CN109237054B - 旋转式切换阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋转式切换阀，包括阀体部件、阀芯和控制部件；阀体部件具有上小下大的锥台形状的阀腔，阀芯为与阀腔相适配的上小下大的锥台结构，并配置成：阀芯能够沿轴向上移，以使阀芯抵接阀体部件；阀芯能够沿轴向下移，以使阀芯与阀体部件处于非抵接状态，并阀芯能够相对阀体部件转动；阀芯的上下两端与阀体部件之间分别形成控制腔，控制部件通过控制两控制腔分别连通高压通道或低压通道，以使阀芯在上下压力差的作用下沿轴向移动；阀芯的上端和下端均设有密封部件，阀芯轴向移动过程中，密封部件与阀腔内壁始终保持贴合密封。该旋转式切换阀的结构设计能够减少执行部件的磨损，延长执行部件使用寿命，提高了旋转式切换阀的可靠性。

Description

旋转式切换阀
技术领域
本发明涉及制冷控制系统技术领域，特别是涉及一种旋转式切换阀。
背景技术
目前，在大型商用制冷系统(比如120冷吨以上的空调机组)中，多采用旋转式切换阀来实现系统流路的切换。
应用中，较常用的旋转式切换阀，可采用上小下大的阀芯结构，阀体的内腔中设置有阀口，阀体内腔与阀芯相适应，也为上小下大的锥形腔室。阀芯通过驱动部件带动可相对于阀体旋转，同时阀芯还可以相对于阀体轴向上下移动以抵接或离开阀体。
当制冷系统正常工作时，旋转式换向阀的阀芯与阀体抵接实现密闭，以保持流体流路不变；当制冷系统需要切换时，驱动部件带动阀芯向下移动离开阀体，阀口被打开，阀芯相对于阀体旋转后，再向上移动抵接阀体，以实现系统的切换。另外，也可通过与旋转式切换阀连接的控制阀，来控制阀芯上下端面产生压力差，通过压力差推动阀芯动作。
但是，实际应用中，阀芯被顶开的初始，阀芯与阀体之间即会产生间隙，因该间隙阀芯轴向两端面的压差会迅速平衡，最终使得依靠控制阀只能将阀芯顶开一个很小的开度，这样还是需要依靠驱动部件驱动的执行部件来顶开阀芯，但阀芯在侧向上仍存在压差，最终作用于执行部件，通常，执行部件内部为机械零件传动，可能导致执行部件动作失效，另外，这样多次动作后，机械零件容易因摩擦产生划痕甚至起毛现象，增加摩擦阻力，进而影响旋转式切换阀的可靠性。
因此，如何改进现有旋转式切换阀的结构，以减少执行部件的磨损，延长执行部件的寿命，提高旋转式切换阀的可靠性，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旋转式切换阀，该旋转式切换阀的结构设计能够减少执行部件的磨损，延长执行部件使用寿命，提高了旋转式切换阀的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种旋转式切换阀，包括阀体部件、阀芯和控制部件；
所述阀体部件具有上小下大的锥台形状的阀腔，所述阀芯为与所述阀腔相适配的上小下大的锥台结构，并配置成：所述阀芯能够沿轴向上移，以使所述阀芯抵接所述阀体部件；所述阀芯能够沿轴向下移，以使所述阀芯与所述阀体部件处于非抵接状态，并所述阀芯能够相对所述阀体部件转动；
所述阀芯的上下两端与所述阀体部件之间分别形成控制腔，所述控制部件通过控制两所述控制腔分别连通高压通道或低压通道，以使所述阀芯在上下压力差的作用下沿轴向移动；
所述阀芯的上端和下端均设有密封部件，所述阀芯轴向移动过程中，所述密封部件与所述阀腔内壁始终保持贴合密封。
本发明提供的旋转式切换阀，在阀芯的上端和下端均设有密封部件，在阀芯轴向移动过程中，阀芯上下两端的密封部件能够与阀体部件的阀腔内壁始终保持贴合密封；这样设置后，可以通过阀芯上下两端的高压差来实现阀芯的轴向移动，具体地，通过控制部件控制阀芯上下两端的控制腔分别连通高压通道、低压通道，对阀芯产生向下或向上的压差力，从而使阀芯轴向下移或上移，因密封部件的设置，在阀芯下移过程中，阀芯上下两侧的压力不会平衡，阀芯始终受到压力差，能够确保阀芯下移到位或上移到位，通过压差力来实现阀芯与阀体部件的相抵或脱开动作，避免背景技术中凸轮结构的执行部件在大载荷下完成顶开动作而失效的情况发生，也可减少凸轮结构的执行部件的磨损，延长其寿命，有效改善了旋转式切换阀在高压差的情况下的使用寿命及可靠性。
