CN109695723A - 一种带波纹管的温控阀设计方法 - Google Patents

一种带波纹管的温控阀设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带波纹管的温控阀，包括阀门壳体、出口活接头、温控阀杆、波纹管和温控阀帽；阀门壳体设计有流体入口和流体出口；阀门壳体的流体出口与出口活接头连接；出口活接头采用了球面+‘O’型橡胶密封圈；波纹管内部的感温液体和饱和气体之间的平衡作用使温控阀根据目标环境温度进行阀门开度调节；该波纹管温控阀能够自动维持其安装区域的目标环境温度恒定。

Description

一种带波纹管的温控阀设计方法
技术领域
本发明涉及一种波纹管温控阀，创新活接头密封方式，且能够自动维持其安装区域的目标环境温度的技术领域。
背景技术
阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能；用于流体控制系统的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格相当繁多。阀门可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动；
温控阀全称温度控制阀，温控阀是流量调节阀在温度控制领域的典型应用，其基本原理是通过控制换热器、空调机组或其他用热、冷设备、一次热(冷)媒介入口流量，以达到控制设备所在环境温度；温控阀能根据恒温控制器的设定自动维持其安装区域的室内温度；
目前市场上常见一种采用热敏元件实现水温自动调节的温控阀芯，其原理是热敏元件随水温的改变产生伸缩变化，热敏元件的体积变化控制水通道的大小，以实现热水的流量调节，而达到自动调节环境温度的目的；但是现有的温控阀不能够准确的保证室内温度，或使用一段时间后温度跑偏，或能够达到较好温控效果的产品价格普遍较高，不利于推广应用。
发明内容
有鉴于此，为了达到上述方案的效果，本发明提供一种构造简单且长期有效自动维持其安装区域环境温度的温控阀设计方法：
本发明中的波纹管温控阀设计方法，包含以下步骤:
步骤一：阀门壳体的设计
温控阀具有一个阀门壳体；阀门壳体采用一体化铸造，其厚度为标准厚度；阀门壳体的内部形成了一个容纳空间，规划介质的流入方向和流出方向；阀门壳体设计了一个流体入口和一个流体出口；
流体入口位于阀门壳体的下部，是一个空心圆柱体；流体入口的空心圆柱体的外壁设计有外螺纹；流体入口设计有流体入口外螺母；流体入口外螺母的管径大于流体入口的管径；
流体出口位于阀门壳体的左侧，是一个空心圆柱体；流体出口的空心圆柱体的外壁设计有外螺纹；
阀门壳体的上部设计有阀帽连接螺母；
阀门壳体的纵轴线和流体入口的纵轴线重合；阀门壳体的横轴线与流体出口的横轴线重合；流体入口的纵轴线与流体出口的横轴线相垂直；所述流体入口与所述流体出口之间通过缩颈形成的阀座的中心通道连通；
步骤二：出口活接头的设计
流体出口设计有配合使用的出口活接头；出口活接头位于流体出口的左侧，是一个空心圆柱体；
出口活接头的入口端设计有活接头入口螺；出口活接头通过活接头入口螺母与流体出口进行连接；出口活接头的管径等于流体出口的管径；活接头入口螺母的管径大于出口活接头的管径；
出口活接头的空心圆柱体的出口端的外壁设计有活接头出口外螺纹；活接头出口外螺纹的右端设计有密封作用的橡胶密封圈；橡胶密封圈采用球面+‘O’型设计；在橡胶密封圈的右侧设计有凸起；凸起用来卡住所述橡胶密封圈；
步骤三：温控阀杆的设计
