CN105841410A - 一种电子膨胀阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子膨胀阀，包括阀座和阀杆，所述阀座的阀腔内设有阀口；所述阀座还设置有容纳密封环的环形凹槽，所述环形凹槽环绕所述阀口；还包括置于所述阀腔内的阀芯座，所述阀芯座抵接所述密封环；所述阀杆能够沿所述阀芯座的内腔轴向移动以关闭或开启所述阀口；所述阀口关闭时，所述阀杆的下端面与所述密封环接触密封。该电子膨胀阀的结构设计能够提高密封性能，并延长密封部件的使用寿命。

Description

一种电子膨胀阀

技术领域

本发明涉及流体控制部件技术领域，特别是涉及一种电子膨胀阀。

背景技术

电子膨胀阀作为组成制冷系统的重要部件，广泛应用于大型冷冻机组、大型冷库、超市冷柜等。电子膨胀阀的工作过程一般为：随着电机的通电或断电，调节阀杆的开度，从而调节制冷剂的流量。

请参考图1-2，图1为现有技术中一种电子膨胀阀的结构示意图；图2为图1中电子膨胀阀的阀杆的结构示意图。

该电子膨胀阀包括阀座1′和阀杆2′，阀座1′的阀腔内设有阀口1′a，在电机3′的带动下，阀杆2′能够沿阀腔轴向移动以开启或关闭阀口1′a，从而调节制冷剂的流量。

所述阀杆2′包括基体2′1，该基体2′1由非金属材料通过注塑一体成形，并，该基体2′1的下端面与阀口1′a相应位置接触密封或脱离接触，以关闭或开启阀口1′a。

所述阀杆2′还包括金属件2′2，该金属件2′2包裹于基体2′1的周向外侧壁上，以提高阀杆2′的整体强度，避免关闭阀口1′a时阀杆2′变形。

金属件2′2的周向侧壁上设有限位孔，基体2′1的周向外侧壁注塑形成有伸入该限位孔的限位凸出部2′11，限位孔和限位凸出部2′11相互配合可以防止金属件2′2与基体2′1之间沿轴向发生相对滑动和沿周向发生相对转动。

上述阀杆2′结构在实际使用中存在下述缺陷：

阀杆2′包括注塑成形的基体2′1和包裹该基体2′1的金属件2′2，即由两种材料组成，由于不同材料的收缩率不一致，注塑后基体2′1和金属件2′2之间容易存在缝隙，引发阀内泄漏；即便注塑材料致密，由于不同材料的膨胀系数不一，在承受高气压冲击或冷热温度交替循环变化后，基体2′1和金属件2′2的结合部也会出现缝隙，导致密封失效。

有鉴于此，如何对现有技术中的电子膨胀阀作出改进，以提高密封性能，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子膨胀阀，该电子膨胀阀的结构设计能够提高密封性能，并延长密封部件的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电子膨胀阀，包括阀座和阀杆，所述阀座的阀腔内设有阀口；所述阀座还设置有容纳密封环的环形凹槽，所述环形凹槽环绕所述阀口；

还包括置于所述阀腔内的阀芯座，所述阀芯座抵接所述密封环；

所述阀杆能够沿所述阀芯座的内腔轴向移动以关闭或开启所述阀口；所述阀口关闭时，所述阀杆的下端面与所述密封环接触密封。

本发明提供的电子膨胀阀，在阀座上开设有环绕阀口的环形凹槽，将密封环设置于阀座的环形凹槽，并利用阀芯座将密封环压紧于环形凹槽内，阀口关闭时，通过阀杆的下端面与密封环接触形成密封；如此，密封环被阀芯座压紧，密封效果好；环形凹槽可以保护密封环在受高压制冷剂挤压和冲击时，不发生变形断裂，既确保了良好的密封性，又提高了密封环的使用寿命。

另外，通过阀杆的下端面与密封环接触实现密封，阀杆可以设为一体式结构，规避背景技术中由基体与金属件组装形成的阀杆结构，避免了背景技术中因基体和金属件配合处形成缝隙而导致的内漏问题，提高了电子膨胀阀的密封性能。

