CN105526368A - 一种活塞式阀芯及具有其的先导阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞式阀芯，其包括阀芯主体，所述阀芯主体包括活塞部和锥缩部，所述锥缩部在轴向上位于所述活塞部的一端，所述阀芯主体的中心设有轴向通孔，其中，所述活塞部的侧壁上设有导流槽，所述导流槽沿所述活塞式阀芯的轴向贯穿所述活塞部。本发明的活塞式阀芯在侧壁上设置导流槽，使阀芯主体一侧的流体能够快速流向阀芯主体的另一侧，从而提高阀芯的开启速度，阀芯的灵动性好。本发明还公开了一种先导阀。

Description

一种活塞式阀芯及具有其的先导阀

技术领域

本发明属于阀门设备技术领域，具体涉及一种活塞式阀芯及具有其的先导阀。

背景技术

按照开启方式的不同，阀门可分为自动式与驱动式两种，其中先导阀作为自动式阀门的重要组成部分，其应用越来越广泛。先导阀主要利用液体自身压差实现阀门的开启，其具有能耗低等优点。

现有技术中，实用新型专利CN200820066064.1公开了一种活塞式先导电磁阀，其阀芯直径与阀盖内腔直径之差的取值范围在0.01-0.099mm之间，具有结构简单、可靠性高、使用寿命长等优点。然而，该种结构的活塞式先导电磁阀在实际使用中存在阀芯灵动性差、开启时间较长等缺点，使得其工业应用受到限制。

发明内容

鉴于现有技术的上述现状，本发明的主要目的在于提供一种活塞式阀芯，其能改善相应的先导阀中存在的阀芯灵动性差、开启时间较长的问题。

上述目的通过以下技术方案实现：

一种活塞式阀芯，其包括阀芯主体，所述阀芯主体包括活塞部和锥缩部，所述锥缩部在轴向上位于所述活塞部的一端，所述阀芯主体的中心设有轴向通孔，其中，所述活塞部的侧壁上设有导流槽，所述导流槽沿所述活塞式阀芯的轴向贯穿所述活塞部。

优选地，所述导流槽的总截面面积占所述活塞部的总截面面积的10%-15%，其中，所述活塞部的总截面面积为所述活塞部的外包络面所包围的面积。

优选地，所述导流槽的数量为多个，并且均匀地分布在所述活塞部的外周。

优选地，所述锥缩部与所述活塞部之间设置有密封圈安装槽。

优选地，所述锥缩部的外表面为双曲面。

优选地，所述双曲面的构造方程为，其中a=(0.1-0.2)D，b=(0.25-0.35)D，D为所述活塞部的公称直径。

优选地，所述活塞部的另一端设置有凹腔。

本发明的另一方面目的在于提供一种先导阀，其内部设置有阀腔，并且，还包括先导杆和前面所述的活塞式阀芯，所述活塞式阀芯滑动地设置在所述阀腔中，所述先导杆被构造成在第一位置和第二位置之间滑动，并且当所述先导杆位于第一位置时，所述先导杆将所述轴向通孔关闭。

优选地，所述阀腔具有阀腔底面，所述锥缩部与所述阀腔底面相对，其中，所述阀腔底面的至少一部分为球面。

优选地，所述球面的半径R与所述先导阀的出口腔的公称半径之比为0.92-0.97。

本发明的活塞式阀芯在侧壁上设置导流槽，使阀芯主体一侧的流体能够快速流向阀芯主体的另一侧，从而提高阀芯的开启速度，阀芯的灵动性好。进一步地，本发明的活塞式阀芯的锥缩部设置有双曲面，使得流体撞击该双曲面时能产生向上的附加力，进一步提高阀芯的开启速度。本发明的先导阀在阀腔底面处设置有球面部分，能够加剧流体对双曲面的撞击，进一步改善阀芯的灵动性。

附图说明

以下结合附图对本发明的优选实施方式做进一步描述，图中：

图1是本发明的优选实施方式的活塞式阀芯的轴测示意图；

图2是图1的活塞式阀芯的主视示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是图1的活塞式阀芯的半剖示意图；