温控阀杆包括光杆段，以及光杆段两端的螺纹段和阀杆头部；光杆段的精确度达到镜面效果；螺纹段和光杆段之间有退刀槽；
阀杆头部的顶端设计有连接槽；光杆段上靠近所述阀杆头部的位置设计有波纹管；波纹管上距离阀杆头部的较远的一端设计有密封罩,密封罩为碗状结构；
螺纹段上距离光杆段的较远的一端设计有温控阀芯,温控阀芯为碗状结构；光杆端、螺纹段、阀杆头部、密封罩和温控阀芯处于同轴；
步骤四：波纹管的设计
波纹管包括连接管、防护架、主管体、第一辅管体和第二辅管体；连接管上焊接有螺纹接头；连接管的右端通过螺栓连接防护架；防护架的内侧通过螺栓连接主管体；
主管体的右端管体内侧设计有内螺纹；第一辅管体的左端管体外侧设计有外螺纹；主管体的右端通过螺纹连接第一辅管体；
第一辅管体的右端管体内侧设计有内螺纹；第二辅管体的左端管体外侧设计有外螺纹；第一辅管体的右端通过螺纹连接第二辅管体；
主管体的管径大于第一辅管体的管径；第一辅管体的管径大于第二辅管的管径；主管体、第一辅管体、第二辅管体是由紫铜一体压制而成的带有环装波纹的紫铜管；紫铜的内部是充满特殊的感温液体和饱和气体；
步骤五：温控阀帽的设计
温控阀的上部设计有温控阀帽；温控阀帽的顶部采用滴水型设计；温控阀帽的中部采用流水型设计；温控阀帽的中部设计有五个不同长度的环境温度取样孔；五个不同长度的环境温度取样孔在温控阀帽的中部均匀分布，其宽度相同且均为3mm，其长度由上到下依次为4cm、6cm、8cm、10cm、12cm；
步骤六：环境测试
对温控阀进行环境测试以便模拟其自动维持安装区域的目标环境温度的性能；温控阀根据环境温度与目标环境温度的差值，使得特殊感温材料膨胀，致使波纹管推动温控阀杆移动，调节温控阀的开度，控制介质流量，从而使得环境温度到达目标温度值，并维持稳定；在进行环境测试中，所实验区域一般较小，因此所述环境测试中最重要的一步就是目标环境温度与介质流量的转换；具体转换方法如下：
一般试验区域较小，假设温控阀为竖直安装，介质流量转换公式如下：
式中：T代表温度，其中T0表示初始环境温度值，T1表示目标环境温度值，T2 表示介质温度值；V代表感温液体体积，其中V0表示在初始环境温度为T0值时的感温液体体积值；V1表示在目标环境温度为T1值时的感温液体体积值；a(T0；T1) 表示感温液体线性膨胀系数；π表示圆周率，值约为3.14；L代表温控阀杆向下活动距离；温控阀杆向下活动范围为0～D；温控阀杆向下活动距离L为0时，代表温控阀门全开；所述感温阀杆向下活动距离L为D时，代表温控阀门全关；ρ代表介质密度，p代表在流体入口介质的压力值；Q代表介质流量；将目标环境温度输入，通过温控阀自动阀门开度的调整，即可将周围环境温度自动维持在目标环境温度值。
附图说明
图1温控阀纵切图：温控阀1、阀门壳体2、流体入口21、流体出口22、阀帽连接螺母23、流体入口外螺母211；出口活接头3、活接头入口螺母31、活接头出口外螺纹32、橡胶密封圈33、凸起34；
温控阀杆4、温控阀帽5、环境温度取样孔6；
图2温控阀杆结构图：光杆段41、螺纹段42、阀杆头部43、退刀槽44、连接槽45、波纹管46、密封罩47、温控阀芯48；
图3波纹管结构图：连接管461、防护架462、主管体463、第一辅管体464、第二辅管体465、螺纹接头466；
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：
实施例1：一种波纹管温控阀设计方法的具体为：