所述阀芯座的侧壁上开设有与所述阀口贯通的流通口。

所述阀杆的下端具有环形的密封凸筋，所述阀口关闭时，所述密封凸筋与所述密封环接触密封。

所述阀杆和所述阀芯座之间设置有密封件。

所述阀杆密封处的外径与所述密封凸筋的外径大致相等；所述密封凸筋与所述密封环形成线密封。

所述阀杆与所述阀芯座的间隙设置为0.05mm～0.3mm；所述密封凸筋的宽度设置为0.05mm～0.5mm。

所述阀杆的外周壁设置有台阶，形成朝向所述电子膨胀阀的阀壳的台阶面；所述阀杆上位于所述台阶的上方固设有挡圈；所述挡圈和所述台阶配合形成容纳所述密封件的安装槽。

所述密封件包括O型圈和滑片，所述滑片位于所述O型圈和所述阀芯座之间。

所述阀杆为单一材料制成的阀杆。

所述阀芯座插装于所述阀座，并与所述阀座过盈配合。

所述密封环为软密封材料制成的密封环，所述环形凹槽的薄壁厚度为0.5mm～1.5mm。

附图说明

图1为现有技术中一种电子膨胀阀的结构示意图；

图2为图1中电子膨胀阀的阀杆的结构示意图；

图3为本发明所提供电子膨胀阀一种具体实施例的结构示意图；

图4为图3中电子膨胀阀的阀座部件的结构示意图；

图5为图4中A部位的局部放大图；

图6为图3中电子膨胀阀的阀杆部件的结构示意图；

图7为图6所示阀杆部件的结构简示图；

图8为图3中电子膨胀阀的阀口关闭时阀腔的局部示图；

图9为图8中B部位的局部放大图；

图10为图8中C部位的局部放大图；

图11为图3中电子膨胀阀的阀口打开时阀腔的局部示图；

图12为阀杆受力和行程的关系图。

图1-2中：

阀座1′，阀口1′a，阀杆2′，基体2′1，限位凸出部2′11，金属件2′2，电机3′；

图3-11中：

阀座10，阀口10a，第一流道10b，第二流道10c，环形凹槽11，密封环12，接管13；

阀芯座20，阀芯座本体21，套筒22；

阀杆30，连通孔30a，密封凸筋31，挡圈32，O型圈33，滑片34；

阀壳40，丝杆41。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电子膨胀阀，该电子膨胀阀的结构设计能够提高密封性能，并延长密封部件的使用寿命。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

这里需要说明的是，本文涉及的上、下、内和外等方位词是以图3至图11中零部件位于图中及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求的保护范围。

请参考图3，图3为本发明所提供电子膨胀阀一种具体实施例的结构示意图。

所述电子膨胀阀包括阀座10和设于阀座10上端的阀壳40；阀壳40内设有电机，电机的输出轴通过齿轮系统与丝杆41传动连接，丝杆41连接有阀杆30。电机通电后，丝杆41随着输出轴发生转动，带动阀杆30沿阀座10的阀腔轴向移动，从而实现制冷剂流量调节的目的。

该阀座10在其阀腔内设有阀口10a，并具有第一流道10b和第二流道10c；阀杆30关闭或开启阀口10a，以使第一流道10b和第二流道10c处于非连通或连通状态。

请一并参考图4和图5；图4为图3中电子膨胀阀的阀座部件的结构示意图；图5为图4中A部位的局部放大图。

该实施例中，阀座10上设置有环绕阀口10a的环形凹槽11，该环形凹槽11用于容纳密封环12。

所述电子膨胀阀还包括阀芯座20，本方案中，阀芯座20包括阀芯座本体21和套筒22。

其中，阀芯座本体21与阀座10过盈配合，压装阀芯座本体21后，阀芯座本体21能够将密封环12压紧于环形凹槽11内。

阀芯座本体21的内腔为台阶孔，形成朝向阀壳40的台阶面；套筒22的筒身插装于阀芯座本体21内，并抵靠所述台阶面，套筒22的头部搭接于阀芯座本体21的上端面，并与阀座10通过螺纹连接固定。

