CN107435746A - 一种四通调节阀及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种四通调节阀，包括X形阀芯、外壳、4个流体连接端口，所述X形阀芯设于所述外壳内、包括中心轴和在所述中心轴处交叉连接的2个挡流板，所述4个流体连接端口分别与所述外壳内部相通，包括用于连接主供给侧系统的1个供给端口、1个返回端口，用于连接用户侧系统的2个负载侧端口，所述X形阀芯将所述外壳内部划分为2个锐夹角端、2个钝夹角端区域，与所述4个流体连接端口相配合实现换向、阻塞、控制或调节功能。本发明的四通调节阀，具有对管道中的气体、液体等流体进行流动换向、阻塞与控制或调节等功能，显著提高了系统性能，节约投资控制阀的成本，还可节约因控制阀压力损失而消耗的大量能源，降低了设备和工程造价。

Description

一种四通调节阀及其工作方法

技术领域

本发明涉及流体调控技术领域，具体地，涉及一种应用于流体输配管道系统、加热系统、冷却系统、制冷系统或工业热交换器等方向的流动换向、反冲洗和流量控制的四通调节阀。

背景技术

对于过滤器和热交换器清洁以及热泵等特殊工程系统而言，反冲洗和/或反向流动至关重要。这些功能通常由所谓的四通阀或四通旋塞来实现。四通阀或四通旋塞是一种流体控制阀，阀体具有四个等距分布在阀室周围的端口，并且其阀芯具有两个连接相邻端口的通道。阀芯可以是圆柱形、锥形或球形的。它有两个流动位置，通常使所有端口关闭的位置是中心位置。由于阀芯中的两个“L”形端口不互连，所以四通阀有时被称为“X”接口或X体。

参照图1所示，用于热泵的圆柱形四通阀由四通导阀110、柱状阀芯101、气缸105、压缩机端口120、室外端口130、返回端口140和室内端口150组成。在加热模式下，四通导阀110将压缩机排气压力连接到气缸105右侧，将吸入压力连接到气缸105左侧。在压力差下，柱状阀芯101被推向左侧。高温高压气体通过压缩机端口120和室内端口150送到室内机。室外机和室内机通过室外端口130和返回端口140连接。在制冷模式中，四通导阀110将高温高压气体输送到气缸105的左侧，并且将低压气体输送到气缸105右侧。柱状阀芯101被推向右侧。高温高压气体通过压缩机端口120和室外端口130被输送到室外机。高温高压气体在冷凝器中被冷却为液体。四通阀通过室内端口150和返回端口140连接室内机和压缩机的吸入口。圆柱形四通阀的功能仅限于使流动换向。

典型的X体四通阀一般可分为球式阀芯四通阀和板式阀芯四通阀。限于成本，球塞的使用仅限于小阀门。四通球阀可以使负载侧的水或空气反向流动、阻断。对于大型阀门，需要使用板式阀芯。参照图2所示，板式阀芯四通阀由外壳250，旋塞201，定位销205、206，入口210，出口220，左侧负载端口230和右侧负载端口240组成。板式阀芯四通阀只能使流动换向，不能阻断流动与调节流量，但这两项功能对于所有工程系统都至关重要。

参照图3所示，典型的热交换器系统包括冷却塔305、冷却水泵310、四通换向阀320、冷凝器330和控制阀340。四通换向阀320用于换热器330的反冲洗。控制阀340调节水流量，以满足热交换器的需要。这里，如果四通换向阀320具备调节功能，则可以省去控制阀340。

由此可见，现有技术的四通阀一般仅具备阻断、流动换向的功能。在现有情况下，由于四通阀的功能限制，使含四通阀的系统往往需要诸如导阀、控制阀等结构零件相配合才能实现流量控制等功能。这不仅使系统的结构更为复杂，增加了设计制造成本，也使系统能耗增加、故障率较高、维护成本较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四通调节阀，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种四通调节阀，包括X形阀芯、外壳、4个流体连接端口，所述X形阀芯设于所述外壳内、包括中心轴和在所述中心轴处交叉连接的2个挡流板，所述4个流体连接端口分别与所述外壳内部相通，包括用于连接主供给侧系统的1个供给端口、1个返回端口，用于连接用户侧系统的2个负载侧端口，所述X形阀芯将所述外壳内部划分为2个锐夹角端、2个钝夹角端区域，与所述4个流体连接端口相配合实现换向、阻塞、控制或调节功能。这里，所述四通调节阀具有传统的四通阀和调节阀的功能。使用四通调节阀代替现有的调节阀会使现有系统增加反冲洗和系统隔离功能。在系统中安装四通调节阀将无需再安装调节阀。四通调节阀显著提高了系统性能，同时降低了设备和工程造价。用于管道中的空气、水和液体的流动换向、阻塞与控制或调节。阀门和设备涉及用空气、水和液体反冲洗系统(过滤器，热交换器等)，流动换向(热泵等)和流量调节(热交换器和其他工业设备)。

