CN109236614A - 一种活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀，包括第一O形密封圈、第一盖螺母、感温元件、分水盘、阀体、阀芯、弹簧、第二盖螺母和调整垫，第一盖螺母和第二盖螺母分别与阀体的两端相连，第一盖螺母与外管路的接头相接处设有第一O形密封圈，在第一盖螺母、阀体和第二盖螺母组成的装置中央设有内腔，水流在温控阀内依次经过感温元件、分水盘、阀芯和弹簧再流出阀体，感温元件与分水盘相连，阀芯套于感温元件的顶杆上，调整垫调节感温元件的位置，阀芯与弹簧相抵。本发明结构紧凑，在阀体内集成了基本流量口与旁通调节流量口，通过自身流经阀腔的水温度自动调节，不需电控及人工操作，制造及运行成本较低，有很高的应用价值。

Description

一种活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀

技术领域

本发明涉及压缩机领域，尤其涉及一种活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀。

背景技术

大型水冷却无油润滑压缩机，在国民经济中应用越来越广，是现代生产流程中的重要设备，故对其运行的安全可靠性、耐久性要求很高，而冷却水的温度与流量控制品质，对此有直接影响。本发明针对于大型活塞式水冷无油润滑压缩机冷却水流量的自动控制，以从气缸内流出的冷却水温度为控制对象进行，不需要电控系统与人工调节，实现了气缸内压缩温度最佳状态的无源自适应控制。

对于活塞式空气压缩机及部分工艺压缩机，进气口吸入的气体中含有水蒸气。气体被压缩压力提升后水蒸气分压也随之上升，当气缸壁通过水冷却后，其缸内气体受到冷却，如水蒸汽分压力大于冷却后的气体饱和蒸汽压时，就有水蒸汽从气体中凝析出来，这些水汽会使无油活塞环、导向环、填料加速磨耗降低使用寿命，甚至会使气缸壁产生锈蚀，也会使气阀故障率上升，温度越低，凝析的水量越多，影响越大。极限情况会引起液击，导致安全事故。冷却水温过高会使气体排气温度升高，加速无油环与密封件的磨损，增加能耗。极限情况会因气缸温度过高引起气缸变形、无油活塞环高温软化失效等，造成气缸、活塞、气阀等重要零部件报废，影响用户供气系统的正常运行。

目前对水冷活塞式压缩机气缸冷却水温度的控制方式主要有以下几种：1.大部分水冷空气压缩机气缸冷却水流量控制以手动为主，即在出水管路上加一个截止阀，通过手动调节控制水流量。这种方式需按排经验丰富的人员巡检，存在人为误操作风险，增加安全隐患和人工成本。2.串接供水方式：冷却水先通过级间冷却器，进行冷热交换后的出水(已增温)流入气缸，对气缸的防冷凝有一定的作用，但当温度工况变化时水温变化幅度较大，特别是炎热天气，水温过高会引起冷却不充分产生压缩空气运行温度过高的风险。3.并联供水方式：冷却水直接接入气缸，虽然冷却效果较好，但存在冷却过度，特别是寒冷天，吸入气缸的气体含有前级未分离彻底的雾状液滴不能迅速汽化，使无油活塞环磨损加速，甚至导致气缸镜面锈蚀。4，并联供水阀增设旁路电磁阀补水控制：在气缸出水主管路上设置阀门，人工调节一定的开度使冷却水节流运行，形成基本流量，阀门旁边并联一旁通水路，安装电磁控制阀，在气缸冷却水管路上安装温度传感器，通过设定温度来控制电磁阀的开启与关闭，增加或切断旁通流量。此种方式可将冷却水量调节在较为合理的范围内，但结构复杂，要有一定的安装空间，对电磁阀的可靠性要求较高，要求有控制电路等元器件支持，成本较高，且控制电路及电磁阀有一定的故障率，安装费时费力。