设计了一种采用创新活接头水力密封方式的温控阀，与散热器的连接不用采取其它的密封材料，活接上的橡胶密封圈能保证快捷、可靠、多次安装；并采用了一种特殊波纹管设计方式，使得温控阀可以更加准确的确定周围环境温度变化引起的阀门开度和介质流量变化，从而更加准确的将周围环境温度维持在目标温度值；在实际设计中包括有以下步骤：其中步骤一：阀门壳体的设计
温控阀具有一个阀门壳体；阀门壳体采用一体化铸造，其厚度为标准厚度；阀门壳体的内部形成了一个容纳空间，规划介质的流入方向和流出方向；阀门壳体设计了一个流体入口和一个流体出口；流体入口位于阀门壳体的下部，是一个空心圆柱体；流体入口的空心圆柱体的外壁设计有外螺纹；流体入口设计有流体入口外螺母；流体入口外螺母的管径大于流体入口的管径；流体出口位于阀门壳体的左侧，是一个空心圆柱体；流体出口的空心圆柱体的外壁设计有外螺纹；
阀门壳体的上部设计有阀帽连接螺母；阀门壳体的纵轴线和流体入口的纵轴线重合；阀门壳体的横轴线与流体出口的横轴线重合；流体入口的纵轴线与流体出口的横轴线相垂直；所述流体入口与所述流体出口之间通过缩颈形成的阀座的中心通道连通；
步骤二：出口活接头的设计
流体出口设计有配合使用的出口活接头；出口活接头位于流体出口的左侧，是一个空心圆柱体；出口活接头的入口端设计有活接头入口螺；出口活接头通过活接头入口螺母与流体出口进行连接；出口活接头的管径等于流体出口的管径；活接头入口螺母的管径大于出口活接头的管径；出口活接头的空心圆柱体的出口端的外壁设计有活接头出口外螺纹；活接头出口外螺纹的右端设计有密封作用的橡胶密封圈；橡胶密封圈采用球面+‘O’型设计；在橡胶密封圈的右侧设计有凸起；凸起用来卡住所述橡胶密封圈；
步骤三：温控阀杆的设计
温控阀杆包括光杆段，以及光杆段两端的螺纹段和阀杆头部；光杆段的精确度达到镜面效果；螺纹段和光杆段之间有退刀槽；阀杆头部的顶端设计有连接槽；光杆段上靠近所述阀杆头部的位置设计有波纹管；波纹管上距离阀杆头部的较远的一端设计有密封罩,密封罩为碗状结构；螺纹段上距离光杆段的较远的一端设计有温控阀芯,温控阀芯为碗状结构；光杆端、螺纹段、阀杆头部、密封罩和温控阀芯处于同轴；
步骤四：波纹管的设计
波纹管包括连接管、防护架、主管体、第一辅管体和第二辅管体；连接管上焊接有螺纹接头；连接管的右端通过螺栓连接防护架；防护架的内侧通过螺栓连接主管体；主管体的右端管体内侧设计有内螺纹；第一辅管体的左端管体外侧设计有外螺纹；主管体的右端通过螺纹连接第一辅管体；第一辅管体的右端管体内侧设计有内螺纹；第二辅管体的左端管体外侧设计有外螺纹；第一辅管体的右端通过螺纹连接第二辅管体；主管体的管径大于第一辅管体的管径；第一辅管体的管径大于第二辅管的管径；主管体、第一辅管体、第二辅管体是由紫铜一体压制而成的带有环装波纹的紫铜管；紫铜的内部是充满特殊的感温液体和饱和气体；
步骤五：温控阀帽的设计
实际中温控阀的上部设计有温控阀帽；温控阀帽的顶部采用滴水型设计；温控阀帽的中部采用流水型设计；温控阀帽的中部设计有五个不同长度的环境温度取样孔；五个不同长度的环境温度取样孔在温控阀帽的中部均匀分布，其宽度相同且均为3mm，其长度由上到下依次为4cm、6cm、8cm、10cm、12cm；
步骤六：环境测试
通常情况下对温控阀进行环境测试以便模拟其自动维持安装区域的目标环境温度的性能；温控阀根据环境温度与目标环境温度的差值，使得特殊感温材料膨胀，致使波纹管推动温控阀杆移动，调节温控阀的开度，控制介质流量，从而使得环境温度到达目标温度值，并维持稳定；在进行环境测试中，所实验区域一般较小，因此所述环境测试中最重要的一步就是目标环境温度与介质流量的转换；具体转换方法如下：