优选的，所述外壳包括圆筒状侧壳、顶盖、底盖，所述顶盖、底盖分别固定连接于所述圆筒状侧壳的顶侧、底侧。

优选的，所述供给端口与所述返回端口分别对应设于所述圆筒状侧壳横截面的直径的两端，所述2个负载侧端口分别对应设于所述圆筒状侧壳横截面的直径的两端；所述供给端口连接到主要供应，所述返回端口连接到返回侧，所述2个负载侧端口分别连接到负载侧。这里，所述供给端口和返回端口的连接是可互换的，所述2个负载侧端口的连接也是可以互换的。

优选的，所述X形阀芯的2个挡流板之间形成的锐夹角端、钝夹角端，所述锐夹角端的弧度不小于上述任一流体连接端口开口的弧度，所述钝夹角端的弧度不小于上述任何2个相邻流体连接端口之间的弧度及任何2个相邻流体连接端口本身弧度之和。

优选的，所述4个流体连接端口均匀布设于所述圆筒状侧壳周侧，以便于实现对流经四通调节阀的流体的调节。

这里，作为外壳的上下端盖，所述的顶盖或底盖可以与所述圆筒状侧壳一体设置，以增强阀门的整体强度。为便于拆装，优选的，所述顶盖、底盖通过连接结构分别连接于所述圆筒状侧壳的顶侧、底侧，所述连接结构为沿所述顶盖、底盖周侧均匀分布的若干个紧固螺栓及螺母。

优选的，所述紧固螺栓穿过所述底盖、顶盖对应设置的通孔与所述螺母螺纹连接，所述螺母与所述顶盖之间从上至下依次设有紧固垫环、紧固垫圈，以保护所述顶盖表面、防松防螺纹滑丝。

优选的，所述顶盖、底盖的中心分别设有连轴孔，所述X形阀芯的中心轴的上下两端分别与所述顶盖、底盖的连轴孔连接。这里，连接既可以通过轴承连接，也可不含轴承，而直接采用动密封做轴封的方案。

为防止流体在连接处发生泄漏，提高阀体的密封性，优选的，所述X形阀芯与所述顶盖、底盖的连轴孔连接外侧分别设有轴封，所述轴封分别通过均匀分布的若干个紧固螺钉与所述顶盖、底盖固定连接。

优选的，所述四通调节阀还包括4个压力端口，包括供给侧压力端口、返回侧压力端口、2个负载侧压力端口，分别对应设置于所述供给端口、返回端口、2个负载侧端口处，用于连接传感器和执行器。如，所述压力端口便于于安装压力传感器、温度传感器等，并连接到水力循环执行器，使系统控制起来比较容易。

为更好地说明本发明，这里，还提供一种所述四通调节阀的工作方法，具体包括如下步骤：

S1.当需要阻断或隔离初级和次级系统时，转动所述X形阀芯，使其2个对应的锐夹角端分别完全堵住所述供给端口和返回端，或分别完全堵住所述2个负载侧端口。

S2.当需要使流体从所述供给端口向一侧的负载侧端口流动时，转动所述X形阀芯，使其1个钝夹角端的2个端点分别处于所述供给端口、一侧的负载侧端口开口的外侧，即，其1个锐夹角端的2个端点在所述供给端口和另一侧的负载侧端口之间；

S3.当需要使流动换向时，转动所述X形阀芯，使其1个钝夹角端的2个端点分别处于所述供给端口、另一侧的负载侧端口开口的外侧，即，其1个锐夹角端的2个端点在所述供给端口和一侧的负载侧端口之间；

