CN105240574A - 一种流量调节配比阀及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流量调节配比阀及其应用，该流量调节配比阀包括壳体，在壳体内设有一阀腔，在壳体上开设有与所述阀腔相通的A流体入口、B流体入口及混合流体C出口；阀腔内设置有中心阀体和中心阀芯，中心阀芯包括一混合腔，中心阀体上设置有A阀体入口和B阀体入口，中心阀芯上设置有与混合腔相通的A阀芯入口和B阀芯入口，通过中心阀芯在中心阀体内的角度旋转来调节A阀芯入口和A阀体入口、B阀芯入口和B阀体入口的通流截面积，进而调节A流体和B流体的配比，通过中心阀芯在中心阀体内的直线位移来调节混合流体C的流出量。该阀能够任意设置混合后的体积比例，同时能够调节混合流体的流出量，其效率更高，时效性好。

Description

一种流量调节配比阀及其应用

技术领域

本发明涉及一种流量调节配比阀及其应用，属于阀技术领域。

背景技术

目前，在工厂的生产线上常遇到需将A、B溶液按照比例混合的工况，传统工艺是将两种溶液提前按体积比例混合于大器皿内，待使用时慢慢滴入。该传统工艺存在以下缺点：(1)若溶液具有挥发性，则不利于提前的混合操作，对操作人员也会造成身体伤害；(2)若A、B溶液能够产生化学反应，则该传统工艺的实时性差，不能达到混合后溶液的使用性能；(3)混合后的溶液需要人工补给加注，容易造成人为失误，影响产品质量；(4)该方式耗费大量人力、物力，并且可靠性差。

而目前采用液体混合配比阀是常用的一种解决方式，例如较为常用的混水阀，但现有的混水阀也存在一些问题：(1)现有的混水阀采用热敏元件将冷水与热水混合，保证出口水的温度恒定，该混水阀采用止回阀防止串水，结构复杂，成本较高，容易发生故障；(2)现有的混水阀是对出口温度的控制，而非对溶液配比的控制；(3)现有的混水阀对比例调节和流量调节采用同一个操作手柄的不同运动方向实现的控制，该联动方式增加了操作人员的使用难度；(4)现有的混合阀将阀门设置于混合腔的后端，这导致了A、B溶液的串流问题，极易造成溶液提前发生化学反应而产生结晶固体，从而出现阀芯和管道堵塞的现象；(5)现有的混合阀采用圆形阀口，该形式阀口的输出流量与阀芯位移呈非线性关系，操作人员无法准确控制输出溶液的混合比例，更无法设置刻度指示。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种流量调节配比阀。

本发明还提供上述一种流量调节配比阀的使用方法。

本发明的技术方案如下：

一种流量调节配比阀，包括壳体，在壳体内设有一阀腔，在壳体上开设有与所述阀腔相通的A流体入口、B流体入口及混合流体C出口；在阀腔内设置有中心阀体，中心阀体内设置有中心阀芯，中心阀芯包括一混合腔，混合腔的一端与混合流体C出口相通，中心阀体上设置有A阀体入口和B阀体入口，中心阀芯上设置有与混合腔相通的A阀芯入口和B阀芯入口，通过中心阀芯在中心阀体内的角度旋转来调节A阀芯入口和A阀体入口、B阀芯入口和B阀体入口的通流截面积，进而调节A流体和B流体的配比，通过中心阀芯在中心阀体内的直线位移来调节混合流体C的输出流量。

优选的，所述中心阀体的外形为圆柱体，A阀体入口和B阀体入口均为矩形阀口，A阀体入口与B阀体入口在径向上的夹角为108°。

优选的，所述流量调节配比阀还包括调节杠杆，中心阀芯的一端伸出壳体并设有旋转接头，旋转接头通过一小臂拨叉与调节杠杆铰接，调节杠杆的底端与壳体相铰接。

进一步优选的，所述调节杠杆还铰接一大臂拨叉，大臂拨叉嵌入壳体并可在壳体内移动，在壳体上位于大臂拨叉的一侧设置有流量调节标尺。此设计的好处在于，通过流量调节标尺和大臂拨叉的组合，能够很直观地观察到调节中心阀芯的直线位移量，同时也方便准确地调节中心阀芯的位移量。

