CN105090150B - 一种超高压液控集成换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高压液控集成换向阀，其包括阀体和多个结构相同的单阀，该阀体上设有竖向阀孔和控制液进口，竖向阀孔的两端连接有螺堵和螺塞，螺塞上开设有相互连通的液控腔室和控制液出口；该单阀安装在螺堵和螺塞之间，其包括阀套、阀杆和阀座；阀套与螺塞抵接，阀杆下端与阀套呈密封状滑动配合，并将阀套分隔成上下两个液控腔；阀杆的底部与液控腔室之间安装有弹簧，其上端安装有盖帽；盖帽内表面与阀杆上端构成球窝状，用于安装阀球；阀杆上还套装有支撑环；支撑环与螺堵之间安装有阀座，阀座上开设有阀口。本发明具备换向可靠性高，结构紧凑的优点，能够实现超高压工况下的双向零泄漏密封，可用于超高压条件下多通道多功能的换向。

Description

一种超高压液控集成换向阀

技术领域

本发明属于换向阀领域，更具体地，涉及一种超高压液控集成换向阀。

背景技术

在工业领域，常需要进行多通道多功能的切换。对于中低压工况，常使用圆柱形滑阀实现二位二通、三位四通的换向功能，这种滑阀采用缝隙密封，换向动作简单，但泄漏量大，密封性能不好，对于单个阀来说其中位机能和换向作用都较为单一，因此常常需要多个阀来组合使用。对于高压工况，例如煤矿领域，液压支架是必不可少的作业工具，液压支架需要不停的切换液压回路方向来完成升降动作，因此高压液压换向阀要求有良好的密封效果和可靠的换向性能，使用较多的是二位三通、三位四通的电磁换向阀，阀口结构形式有锥阀和平板阀两种，由于驱动方式采用电磁铁驱动，驱动力受电磁铁的功率等因素影响，导致阀的额定压力和额定流量受到限制，目前市场上应用于煤矿工业的换向阀压力大多为40MPa，流量在3L/min这一范围之内。

此外，以近年来飞速发展的海洋资源的开发领域为例，大多数深海潜水器都具有海水液压浮力调节系统，而浮力调节系统的核心部件之一换向阀则保证了深海装备正常的上升与下潜，由于深海潜水器下潜深度大，这同样要求换向阀不仅具有较高的额定压力和可靠的密封性能，同时从整个系统角度上也有具有低流阻高效率的特点。目前深海潜水器所用到的换向阀采用多个单阀连接而成，受传统驱动方式限制，流量和压力都偏低，并且由于各单阀之间采用管道连接，系统效率低，不利于深海潜水器的使用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种超高压液控集成换向阀，其中结合换向阀自身的特征及其应用的实际场合，相应设计了采用液压驱动的集成换向阀，并对其关键组件如阀芯组件、阀套的具体结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可有效解决密封性能差、系统效率低的问题，同时还具备换向可靠性高，结构紧凑的优点，能够实现超高压工况下的双向零泄漏密封，可用于超高压条件下多通道多功能的换向，尤其适合用在深海潜水器的浮力调节系统中。

为实现上述目的，本发明提出了一种超高压液控集成换向阀，其特征在于，包括阀体和多个结构相同的单阀，其中：

该阀体上设有竖向阀孔和控制液进口，所述竖向阀孔的上下两端分别连接有螺堵和螺塞；所述螺塞的上下端分别开设有相互连通的液控腔室和控制液出口；

该单阀安装在所述螺堵和螺塞之间，其包括阀套、阀杆和阀座；其中，所述阀套与所述螺塞抵接；所述阀杆呈倒T字型结构，其下端与所述阀套呈密封状滑动配合，并将所述阀套分隔成上下两个液控腔；其中所述上液控腔与所述控制液进口相连，所述下液控腔与所述液控腔室相连；所述阀杆的底部与所述液控腔室之间安装有弹簧，并且其上端安装有盖帽；所述盖帽的内表面与所述阀杆的上端构成球窝状，以便于安装阀球；所述阀杆上还套装有位于所述阀套之上的支撑环；所述支撑环与所述螺堵之间安装有阀座，所述阀座上开设有阀口。

作为进一步优选的，所述阀套采用分体式结构，其包括上下分布的上阀套和下阀套，所述上阀套与所述支撑环抵接，所述下阀套与所述螺塞抵接；所述下阀套内开设有与所述阀杆形状相适应的倒T字型空腔，该空腔上嵌装有格莱圈密封件。