S4.当需要调节或控制流量时，转动所述X形阀芯，使其1个钝夹角端的1个端点处于所述供给端口开口范围内、另1个钝夹角端的1个端点处于所述返回端口开口范围内，即，所述挡流板挡住所述供给端口、返回端口的部分开口，使流体通过的横截面变小。另外，还可以通过转动所述X形阀芯，使其1个钝夹角端的1个端点处于所述一侧负载侧端口开口范围内、另1个钝夹角端的1个端点处于所述另一侧负载侧端口开口范围内，即，所述挡流板分别挡住所述2个负载侧端口的部分开口，同样可通过调节流体通道横截面来实现流量调节。

这里，当改变横截面时，所述返回端口与所述供给端口、所述一侧负载侧端口与所述另一侧负载侧端口的流体通过的横截面的变化是相同时，即四通调节阀具有双盘调节的效果。所述X形阀芯用于流量调节时，功能等同于双阀片调节阀。如，所述X形阀芯可以阻止50％的流体从所述供给端口进入到外壳内部，同时，它也阻止了50％的流体从外壳内经由所述返回端口流出。可见，与蝶阀阀芯往往用于大尺寸阀门相比，这里的X形阀芯比蝶阀阀芯具有更加优越的调节性能。通过两处横截面的同时变化，能够在阀门非全开时在入口和出口处同时增加阻力，这在系统阻力较大时能由两处分担这一作用力，从而提高了调节性能。另外，调节转动所述X形阀芯对执行器扭矩要求较小，从而对于相同的接管直径，能够减小阀门的尺寸。

本发明的四通调节阀可用于：(1)反冲洗换热器、过滤器，和任何需要反冲洗清洁的其他设备；(2)流动换向，如制热、制冷相互切换的热泵运行中；(3)阻断流动与隔离负载侧系统和供给侧系统；(4)调节或控制流动以保持所需的控制性能和目标；等等。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的四通调节阀，通过对现有技术流动换向、流动阻断与流量调节的系统和方法各个方面的改进，将流量控制，流动换向与关断集成到一个阀中，具有传统四通阀和调节阀的功能，在系统中安装四通调节阀将无需再安装调节阀，使用四通调节阀代替现有的调节阀会使现有系统增加反冲洗和系统隔离功能，具有对管道中的气体、液体等流体进行流动换向、阻塞与控制或调节等功能，显著提高了系统性能，节约投资控制阀的成本，还可节约因控制阀压力损失而消耗的大量能源，降低了设备和工程造价。

附图说明

图1为柱状阀芯式四通阀原理图；

图2为板式阀芯四通阀原理图；

图3为典型冷凝器冷却水反冲洗及流量控制原理图；

图4为本发明实施例的四通调节阀结构图；

图5为本发明实施例的四通调节阀剖面结构图；

图6为本发明实施例的四通调节阀第一种状态的截面结构示意图；

图7为本发明实施例的四通调节阀第二种状态的截面结构示意图；

图8为本发明实施例的四通调节阀第三种状态的截面结构示意图；

图9为本发明实施例的四通调节阀第四种状态的截面结构示意图；

其中：101.柱状阀芯，105.圆柱气缸，110.四通导阀，120.压缩机端口，130.室外端口，140.返回端口，150.室内端口，201.板式阀芯，205.定位销，206.定位销，210.入口，220.出口，230.负载端口，240.负载端口，250.外壳，305.冷却塔，310.冷却水泵，320.四通换向阀，330.冷凝器，340.控制阀，402.圆筒状侧壳，404.X形阀芯，405.底盖，406.顶盖，407.紧固螺栓，408.六角螺母，409.紧固垫环,410.紧固垫圈，411.紧固螺钉，416.轴封，423.供给端口，425.返回端口，427.负载侧端口，429.负载侧端口，442.供给侧压力端口，444.返回侧压力端口，446.负载侧压力端口，448.负载侧压力端口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图4-图8所示，一种四通调节阀，包括X形阀芯404、外壳、4个流体连接端口，所述X形阀芯404设于所述外壳内、包括中心轴和在所述中心轴处交叉连接的2个挡流板，所述4个流体连接端口分别与所述外壳内部相通，包括用于连接主供给侧系统的1个供给端口423、1个返回端口425，用于连接用户侧系统的2个负载侧端口427、429，所述X形阀芯404将所述外壳内部划分为2个锐夹角端、2个钝夹角端区域，与所述4个流体连接端口相配合实现换向、阻塞、控制或调节功能。这里，所述四通调节阀具有传统的四通阀和调节阀的功能。使用四通调节阀代替现有的调节阀会使现有系统增加反冲洗和系统隔离功能。在系统中安装四通调节阀将无需再安装调节阀。四通调节阀显著提高了系统性能，同时降低了设备和工程造价。