优选的，所述大臂拨叉上设有一流量调节手柄。此设计的好处在于，通过流量调节手柄推动大臂拨叉并带动调节杠杆，进而调节中心阀芯在中心阀体内的位移，从而调节混合流体的输出流量，便于操作。

优选的，所述流量调节配比阀还包括配比调节手柄和配比调节堵头，配比调节堵头用于封堵混合流体C出口，配比调节手柄的一端贯穿配比调节堵头后与中心阀芯连接，配比调节手柄内设有与混合腔相通的流出通道。此设计的好处在于，通过旋转配比调节手柄来带动中心阀芯的旋转，进而调节中心阀芯上的A阀芯入口和A阀体入口、B阀芯入口和B阀体入口的通流截面积，进而调节A流体和B流体的混合配比。

优选的，所述配比调节手柄包括依次连接为一体的六棱滑块、旋转本体和螺纹接头，所述流出通道贯穿六棱滑块、旋转本体和螺纹接头；所述中心阀芯的一端内侧设有六棱滑轨，六棱滑块与六棱滑轨配合安装。此设计的好处在于，调节手柄的六棱滑块可以直接插入六棱滑轨内，方便安装拆卸，同时通过拧动旋转本体即可带动中心阀芯旋转，进而实现A流体和B流体的配比调节。

一种流量调节配比阀的使用方法，包括以下步骤，

(1)两种压力相等的A流体和B流体分别经过A流体入口和B流体入口流入阀腔，A流体和B流体再分别通过A阀体入口、A阀芯入口和B阀体入口、B阀芯入口进入中心阀芯的混合腔，在混合腔内A流体和B流体溶合成混合流体C；

(2)当调节A流体和B流体的配比时，旋转配比调节手柄同时带动中心阀芯发生角度旋转，中心阀芯旋转时A阀芯入口和A阀体入口、B阀芯入口和B阀体入口通流截面积发生改变，使进入混合腔的A流体和B流体的比例发生变化，从而改变进入混合腔的A流体和B流体的配比；

(3)当步骤(2)中A流体和B流体的配比调节完成后，需要调节混合流体C的流出量时，推动流量调节手柄带动大臂拨叉移动，大臂拨叉驱使调节杠杆转动，调节杠杆转动的同时带动小臂拨叉拉动中心阀芯发生直线位移，进而调节A阀芯入口和A阀体入口、B阀芯入口和B阀体入口的通流截面积，从而改变进入混合腔的A流体和B流体的流量大小，使其输出的混合流体C的流出量改变。