图5是本发明的优选实施方式的先导阀在阀芯处于开启状态时的示意图；

图6是本发明的优选实施方式的先导阀在阀芯处于关闭状态时的示意图；

图7是本发明的优选实施方式的先导阀在阀芯处于开启过程中的局部结构示意图。

其中：1-导流槽，2-凹腔，3-轴向通孔，4-密封圈安装槽，5-活塞部，6-凸台，7-锥缩部，8-密封圈，9-阀体，10-阀盖，11-先导杆，12-入口腔，13-出口腔。

具体实施方式

首先说明的是，本发明的上下文中使用了“上”、“下”、“水平”、“竖向”等描述方位的术语，其目的仅仅是为了描述方便，表示的是在按照附图所示的取向进行布置时的相对位置关系。本领域的技术人员能够理解的是，当本发明的活塞式阀芯和/或先导阀的取向发生变化时，采用“上”、“下”等词语所描述的方位关系也将随之改变。

针对现有技术中的活塞式先导阀存在的阀芯灵动性差、开启时间较长的问题，本发明的第一方面改进了活塞式阀芯的结构，并提供了一种活塞式阀芯，其可用于活塞式先导阀，例如专利CN200820066064.1中所公开的活塞式先导电磁阀，该专利文献因此以引用的方式合并于本发明中。

具体地，参见图1-4，本发明的活塞式阀芯包括阀芯主体，所述阀芯主体包括活塞部5和锥缩部7，所述锥缩部7在轴向上位于所述活塞部5的一端，例如二者一体地构成阀芯主体。容易想到的是，锥缩部7的锥缩特性是指：越远离活塞部5，其截面尺寸越小。所述阀芯主体的中心设有轴向通孔3，当所述阀芯应用于先导阀时，该轴向通孔3可用作先导孔。其中，所述活塞部5的侧壁上设有导流槽1，所述导流槽1沿所述阀芯的轴向贯穿所述活塞部5，即，从活塞部5的一个端面延伸到另一个端面。

由于活塞式阀芯在开启过程中，阀芯主体一端的腔的容积变小，腔内的流体需要经活塞部侧壁与阀腔内壁之间的间隙流出，而现有技术中该间隙较小，例如在专利CN200820066064.1中设置为双边间隙在0.01-0.099mm范围内，导致流体的通流面积很小，因而只能缓慢地流出，因此这些流体在一定程度上形成了阀芯开启时的阻碍因素，影响了阀芯开启时的快速性。对此，本发明通过在活塞部的侧壁上设置导流槽，实现了在保持活塞部与阀腔内壁之间的间隙不变的前提下明显增大流体的通流面积，从而使流体能够快速流向阀芯主体的另一端，不再形成阀芯开启时的阻碍因素，有助于提高阀芯的灵动性。

优选地，所述导流槽1的总截面面积占所述活塞部5的总截面面积的10%-15%，其中，所述活塞部5的总截面面积为所述活塞部5的外包络面所包围的面积。例如，当活塞部整体上为圆柱形时，活塞部的总截面面积是指其外圆柱面的截面面积，也即在设置导流槽之前的总面积。试验及模拟计算均证明，当导流槽的总截面面积（当存在多个导流槽时，则为多个导流槽的截面面积之和）按照上述比例设置时，对阀芯灵动性方面的改善最为有利。

优选地，如图1所示，所述导流槽1的数量为多个，例如两个或以上，并且这些导流槽1均匀地分布在所述活塞部5的外周。也即，当存在两个导流槽时，两个导流槽在圆周方向上相隔180度；当存在三个导流槽时，三个导流槽在圆周方向上相隔120度；当如图所示存在4个导流槽时，四个导流槽在圆周方向上相隔90度；以此类推。优选地，各导流槽的截面形状和大小均相同，优选均采用圆弧形截面，例如半圆形。

通过均匀地设置多个导流槽，可以保证阀芯在开启过程中受力均匀，不易发生偏斜或偏心。另外，均匀地设置多个相同的导流槽，还使得加工容易，定位方便。

优选地，所述锥缩部7与所述活塞部5之间设置有密封圈安装槽4，从而可在阀芯主体上安装密封圈，以实现对阀门的关闭。例如，如图2所示，密封圈安装槽4的一侧为活塞部5的端面，另一侧为锥缩部7的端面，或者设置在锥缩部7的根部处的环形凸台6。可以想象的是，环形凸台6的直径小于各导流槽1的内切圆（或内包络圆）的直径，从而环形凸台不会影响从导流槽中流出的流体的进一步流动。环形凸台6可以有效地固定密封圈8，防止密封圈8发生翻转现象，从而可提高阀门的密封性能。