基于以上几种控制方式的弊端，发明了一种新型活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀，以气缸出水温度为控制对象，将气缸回水温度转换成温控元件控制芯杆的伸缩，从而控制阀的通流口的大小，自动控制所需流量。本发明采用的感温元件技术成熟，安全可靠，体积小，带有联接螺纹，方便安装，感温元件的热敏材料为温感石蜡，膨胀系数大，顶杆的行程长，推力足以满足温控阀的使用要求。本发明的温控阀无需电控单元，无需人工操作实现气缸回水温的最佳状态的自适应控制，避免了上述传统流水量控制方式的缺点。通过运行试验考证，性能稳定可靠，具有很高的应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是设计一种能通过自身水流温度来控制水流量大小的温控阀，它具有设定的基本通流面积，当从气缸出水口流出的水温升高后，自动增大通流面积，增大冷却水流量，从而控制冷却水温，间接控制压缩机气缸内压缩气体的温度在理想的范围内。这样，可以直接串接于气缸出口管路中，不需并联支路，无须安装温度传感器，自适应连续控制，效果好，性能稳定，省料、省工、管路简洁美观。

本发明的具体内容如下：一种活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀，包括第一O形密封圈、第一盖螺母、感温元件、分水盘、阀体、阀芯、弹簧、第二盖螺母，所述第一盖螺母和第二盖螺母分别与阀体的两端相连，第一盖螺母与外管路的接头相接处设有第一O形密封圈，在第一盖螺母、阀体和第二盖螺母组成的装置中央设有内腔，水流在温控阀腔内依次经过感温元件、分水盘、阀芯和弹簧再流出阀体，所述感温元件与分水盘相连并与阀芯相抵，阀芯与弹簧相抵。

进一步的，所述第一盖螺母和第二盖螺母通过螺纹与阀体联接，通过第二O形密封圈密封。温控阀的内腔及通流面积设置足够大，以保证全通流量，为缩短长度尺寸，内腔加工成喇叭口状。

进一步的，所述阀体上设有方向标志，阀体的两端盖处分别设有内外不同的螺纹，阀体的内腔上设有台阶。阀体采用不锈钢管加工而成，两端内螺纹，两端面孔口设有O形圈槽，用于端面密封，内腔设置台阶用于分水盘定位与支撑。

进一步的，所述分水盘设置在第一盖螺母和阀体内的台阶处，通过第一盖螺母定位；分水盘分为两层，上层为环形结构，中心为螺纹孔，用于感温元件的安装。感温元件穿过分水盘中央的螺纹孔，感温元件的联接螺纹与中心螺纹孔连接，调整垫安装在感温元件的感温体和分水盘之间，分水盘上层还设有若干个圆形(或腰形)分水孔，分水孔与分水盘的下层的全通出水口连通，分水盘下层中间设全通出水孔，端面设有凸台圆环面，与阀芯端面接触，关闭旁通，构成基本流量。分水盘通道具有的全流量通流面积大于阀芯基础流量通流面积与旁通流量通流面积之和。阀芯基础流量通流面积与旁通流量通流面积之和大于管道通流面积。

进一步的，还包括调整垫，调整垫设置在感温元件的感温体和分水盘之间。调整垫，用于微调感温元件顶杆的初始安装距离，保证初始状态时旁通流量口开度δ为零，同时也可以用增加垫片厚度的方法来减小旁通流量开度δ的最大值，以减少弹簧的压缩量。

进一步的，所述阀芯整体呈T形，包括薄圆盘和凸出在薄圆盘中心的圆柱体结构，阀芯的端面与分水盘下层的凸台圆环面相配合密封，圆柱体的中间设有盲孔，盲孔套在感温元件的顶杆上；阀芯的薄圆盘表面设有若干小流量孔。所述阀芯具有基本流量通道，端面与分水盘凸台圆环相配合，形成密封面，阀芯加工T形，即薄圆盘中设有凸出小直径圆柱体，中间盲孔开口在薄圆盘端面中心，套于感温元件的顶杆上，阀芯随顶杆的伸缩而移动，依靠感温元件顶杆定心，在阀芯中盘形平面上设有若干个小孔，形成基本流量孔。外侧小凸台用于弹簧定位与支撑。分水盘的凸台圆环面与阀芯端面组成密封面，随顶杆的伸出产生开度δ，形成内部旁通流量口，不同的δ值所流过的流量不同，从而调节气缸的冷却水流量。