本发明的有益效果在于：

1.本发明设计了一种能将两种溶液混合输出的流量调节配比阀，该阀能够任意设置混合后的体积比例。

2.该配比阀随用随开，混合后立即输出，时效性好，可以用于连续性作业生产线。

3.该配比阀将流量调节和配比调节功能集成在同一个矩形通流截面积上，保证了在调节过程中是严格的线性关系，提高了控制的精度。

4.控制流量大小的阀口是位于混合腔的前端，在结构上保证了两种输入溶液之间不会发生串流现象，使得两种输入溶液保持良好的纯净度。

5.该配比阀的溶液输入方式可以直接通过螺纹连接到连续供给管道，无需人工加注，提高了生产效率。

6.该配比阀的流量调节和配比调节分别采用直线位移调节手柄和角度位移旋转调节手柄，两个操作手柄无嵌套关系，因此流量调节过程和配比调节过程互不干扰，保证了操作精度。

7.在供给溶液充足的情况下，对混合溶液的流量调节不会影响其配比值的大小，将复杂的阀口调节非线性问题简化。

8.该配比阀具有流量刻度标尺和配比刻度标尺，操作者可以根据需求定量调节。

附图说明

图1为本发明流量调节配比阀的立体图；

图2为本发明中壳体的剖视图；

图3为本发明流量调节配比阀的剖视图；

图4a为中心阀体的主视图；

图4b为图4a中A-A方向的剖面图；

图4c为图4a中B-B方向的剖面图；

图5a为中心阀芯的主视图；

图5b为图5a中C-C方向的剖面图；

图5c为图5a中D-D方向的剖面图；

图5d为中心阀芯的剖视图；

图6a为配比调节手柄的主视图；

图6b为配比调节手柄的右视图；

图7a为流量/配比调节过程前的初始状态图；

图7b为图7a中E-E方向的剖面图；

图7c为图7a中F-F方向的剖面图；

图8a为流量调节后的状态图；

图8b为图8a中E-E的剖面图；

图8c为图8a中F-F方向的剖面图；

图9a为配比调节后的状态图；

图9b为图9a中E-E方向的剖面图；

图9c为图9a中F-F方向的剖面图；

其中：01-壳体；0102-A流体入口；0103-B流体入口；0110-配比调节螺纹孔；0111-B中心入口；0112-A中心入口；0113-限位凸台；0114-杠杆支点；07-配比调节堵头；08-配比调节手柄；0801-六棱滑块；0802-输出螺纹接头；0803-配比调节标尺；09-调整垫片；10-中心阀体；1001-A阀体入口；1002-B阀体入口；11-中心阀芯；1101-A阀芯入口；1102-B阀芯入口；1103-六棱滑轨；1104-混合腔；1105-阀芯螺孔；12-旋转接头；13-调节杠杆；14-小臂螺栓；15-小臂拨叉；17-定位螺栓；18-流量调节手柄；19-流量调节标尺；20-大臂拨叉；21-大臂螺栓。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

一种流量调节配比阀，包括壳体01，在壳体01内设有一阀腔，在壳体01上开设有与所述阀腔相通的A流体入口0102、B流体入口0103及混合流体C出口；在阀腔内设置有中心阀体10，中心阀体10内设置有中心阀芯11，中心阀芯11包括一混合腔1104，混合腔1104的一端与混合流体C出口相通，中心阀体10上设置有A阀体入口1001和B阀体入口1002，中心阀芯11上设置有分别与A阀体入口1001和B阀体入口1002相配合的A阀芯入口1101和B阀芯入口1102，且A阀芯入口1101和B阀芯入口1102均与混合腔1104相通，通过中心阀芯11在中心阀体10内的角度旋转来调节A阀芯入口1101和A阀体入口1001、B阀芯入口1102和B阀体入口1002的通流截面积，进而调节A流体和B流体的配比，通过中心阀芯11在中心阀体10内的直线位移来调节混合流体C的输出流量。

中心阀体10的外形为圆柱体，中心阀体10包括A阀体入口1001和B阀体入口1002，两个阀口均为矩形阀口，阀口尺寸大小相等，在径向上分布的夹角为108°；中心阀体10安装在壳体01内的阀腔内，阀腔为阶梯型阀腔，中心阀体10在工作过程中固定不动，限位凸台0113用来限制中心阀芯11的左端极限位移，防止其脱离中心阀体10。

流量调节配比阀还包括配比调节手柄08和配比调节堵头07，配比调节堵头07用于封堵混合流体C出口。配比调节手柄08的一端设计成六棱滑块0801，另一端设计成输出螺纹接头0802，配比调节手柄08的六棱滑块0801贯穿配比调节堵头07后与中心阀芯11一端设计的六棱滑轨1103连接，配比调节手柄08内设有与混合腔相通的流出通道，流出通道贯通六棱滑块0801和输出螺纹接头0802。配比调节手柄08上刻有两种流体的配比调节标尺0803，通过旋转配比调节手柄08来带动中心阀芯11的旋转，进而调节中心阀芯11上的A阀芯入口1101和A阀体入口1001、B阀芯入口1102和B阀体入口1002的通流截面积，进而调节A流体和B流体的混合配比。