这里，密封环12依靠阀芯座本体21压紧于环形凹槽11内，可以理解，实际设置时，密封环12也可以径向挤压在环形凹槽11内，阀芯座20与密封环12抵接即可。

另外，阀芯座20也可通过其他方式固设于阀座10的阀腔内，并不局限于上述方式。

具体地，阀杆30在电机的带动下沿阀芯座20的内腔轴向移动，阀芯座本体21和套筒22的内壁为阀杆30的移动提供导向。

阀口10a关闭时，阀杆30的下端面与密封环12接触密封。

当然，为了确保第一流道10b和第二流道10c能够连通，阀芯座20的侧壁开设有与阀口10a贯通的流通口；具体到该方案中，所述流通口开设于阀芯座本体21。

如上设计后，密封环12被阀芯座本体21压紧于阀座10的环形凹槽11内，密封效果好；环形凹槽11可以保护密封环12在受高压制冷剂挤压和冲击时，不发生变形断裂，既确保了良好的密封性，又提高了密封环12的使用寿命。

另外，通过阀杆30的下端面与密封环12接触实现密封，阀杆30可以设为一体式结构，规避背景技术中由基体和金属件组装形成的阀杆结构，从而避免了背景技术中因基体和金属件配合处形成缝隙而导致的内漏问题，进而提高了电子膨胀阀的密封性能。

具体的方案中，环形凹槽11的薄壁(即靠近阀口10a一侧的壁部)应当具有一定的厚度h1(标示于图5中)，以保证足够的强度，确保密封性。

实际设置时，所述厚度h1可在0.5mm～1.5mm范围内选取，如0.5mm、0.7mm、1mm、1.2mm或1.5mm等，可结合使用环境、阀座10的材质等来具体确定。

具体的方案中，密封环12可采用软密封材料制成，可以选用聚四氟乙烯等非金属材料，也可以选用非金属与金属的混合物等。

具体的方案中，阀杆30可采用单一材料制成，以提高阀杆30的强度。

另外，阀杆30由单一材料制成，规避了背景技术中两种材料联结处产生的飞边毛刺，避免了对其外套密封件(具体见后文描述)的磨损，能够提高密封件的密封性和使用寿命。

具体地，阀杆30可以设为金属阀杆。

当阀杆30与密封环12接触时，为软硬两种不同材料的密封，该种密封结构泄漏率较低，能够显著提高电子膨胀阀的密封性能。

请一并参考图6，图6为图3中电子膨胀阀的阀杆部件的结构示意图。

具体的方案中，阀杆30的下端设有环形的密封凸筋31，关闭阀口10a时，密封凸筋31与密封环12接触形成密封。

为确保密封性，对密封面的表面质量要求较高，设置密封凸筋31后，加工时，只需保证密封凸筋31的表面质量即可，不必涉及阀杆30的整个下端面，加工较为方便，且质量容易保证；另外，检验也方便。

为了使阀杆30和阀芯座20之间具备良好的密封性能，两者之间设置有密封件。为了安放密封件，阀杆30的外周壁和阀芯座20的内壁，二者之一可以设置安装槽。

如图6所示，具体的方案中，安装槽设置于阀杆30上。当然，将安装槽设置于阀芯座20上也是可以的，鉴于阀芯座20的结构设计需求，设于阀杆30上为较为优选的方式。

具体地，阀杆30的外周壁设置有台阶，形成朝向阀壳40的台阶面；阀杆30上固设有挡圈32，可采用焊接等固定方式，该挡圈32位于阀杆台阶的上方，此时，挡圈32的下端面、阀杆30的外周壁(阀杆台阶的侧壁)和阀杆台阶的台阶面形成所述安装槽，也就是说，挡圈32与阀杆台阶配合形成安装槽，密封件可以置于该安装槽内。

该方案中，密封件包括O型圈33和滑片34，滑片34位于O型圈33和阀芯座20(该方案中，具体为套筒22)之间。滑片34与套筒22内壁接触密封。

当电子膨胀阀的第一流道10b和第二流道10c存在压力差时，会使O型圈33挤压变形，滑片34设于O型圈33的外周，能够方便地捕捉到O型圈的挤压力，使O型圈与阀杆20贴合，保证密封性，同时，滑片34也可减小阀杆30移动时的摩擦阻力。