附图说明
图1为本发明所提供旋转式切换阀一种具体实施例的剖面示意图；
图2为图1中B部位的局部放大图；
图3为图1中所示阀芯组件的结构示意图；
图4为图1中所示阀芯组件另一角度的结构示意图；
图5为图1中执行部件与阀体部件配合处的局部放大图。
其中，图1至图5中部件名称与附图标记之间的一一对应关系如下所示：
阀体部件10，阀芯20，限位块21，上控制腔S1，下控制腔S2；
密封部件30，密封圈31，弹性件32，压环33，紧固件34；
驱动部件40，驱动轴41；
执行部件50，主动凸轮51，从动凸轮52，弹性元件53；
复位弹簧60。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种旋转式切换阀，该旋转式切换阀的结构设计能够减少执行部件的磨损，延长执行部件使用寿命，提高了旋转式切换阀的可靠性。
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。
请参考图1，图1为本发明所提供旋转式切换阀一种具体实施例的剖面示意图。
本实施例中，旋转式控制阀包括阀体部件10、阀芯20和控制部件。
阀体部件10包括阀本体、盖板和基座，基座固设于阀本体的底部，该板固定于阀本体的顶部，阀本体具有上小下大的锥台形状的阀腔，盖板和基本配合使阀腔密封；阀芯20为与阀腔相适配的上小下大的锥台结构，两者配置成：阀芯20能够沿轴向上移，以使阀芯20抵接阀体部件10，此状态下，阀芯20的外周壁与阀腔紧密贴合，关闭阀口；阀芯20还能够沿轴向下移，以使阀芯20脱离与阀体部件10的抵接，此状态下，阀芯20能够相对阀体部件10转动，以切换阀件的流路通道的连通或闭合而实现系统的流路切换。
其中，阀体部件10上阀口的设置及阀芯20的切换通道设置可参考现有设计，这里不再赘述。
本实施例中，带动阀芯20轴向上移或下移的初始驱动力可以为阀芯20上下两端的压差力；具体地，阀芯20上端与阀体部件10之间形成上控制腔S1，阀芯20下端与阀体部件10之间形成下控制腔S2，该旋转式切换阀还包括控制部件，该控制部件通过控制上控制腔S1、下控制腔S2分别连通高压通道或低压通道，从而在阀芯20两端形成向下或向上的压差力，进而带动阀芯20轴向移动。
具体的方案中，控制部件包括控制管路和控制阀，控制管路用于连通控制腔和高压通道或低压通道，控制阀设置在控制管路上；工作时，通过控制阀的切换使得上控制腔S1、下控制腔S2分别与高压通道或低压通道连通，在阀芯20上下端形成压差力。控制管路的设计和控制阀的选用可以根据需要来设置，也可参考现有技术。
本实施例中，在阀芯20的上端和下端均设有密封部件30，在阀芯20轴向移动过程中，密封部件30与阀腔内壁始终保持贴合密封。
如上，该实施例提供的旋转式切换阀，在阀芯20的上下两端均设置密封部件30，这样设置后，阀芯20在轴向移动过程中，上控制腔S1与下控制腔S2因密封部件30的设置不会连通，所以两控制腔的压力不会像背景技术中一样因间隙的存在而平衡，这样使得阀芯20两端始终具有压力差，从而只依靠压差力即可实现阀芯20的上移和下移动作，在压差力足够的情况下，规避使用执行部件的机械动作来实现阀芯20的轴向移动，可减少执行部件的磨损，延长执行部件的寿命，能够有效改善旋转式切换阀的使用寿命和可靠性。
请一并参考图2至图4，图2为图1中B部位的局部放大图；图3为图1中所示阀芯组件的结构示意图；图4为图1中所示阀芯组件另一角度的结构示意图。
