CN106439072B - 一种电子膨胀阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了供一种电子膨胀阀，包括：阀座部件，包括阀座和插装于所述阀座内的阀芯座；阀杆部件，其能够沿所述阀芯座的芯腔轴向移动以开启或关闭阀口，以便导通或断开电子膨胀阀的两个接口；所述阀杆部件具有连通所述阀口的轴向通孔以及能够与所述阀口贴合密封的密封面；所述阀杆部件包括阀杆和固设于所述阀杆下端的阀芯；所述阀杆为圆筒状体，其包括小径段筒体和靠近所述阀口的大径段筒体；所述大径段筒体与所述阀芯座之间具有第一间隙，所述阀芯与所述阀口之间具有第二间隙。该电子膨胀阀能够同时兼顾阀口密封性和开阀能力。

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。
常见的电子膨胀阀包括阀座和阀杆，通常，阀座上开设有阀口和两个接口，两个接口可通过阀口连通，阀杆具有能够与阀口处端面贴合密封的密封面。阀杆位于阀座的阀腔内，能够在电机的带动下沿阀腔轴向移动以开启或关闭阀口，以便将两个接口导通或断开。
常态下，与阀口连通的一接口会对阀杆的密封面产生轴向向上的作用力，为避免阀口处密封不严出现泄漏，阀杆会设置轴向通孔，使阀杆的上端和下端处于同样的压力区，对阀杆上端产生轴向向下的作用力，以平衡阀杆受力，确保密封性。但，通过阀杆上端的承压面积大于阀杆下端的承压面积，综合后，阀杆受到轴向向下的作用力，影响电子膨胀阀的开阀能力。
有鉴于此，如何改进电子膨胀阀的结构，能够既确保阀口密封性，又满足开阀能力，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，该电子膨胀阀能够同时兼顾阀口密封性和开阀能力。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电子膨胀阀，包括：
阀座部件，包括阀座和插装于所述阀座内的阀芯座；
阀杆部件，其能够沿所述阀芯座的芯腔轴向移动以开启或关闭阀口，以便导通或断开电子膨胀阀的两个接口；
所述阀杆部件具有连通所述阀口的轴向通孔以及能够与所述阀口贴合密封的密封面；
所述阀杆部件包括阀杆和固设于所述阀杆下端的阀芯；所述阀杆为圆筒状体，其包括小径段筒体和靠近所述阀口的大径段筒体；所述大径段筒体与所述阀芯座之间具有第一间隙，所述阀芯与所述阀口之间具有第二间隙。
本发明提供的电子膨胀阀中，阀杆部件的大径段筒体与阀芯座之间具有第一间隙，用以形成第一节流通道，阀芯与阀口之间具有第二间隙，用以形成第二节流通道，如此，阀口小开度时，由于第一节流通道和第二节流通道的节流作用，在阀口处会形成介于冷媒进口压力和冷媒出口压力之间的中压区，中压区的形成可以适当均衡阀杆部件受到的气压力，在确保密封性的同时，提升开阀能力。
所述第一间隙、所述第二间隙的大小处于预设范围，以便开阀初始，位于所述第一间隙和所述第二间隙之间的所述阀口处形成介于冷媒进口压力和冷媒出口压力之间的中压区。
所述第一间隙的大小为0.1～0.5mm。
所述第二间隙的大小为0.1～0.8mm。
所述大径段筒体的轴向尺寸小于所述阀芯的轴向尺寸。
两个所述接口及所述阀口均开设于所述阀座；所述阀座的内腔被所述阀口分隔为上腔和下腔；
所述阀芯座插装于所述上腔，并将所述上腔分隔为第一上腔和环绕所述第一上腔的第二上腔，所述阀芯座的侧壁开设有连通所述第一上腔和所述第二上腔的流通口；
所述第二上腔和所述下腔分别与两个所述接口连通。
所述流通口的周向尺寸沿所述阀芯座的轴向向下渐缩。
所述流通口的下部呈V字形。
所述阀杆部件还包括密封环，所述密封环压装于所述阀杆和所述阀芯之间，所述密封环的下端面形成所述密封面。
附图说明
图1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2为图1中阀座部件的结构示意图；
图3为图2中阀芯座的结构示意图；
图4为图1中阀杆部件的结构示意图；
图5为图1中A部位的局部放大图；
图6为图1中阀杆部件与限位套的装配示意图；
图7为图6中各部件装配后的结构示意图；
图8为图1中B部位的局部放大图；
图9为图1中齿轮系统与阀杆部件配合的结构示意图；
图10为图9中齿轮系统的结构示意图；
图11为图9中阀杆部件的结构示意图；
图12为图1中阀杆部件受力的简示图。
其中，图1至图12中部件名称与附图标记之间的一一对应关系如下所示：