优选地，所述锥缩部7的外表面为双曲面。相较于现有技术（如专利CN200820066064.1）中所采用的锥面，构造为双曲面形的锥缩部7可以在下方流体的撞击下产生更大的向上的分力，从而有助于阀芯的快速开启，进一步改善阀芯的灵动性。另外，锥缩部7外表面的双曲面还可有效地避免阀门开启时流体能量损失产生漩涡，使流场更加稳定。

优选地，所述双曲面的构造方程为，其中a=(0.1-0.2)D，b=(0.25-0.35)D，D为所述活塞部的公称直径。试验及模拟计算均证明，按上述方程构成而成的锥缩部7，在改善阀芯灵动性方面尤为有利。

优选地，如图1和图4所示，所述活塞部5的另一端（即，与设置锥缩部7相反的那一端）设置有凹腔2。在具体工作时，凹腔2可用作阻尼腔。当本发明的活塞式阀芯用于图5和图6所示的先导阀时，当阀芯处于关闭状态时，凹腔2可以缓冲流体对先导杆11的冲击，保证所述轴向通孔的良好密封以及阀芯的稳定性，当先导杆11开启时，部分流体流向轴向通孔，凹腔2有效缓减了阀芯的偏向振动。

基于上述改进的活塞式阀芯结构，本发明的第二方面提供了一种先导阀。

具体地，如图5和图6所示，本发明的先导阀的内部设置有阀腔，例如包括阀体9和阀盖10，阀盖10密封地安装至阀体5，从而共同限定出所述阀腔。特别地，本发明的先导阀还包括先导杆11和本发明所述的活塞式阀芯，其中，所述活塞式阀芯滑动地设置在所述阀腔中，例如设置在位于阀盖10中的阀腔部分（例如可称为阀腔上段）中。所述先导杆11被构造成在第一位置（如图6中所示，为下极限位置）和第二位置（如图5中所示，为上极限位置）之间滑动，并且当所述先导杆11位于第一位置时，所述先导杆11将所述轴向通孔关闭，如图6所示，此时阀芯处于关闭状态。

先导杆11的一端与所述轴向通孔相对应，另一端与电磁铁机构的动铁芯相连接。

优选地，所述阀腔上段的横截面积为圆形，也即，阀腔上段的侧壁为内圆柱面，与阀芯主体的活塞部5间隙配合。

所述阀腔例如还包括位于阀体9内的阀腔部分（例如可称为阀腔下段），所述阀腔下段的开口朝向所述活塞式阀芯。当所述先导杆11在电磁铁机构的驱动下运动到第一位置时，在将所述轴向通孔（即先导孔）关闭的同时，还会将所述活塞式阀芯推压到所述阀腔下段的开口处，使得所述锥缩部7位于所述阀腔下段中，并例如借助于所述密封圈8实现所述阀腔下段的开口处的密封，从而将阀腔上段与阀腔下段密封地隔开，由此切断先导阀入口腔和出口腔之间的连通，先导阀关闭，如图6所示。

在先导阀关闭的状态下，当所述先导杆11在电磁铁机构的驱动下朝向第二位置运动时，由于先导杆11的运动是非常快速的，先导杆11的这种快速缩回运动使阀芯主体上方的阀腔空间形成瞬时负压，使得阀芯主体上下两侧形成压差，阀芯主体于是在这种压差的作用下向上运动，密封圈8与所述阀腔下段的开口之间脱离接触。

现有技术中，阀芯主体向上运动的速度会受到其上方的阀腔空间内的流体的排出速度的限制，由于这部分流体只能经轴向通孔（即先导孔）以及活塞部与阀腔之间的间隙排出，排出速度较慢，因而影响到阀芯主体向上运动的快速性。

