CN110360344B - 一种旋转式换向阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋转式换向阀，包括：阀体部件和阀芯部件,所述阀芯部件包括旋转阀芯，所述旋转阀芯包括第一流道和第二流道，所述第一流道和所述第二流道的横截面为等直径圆形，所述第一流道和所述第二流道包括第一段流路和第二段流路，及位于第一段流路与第二段流路之间的第三段流路，所述第一段流路沿流体方向的中心轴线段的半径，小于所述第三段流路沿流体方向的中心轴线段的半径；所述第二段流路沿流体方向的中心轴线段的半径，小于所述第三段流路沿流体方向的中心轴线段的半径，本发明给出的旋转式换向阀，流道采用三段设置，使中间的第三段流路沿流体方向的中心轴线的半径大于第一段流路与第二段流路，提高了旋转阀芯结构强度。

Description

一种旋转式换向阀
技术领域
本发明涉及流体控制技术领域，具体涉及一种旋转式换向阀。
背景技术
在流体控制系统中，旋转式换向阀作为换向阀的一种运用较广。如在制冷系统中采用旋转式换向阀来实现工作模式转换的功能。
图7为旋转式换向阀运用于制冷系统的布局图。如图7所示，制冷系统包括通过管路连通的压缩机200、第一热交换器300、旋转式换向阀100、节流元件500、第二热交换器400。旋转式换向阀100的旋转阀芯在阀体的内腔中旋转以切换流路，旋转阀芯形成独立的两个流道。
目前随着工业的发展，大型制冷设备也不断被应用于制冷行业中。其对换向阀的制冷量要求也不断提高，所以采用了结构较大的旋转式换向阀进行系统的模式功能切换。由于系统的压力高，对旋转式换向阀的阀芯结构强度要求也提高。如何对旋转阀芯的两个流道的结构进行改进优化设计，提高旋转阀芯的结构强度，为本领域的技术人员所要考虑的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种旋转式换向阀，包括：阀体部件，所述阀体部件包括阀本体，所述阀本体包括第一流路端口、第二流路端口、第三流路端口及第四流路端口；阀芯部件，所述阀芯部件包括旋转阀芯，所述旋转阀芯包括第一流道和第二流道，当所述旋转阀芯位于第一切换位置时，所述第一流道连通所述第一流路端口与所述第四流路端口，所述第二流道连通所述第二流路端口与所述第三流路端口；当所述旋转阀芯位于第二切换位置时，所述第一流道连通所述第一流路端口与所述第二流路端口，所述第二流道连通所述第三流路端口与所述第四流路端口；所述第一流道沿流体流动的垂直方向的截面为等直径圆形，所述第二流道沿流体流动的垂直方向的截面为等直径圆形；所述第一流道包括第一段流路和第二段流路，及设于所述第一段流路与所述第二段流路之间的第三段流路；所述第一流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第一流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第一流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段；所述第一流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径大于所述第一流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径；所述第一流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径大于所述第一流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径；所述第二流道包括第一段流路和第二段流路，及设于所述第一段流路与所述第二段流路之间的第三段流路；所述第二流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第二流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第二流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段；所述第二流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径大于所述第二流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径；所述第二流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径大于所述第二流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径。