阀座部件10，阀座11，阀口11a，第一上腔11b，第二上腔11c，下腔11d，阀芯座12，流通口12a，环形台阶面12b，第一接口管13，第二接口管14；
阀杆部件20，轴向通孔20a，密封面20b，阀杆21，小径段筒体211，大径段筒体212，阀芯22，密封环23，卡扣24，凸台241；
限位套31，密封圈32，挡圈33，助滑片34；
齿轮系统40，齿轮41，丝杆42，限位杆43；
电机50。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种电子膨胀阀，该电子膨胀阀能够同时兼顾阀口密封性和开阀能力。
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。
本文中所涉及的上、下等方位词均是以图1-12中零部件位于图中及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表述技术方案的清楚及方便。应当理解，本文所采用的方位词不应限制本申请请求保护的范围。
请参考图1和图2，图1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2为图1中阀座部件的结构示意图。
该电子膨胀阀，包括阀座部件10和阀杆部件20。
该实施例中，阀座部件10包括阀座11和阀芯座12；阀座11上开设有阀口11a、第一接口和第二接口，图1和图2中示出了分别与第一接口、第二接口连接的第一接口管13和第二接口管14。
阀座11的内腔被阀口11a分隔为上腔和下腔11d，阀芯座12插装于上腔，并将上腔分隔为第一上腔11b和环绕第一上腔11b的第二上腔11c，显然，阀芯座12的芯腔即为该第一上腔11b；阀芯座12的侧壁开设连通第一上腔11b和第二上腔11c的流通口12a。
第一接口与第二上腔11c连通，第二接口与下腔11d连通。
阀杆部件20与阀芯座12的芯腔配合，能够轴向移动以开启或关闭阀口11a，以便将第一接口和第二接口导通或断开。
阀杆部件20具有连通阀口11a的轴向通孔20a以及能够与阀口11a贴合密封的密封面20b。
可以理解，密封面20b的设置形式与阀口11a处的结构相匹配，可以为平面，也可以为斜面，只要能够实现密封即可。
从图2中可以看出，阀口11a与第二接口始终导通，则第二接口与阀杆部件20的轴向通孔20a连通，从而第二接口管14内的冷媒可通过阀杆部件20的轴向通孔20a进入阀杆部件20的上部腔体中。为了确保密封，显然，阀芯座12的内壁需与阀杆部件20密封，以保证阀杆部件20的上部腔体与第一接口不会通过阀杆部件20与阀芯座12侧壁之间的空隙连通，从而确保第一接口与第二接口只有在阀口11a开启后才能连通。
请一并参考图3，图3为图2中阀芯座的结构示意图。
第一接口与阀芯座12的流通口12a连通，具体地，流通口12a的周向尺寸沿阀芯座12的轴向向下渐缩，如此，阀杆部件20沿轴向移动脱离阀口11a时，第一接口可通过流通口12a与阀口11a连通，并，随着阀杆部件20的逐渐上移，供冷媒流通的流通口12a的面积渐增，从而达到通过阀杆部件20的轴向移动调节冷媒流量的作用。
具体的方案中，流通口12a的形状呈V字形。当然，实际设置时，流通口12a的形状并不局限与此，可以根据实际需求的流量曲线等来具体设计。
请一并结合图4，图4为图1中阀杆部件的结构示意图。
阀杆部件20包括阀杆21和固设于阀杆21下端的阀芯22；其中，阀杆21为圆筒状体，包括小径段筒体211和靠近阀口11a的大径段筒体212，小径段筒体211与阀芯座12保持密封。
该实施例中，大径段筒体212与阀芯22之间还压装有密封环23，密封环23的下端面能够与阀口11a处的端面贴合密封。可以理解，装配后，阀芯22伸入下腔11d。
需要指出的是，实际应用中，也可不设置密封环23，使大径段筒体212的下端面形成与阀口11a处端面密封的密封面20b。
请一并参考图5，图5为图1中A部位的局部放大图。
其中，大径段筒体212与阀芯座12之间具有第一间隙h1，以形成第一节流通道，阀芯22与阀口11a之间具有第二间隙h2，以形成第二节流通道；如此，开阀初始，开度较小时，由于第一节流通道和第二节流通道的作用，在阀口11a处会形成介于冷媒进口压力(高压区)和冷媒出口压力(低压区)之间的中压区，中压区的形成可以适当均衡阀杆部件20受到的气压力，在确保密封性的同时，提升开阀能力。显然，节流通道的节流作用与第一间隙h1、第二间隙h2的大小有关，形成的所述中压区的压力大小相应地也与第一间隙h1、第二间隙h2的大小相关。