进一步的，所述弹簧为两端面平行且与温控阀的轴心垂直的压缩弹簧，弹簧的前端面与阀芯的薄圆盘接触，前端面内边缘设置在薄圆盘的台阶处，弹簧的后端面外边缘包容在第二盖螺母的沉孔台阶内。所述弹簧具有压紧密封面及使感温元件顶杆复位的功能，设计弹簧合适的刚度是阀能否正常工作的关键。弹簧的刚度、初始压缩量和初始弹力应等于感温元件顶杆初始推力、阀内水流作用力和密封所需的密封力之和，可通过计算和试验确定。

进一步的，所述分水盘和阀芯组成基本流量通道与调节水流量的旁路通道；

当水温低于感温元件设定的温度范围以下时，水流仅从阀芯基本流量通道流过，当水温达到感温元件设定的温度时，顶杆推动阀芯运动，与分水盘产生距离，即开度δ＞0时，水温越高，开度越大，水流量也越大；

当水温达到感温元件设定的温度上限时，感温元件的顶杆伸出量达到最大值，此后随温度的升高仅有微小增加，而此时阀的开度所形成的总通流面积应大于该管路的通流面积，阀全流量通水；

当气缸产生的升温与冷却水热交换后达到平衡时，所述温控阀能以一定的开度δ稳定运行。

本发明的活塞式压缩机控制气缸冷却水量的温控阀的工作原理：阀体内设有感温元件，当气缸冷却水温度低于感温元件设定的温度时，水流以基本流量通过阀芯基本流量通道，当气缸温度缓慢上升，当达到感温元件设定的工作温度时，感温元件的顶杆伸出，顶开阀芯，水流从分水盘与阀芯接合面组成的旁通口流出，总的水流量是基本流量与旁通流量之和，温度越高，顶杆行程越大，冷却水流量也就越大，这样通过气缸的水流量增大，带走气缸更多的热量，当流量达到一定的量后，气缸热交换达到平衡，气缸温度相对稳定，阀芯以一定的开度稳定地工作。当温度超过感温元件设定的工作温度上限时，感温元件顶杆随温度的升高伸出量很小，保证弹簧不会被过度压缩。当水温降低时，感温元件顶杆在弹簧作用力下缩回，直至感温元件顶杆复位。

本发明结构紧凑，充分利用阀腔的有限空间，在阀体内集成了基本流量口与旁通流量口，两端设有内外螺纹，方便管路的直接联接与安装方向识别，温控阀材料采用防腐蚀材料，保证阀长期稳定运行，通过来自气缸出水口流经阀腔的水温自动调节，不需电控及人工操作，制造及运行成本较低，实现以气缸最佳水温为控制目标的冷却水流量的自适应连续控制。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。

图1为本发明的活塞式压缩机控制气缸水量的温控阀的结构图；

图2为本发明的活塞式压缩机控制气缸水量的温控阀的工作示意图；

图3为本发明的分水盘的示意图1；

图4为本发明的分水盘的示意图2；

图5为本发明的阀芯的示意图1；

图6为本发明的阀芯的示意图2。

具体实施方式

结合图1-图6，本发明的在本实施例中，对于相关代表方位性的描述中，水流方向是指从进水端到出水端的方向，“头部”“尾部”等是按照水流方向靠近进水端为头部，靠近出水端为尾部，“上端面”“下端面”是指相应部件的示意图中部件的上下方位。对于本申请的表示方位的词语的其他理解并且不影响本申请的功能的，也视为本申请的技术方案。