同时，本发明还提供另一种旋转式换向阀，包括阀体部件，所述阀体部件包括阀本体，所述阀本体包括第一流路端口、第二流路端口、第三流路端口及第四流路端口；阀芯部件，所述阀芯部件包括旋转阀芯，所述旋转阀芯包括第一流道和第二流道，当所述旋转阀芯位于第一切换位置时，所述第一流道连通所述第一流路端口与所述第四流路端口，所述第二流道连通所述第二流路端口与所述第三流路端口；当所述阀芯部件位于第二切换位置时，所述第一流道连通所述第一流路端口与所述第二流路端口，所述第二流道连通所述第三流路端口与所述第四流路端口；所述第一流道沿流体流动的垂直方向的截面为等直径圆形，所述第二流道沿流体流动的垂直方向的截面为等直径圆形；所述第一流道包括第一段流路和第二段流路，及设于所述第一段流路与所述第二段流路之间的第三段流路；所述第一流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第一流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第一流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为直线段；所述第二流道包括第一段流路和第二段流路，及设于所述第一段流路与所述第二段流路之间的第三段流路；所述第二流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第二流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第二流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为直线段。
本发明给出的旋转式换向阀，旋转阀芯包括第一段流路和第二段流路，及设于所述第一段流路与所述第二段流路之间的第三段流路。第三段流路的沿流体方向的中心轴线段为圆弧段或直线段，当为圆弧段时，其半径大于第一段流路和第二段流路的沿流体方向的中心轴线段的圆弧半径。如此结构设计，可以使旋转阀芯的流道在靠近外周部的材料厚度相对于背景技术(改善前)增加，及旋转阀芯的两个流道之间的最小的壁厚，相对于背景技术(改善前)增加，提高旋转阀芯结构强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明给出的一种旋转式换向阀在第一切换位置的结构示意图；
图2：本发明给出的一种旋转式换向阀在第二切换位置的结构示意图；
图3：图1中旋转式换向阀旋转阀芯的第一流道和第二流道的结构示意图；
图4：图1中旋转式换向阀旋转阀芯的第一流道和第二流道的另一种结构示意图；
图5：背景技术的旋转阀芯的第一流道和第二流道的结构示意图；
图6：图4与图5中的阀旋转阀芯的相对应的横截面图重叠比较图；
图7：旋转式换向运用于制冷系统的布局图。
图1-6中标号说明：
100-阀体部件、200-阀芯部件；
10-阀本体；
11A-第一流路端口、11B-第二流路端口；
11C-第三流路端口、11D-第四流路端口；
12A-第一阀座套、12B-第二阀座套；
12C-第三阀座套、12D第四阀座套；
13-法兰盘、14-连接构件；
20/20'-旋转阀芯；
21-周向外缘、22-端口部；
30-第一流道、40-第二流道；
50-阀腔、60-密封件。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，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。
图1和图2为本发明给出的一种具体结构的旋转式换向阀分别在第一切换位置和第二切换位置的结构示意图，图3为图1的旋转式换向阀的旋转阀芯的第一流道和第二流道的结构示意图。
如图1、图2及图3所示。
旋转式换向阀主要包括阀体部件110和阀芯部件210。
阀体部件110包括阀本体10。在一般大型换向阀结构中，阀本体10主体结构通过金属铸造成型，所以体积较大。阀本体10的中间加工有空腔，该空腔为容纳阀芯部件210的旋转阀芯20的阀腔50。阀本体10的周边对称设置有四个带有法兰盘13的连接构件14，在连接构件14中分别设置有第一流路端口11A、第二流路端口11B、第三流路端口11C及第四流路端口11D。第一流路端口11A、第二流路端口11B、第三流路端口11C及第四流路端口11D分别与阀腔50连通。
在该具体实施例中，第一流路端口11A朝向阀腔50的一端套设有第一阀座套12A，在第一阀座套12A的端部设有密封件60。同样，第二流路端口11B朝向阀腔50的一端套设有第二阀座套12B，在第二阀座套12B的端部设有密封件60；第三流路端口11C朝向阀腔50的一端套设有第三阀座套12C，在第三阀座套12C的端部设有密封件60；第四流路端口11D朝向阀腔50的一端套设有第四阀座套12D，在第四阀座套12D的端部设有密封件60。