具体地，该实施例中，阀杆部件20的受力可参照图12理解，图12示出了图1中阀杆部件受力的简示图，其中的阀杆部件简化示意。
如图12中所示，图示最左侧的虚线为阀芯座12的内壁，阀杆部件20的大径段筒体212与阀芯座12之间具有第一间隙h1，阀芯22与阀口11a之间具有第二间隙h2；冷媒自第一接口进入，压力为P1，第二接口处的压力为P3。
由于第一接口与第二上腔11c连通，所以第二上腔11c的压力为P1，阀杆21的大径段筒体212与小径段筒体211连接处的台阶面承受第一接口冷媒作用力，有效承压面积为S1；由于第二接口与下腔11d连通，所以下腔11d的压力为P3，即阀芯22底部受到的压力为P3，阀芯22底部承受第二接口冷媒作用力的有效承压面积为S3；另外，由于阀杆部件20具有轴向通孔20a，所以阀杆部件20的顶端所承受压力也为P3，对应的有效承压面积为S4，显然，该有效承压面积S4大于阀芯22底部的有效承压面积S3。
如前所述，阀杆部件20轴向上移，小开度时，第一节流通道和第二节流通道之间形成中压区，压力为P2，大径段筒体212与阀芯22配合处的端面(即形成阀口11a密封面的端面)承受该中压区的作用力，对应的有效承压面积为S2，显然，该有效承压面积S2大于前述第一接口冷媒的有效承压面积S1。
如上分析，阀杆部件20受力F＝P1S1-P2S2+P3S4-P3S3；
从图12可以看出S1+S4＝S2+S3，与上式结合，可得：
阀杆部件20受力F＝(P1-P3)S1-(P2-P3)S2；其中，S1＜S2；
由于P1＞P2＞P3，所以P1-P3＞P2-P3，从而，可以通过控制P2的大小，使阀杆部件20的受力F趋于零，减小开阀阻力，同时阀杆部件20不再受到轴向向上的作用力，也能够确保密封性。
与现有技术相比，该实施例提供的电子膨胀阀增设了第一节流通道和第二节流通道，使得阀口11a小开度时，在阀口11a处形成中压区，通过对该中压区压力的控制可使阀杆部件20的受力趋于平衡，从而减小开阀阻力，提高开阀能力。
可以理解，冷媒与上述反向流动时，阀杆部件20的受力分析与上述类似，不再赘述。
其中，中压区内压力的大小与第一节流通道和第二节流通道的大小相关。
具体的方案中，大径段筒体212与阀芯座12之间的第一间隙h1可以在0.1～0.5mm范围内选取。
具体的方案中，阀芯22与阀口11a之间的第二间隙h2可以在0.1～0.8mm范围内选取。
应用中，可根据实际需求来选定，间隙不可过小，以免阀动作时出现卡死现象，间隙也不可过大，以免起不到节流作用。
进一步的方案中，大径段筒体212的轴向尺寸小于阀芯22的轴向尺寸。
中压区的压力P2除了与间隙大小相关外，还与形成的节流通道的长度相关，在第一间隙h1相同的情况下，第一节流通道的长度(即大径段筒体212的轴向尺寸)越小，高压区P1与中压区P2的压力梯度越小，即P1与P2的压差越小，可进一步减小阻碍阀杆部件20开阀的轴向气压力，有利于提升开阀性能。
针对上述各实施例，阀芯座12的内壁和阀杆部件20的外壁，二者之一可以设置安装槽，安装槽内设置密封圈32，密封圈32使阀杆部件20与阀芯座12之间具有良好的密封性能。
结合图2-3及图6-8理解，具体的方案中，阀芯座12的芯腔呈台阶孔，形成朝向电机50的环形台阶面12b。
电子膨胀阀还包括限位套31，该限位套31插入阀芯座12的台阶孔，限位套31的上端部具有环形的径向凸台，该径向凸台搭接于阀芯座12的上端面，此时，阀芯座12的内壁、限位套31朝向阀口11a的端面及阀芯座12的环形台阶面12b形成前述安装槽，密封圈32可置于该安装槽内。
该种结构便于密封圈32的安装；阀杆部件20可先装配入阀芯座12内，再依次装入密封圈32和限位套31，或者，如图6所示，将密封圈32、限位套31与阀杆部件20配合后，整体装入阀芯座12。
当然，安装槽设置于阀杆部件20上也是可以的，鉴于阀杆部件20的强度和设计需求，设于阀芯座12上为较为优选的方式。
进一步地，密封圈32和环形台阶面12b之间还可设有挡圈33，挡圈33的设置能够防止密封圈32在阀杆部件20轴向移动过程中脱离安装槽。