当然，也可将O型圈33和滑片34设置为一体结构，可以简化零部件数量，方便装配。

为了适应O型圈33挤压变形的形变量，所述安装槽的设置应当满足O型圈33装配后具有轴向间隙，该轴向间隙的大小可根据实际需求来设定。

阀杆30沿阀芯座20的内腔轴向移动时，滑片34与套筒22之间存在一定的摩擦力，若O型圈33的径向压缩量过大，则滑片34与套筒22之间摩擦力较大，电子膨胀阀的动作性能降低，密封件也容易磨损；若O型圈33的径向压缩量过小，则可能影响阀杆30与套筒22之间的密封性。

因此，为了兼顾电子膨胀阀的动作性能和密封性，可将O型圈33的径向压缩量控制在适当的范围内，如最好控制在2％～8％之间。

O型圈33径向压缩量的控制可通过安装槽的径向尺寸大小来控制，就上述方案而言，安装槽的径向尺寸大小由阀杆30上设置的台阶的径向尺寸来决定。

请参考图7并结合图3，其中，图7为图6所示阀杆部件的结构简示图。

根据前述描述可知，阀口10a关闭时，电子膨胀阀被上述两处密封部件(即滑片34与套筒22接触密封和密封凸筋31与密封环12接触密封)分隔为压力不同的两部分。

由于阀杆30具有连通孔30a，所以第二流道10c的压强与阀杆30上端的压强相等，这里用P2表示；第一流道10b的压强用P1表示。

阀杆30受到第一流道10b内制冷剂对其的推力，以及第二流道10c和阀杆30上端的制冷剂对其的推力。

第一流道10b内制冷剂对阀杆30形成一个向上的推力：

F1＝P1×(S1-S2)；

第二流道10c和阀杆30上端的制冷剂对阀杆30形成一个向下的推力：

F2＝P2×(S1-S3)；

显然，阀杆30受到的合力为：

F＝F1-F2；

其中，S1为阀杆30密封处的外径D1对应的面积；S2为密封凸筋31的外径D2对应的面积；S3为密封凸筋31的内径D3对应的面积。

若阀杆30所受的合力F过大，电子膨胀阀的动作性能会降低，因此，需要将阀杆30所受合力F控制在一定范围内，实际中，合力F越小越好，也就是说应当使F1和F2在数值上接近。

而，P1和P2由制冷系统决定，针对不同的设计，P1和P2不同，两者在数值上并无一定关系，所以要使F1和F2在数值上接近，则需使承压面积(S1-S2)和(S1-S3)在数值上接近，也就是说，阀杆30与套筒22的间隙h2与密封凸筋31的宽度h3应尽量小，即D1和D2应大致相等，密封凸筋31应近似于线密封。

需要指出的是，由于加工、装配等误差，实际中D1和D2无法完全相等，密封凸筋31也无法完全线密封，所以，这里D1和D2大致相等，密封凸筋31近似于线密封即可。

综合考虑实际制造的工艺水平，阀杆30和套筒22的间隙h2可设置为0.05mm～0.3mm，密封凸筋31的宽度h3可设置为0.05mm～0.5mm。

请一并参考图8至图10，图8为图3中电子膨胀阀的阀口关闭时阀腔的局部示图；图9为图8中B部位的局部放大图；图10为图8中C部位的局部放大图。

阀口10a关闭时，阀杆30下端的密封凸筋31与密封环12接触密封，阀芯座本体21周壁的流通口被阀杆30的周壁遮挡，第一流道10b和第二流道10c处于非连通状态。

图9示出了此时密封件的滑片34与套筒22接触密封的状态，图10示出了密封凸筋31与密封环12接触密封的状态。

为了使阀杆30能够顺利移动，阀杆30与阀芯座20小间隙配合，如图9中所示，阀杆30与套筒22之间存在间隙h2。

请一并参考图11至图12，图11为图3中电子膨胀阀的阀口打开时阀腔的局部示图；图12为阀杆受力和行程的关系图。

当阀杆30在电机的带动下上移时，阀杆30脱离阀口10a，并逐渐与阀芯座本体21相互脱离，阀芯座本体21的流通口与阀口10a小流量连通，从而使第一流道10b和第二流道10c连通，随着阀杆30的进一步上移，阀芯座本体21流通口的流通面积逐渐增大，制冷剂的流量也逐渐增大，直至阀芯座本体21的流通口全部开启，与阀口10a实现最大流量的连通。