具体的方案中，密封部件30包括固设于阀芯20端部的密封圈31和弹性件32，其中，弹性件32具有将密封圈31压抵至阀腔内壁的弹力。
因阀腔的周壁为锥面形状，阀芯20在上下移动过程中，其上下端与阀腔内壁之间的距离会发生变化，所以，固设于阀芯20两端的密封部件30应当能够适应这种变化，可以理解，密封圈31为柔性件，这样在阀芯20上下移动过程中，通过弹性件32的压抵作用，密封圈31能够始终与阀腔内壁贴合，保证密封性，避免上控制腔S1和下控制腔S2连通。
具体的方案中，密封圈31包括环形安装部和密封周部，密封周部向外侧倾斜，弹性件32包括环形安装部和弹性周部，装配时，弹性件32嵌置于密封圈31，弹性件32的弹性周部将密封圈31的密封周部压抵于阀腔内壁，可参考图2理解。
具体地，密封部件30还包括压环33和紧固件34，压环33压抵于弹性件32的环形安装部，紧固件34依次穿过压环33、弹性件32的环形安装部和密封圈31的环形安装部与阀芯20紧固。
其中，紧固件34可选用螺钉，简便易实施。
图3中可以看出阀芯20上端安装密封部件30的结构，在阀芯20的顶部还对称设置有限位块21，用于与设于阀体部件10的限位销相配合，以限制切换时阀芯20的转动角度。其中，限位销的设置形式、结构，以及限位销与限位块21的配合等均可参照现有技术。
具体的方案中，密封圈31可以为高分子材料(比如橡胶等)制成的密封圈31，且在压力作用下具有变形能力，这样便于弹性件32对其施加弹性力时，密封圈31的密封周部能够即时变形以与阀腔内壁贴合密封。
实际设置时，密封圈31的变形能力根据使用需求来确定，并可以此为基准选取合适的材料制成密封圈31。
该旋转式切换阀还包括驱动部件40和执行部件50；其中，驱动部件40一般由步进电机和减速机构组成(图中未示出)。
驱动部件40能够驱动执行部件50动作以推动阀芯20轴向下移，驱动部件40还能够驱动阀芯20转动；阀芯20的底部与阀体部件10之间设有复位弹簧60，复位弹簧60具有将阀芯20向阀体部件10推抵的弹簧力。
这样，除了通过压差力控制阀芯20轴向移动外，还设有机械结构来带动阀芯20轴向移动，确保在系统无压差或压差不足以驱动阀芯20的情况下，阀芯20也能动作，以确保该旋转式切换阀在全压差区间(0～最大工作压差)的可靠切换。
具体的方案中，执行部件50为凸轮机构，包括主动凸轮51和从动凸轮52；其中，主动凸轮51与驱动部件40的驱动轴41联动，且能沿驱动轴41轴向移动；从动凸轮52与驱动轴41间隙配合。
驱动部件40的驱动轴41依次穿过从动凸轮52、主动凸轮51与阀芯20的顶端插装配合，主动凸轮51与阀芯20相抵接。
其中，主动凸轮51与从动凸轮52具有相互配合的凹凸结构，该凹凸结构使得主动凸轮51在设定的转角区间内，能够受压沿轴向移动。
其中，驱动轴41与阀芯20的插装配合结构使得驱动轴41在预设的转角行程内能够带动阀芯20转动，以实现流路通道的切换。
具体地，主动凸轮51与从动凸轮52相配合的具体结构，驱动轴41与主动凸轮51配合的具体结构，驱动轴41与阀芯20配合的具体结构，以及利用执行部件50推动阀芯20的动作过程等均可参考现有技术。
请参考图5，图5为图1中执行部件与阀体部件配合处的局部放大图。
进一步地，该旋转式切换阀还设有弹性元件53，如图5所示，该弹性元件53设置于从动凸轮52的上部，具有将从动凸轮52推向主动凸轮51的弹性力，以使阀芯20轴向下移后，主动凸轮51与从动凸轮52能够保持啮合状态。
可以理解，从动凸轮52也具有一定的轴向移动量，当利用压差力推动阀芯20下移时，主动凸轮51受重力作用也会随之下移，此时在弹性元件53的弹力作用下，从动凸轮52也沿轴向下移以与主动凸轮51保持啮合，避免两者错位而无法正常动作。