进一步地，安装槽内还设置有环形助滑片34，助滑片34与阀杆部件20的外壁接触，密封圈32处于助滑片34和阀芯座12的内壁之间。当第一接口和第二接口存在压差时，压力使密封圈32挤压变形，助滑片34能够捕捉到密封圈32的挤压力，而紧贴于阀杆部件20的外壁，确保阀体不会泄露。此外，助滑片34的设置还大大减小了阀杆部件20轴向移动的摩擦阻力。
采用限位套31和阀芯座12配合形成安装槽时，装配后的限位套31与阀芯座12需要保持相对固定，可以通过焊接、螺纹连接等方式实现固定。
该实施例中，驱动阀杆部件20轴向移动的部件为齿轮系统40；请一并结合图9-11理解。
齿轮系统40包括齿轮41和丝杆42，电子膨胀阀的电机50驱动齿轮系统40的齿轮41转动，齿轮41转动时，丝杆42随之转动，丝杆42与阀杆部件20螺纹配合，阀杆部件20周向定位后，可将丝杆42的转动转化为轴向移动。
为实现阀杆部件20的周向定位，齿轮系统40还包括限制阀杆部件20周向转动的限位杆43，阀杆部件20的上端设有卡扣24，卡扣24的凸台241卡入两根限位杆43之间，由于限位杆43的位置固定，所以卡扣24无法转动，从而限制了阀杆部件20的周向转动，使阀杆部件20仅能作轴向移动。
在此基础上，齿轮系统40的限位杆43可将前述限位套31压紧于阀芯座12的上端面上，实现限位套31和阀芯座12的固定，简单、可靠，使得限位套31、密封圈32等构件的更换更便捷。
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 (8)

1.一种电子膨胀阀，包括：
阀座部件(10)，包括阀座(11)和插装于所述阀座(11)内的阀芯座(12)；
阀杆部件(20)，其能够沿所述阀芯座(12)的芯腔轴向移动以开启或关闭阀口(11a)，以便导通或断开电子膨胀阀的两个接口；
所述阀杆部件(20)具有连通所述阀口(11a)的轴向通孔(20a)以及能够与所述阀口(11a)贴合密封的密封面(20b)；
其特征在于，所述阀杆部件(20)包括阀杆(21)和固设于所述阀杆(21)下端的阀芯(22)；所述阀杆(21)为圆筒状体，其包括小径段筒体(211)和靠近所述阀口(11a)的大径段筒体(212)；所述大径段筒体(212)与所述阀芯座(12)之间具有第一间隙，所述阀芯(22)与所述阀口(11a)之间具有第二间隙；
所述第一间隙、所述第二间隙的大小处于预设范围，以便开阀初始，位于所述第一间隙和所述第二间隙之间的所述阀口(11a)处形成介于冷媒进口压力和冷媒出口压力之间的中压区。
2.根据权利要求1所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述第一间隙的大小为0.1～0.5mm。
3.根据权利要求1所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述第二间隙的大小为0.1～0.8mm。
4.根据权利要求1所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述大径段筒体(212)的轴向尺寸小于所述阀芯(22)的轴向尺寸。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电子膨胀阀，其特征在于，两个所述接口及所述阀口(11a)均开设于所述阀座(11)；所述阀座(11)的内腔被所述阀口(11a)分隔为上腔和下腔(11d)；
所述阀芯座(12)插装于所述上腔，并将所述上腔分隔为第一上腔(11b)和环绕所述第一上腔(11b)的第二上腔(11c)，所述阀芯座(12)的侧壁开设有连通所述第一上腔(11b)和所述第二上腔(11c)的流通口(12a)；
所述第二上腔(11c)和所述下腔(11d)分别与两个所述接口连通。
6.根据权利要求5所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述流通口(12a)的周向尺寸沿所述阀芯座(12)的轴向向下渐缩。
7.根据权利要求6所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述流通口(12a)的下部呈V字形。
8.根据权利要求1-4任一项所述的电子膨胀阀，其特征在于，所述阀杆部件(20)还包括密封环(23)，所述密封环(23)压装于所述阀杆(21)和所述阀芯(22)之间，所述密封环(23)的下端面形成所述密封面(20b)。
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