中心阀芯11内混合腔1104的一端与混合流体C出口相通，A阀芯入口1101和B阀芯入口1102均与混合腔1104相通，两个入口均为矩形阀口，在径向上分布的夹角为180°；混合腔与混合流体C出口相通的一端设有六棱滑轨1103(即中心阀芯一端设计的六棱滑轨)，六棱滑轨1103的横截面是正六边形，与配比调节手柄08一端的六棱滑块0801表面配合，即可将六棱滑块0801直接插入中心阀芯的六棱滑轨1103内与其配合安装，通过旋转外部配比调节标尺0803，使得六棱滑块0801带动六棱滑轨1103旋转，进而带动中心阀芯11旋转；即当六棱滑块0801插入六棱滑轨1103中配合安装时，混合腔与配比调节手柄08的流出通道相通，混合流体C可以从混合腔经流出通道从输出螺纹接头0802流出。配比调节标尺0803上标记有溶液A、溶液B的配比系数，操作人员通过旋转调整标尺上的对应值，即可得到相应比例的混合流体C。

A流体入口、B流体入口在壳体01外为螺纹接头，分别用于连接溶液A和溶液B的供给系统。壳体01上三个定位螺栓17用于固定安装壳体01。压力平衡堵头05与壳体01上开设的压力平衡螺纹孔0106配合安装，配比调节堵头07与壳体上开设的配比调节螺纹孔0110配合安装。

实施例2：

一种流量调节配比阀，结构如实施例1所述，其不同之处在于：流量调节配比阀还包括调节杠杆13，中心阀芯11的一端伸出壳体并设有旋转接头12，旋转接头12通过一小臂拨叉15与调节杠杆13铰接，调节杠杆13的底端与壳体01上的杠杆支点0114相铰接。

调节杠杆13的上部还铰接一大臂拨叉20，大臂拨叉20嵌入壳体01并可在壳体内移动，在壳体上位于大臂拨叉20的一侧设置有流量调节标尺19。通过流量调节标尺19和大臂拨叉20的组合，能够很直观地观察到调节中心阀芯11的直线位移量，同时也方便准确地调节中心阀芯的位移量。

大臂拨叉20上设有一流量调节手柄18。通过流量调节手柄18推动大臂拨叉20并带动调节杠杆13，进而调节中心阀芯11在中心阀体10内的位移，从而调节混合流体C的流出量。

实施例3：

本实施例提供一种如实施例2所述的流量调节配比阀的使用方法，包括以下步骤，

(1)两种压力相等的溶液A和溶液B，溶液A通过A流体入口0102输入到壳体01内，溶液B通过B流体入口0103输入到壳体01内；

(2)溶液A继续流入A中心入口0112，通过A阀体入口1001和A阀芯入口1101两个矩形阀口所组成的矩形通流截面积S_A，进入混合腔1104后通过配比调节手柄08右端的输出螺纹接头0802输出；溶液B继续流入B中心入口0111，通过B阀体入口1002和B阀芯入口1102两个矩形阀口所组成的矩形通流截面积S_B，进入混合腔1104后通过配比调节手柄08右端的输出螺纹接头0802输出；

(3)当调节A流体和B流体的配比时，旋转配比调节手柄同时带动中心阀芯发生角度旋转，中心阀芯旋转时A阀芯入口1101和A阀体入口1001、B阀芯入口1102和B阀体入口1002通流截面积发生改变，使进入混合腔的A流体和B流体的比例发生变化，从而改变进入混合腔的A流体和B流体的配比；

(4)当步骤(3)中A流体和B流体的配比调节完成后，需要调节混合流体C的流出量时，推动流量调节手柄带动大臂拨叉移动，大臂拨叉驱使调节杠杆转动，调节杠杆转动的同时带动小臂拨叉拉动中心阀芯发生直线位移，进而调节A阀芯入口和A阀体入口、B阀芯入口和B阀体入口的通流截面积，从而改变进入混合腔的流量大小，使其输出的混合流体C的流出量改变。

其中，流量调节单元是由中心阀体10、中心阀芯11、旋转接头12、调节杠杆13、小臂螺栓14、小臂拨叉15、流量调节手柄18、流量调节标尺19、大臂拨叉20和大臂螺栓21组成的，用于调节输出混合溶液C的流量大小；