作为进一步优选的，所述阀体上开设有与所述支撑环相连通的工作口，以便于向所述支撑环内通入水。

作为进一步优选的，所述阀座上设有异形孔流道，以便使得液流状态稳定。

作为进一步优选的，所述液控腔室和控制液出口通过阻尼孔相连。

作为进一步优选的，所述阀球为高精度的陶瓷球。

作为进一步优选的，所述超高压液控集成换向阀采用液压驱动。

作为进一步优选的，所述单阀优选为四个，各单阀的控制相互独立。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明提供的一种超高压液控集成换向阀，其阀杆顶端和盖帽的内表面都成球窝形状以用于安装阀球，阀杆顶端球窝直径和盖帽内表面直径大于阀球直径，使得密封时阀球可以灵活转动以便更好的与阀口配合进而实现柔性补偿功能，该柔性补偿调节功能大大提高了阀口的密封性能，降低了加工误差和材料特性带来的影响，密封性能良好，可靠性高，能够实现超高压工况下的双向零泄漏密封，使其可用于超高压液压系统换向功能，尤其适合深海潜水器浮力调节系统。

2.本发明的阀座在水平通孔基础上增加斜通孔，采用上述具有特殊通孔的阀座，使得换向阀的流阻低，提高了换向阀效率；本发明的阀芯采用倒拉式打开方式，阀芯上端没有推杆，避免了传统的推杆打开方式带来的差动流通，也减小了流阻，大大提高了系统的效率；本发明的驱动方式采用液控驱动，相比传统电磁驱动，可以提供更大的驱动力，不受环境因素影响，也避免了电磁带来的安全隐患，可靠性更高；本发明在螺塞上开有阻尼孔，由于阀口在打开时需要瞬时通入高压控制液，阻尼孔有效的减缓了换向阀的振动与冲击，使阀口的开启更加平稳；本发明的阀套采用分体式结构，以便使得格莱圈密封件更容易安装；本发明中的各单阀的控制相互独立，通过不同的逻辑组合可以实现多种中位机能的切换。总体而言，本发明的超高压换向阀具有结构紧凑、体积小、换向可靠、效率高等优点。

附图说明

图1是本发明的超高压液控集成换向阀的结构示意图；

图2是本发明的超高压液控集成换向阀的阀芯组件结构示意图；

图3是本发明的超高压液控集成换向阀的阀座结构示意图；

图4是本发明的超高压液控集成换向阀的阀套结构示意图；

图5是本发明的超高压液控集成换向阀的螺塞结构示意图；

图6是本发明的超高压液控集成换向阀的功能示意图；

图7是本发明的超高压液控集成换向阀的整体示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-7所示，一种超高压液控集成换向阀，包括阀体2和四个结构相同的单阀，阀体2上开设有控制液进口11以及四个用于安装单阀的竖向阀孔，竖向阀孔的上下两端分别螺纹连接有螺堵1和螺塞9，并以螺塞9的端面进行限位；螺塞9的上端开设有液控腔室，下端开设有控制液出口12，该液控腔室和控制液出口通过阻尼孔15相连，通过该阻尼孔有效的减缓了换向阀的振动与冲击；单阀安装在螺堵1和螺塞9之间，其包括阀套8、阀杆7.4和阀座3；其中，阀套8与螺塞9抵接；阀杆7.4呈倒T字型结构(分为大端和小端)，其下端(即大端)与阀套8呈密封状滑动配合，该下端将所述阀套8分隔成上下两个液控腔，上液控腔与控制液进口相连，下液控腔与液控腔室相连；阀杆7.4的底部与液控腔室的底部之间安装有弹簧10，以便形成压紧力，并且阀杆7.4的上端(即小端)安装有盖帽7.3，阀杆7.4与盖帽7.3通过销7.2连接在一起，盖帽7.3的内表面与阀杆7.4的上端构成球窝状，以便于安装阀球7.1，其中阀杆顶端球窝直径和盖帽内表面直径比阀球直径大，使得阀球可以自由转动，阀球7.1通过盖帽进行限位避免脱出，所述阀球优选采用高精度的陶瓷球，由阀球7.1、阀杆7.4、销7.2和盖帽7.3组成了阀芯组件7；阀杆7.4上还套装有位于阀套8之上的支撑环5，支撑环5与螺堵1之间安装有阀座3，即阀座3与阀套8之间用支撑环5隔开，以便形成水腔，阀座3上开设有阀口16，阀口采用柔性球密封结构，即用阀芯组件7上的阀球进行密封，阀杆小端的直径比阀口直径大，以此保证阀杆具有足够的密封力；阀体2上开设有与支撑环5相连通的工作口13，以便于向支撑环5内通入水。