所述外壳包括圆筒状侧壳402、顶盖406、底盖405，所述顶盖406、底盖405分别固定连接于所述圆筒状侧壳402的顶侧、底侧。

所述供给端口423与所述返回端口425分别对应设于所述圆筒状侧壳402横截面的直径的两端，所述2个负载侧端口427、429分别对应设于所述圆筒状侧壳402横截面的直径的两端；所述供给端口423连接到主要供应，所述返回端口425连接到返回侧，所述2个负载侧端口427、429分别连接到负载侧。这里，所述供给端口423和返回端口425的连接是可互换的，所述2个负载侧端口427、429的连接也是可以互换的。

所述X形阀芯404的2个挡流板之间形成的锐夹角端、钝夹角端，所述锐夹角端的弧度不小于上述任一流体连接端口开口的弧度，所述钝夹角端的弧度不小于上述任何2个相邻流体连接端口之间的弧度及任何2个相邻流体连接端口本身弧度之和。

所述4个流体连接端口均匀布设于所述圆筒状侧壳402周侧，以便于实现对流经四通调节阀的流体的调节。

这里，为便于拆装，所述顶盖406、底盖405通过连接结构分别连接于所述圆筒状侧壳402的顶侧、底侧，所述连接结构为沿所述顶盖406、底盖405周侧均匀分布的8个紧固螺栓407及8个六角螺母408。

所述紧固螺栓407穿过所述底盖405、顶盖406对应设置的通孔与所述螺母螺纹连接，所述螺母与所述顶盖406之间从上至下依次设有紧固垫环409、紧固垫圈410，以保护所述顶盖406表面、防松防螺纹滑丝。所述紧固垫环409、紧固垫圈410分别对应设置为8个。

所述顶盖406、底盖405的中心分别设有连轴孔，所述X形阀芯404的中心轴的上下两端分别与所述顶盖406、底盖405的连轴孔轴承连接。

为防止流体在轴承连接处发生泄漏，提高阀体的密封性，所述轴承连接外侧分别设有轴封416，所述轴封416分别通过均匀分布的4个紧固螺钉411与所述顶盖406、底盖405固定连接。

所述四通调节阀还包括4个压力端口，包括供给侧压力端口442、返回侧压力端口444、2个负载侧压力端口446、448，分别对应设置于所述供给端口423、返回端口425、2个负载侧端口427、429处，用于连接传感器和执行器。如，所述压力端口便于于安装压力传感器、温度传感器等，并连接到水力循环执行器，使系统控制起来比较容易。

为更好地说明本发明，这里，还提供一种所述四通调节阀的工作方法，具体包括如下步骤：

S1.参照图5所示，当需要阻断或隔离初级和次级系统时，转动所述X形阀芯404，使其2个对应的锐夹角端分别完全堵住所述供给端口423和返回端口425，或分别完全堵住所述2个负载侧端口427、429。

S2.参照图6所示，当需要使流体从所述供给端口423向一侧的负载侧端口427流动时，转动所述X形阀芯404，使其1个钝夹角端的2个端点分别处于所述供给端口423、一侧的负载侧端口427开口的外侧，即，其1个锐夹角端的2个端点在所述供给端口423和另一侧的负载侧端口429之间；

S3.参照图7所示，当需要使流动换向时，转动所述X形阀芯404，使其1个钝夹角端的2个端点分别处于所述供给端口423、另一侧的负载侧端口429开口的外侧，即，其1个锐夹角端的2个端点在所述供给端口423和一侧的负载侧端口427之间；

S4.参照图8所示，当需要调节或控制流量时，转动所述X形阀芯404，使其1个钝夹角端的1个端点处于所述供给端口423开口范围内、另1个钝夹角端的1个端点处于所述返回端口425开口范围内，即，所述挡流板挡住所述供给端口423、返回端口425的部分开口，使流体通过的横截面变小。另外，还可以通过转动所述X形阀芯404，使其1个钝夹角端的1个端点处于所述一侧负载侧端口427开口范围内、另1个钝夹角端的1个端点处于所述另一侧负载侧端口429开口范围内，即，所述挡流板分别挡住所述2个负载侧端口427、429的部分开口，同样可通过调节流体通道横截面来实现流量调节。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种四通调节阀，其特征在于，包括X形阀芯、外壳、4个流体连接端口，所述X形阀芯设于所述外壳内、包括中心轴和在所述中心轴处交叉连接的2个挡流板，所述4个流体连接端口分别与所述外壳内部相通，包括用于连接主供给侧系统的1个供给端口、1个返回端口，用于连接用户侧系统的2个负载侧端口，所述X形阀芯将所述外壳内部划分为2个锐夹角端、2个钝夹角端区域，与所述4个流体连接端口相配合实现换向、阻塞、控制或调节功能。