而本发明中，由于阀芯主体的活塞部外侧壁上设置有导流槽，在阀芯主体向上运动的过程中，其上方的阀腔空间（包括阻尼腔）内的流体可以快速地经导流槽排出，并流经所述锥缩部并朝向出口腔流动。由于导流槽的截面面积明显大于活塞部与阀腔之间的间隙面积，因而这部分流体能够快速地排出，阀芯主体向上运动的速度得以提高。

优选地，所述阀腔具有阀腔底面，例如所述阀腔底面位于所述阀腔下段的底部，阀芯主体上的所述锥缩部与所述阀腔底面相对，其中，所述阀腔底面的至少一部分为球面。如图7所示，在阀芯主体向上运动的初期（即开启过程的初期），阀腔上段中的流体以及先导阀入口腔中的流体迅速流入阀腔下段，并撞击所述阀腔底面。由于阀腔底面的至少一部分设置成球面，流体撞击所述球面后，会产生反弹流，如图7所示，该反弹流的一部分会到达锥缩部，并冲击锥缩部的外表面，所产生的冲击力可分为水平分力Fx和竖向分力Fy，其中，该竖向分力Fy形成了作用于阀芯主体上的向上的附加力，进一步提升阀芯主体的开启速度。

阀芯主体5在所述向上的附加力以及上下两侧的压差的共同作用下，便可快速向上运动，最终阀芯主体5到达稳定状态，即先导阀实现完全开启，如图5所示。

特别地，当所述锥缩部7的外表面构造成双曲面时，前述反弹流所产生的这种向上的附加力更为突出，效果更好。

优选地，阀腔底面的所述球面的半径R与所述先导阀的出口腔的公称半径之比为0.92-0.97。试验及模拟计算均证明，当所述球面的半径R如此设置时，阀芯主体的灵动性更佳，先导阀的开启时间更为明显地缩短。

综上，本发明的活塞式阀芯以及先导阀能够很好地解决现有技术中存在的阀芯灵动性差、开始时间长的问题。同时，由于阀芯开启迅速，本发明的先导阀还能有效防止杂质堵塞，提高阀门的流通性。此外，本发明的先导阀结构简单，工作性能优异。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种活塞式阀芯，其包括阀芯主体，所述阀芯主体包括活塞部和锥缩部，所述锥缩部在轴向上位于所述活塞部的一端，所述阀芯主体的中心设有轴向通孔，其特征在于，所述活塞部的侧壁上设有导流槽，所述导流槽沿所述活塞式阀芯的轴向贯穿所述活塞部。

2.根据权利要求1所述的活塞式阀芯，其特征在于，所述导流槽的总截面面积占所述活塞部的总截面面积的10%-15%，其中，所述活塞部的总截面面积为所述活塞部的外包络面所包围的面积。

3.根据权利要求1或2所述的活塞式阀芯，其特征在于，所述导流槽的数量为多个，并且均匀地分布在所述活塞部的外周。

4.根据权利要求1-3之一所述的活塞式阀芯，其特征在于，所述锥缩部与所述活塞部之间设置有密封圈安装槽。

5.根据权利要求1-4之一所述的活塞式阀芯，其特征在于，所述锥缩部的外表面为双曲面。

6.根据权利要求5所述的活塞式阀芯，其特征在于，所述双曲面的构造方程为，其中a=(0.1-0.2)D，b=(0.25-0.35)D，D为所述活塞部的公称直径。

7.根据权利要求1-6之一所述的活塞式阀芯，其特征在于，所述活塞部的另一端设置有凹腔。

8.一种先导阀，其内部设置有阀腔，其特征在于，还包括先导杆和根据权利要求1-7之一所述的活塞式阀芯，所述活塞式阀芯滑动地设置在所述阀腔中，所述先导杆被构造成在第一位置和第二位置之间滑动，并且当所述先导杆位于第一位置时，所述先导杆将所述轴向通孔关闭。

9.根据权利要求8所述的先导阀，其特征在于，所述阀腔具有阀腔底面，所述锥缩部与所述阀腔底面相对，其中，所述阀腔底面的至少一部分为球面。

10.根据权利要求9所述的先导阀，其特征在于，所述球面的半径R与所述先导阀的出口腔的公称半径之比为0.92-0.97。