实际设置时，阀芯座本体21的流通口的形状可与所需要的流量曲线对应，比如可以设为V形槽、Y形槽或其他形状。

图11中H表示阀杆30的行程，H为0时，表示阀口10a处于关闭状态。

阀口10a关闭时，阀杆30的受力F如前文所述，当阀口10a被打开后，第一流道10b的压强P1和第二流道10c的压强P2逐渐接近，阀杆20受到的合力F也逐渐降低，趋近于0。其中，阀杆30的行程H与其受力F的关系可参考图12理解。

还需要指出的是，前述方案中，阀芯座20由阀芯座本体21和套筒22两部分组成，为分体结构；可以理解，实际设置时，将阀芯座本体21和套筒22设为一体结构也是可行的。

另外，上述方案中，阀座10的结构设计使得阀腔的轴线与第一流道10b的轴线呈锐角设计，即阀杆30偏向于第一流道10b，在此基础上，与第二流道10c焊接的接管13靠近阀口10a，为避免焊接接管13时，焊接热量使靠近阀口10a设置的密封环12变形，接管13可选用导热系数较小的材料制成，如以不锈钢为基体的铜钢双金属复合材料等。

应当理解，实际设置时，阀座10设计为如背景技术中(阀腔的轴线与第一流道、第二流道的轴线均垂直)的结构也是可行的。

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。

Claims (11)

1.一种电子膨胀阀，包括阀座(10)和阀杆(30)，所述阀座(10)的阀腔内设有阀口(10a)；其特征在于，所述阀座(10)还设置有容纳密封环(12)的环形凹槽(11)，所述环形凹槽(11)环绕所述阀口10a)；

还包括置于所述阀腔内的阀芯座(20)，所述阀芯座(20)抵接所述密封环(12)；

所述阀杆(30)能够沿所述阀芯座(20)的内腔轴向移动以关闭或开启所述阀口(10a)；所述阀口(10a)关闭时，所述阀杆(30)的下端面与所述密封环(12)接触密封。

2.根据权利要求1所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述阀芯座(20)的侧壁上开设有与所述阀口(10a)贯通的流通口。

3.根据权利要求1所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述阀杆(30)的下端具有环形的密封凸筋(31)，所述阀口(10a)关闭时，所述密封凸筋(31)与所述密封环(12)接触密封。

4.根据权利要求3所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述阀杆(30)和所述阀芯座(20)之间设置有密封件。

5.根据权利要求4所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述阀杆(30)密封处的外径与所述密封凸筋(31)的外径大致相等；所述密封凸筋(31)与所述密封环(12)形成线密封。

6.根据权利要求5所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述阀杆(30)与所述阀芯座(20)的间隙设置为0.05mm～0.3mm；所述密封凸筋(31)的宽度设置为0.05mm～0.5mm。

7.根据权利要求4所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述阀杆(30)的外周壁设置有台阶，形成朝向所述电子膨胀阀的阀壳(40)的台阶面；所述阀杆(30)上位于所述台阶的上方固设有挡圈(32)；所述挡圈(32)和所述台阶配合形成容纳所述密封件的安装槽。

8.根据权利要求7所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述密封件包括O型圈(33)和滑片(34)，所述滑片(34)位于所述O型圈(33)和所述阀芯座(20)之间。

9.根据权利要求1至8任一项所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述阀杆(30)为单一材料制成的阀杆。

10.根据权利要求1至8任一项所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述阀芯座(20)插装于所述阀座(10)，并与所述阀座(10)过盈配合。

11.根据权利要求1至8任一项所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述密封环(12)为软密封材料制成的密封环，所述环形凹槽(11)的薄壁厚度为0.5mm～1.5mm。