如图7a所示为流量调节前的初始状态，若此时需要增加混合溶液C的输出流量，则操作人员可以参照流量调节标尺19上的刻度值，手动调节流量调节手柄18的位置，那么大臂拨叉20会产生相应的位移X_D，并以杠杆支点0114为旋转支点，通过杠杆13的作用，使小臂拨叉15产生位移X_S；

如图8a所示为流量调节后的状态，中心阀芯11相对于中心阀体10向右移动X_S，则溶液A、溶液B的矩形通流截面积S_A、S_B均同比例增加，即混合溶液C也增大；

若需要减小混合溶液C的输出流量，则操作原理相似，动作方向相反；

小臂螺栓14、大臂螺栓21可以在调节杠杆13内部的槽型轨道中移动，将杠杆运动中的曲线圆弧位移转化为直线位移；

其中X_D与X_S的放大比例系数由杠杆系统的具体结构决定；

旋转接头12是用于屏蔽中心阀芯11在配比调节过程中产生的径向旋转运动，而只传递其流量调节过程中产生的轴向直线运动；

其中，配比调节单元是由配比调节堵头07、配比调节手柄08、调整垫片09、中心阀体10和中心阀芯11组成的，用于调节混合溶液C中溶液A、溶液B的搭配比例值；

如图7a所示为配比调节前的初始状态，若此时需要增加溶液A在混合溶液C中所占的比例值，即降低溶液B在混合溶液C中所占的比例值，则操作人员可以参照配比调节手柄08上的刻度值，手动旋转配比调节手柄08，那么通过六棱滑轨1103和六棱滑块0801结构的传递，使得中心阀芯11相对中心阀体10产生径向角位移，则通流截面积S_A的径向弧长增加Y_S，而通流截面积S_B的径向弧长减小Y_S，如图9a所示，最终输出的混合溶液C中，溶液A的所占比例增加，而溶液B的所占比例减小；

若需要降低溶液A在混合溶液C中所占的比例值，即增加溶液B在混合溶液C中所占的比例值，则操作原理相似，动作方向相反。

建立本发明流量调节配比阀的数学模型：

a)数学论证流量调节单元的工作原理：

溶液A的输出流量方程：

$Q_A=C_d{x}_3{y}_1\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ρ}}(P_{AO}-P_C)}$

溶液B的输出流量方程：

$Q_B=C_d{x}_3{y}_2\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ρ}}(P_{BO}-P_C)}$

溶液C的输出流量方程：

Q_C＝Q_A+Q_B

由于P_AO＝P_BO＝P_O，那么整理公式如下：

$Q_C=C_d{x}_3\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ρ}}(P_O-P_C)},(y_1+y_2)$

由上面的公式可知：在流量调节单元工作过程中，由于(y₁+y₂)是固定不变值，因此混合溶液C的流量与阀口位移X₃呈线性比例关系，即混合溶液C的流量与流量调节手柄18的位移呈线性比例关系；在配比调节单元工作过程中，x₃固定不变，而y₁变为(y₁±y_s)，同时y₂变为因此(y₁+y₂)依然固定不变，即配比调节过程不会影响混合溶液C的输出流量大小。

b)数学论证配比调节单元的工作原理：

溶液A在混合溶液C中所占比例为

$K_A=\frac{Q_A}{Q_C}=\frac{Q_A}{Q_A+Q_B}=\frac{y_1}{y_1+y_2}$

溶液B在混合溶液C中所占比例为

$K_B=\frac{Q_B}{Q_C}=\frac{Q_B}{Q_A+Q_B}=\frac{y_2}{y_1+y_2}$

由上面两个公式可知，在配比调节单元工作过程中，其溶液混合的配比系数仅与阀口弧度y₁、y₂呈线性比例关系，即混合溶液C的配比系数与配比调节手柄08的角位移呈线性比例关系；在流量单元工作过程中，阀口弧度y₁、y₂的值不变，因此流量调节过程不会影响混合溶液C的配比系数。