一种活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀，包括第一0形密封圈1、第一盖螺母2、感温元件7、分水盘5、阀体6、阀芯8、弹簧9和第二盖螺母10，所述第一盖螺母2和第二盖螺母10分别与阀体6的两端相连，第一盖螺母2与外管路的接头相接处设有第一O形密封圈1，在第一盖螺母2、阀体6和第二盖螺母10组成的装置中央设有内腔，水流在温控阀内依次经过感温元件7、分水盘5、阀芯8和弹簧9再流出阀体6，所述感温元件7与分水盘5相连并与阀芯8相抵，阀芯8与弹簧9相抵。

进一步的，所述第一盖螺母2和第二盖螺母10通过螺纹与阀体6联接，通过第二0形密封圈3密封。温控阀的内腔设置足够大，以保证全通流量的通流面积，为缩短长度尺寸，内腔加工成喇叭口状。本实施例中，第一盖螺母2与与阀体6采用第二0形密封圈3密封，与外配管路联接采用外螺纹，和外管路的扣压软管接头直接对接，采用第一0型密封圈密封，无需中间接头，减少了安装空间。

进一步的，所述感温元件7为外配定制件，包括感温体、联接螺纹、顶杆，所述感温体测量水温，通过联接螺纹安装于分水盘5上，顶杆伸入到阀芯8的内槽中，顶杆根据感温元件7检测的水温变化进行伸缩。感温体内装有热敏材料感温石腊，感温体在设定的温度范围内(如40℃～52℃)膨涨量大，推动顶杆的行程也大。感温元件7技术成熟，性能稳定可靠，材料采用不锈钢等防腐材料，具有很好的防锈蚀性能。

本实施例中，感温体设定的温度范围40℃～52℃，在此范围内膨涨量大，推动顶杆的行程可达8～11mm，推力范围40～250N。当温度超过52℃时顶杆随温度的上升伸长量很小，实测超温每升高1℃，顶杆伸长仅0.1mm，有效保证弹簧9不会过度压缩，从而保证最大通流面积不受影响。感温元件按要求定制件，技术成熟，性能稳定可靠。

进一步的，所述阀体6上设有方向标志，阀体6的两端盖处分别设有内外不同的螺纹，阀体6的内腔上设有台阶。阀体6采用不锈钢管加工而成，两端内螺纹，两端面设有O形密封圈槽，用于端面密封，内腔加工台阶用于分水盘5定位与支撑。

进一步的，所述分水盘5设置在第一盖螺母2和阀体6内的台阶处，通过第一盖螺母2定位；分水盘5分为两层，上层为环形结构，中心为螺纹孔51，用于感温元件7的安装。感温元件7旋拧在分水盘5中央的螺纹孔51内，调整垫4设置在感温元件7的感温体和分水盘5之间，分水盘5上层还设有若干个分水孔52，分水孔52与分水盘5的下层的全通出水口53连通，分水盘5下层中间设全通出水口53，端面设有凸台圆环面54，与阀芯8端面接触关闭旁通流量出口形成基本流量通道。分水盘5通道具有的全流量通流面积大于阀芯8基础流量通流面积与旁通流量通流面积之和。阀芯8基础流量通流面积与旁通流量通流面积之和大于管道通流面积。

进一步的，还包括调整垫4，调整垫4设置在感温元件7的感温体和分水盘5之间。调整垫4，用于微调感温元件7的顶杆初始安装距离，保证初始状态时旁通流量口开度δ为零，同时也可以用增加垫片厚度的方法来减小旁通流量开度δ的最大值，以减少弹簧9的压缩量。