通常情况下一般试验区域较小，假设温控阀为竖直安装，介质流量转换公式如下：
式中：T代表温度，其中T0表示初始环境温度值，T1表示目标环境温度值，T2 表示介质温度值；V代表感温液体体积，其中V0表示在初始环境温度为T0值时的感温液体体积值；V1表示在目标环境温度为T1值时的感温液体体积值；a(T0；T1) 表示感温液体线性膨胀系数；π表示圆周率，值约为3.14；L代表温控阀杆向下活动距离；温控阀杆向下活动范围为0～D；温控阀杆向下活动距离L为0时，代表温控阀门全开；所述感温阀杆向下活动距离L为D时，代表温控阀门全关；ρ代表介质密度，p代表在流体入口介质的压力值；Q代表介质流量；将目标环境温度输入，通过温控阀自动阀门开度的调整，即可将周围环境温度自动维持在目标环境温度值。
有益效果：采用了结构简单、设计巧妙的温控阀杆，有效增强了阀杆强度，提高了阀杆的密封性，延长了温控阀的使用寿命；采用特殊液体感温材料，感温性能能够长期准确高效，从而使温控阀控制效果较好且能够长期使用。

Claims (1)

1.一种带波纹管的温控阀设计方法，其特征在于，包含以下步骤:
步骤一：阀门壳体(2)的设计
所述温控阀(1)具有一个阀门壳体(2)；所述阀门壳体(2)采用一体化铸造，其厚度为标准厚度；所述阀门壳体(2)的内部形成了一个容纳空间，规划介质的流入方向和流出方向；所述阀门壳体(2)设计了一个流体入口(21)和一个流体出口(22)；
所述流体入口(21)位于所述阀门壳体(2)的下部，是一个空心圆柱体；所述流体入口(21)的空心圆柱体的外壁设计有外螺纹；所述流体入口(21)设计有流体入口外螺母(211)；所述流体入口外螺母(211)的管径大于所述流体入口(21)的管径；
所述流体出口(22)位于所述阀门壳体(2)的左侧，是一个空心圆柱体；所述流体出口(22)的空心圆柱体的外壁设计有外螺纹；
所述阀门壳体(2)的上部设计有阀帽连接螺母(23)；
所述阀门壳体(2)的纵轴线和所述流体入口(21)的纵轴线重合；所述阀门壳体(2)的横轴线与所述流体出口(22)的横轴线重合；
所述流体入口(21)的纵轴线与所述流体出口(22)的横轴线相垂直；所述流体入口(21)与所述流体出口(22)之间通过缩颈形成的阀座的中心通道连通；
步骤二：出口活接头(3)的设计
所述流体出口(22)设计有配合使用的所述出口活接头(3)；所述出口活接头(3)位于所述流体出口(22)的左侧，是一个空心圆柱体；
所述出口活接头(3)的入口端设计有活接头入口螺母(31)；所述出口活接头(3)通过所述活接头入口螺母(31)与所述流体出口(22)进行连接；所述出口活接头(3)的管径等于所述流体出口(22)的管径；所述活接头入口螺母(31)的管径大于所述出口活接头(3)的管径；
所述出口活接头(3)的空心圆柱体的出口端的外壁设计有活接头出口外螺纹(32)；所述活接头出口外螺纹(32)的右端设计有密封作用的橡胶密封圈(33)；所述橡胶密封圈(33)采用球面+‘O’型设计；在所述橡胶密封圈(33)的右侧设计有凸起(34)；所述凸起(34)用来卡住所述橡胶密封圈(33)；
步骤三：温控阀杆(4)的设计：
所述温控阀杆(4)包括光杆段(41)，以及所述光杆段(41)两端的螺纹段(42)和阀杆头部(43)；所述光杆段(41)的精确度达到镜面效果；所述螺纹段(42)和所述光杆段(41)之间有退刀槽(44)；