如图3所示，阀座3上开设有特殊的异形孔流道14，其是在阀座3的水平通孔的基础上增加一对关于阀座的垂直对称轴对称的斜通孔，该斜通孔的中心轴线与阀座的垂直对称轴的夹角为105°，通过设置上述斜通孔可保证流道内的液流状态稳定。如图4所示，阀套8具体为分体式的结构，其包括分别位于上部和下部的上阀套8.1和下阀套8.2，上阀套8.1与支撑环5抵接，下阀套8.2与螺塞9抵接；下阀套8.2内开设有与阀杆7.4形状相适应的倒T字型空腔，该空腔上嵌装有格莱圈密封件6。

本发明的超高压液控集成换向阀的驱动方式采用液压驱动，该液体介质可以是油、水等介质，可以提供更大的驱动力，可靠性更高，其工作过程如下：使用状态下，换向阀通过管道与液控系统相连，阀套8内的两个液控腔都充满控制液，控制液对阀杆7.4的合作用力是使阀口关闭的方向，由于阀杆7.4小端直径比阀口直径大，因此在控制液和工作液压力相等时阀口始终具有可靠的密封力，并随着压力的升高密封效果越好；当阀口需要打开时，控制液进口通入高压控制液，控制液出口压力保持不变，阀杆7.4受到向下的倒拉作用力，阀杆带动阀芯组件7向下动作，阀口打开；当阀口需要关闭时，控制液进口压力降低，与控制液出口压力相等，阀芯组件依靠弹簧10力进行复位，阀口关闭后，阀口又有足够的密封力。本发明中各单阀的控制相互独立，通过不同的逻辑组合可以实现多种中位机能的切换。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超高压液控集成换向阀，其特征在于，包括阀体(2)和多个结构相同的单阀，其中：

该阀体(2)上设有竖向阀孔和多个控制液进口，所述竖向阀孔的上下两端分别连接有螺堵(1)和螺塞(9)；所述螺塞(9)的上下端分别开设有相互连通的液控腔室和控制液出口；

该单阀安装在所述螺堵(1)和螺塞(9)之间，其包括阀套(8)、阀杆(7.4)和阀座(3)；其中，所述阀套(8)与所述螺塞(9)抵接；所述阀杆(7.4)呈倒T字型结构，其下端与所述阀套(8)呈密封状滑动配合，并将所述阀套(8)分隔成上下两个液控腔；其中所述上液控腔与所述控制液进口相连，所述下液控腔与所述液控腔室相连；所述阀杆(7.4)的底部与所述液控腔室之间安装有弹簧(10)，并且其上端安装有盖帽(7.3)；所述盖帽(7.3)的内表面与所述阀杆(7.4)的上端构成球窝状，以便于安装阀球(7.1)；所述阀杆(7.4)上还套装有位于所述阀套(8)之上的支撑环(5)；所述支撑环(5)与所述螺堵(1)之间安装有阀座(3)，所述阀座(3)上开设有阀口。

2.如权利要求1所述的超高压液控集成换向阀，其特征在于，所述阀套(8)采用分体式结构，其包括上下分布的上阀套(8.1)和下阀套(8.2)，所述上阀套(8.1)与所述支撑环(5)抵接，所述下阀套(8.2)与所述螺塞(9)抵接；所述下阀套(8.2)内开设有与所述阀杆(7.4)形状相适应的倒T字型空腔，该空腔上嵌装有格莱圈密封件(6)。

3.如权利要求1或2所述的超高压液控集成换向阀，其特征在于，所述阀体(2)上开设有与所述支撑环(5)相连通的工作口，以便于向所述支撑环(5)内通入水。

4.如权利要求3所述的超高压液控集成换向阀，其特征在于，所述阀座(3)上设有异形孔流道(14)，以便使得液流状态稳定。

5.如权利要求4所述的超高压液控集成换向阀，其特征在于，所述液控腔室和控制液出口通过阻尼孔相连。

6.如权利要求4或5所述的超高压液控集成换向阀，其特征在于，所述阀球(7.1)为高精度的陶瓷球。

7.如权利要求6所述的超高压液控集成换向阀，其特征在于，所述超高压液控集成换向阀采用液压驱动。

8.如权利要求7所述的超高压液控集成换向阀，其特征在于，所述单阀优选为四个，各单阀的控制相互独立。