进一步的，所述阀芯8整体呈T形，包括薄圆盘81和凸出在薄圆盘81中心的圆柱体结构82，阀芯8的端面与分水盘5下层的凸台圆环面54相配合密封，圆柱体的中间设有盲孔83，盲孔83套在感温元件的顶杆上；阀芯8的薄圆盘81表面设有若干小流量孔84。所述阀芯8具有小流量通道(即基本流量通道)，端面与分水盘5凸台圆环相配合，形成密封面，阀芯8加工T形，即薄圆盘81中设有凸出小直径圆柱体，中间盲孔83开口在薄圆盘81端面中心，套装于感温元件7的顶杆上，阀芯8随顶杆的伸缩而移动，依靠感温元件7顶杆定心，在阀芯8中间的平面上设有若干个小孔，构成基本流量通道84。外侧小凸台用于弹簧9定位与支撑。分水盘5的凸台圆环面54与阀芯8端面组成密封面，随顶杆的作用产生开度δ，形成内部旁通流量口，不同的δ值所流过的流量不同，从而调节气缸的冷却水流量。

进一步的，所述弹簧9为两端面平行且与温控阀的轴心垂直的压缩弹簧9，弹簧9的前端面与阀芯8的薄圆盘81接触，前端面内边缘设置在薄圆盘81的台阶处，弹簧9的后端面外边缘包容在在第二盖螺母10的沉孔台阶内。所述弹簧9具有压紧密封面及使感温元件7顶杆复位的功能，弹簧9的刚度取值是阀能否正常工作的关键，弹簧9的刚度、初始压缩量和初始弹力应等于感温元件7顶杆初始推力、阀内水流作用力和密封所需的密封力之和，可通过计算和试验确定。

进一步的，所述分水盘5和阀芯8组成基本流量通道与调节水流量的旁路通道；

当水温低于感温元件7设定的温度范围以下时，水流仅从阀芯8小流量孔84流过，当水温达到感温元件7设定的温度时，顶杆推动阀芯8运动，与分水盘5产生距离，即开度δ＞0时，水温越高，开度越大，水流量也越大；

当水温达到感温元件7设定的温度上限时，感温元件7的顶杆伸出量随温度的升高仅有微小变化，而此时阀芯的开度形成的总通流面应大于该管路的通流面积。

当气缸产生的升温与冷却水热交换后达到平衡时，所述温控阀能以一定的开度δ稳定运行。但由于热惯性效应，实际上阀芯的开度存在小范围的摆动式调节，使气缸内的温度稳定在理想范围内。

本实施例中，阀体6、弹簧9为不锈钢材料，第一盖螺母2、调整垫4、分水盘5、阀芯8、第二盖螺母10为合金铝材料，具有很好的防锈蚀性能。

本发明的活塞式压缩机控制气缸冷却水量的温控阀的工作原理：阀体6内设有感温元件7，当气缸冷却水温度低于感温元件7设定的温度时，水流以小流量形式通过阀芯8小孔，气缸温度缓慢上升，当达到感温元件7设定的工作温度时，感温元件7内的感温石腊体积膨胀将顶杆推出，顶开阀芯8，水流从分水盘5与阀芯8接合面组成的旁通口流出，温度越高，顶杆伸出量越大，旁通流量也就越大，这样通过气缸的水流量增大，带走气缸更多的热量，当流量达到一定的量后，气缸热交换达到平衡，气缸温度不再上升，阀芯8以一定的开度稳定地工作。当温度超过感温元件7设定的工作温度上限时，感温元件7顶杆随温度的升高伸出量很微小，保证弹簧9不被过渡压缩使通流面积缩小。当水温降低时，感温元件7顶杆在弹簧9作用力下缩回，直至感温元件7顶杆复位。