所述阀杆头部(43)的顶端设计有连接槽(45)；所述光杆段(41)上靠近所述阀杆头部(43)的位置设计有波纹管(46)；所述波纹管(46)上距离所述阀杆头部(43)的较远的一端设计有密封罩(47),所述密封罩(47)为碗状结构；
所述螺纹段(42)上距离所述光杆段(41)的较远的一端设计有温控阀芯(48),所述温控阀芯(48)为碗状结构；所述光杆端(41)、所述螺纹段(42)、所述阀杆头部(43)、所述密封罩(47)和所述温控阀芯(48)处于同轴；
步骤四：波纹管(46)的设计：
所述波纹管(46)包括连接管(461)、防护架(462)、主管体(463)、第一辅管体(464)和第二辅管体(465)；所述连接管(461)上焊接有螺纹接头(466)；所述连接管(461)的右端通过螺栓连接所述防护架(462)；所述防护架(462)的内侧通过螺栓连接所述主管体(463)；
所述主管体(463)的右端管体内侧设计有内螺纹；所述第一辅管体(464)的左端管体外侧设计有外螺纹；所述主管体(463)的右端通过螺纹连接所述第一辅管体(464)；
所述第一辅管体(464)的右端管体内侧设计有内螺纹；所述第二辅管体(465)的左端管体外侧设计有外螺纹；所述第一辅管体(464)的右端通过螺纹连接所述第二辅管体(465)；
所述主管体(463)的管径大于所述第一辅管体(464)的管径；所述第一辅管体(464)的管径大于所述第二辅管体(465)的管径；
所述主管体(463)、所述第一辅管体(464)、所述第二辅管体(465)是由紫铜一体压制而成的带有环装波纹的紫铜管；紫铜管的内部是充满特殊的感温液体和饱和气体；
步骤五：温控阀帽(5)的设计
所述温控阀(1)的上部设计有温控阀帽(5)；所述温控阀帽(5)的顶部采用滴水型设计，所述温控阀帽(5)的中部采用流水型设计；
所述温控阀帽(5)的中部设计有五个不同长度的环境温度取样孔(6)；五个不同长度的所述环境温度取样孔(6)在所述温控阀帽(5)的中部均匀分布，其宽度相同且均为3mm，其长度由上到下依次为4cm、6cm、8cm、10cm、12cm；
步骤六：环境测试：
对所述温控阀(1)进行环境测试模拟其自动维持安装区域的目标环境温度的性能；所述温控阀(1)根据环境温度与目标环境温度的差值，使得特殊感温材料膨胀，致使所述波纹管(46)推动所述温控阀杆(4)移动，调节所述温控阀(1)的开度，控制介质流量，从而使得环境温度到达目标温度值，并维持稳定；在进行环境测试中，所实验区域小，因此所述环境测试中最重要的一步是目标环境温度与介质流量的转换；具体转换方法如下：
当试验区域较小，假设所述温控阀(1)为竖直安装，介质流量转换公式如下：
式中：T代表温度，其中T0表示初始环境温度值，T1表示目标环境温度值，T2表示介质温度值；V代表感温液体体积，其中V0表示在初始环境温度为T0值时的感温液体体积值；V1表示在目标环境温度为T1值时的感温液体体积值；a(T0；T1)表示感温液体线性膨胀系数；π表示圆周率，值约为3.14；L代表所述温控阀杆(4)向下活动距离；所述温控阀杆(4)向下活动范围为0～D；所述温控阀杆(4)向下活动距离L为0时，代表温控阀门全开；所述感温阀杆向下活动距离L为D时，代表温控阀门全关；ρ代表介质密度，p代表在所述流体入口(21)的介质的压力值；Q代表介质流量；将目标环境温度输入，通过所述温控阀(1)自动阀门开度的调整，可将周围环境温度自动维持在目标环境温度值。
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