件是沿着该中心管道在第一位置与第二位置之间轴向地可移动的，其中在该第一位置中该关闭元件关闭该一个或多个孔，由此不允许流体穿过这些孔，并且在该第二位置中该一个或多个孔是打开的，因此允许流体穿过这些孔。

2.根据权利要求1所述的轴向阀，其中该致动器是一个步进电动机并且该静止元件是一个定子。

3.根据权利要求1或2所述的轴向阀，其中该关闭元件是一个转子。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的轴向阀，其中该中心管道是固定至该静止元件上的，并且其中该中心管道从该静止元件被支撑，这样使得该中心管道的轴向范围是与该静止元件的轴线是对准的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的轴向阀，其中该中心管道的第一末端被固定至一个第一凸缘上，并且该中心管道的第二末端被固定至一个第二凸缘上，其中该静止元件的一端被固定至该第一凸缘上并且该静止元件的另一端被固定至该第二凸缘上，这样使得通过使该中心管道和该静止元件被分别固定至相同的第一凸缘和相同的第二凸缘上，该中心管道的轴向范围与该静止元件的轴线对准。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的轴向阀，其中该关闭元件是沿着该中心管道的一个侧壁定位的，并且其中该关闭元件被该中心管道可移动地引导，并且其中该关闭元件被该中心管道支撑。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的轴向阀，其中该中心管道的该一个或多个孔是沿着该中心管道的侧壁定位的，从而在该关闭元件不处于该第一位置中时允许流体穿过该中心管道的侧壁流到该中心管道或从该中心管道流出。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的轴向阀，其中该中心管道的该一个或多个孔是定位在该中心管道的第一末端中，从而在该关闭元件不处于该第一位置中时允许流体通过从该中心管道的外部流到该中心管道的内部或从该中心管道的内部流到该中心管道的外部而穿过该中心管道的第一末端流到该中心管道或从该中心管道流出。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的轴向阀，其中该关闭元件是管状的，其中该关闭元件的轴向范围平行于该中心管道的轴向范围延伸，并且其中该关闭元件沿着该中心管道的侧壁延伸，并且其中该关闭元件既是可旋转的又是沿着该中心管道的侧壁轴向地可移动的。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的轴向阀，其中该关闭元件是管状的，其中该关闭元件的轴向范围平行于该中心管道的轴向范围延伸，并且其中该关闭元件沿着该中心管道的侧壁延伸，并且其中该关闭元件仅是沿着该中心管道的侧壁轴向地可移动的。

11.根据权利要求1所述的轴向阀，其中该关闭元件沿着该中心管道侧壁的内表面延伸，从而该关闭元件沿着该中心管道的内表面延伸。

12.根据权利要求11所述的轴向阀，其中该中心管道的内表面配备有一个螺纹，并且该关闭元件的外表面配备有一个螺纹，该中心管道的所述螺纹与该关闭元件的所述螺纹相互接合，并且其中该关闭元件的旋转运动还被转化为该关闭元件相对于该中心管道的轴向运动。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的轴向阀，其中该关闭元件沿着该中心管道的侧壁的外表面延伸，因而该关闭元件沿着该中心管道的外表面延伸。

14.根据权利要求13所述的轴向阀，其中该中心管道的外表面配备有一个螺纹，并且该关闭元件的内表面配备有一个螺纹，该中心管道的所述螺纹与该关闭元件的所述螺纹相互接合，并且其中该关闭元件的旋转运动还被转化为该关闭元件相对于该中心管道的轴向运动。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的轴向阀，其中该中心管道沿着该中心管道的侧壁配备有一个或多个孔，并且其中至少当该关闭元件处于该第一位置时，在该中心管道的侧壁表面和该关闭元件的侧壁表面之间提供了一种密封，至少当该关闭元件处于该第一位置时该中心管道的所述侧壁和该关闭元件的所述侧壁面向彼此。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的轴向阀，其中该中心管道的一端由从该中心管道延伸的该第一凸缘支撑，并且该中心管道的另一端由从该中心管道延伸的该第二凸缘支撑，并且其中该关闭元件位于该第一凸缘与该底部凸缘之间，并且其中该静止元件如同该中心管道的情况一样也被该第一凸缘和该第二凸缘支撑。

17.根据以上权利要求中任一项所述的阀，其中该关闭元件被定位在该中心管道与该静止元件之间，其中该关闭元件被该中心管道的外侧壁支撑，并且其中该静止元件是沿着该关闭元件的外圆周布置的。

18.根据以上权利要求中任一项所述的阀，其中该关闭元件被定位在该中心管道内部，其中该关闭元件沿着该中心管道的内侧壁被支撑，并且其中该静止元件是沿着该中心管道的外圆周定位的。

19.根据以上权利要求中任一项所述的轴向阀，其中该关闭元件被一个偏置元件、优选一个弹簧以一个偏置力恒定地朝着该第一位置偏置，并且其中该偏置元件能够将该关闭元件移动到该第一位置，在该第一位置中该关闭元件关闭该中心管道的该一个或多个孔，由此不允许流体穿过这些孔，以防该步进电动机的操作力减小到小于该偏置力的一个值。

20.根据以上权利要求中任一项所述的轴向阀，其中该关闭元件被一个偏置元件、优选一个弹簧以一个偏置力恒定地朝着该第二位置偏置，并且其中该偏置元件能够将该关闭元件移动到该第二位置，在该第二位置中该关闭元件打开该中心管道的该一个或多个孔，由此允许流体穿过这些孔，以防该步进电动机的操作力减小到小于该偏置力的一个值。

21.一种蒸气压缩循环系统，优选一种制冷系统，带有沿着该蒸气压缩循环系统的管道的至少一个轴向阀，该制冷系统的所述至少一个阀是根据权利要求1至20中任一项所述的阀。