本发明具有结构紧凑，充分利用阀腔的有限空间，在阀体6内集成了基本流量口与可变旁通流量口，两端设有内外螺纹，方便管路的直接联接与安装方向识别，温控阀材料采用防腐蚀材料，保证阀长期稳定运行，通过来自气缸出水口并流经阀腔的水温自动调节旁路流量，不需电控及人工操作，自适应控制气缸的温度在理想的范围内，在活塞式压缩机气缸冷却水量调节方面优势明显，有很高的应用价值。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀，其特征在于：包括第一0形密封圈(1)、第一盖螺母(2)、感温元件(7)、分水盘(5)、阀体(6)、阀芯(8)、弹簧(9)和第二盖螺母(10)，所述第一盖螺母(2)和第二盖螺母(10)分别与阀体(6)的两端相连，第一盖螺母(2)与外管路的接头相接处设有第一0形密封圈(1)，在第一盖螺母(2)、阀体(6)和第二盖螺母(10)组成的装置中央设有内腔，水流在温控阀内依次经过感温元件(7)、分水盘(5)、阀芯(8)和弹簧(9)再流出阀体(6)，所述感温元件(7)为外配定制件包含感温体、联接螺纹和顶杆，与分水盘(5)通过螺纹相连，其顶杆伸入阀芯(8)的小孔内，阀芯(8)与弹簧(9)相抵。

2.根据权利要求1所述的活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀，其特征在于：所述第一盖螺母(2)和第二盖螺母(10)通过螺纹与阀体(6)联接，在相接处通过第二O形密封圈(3)密封。

3.根据权利要求1所述的活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀，其特征在于：所述阀体(6)上设有方向标识，阀体(6)的两端盖处分别设有连接管道的内外不同的螺纹，阀体(6)的内腔上设有台阶。

4.根据权利要求1所述的活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀，其特征在于：所述分水盘(5)设置在第一盖螺母(2)和阀体(6)内台阶处，通过第一盖螺母(2)定位；分水盘(5)分为两层，上层为环形结构，感温元件(7)的联接螺纹与分水盘(5)中央的螺纹孔(51)相连，分水盘(5)上还设有若干个分水孔(52)，分水孔(52)与分水盘(5)的下层的全通出水口(53)连通，分水盘(5)下层的端面设有凸台圆环面(54)。

5.根据权利要求4所述的活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀，其特征在于：还包括调整垫(4)，调整垫(4)设置在感温元件(7)和分水盘(5)之间。

6.根据权利要求1所述的活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀，其特征在于：所述阀芯(8)整体呈T形，包括薄圆盘(81)和凸出在薄圆盘(81)中心的圆柱体结构(82)，阀芯(8)的端面与分水盘(5)下层的凸台圆环面(54)相配合密封，圆柱体结构(82)的中间设有盲孔(83)，盲孔(83)套在感温元件顶杆上；阀芯(8)的薄圆盘(81)表面设有若干基本流量孔(84)。

7.根据权利要求1所述的活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀，其特征在于：所述弹簧(9)为两端面平行且与温控阀的轴心垂直的压缩弹簧(9)，弹簧(9)的前端面与阀芯(8)的薄圆盘(81)接触，前端面内边缘设置在薄圆盘(81)的台阶处，弹簧(9)的后端面外边缘包容在第二盖螺母(10)的沉孔台阶内。

8.根据权利要求1所述的活塞式压缩机控制气缸冷却水流量的温控阀，其特征在于：所述分水盘(5)和阀芯(8)组成基本流量通道与调节水流量的旁路通道；

当水温低于感温元件(7)设定的温度范围以下时，水流仅从阀芯(8)基本流量孔(84)流过，当水温达到感温元件(7)设定的温度时，感温元件(7)的顶杆推动阀芯(8)运动，与分水盘(5)产生距离，即开度δ＞0形成旁路通道，水温越高，开度越大，水流量也越大；

当水温达到感温元件(7)设定的温度上限时，感温元件(7)的顶杆伸出量达到最大值，此后随温度的升高仅有微小增加，此时阀的开度保证大于阀全通流量的需要的开度，阀全流量通水；

当气缸产生的升温与冷却水热交换后达到平衡时，所述温控阀能以一定的开度δ稳定运行。