弹性元件53具体可以为弹簧，当然也可以设置为其他弹性结构。
以上对本发明所提供的旋转式切换阀进行了详细介绍。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.旋转式切换阀，包括阀体部件(10)、阀芯(20)和控制部件；
所述阀体部件(10)具有上小下大的锥台形状的阀腔，所述阀芯(20)为与所述阀腔相适配的上小下大的锥台结构，并配置成：所述阀芯(20)能够沿轴向上移，以使所述阀芯(20)抵接所述阀体部件(10)；所述阀芯(20)能够沿轴向下移，以使所述阀芯(20)与所述阀体部件(10)处于非抵接状态，并所述阀芯(20)能够相对所述阀体部件(10)转动；
所述阀芯(20)的上下两端与所述阀体部件(10)之间分别形成控制腔，所述控制部件通过控制两所述控制腔中的一者连通高压通道，另一者连通低压通道，以使所述阀芯(20)在上下压力差的作用下沿轴向移动；
其特征在于：所述阀芯(20)的上端和下端均设有密封部件(30)，所述阀芯(20)轴向移动过程中，所述密封部件(30)与所述阀腔内壁始终保持贴合密封。
2.根据权利要求1所述的旋转式切换阀，其特征在于，所述密封部件(30)包括固设于所述阀芯(20)端部的密封圈(31)和弹性件(32)，所述弹性件(32)具有将所述密封圈(31)压抵至所述阀腔内壁的弹力。
3.根据权利要求2所述的旋转式切换阀，其特征在于，所述密封圈(31)包括环形安装部和密封周部，所述密封周部向外侧倾斜；所述弹性件(32)包括环形安装部和弹性周部，所述弹性件(32)嵌置于所述密封圈(31)，所述弹性周部具有将所述密封周部压抵至所述阀腔内壁的弹力。
4.根据权利要求3所述的旋转式切换阀，其特征在于，所述密封部件(30)还包括压环(33)和紧固件(34)，所述压环(33)压抵于所述弹性件(32)的环形安装部，所述紧固件(34)依次穿过所述 压环(33)、所述弹性件(32)的环形安装部和所述密封圈(31)的环形安装部与所述阀芯(20)紧固。
5.根据权利要求2所述的旋转式切换阀，其特征在于，所述密封圈(31)为高分子材料制成的密封圈(31)，且在压力作用下具有变形能力。
6.根据权利要求1-5任一项所述的旋转式切换阀，其特征在于，还包括驱动部件(40)和执行部件(50)，所述驱动部件(40)能够驱动所述执行部件(50)动作以推动所述阀芯(20)轴向下移，所述驱动部件(40)还能够驱动所述阀芯(20)转动；所述阀芯(20)的底部与所述阀体部件(10)之间设有复位弹簧(60)，所述复位弹簧(60)具有将所述阀芯(20)向所述阀体部件(10)推抵的弹簧力。
7.根据权利要求6所述的旋转式切换阀，其特征在于，所述执行部件(50)包括主动凸轮(51)和从动凸轮(52)；
所述主动凸轮(51)与所述驱动部件(40)的驱动轴(41)联动，且能沿所述驱动轴(41)轴向移动；所述从动凸轮(52)与所述驱动轴(41)间隙配合；
所述驱动轴(41)依次穿过所述从动凸轮(52)、所述主动凸轮(51)与所述阀芯(20)的顶端插装配合，所述主动凸轮(51)与所述阀芯(20)抵接；
所述主动凸轮(51)和所述从动凸轮(52)具有相互配合的凹凸部结构，以使所述主动凸轮(51)在设定的转角区间内，能够受压沿轴向移动；
所述驱动轴(41)与所述阀芯(20)的插装配合结构使得所述驱动轴(41)在预设的转角行程内能够带动所述阀芯(20)转动。
8.根据权利要求7所述的旋转式切换阀，其特征在于，还包括弹性元件(53)，其具有将所述从动凸轮(52)推向所述主动凸轮(51)的弹性力，以使所述阀芯(20)轴向下移后，所述主动凸轮(51)与所述从动凸轮(52)保持啮合状态。
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