阀芯部件210包括旋转阀芯20。旋转阀芯20大致呈球形，并可旋转的设置于阀腔50中(当然，对于本领域的技术人员可知，旋转阀芯20也可以设置成圆柱状，沿轴线旋转)。
旋转阀芯20包括第一流道30和第二流道40，第一流道30和第二流道40在轴的横截面方向以轴线X-X对称设置(参见图3)。第一流道30的两端向旋转阀芯20的周向外缘部21延伸形成两个端口部22，第二流道40的两端向旋转阀芯20的周向外缘部21延伸形成两个端口部22，上述四个端口部22在旋转阀芯20的中心轴对称设置(即相邻的两个端口部22在旋转阀芯20的周向外缘部21呈90度夹角设置)。
在旋转式换向阀切换过程中，当旋转阀芯20位于第一切换位置时，第一流道30连通第一流路端口11A与第四流路端口11D，第二流道40连通第三流路端口11B与第三流路端口11C；当所述旋转阀芯位于第二切换位置时，所述第一流道连通第一流路端口与第二流路端口，所述第二流道连通所述第三流路端口与第四流路端口。
如图3所示。进一步，旋转阀芯20的第一流道30和第二流道40沿流体方向的中心轴线为Y-Y。则第一流道30和第二流道40在沿轴线为Y-Y的垂直方向的横截面为等直径圆形，即流道为等直径的圆孔，定义直径为d。(可以理解的是，d即为第一流道30和第二流道40的流通面积的最小截面)。
如图3所示。进一步，第一流道30包括分别朝向端口部22的第一段流路Ⅰ和第二段流路Ⅱ，及位于第一段流路Ⅰ和第二段流路Ⅱ之间的连接第一段流路Ⅰ与第二段流路Ⅱ的第三段流路Ⅲ。第一段流路Ⅰ、第二段流路Ⅱ，及第三段流路Ⅲ的沿流体方向的中心轴线段(Y-Y上的线段)均为圆弧段。如设定第一段流路Ⅰ的沿流体方向的中心轴线的圆弧半径为R1、第二段流路Ⅱ的沿流体方向的中心轴线的圆弧半径为R2、第三段流路Ⅲ的沿流体方向的中心轴线的圆弧半径为R3，满足：R3＞R2，R3＞R1的要求。
进一步，第二流道40也可采用与第一流道30相同的设计方法。
图5为背景技术中的旋转阀芯第一流道和第二流道的结构示意图。
在背景技术中，与上述实施例相对应的旋转阀芯20'的流道，其沿流体方向的中心轴线大致为同一半径的圆弧。
与背景技术相比，该技术方案采用三段流路设置，同样直径(D)的旋转阀芯，其流体流通性能相同(即流道为等直径的圆孔直径不变)的情况下，旋转阀芯在第一流道与所述第二流道之间的最小壁厚为(L)相同的参数条件下，第一流道30和第二流道40之间薄壁区域(Q1)，及第一流道和第二流道的端口部外侧所对应的旋转阀芯的外缘部区域(Q2)，相对于背景技术，其旋转阀芯材料的厚度得到增加。旋转阀芯原强度较高的区域材料减少，所以设计得到优化，提高了旋转阀芯结构强度。
图4为本发明给出的一种旋转式换向阀的旋转阀芯的第一流道和第二流道的另一种结构示意图。
如图4所示。与前述方案不同在于，旋转阀芯20A的第一流道30包括分别朝向所述端口部22的第一段流路Ⅰ和第二段流路Ⅱ，及位于第一段流路Ⅰ和第二段流路Ⅱ之间的连接第一段流路Ⅰ与第二段流路Ⅱ的第三段流路Ⅲ。第一段流路Ⅰ和第二段流路Ⅱ的沿流体方向的中心轴线段(Y-Y上的线段)为圆弧段；第三段流路Ⅲ的沿流体方向的中心轴线段(Y-Y上的线段)为直线段。
进一步，第二流道40也可采用与第一流道30相同的设计方法。
作为本领域的技术人员应该理解，该技术方案作为前述技术方案的延伸。具体地讲，当前述技术方案中的第三段流路Ⅲ的沿流体方向中心轴线段的半径R3足够大，即第三段流路Ⅲ的沿流体方向中心轴线段就成趋于直线。
所以，该技术方案能更好的使第一流道30和第二流道40之间薄壁区域Q1，及第一流道和第二流道的端口部外侧所对应的旋转阀芯的外缘部区域Q2的厚度增加，以提高旋转阀芯结构强度。
图6为图4与图5中的旋转阀芯的相对应的横截面图重叠比较图。
如图6所示。为了直观地说明本发明的技术方案的有益效果，将图4所公开的本发明一种具体结构的阀旋转阀芯的第一流道和第二流道结构图，与图4中背景技术的旋转阀芯的第一流道和第二流道结构图作重叠比较。
结合图4、图5及图6可以看出，旋转阀芯的周向外缘部的直径为D，及第一流道和所述第二流道沿流体垂直方向的直径d不变的前提下，在第一流道30和第二流道40之间薄壁区域Q1，旋转阀芯多出了W2的材料厚度；在第一流道和第二流道的端口部外侧所对应的旋转阀芯的外缘部的薄壁区域Q2，旋转阀芯多出了W1的材料厚度，以提高旋转阀芯结构强度。
通过推理及对旋转阀芯结构强度分析，在：第一流道和所述第二流道沿流体垂直方向的直径d；第一流道与第二流道之间的最小壁厚L；在第一流道和第二流道的沿流体流动方向的中心轴线上，对应的端口部到旋转阀芯外缘的距离h；旋转阀芯的周向外缘部的直径D，上述参数不变的前提下，作为可选的技术方案，第一段流路Ⅰ的沿流体方向的中心轴线段的圆弧半径R1满足：
Figure GDA0002554287840000071
第二段流路Ⅱ的沿流体方向的中心轴线段的圆弧半径R2满足：