其中：

Q_A—溶液A在矩形通流截面积S_A的流量值；

Q_B—溶液B在矩形通流截面积S_B的流量值；

Q_C—混合溶液C在输出螺纹接头0802的流量值；

C_d—矩形阀口流量系数；

ρ—工作油液密度；

P_C—混合溶液C在输出螺纹接头0802处的负载压力；

K_A—溶液A在混合溶液C中所占的比例系数；

K_B—溶液B在混合溶液C中所占的比例系数。

Claims (8)

1.一种流量调节配比阀，包括壳体，其特征在于，在壳体内设有一阀腔，在壳体上开设有与所述阀腔相通的A流体入口、B流体入口及混合流体C出口；在阀腔内设置有中心阀体，中心阀体内设置有中心阀芯，中心阀芯包括一混合腔，混合腔的一端与混合流体C出口相通，中心阀体上设置有A阀体入口和B阀体入口，中心阀芯上设置有与混合腔相通的A阀芯入口和B阀芯入口，通过中心阀芯在中心阀体内的角度旋转来调节A阀芯入口和A阀体入口、B阀芯入口和B阀体入口的通流截面积，进而调节A流体和B流体的配比，通过中心阀芯在中心阀体内的直线位移来调节混合流体C的输出流量。

2.如权利要求1所述的流量调节配比阀，其特征在于，所述中心阀体的外形为圆柱体，A阀体入口和B阀体入口均为矩形阀口，A阀体入口与B阀体入口在径向上的夹角为108°。

3.如权利要求1所述的流量调节配比阀，其特征在于，所述流量调节配比阀还包括调节杠杆，中心阀芯的一端伸出壳体并设有旋转接头，旋转接头通过一小臂拨叉与调节杠杆铰接，调节杠杆的底端与壳体相铰接。

4.如权利要求3所述的流量调节配比阀，其特征在于，所述调节杠杆还铰接一大臂拨叉，大臂拨叉嵌入壳体并可在壳体内移动，在壳体上位于大臂拨叉的一侧设置有流量调节标尺。

5.如权利要求4所述的流量调节配比阀，其特征在于，所述大臂拨叉上设有一流量调节手柄。

6.如权利要求1所述的流量调节配比阀，其特征在于，所述流量调节配比阀还包括配比调节手柄和配比调节堵头，配比调节堵头用于封堵混合流体C出口，配比调节手柄的一端贯穿配比调节堵头后与中心阀芯连接，配比调节手柄内设有与混合腔相通的流出通道。

7.如权利要求6所述的流量调节配比阀，其特征在于，所述配比调节手柄包括依次连接为一体的六棱滑块、旋转本体和螺纹接头，所述流出通道贯穿六棱滑块、旋转本体和螺纹接头；所述中心阀芯的一端内侧设有六棱滑轨，六棱滑块与六棱滑轨配合安装。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的流量调节配比阀的使用方法，包括以下步骤，

(1)两种压力相等的A流体和B流体分别经过A流体入口和B流体入口流入阀腔，A流体和B流体再分别通过A阀体入口、A阀芯入口和B阀体入口、B阀芯入口进入中心阀芯的混合腔，在混合腔内A流体和B流体溶合成混合流体C；

(2)当调节A流体和B流体的配比时，旋转配比调节手柄同时带动中心阀芯发生角度旋转，中心阀芯旋转时A阀芯入口和A阀体入口、B阀芯入口和B阀体入口通流截面积发生改变，使进入混合腔的A流体和B流体的比例发生变化，从而改变进入混合腔的A流体和B流体的配比；

(3)当步骤(2)中A流体和B流体的配比调节完成后，需要调节混合流体C的流出量时，推动流量调节手柄带动大臂拨叉移动，大臂拨叉驱使调节杠杆转动，调节杠杆转动的同时带动小臂拨叉拉动中心阀芯发生直线位移，进而调节A阀芯入口和A阀体入口、B阀芯入口和B阀体入口的通流截面积，从而改变进入混合腔的A流体和B流体的流量大小，使其输出的混合流体C的流出量改变。