2.根据权利要求1所述的四通调节阀，其特征在于，所述外壳包括圆筒状侧壳、顶盖、底盖，所述顶盖、底盖分别固定连接于所述圆筒状侧壳的顶侧、底侧，所述供给端口与所述返回端口分别对应设于所述圆筒状侧壳横截面的直径的两端，所述2个负载侧端口分别对应设于所述圆筒状侧壳横截面的直径的两端；所述供给端口连接到主要供应，所述返回端口连接到返回侧，所述2个负载侧端口分别连接到负载侧。

3.根据权利要求2所述的四通调节阀，其特征在于，所述X形阀芯的2个挡流板之间形成的锐夹角端、钝夹角端，所述锐夹角端的弧度不小于上述任一流体连接端口开口的弧度，所述钝夹角端的弧度不小于上述任何2个相邻流体连接端口之间的弧度及任何2个相邻流体连接端口本身弧度之和。

4.根据权利要求3所述的四通调节阀，其特征在于，所述4个流体连接端口均匀布设于所述圆筒状侧壳周侧，以便于实现对流经四通调节阀的流体的调节。

5.根据权利要求4所述的四通调节阀，其特征在于，所述顶盖、底盖通过连接结构分别连接于所述圆筒状侧壳的顶侧、底侧，所述连接结构为沿所述顶盖、底盖周侧均匀分布的若干个紧固螺栓及螺母。

6.根据权利要求5所述的四通调节阀，其特征在于，所述紧固螺栓穿过所述底盖、顶盖对应设置的通孔与所述螺母螺纹连接，所述螺母与所述顶盖之间从上至下依次设有紧固垫环、紧固垫圈。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的四通调节阀，其特征在于，所述顶盖、底盖的中心分别设有连轴孔，所述X形阀芯的中心轴的上下两端分别与所述顶盖、底盖的连轴孔连接。

8.根据权利要求7所述的四通调节阀，其特征在于，所述X形阀芯与所述顶盖、底盖的连轴孔连接外侧分别设有轴封，所述轴封分别通过均匀分布的若干个紧固螺钉与所述顶盖、底盖固定连接。

9.根据权利要求8所述的四通调节阀，其特征在于，所述四通调节阀还包括4个压力端口，包括供给侧压力端口、返回侧压力端口、2个负载侧压力端口，分别对应设置于所述供给端口、返回端口、2个负载侧端口处，用于连接传感器和执行器。

10.一种所述四通调节阀的工作方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

S1.当需要阻断或隔离初级和次级系统时，转动所述X形阀芯，使其2个对应的锐夹角端分别完全堵住所述供给端口和返回端，或分别完全堵住所述2个负载侧端口；

S2.当需要使流体从所述供给端口向一侧的负载侧端口流动时，转动所述X形阀芯，使其1个钝夹角端的2个端点分别处于所述供给端口、一侧的负载侧端口开口的外侧，即，其1个锐夹角端的2个端点在所述供给端口和另一侧的负载侧端口之间；

S3.当需要使流动换向时，转动所述X形阀芯，使其1个钝夹角端的2个端点分别处于所述供给端口、另一侧的负载侧端口开口的外侧，即，其1个锐夹角端的2个端点在所述供给端口和一侧的负载侧端口之间；

S4.当需要调节或控制流量时，转动所述X形阀芯，使其1个钝夹角端的1个端点处于所述供给端口开口范围内、另1个钝夹角端的1个端点处于所述返回端口开口范围内，即，所述挡流板挡住所述供给端口、返回端口的部分开口，使流体通过的横截面变小；另外，还可以通过转动所述X形阀芯，使其1个钝夹角端的1个端点处于所述一侧负载侧端口开口范围内、另1个钝夹角端的1个端点处于所述另一侧负载侧端口开口范围内，即，所述挡流板分别挡住所述2个负载侧端口的部分开口，同样可通过调节流体通道横截面来实现流量调节。