Figure GDA0002554287840000072
作为进一步可选的设计方案，旋转阀芯20的各流道的第一段流路Ⅰ和第二段流路Ⅱ与旋转阀芯20的周向外缘部21通过圆弧角r过渡，便于端口部22的加工，在旋转阀芯20相对于阀本体10旋转以切换流道过程中，能改善流体的流动性能。具体设计中满足：1mm≤r≤5mm。
同样为改善流道的流体流动性，可进一步使0.6×d<R1及0.6×d<R2。
同样为改善流道的流体流动性，使第一段流路Ⅰ和第二段流路Ⅱ的圆弧半径相等，即R1＝R2。
以上对本发明所提供的旋转式换向阀及其制冷系统进行了详细介绍。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 (6)

1.一种旋转式换向阀，包括：
阀体部件，所述阀体部件包括阀本体，所述阀本体包括第一流路端口、第二流路端口、第三流路端口及第四流路端口；
阀芯部件，所述阀芯部件包括旋转阀芯，所述旋转阀芯包括第一流道和第二流道，当所述旋转阀芯位于第一切换位置时，所述第一流道连通所述第一流路端口与所述第四流路端口，所述第二流道连通所述第二流路端口与所述第三流路端口；当所述旋转阀芯位于第二切换位置时，所述第一流道连通所述第一流路端口与所述第二流路端口，所述第二流道连通所述第三流路端口与所述第四流路端口；
所述第一流道沿流体流动的垂直方向的截面为等直径圆形，所述第二流道沿流体流动的垂直方向的截面为等直径圆形；
所述第一流道包括第一段流路和第二段流路，及设于所述第一段流路与所述第二段流路之间的第三段流路；
所述第一流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第一流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第一流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段；
所述第一流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径大于所述第一流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径；所述第一流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径大于所述第一流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径；
所述第二流道包括第一段流路和第二段流路，及设于所述第一段流路与所述第二段流路之间的第三段流路；
所述第二流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第二流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第二流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段；
所述第二流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径大于所述第二流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径；所述第二流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径大于所述第二流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径；
所述第一流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径与所述第二流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径相等，且圆弧半径定义为R1；
所述第一流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径与所述第二流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径相等，且圆弧半径定义为R2；
所述第一流道与所述第二流道以所述旋转阀芯的中心轴对称设置，所述第一流道与所述第二流道沿流体流动的垂直方向的圆形截面的直径相等并定义为d，所述旋转阀芯的周向外缘部在所述旋转阀芯轴线的横截面上投影所确定的圆定义为阀芯外圆，所述阀芯外圆的直径定义为D，所述第一流道与所述第二流道在所述旋转阀芯轴线的横截面上投影的最小距离定义为L，在所述第一流道和所述第二流道的沿流体流动方向的中心轴线上，所述第一流道和所述第二流道均具有两个端口部，对应的所述端口部到所述阀芯外圆的距离定义为h，则所述R1和R2满足：
Figure FDA0003610285810000021
Figure FDA0003610285810000022
2.一种旋转式换向阀，包括：
阀体部件，所述阀体部件包括阀本体，所述阀本体包括第一流路端口、第二流路端口、第三流路端口及第四流路端口；
阀芯部件，所述阀芯部件包括旋转阀芯，所述旋转阀芯包括第一流道和第二流道，当所述旋转阀芯位于第一切换位置时，所述第一流道连通所述第一流路端口与所述第四流路端口，所述第二流道连通所述第二流路端口与所述第三流路端口；当所述阀芯部件位于第二切换位置时，所述第一流道连通所述第一流路端口与所述第二流路端口，所述第二流道连通所述第三流路端口与所述第四流路端口；
所述第一流道沿流体流动的垂直方向的截面为等直径圆形，所述第二流道沿流体流动的垂直方向的截面为等直径圆形；
所述第一流道包括第一段流路和第二段流路，及设于所述第一段流路与所述第二段流路之间的第三段流路；
所述第一流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第一流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第一流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为直线段；
所述第二流道包括第一段流路和第二段流路，及设于所述第一段流路与所述第二段流路之间的第三段流路；
所述第二流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第二流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为圆弧段，所述第二流道的所述第三段流路的沿流体流动方向的中心轴线段为直线段；
所述第一流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径与所述第二流道的所述第一段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径相等，且圆弧半径定义为R1；
所述第一流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径与所述第二流道的所述第二段流路的沿流体流动方向的中心轴线段的圆弧半径相等，且圆弧半径定义为R2；
所述第一流道与所述第二流道以所述旋转阀芯的中心轴对称设置，所述第一流道与所述第二流道沿流体流动的垂直方向的圆形截面的直径相等并定义为d，所述旋转阀芯的周向外缘部在所述旋转阀芯轴线的横截面上投影所确定的圆定义为阀芯外圆，所述阀芯外圆的直径定义为D，所述第一流道与所述第二流道在所述旋转阀芯轴线的横截面上投影的最小距离定义为L，在所述第一流道和所述第二流道的沿流体流动方向的中心轴线上，所述第一流道和所述第二流道均具有两个端口部，对应的所述端口部到所述阀芯外圆的距离定义为h，则所述R1和R2满足：
Figure FDA0003610285810000041
Figure FDA0003610285810000042
3.如权利要求1或2所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述R1和R2满足：0.6×d<R1及0.6×d<R2，且R1＝R2。
4.如权利要求1或2所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述第一流道的所述第一段流路与所述旋转阀芯的周向外缘部通过圆弧过渡，所述圆弧的圆弧角半径在1mm与5mm之间；所述第一流道的所述第二段流路与所述旋转阀芯的周向外缘部通过圆弧过渡，所述圆弧的圆弧角半径在1mm与5mm之间；
所述第二流道的所述第一段流路与所述旋转阀芯的周向外缘部通过圆弧过渡，所述圆弧的圆弧角半径在1mm与5mm之间；所述第二流道的所述第二段流路与所述旋转阀芯的周向外缘部通过圆弧过渡，所述圆弧的圆弧角半径在1mm与5mm之间。
5.如权利要求1或2所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述第一流道的两个端口部和所述第二流道的两个端口部设于所述旋转阀芯的周向外缘部，所述各端口部在所述旋转阀芯的中心轴线对称设置。
6.如权利要求1或2所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述阀本体还包括套设于所述第一流路端口的第一阀座套、套设于所述第二流路端口的第二阀座套、套设于所述第三流路端口的第三阀座套、套设于所述第四流路端口的第四阀座套。
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