CN110725963A - 一种用于高温环境换热器的热力调节阀 - Google Patents

一种用于高温环境换热器的热力调节阀 Download PDF

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Abstract

本申请属于阀门设计技术领域，涉及一种用于高温环境换热器的热力调节阀。包括阀门壳体、U形隔热层、密封滑块、形状记忆合金弹簧及普通弹簧，阀门壳体上开设有流量调节孔，U形隔热层设置在阀门壳体的阀门进口与流量调节孔之间，密封滑块滑动设置在U形隔热层的开口处，另一端延伸至流量调节孔处，密封滑块在两端之间设置有沿阀门壳体径向向其轴线处延伸的挡臂；形状记忆合金弹簧设置在U形隔热层内，一端接触U形隔热层底部，另一端接触密封滑块；普通弹簧设置在阀门壳体内，一端接触阀门壳体的封闭端，另一端接触密封滑块的挡臂。本申请的形状记忆合金弹簧位于U形隔热层中间，感受到的温度较主流区流体温度大幅降低，拓展了热力调节阀的应用。

Description

一种用于高温环境换热器的热力调节阀
技术领域
本申请属于阀门设计技术领域，特别涉及一种用于高温环境换热器的热力调节阀。
背景技术
在工程中，两种不同温度的流体以一定的传热方式进行热量交换的核心设备被称作换热器。在实际应用中，希望应用尽可能小尺寸的换热器满足换热要求，同时控制冷热流体的温度在合理的范围，这就需要应用热力调节阀与换热器相配合来控制流体的温度水平。
目前采用记忆合金材料作为感温元件的阀门受记忆合金材料耐高温能力差的局限，现有专利技术只能将热力阀门应用于低温或常温环境，例如申请号为201810144023.8的专利提到了一种传热量自适应控制的传热装置，在某些实际的高温流体环境下，现有专利技术不适用。
现有传热量自适应控制传热装置，通过在换热器上加装记忆合金节流装置，利用其中记忆合金弹簧可随环境温度的变化自适应变形的特性，通过调节换热器中工质的流量，无动力的调整换热器的传热量，实现定量的热回收。现有技术缺点是：
1.记忆合金弹簧浸泡在主流区流体中，弹簧直接感受主流区流体的温度，无法应用于高温流体环境。
2.弹簧的运动方向与主流流体的流动方向平行，流体的流速较高时阀门开度受流速影响较大。
3.现有技术采用的记忆合金弹簧为双程形状记忆合金弹簧，加工难度、成本较单程形状记忆合金弹簧大大增加。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种用于高温环境换热器的热力调节阀，充分利用记忆合金材料形状随温度变化而变化的这一特性，克服记忆合金材料不能用于高温流体环境的短板，设计出能够随高温流体温度变化而控制阀门开度变化的热力调节阀，以适应实际的高温流体应用环境。
本申请热力调节阀包括：
阀门壳体，所述阀门壳体一端为阀门进口，另一端封闭，并在靠近封闭端的外环面上开设有流量调节孔，所述流量调节孔连通至阀门出口；
U形隔热层，设置在阀门壳体的阀门进口与流量调节孔之间，U形隔热层固定在阀门壳体内壁处在朝向所述流量调节孔的方向开口；
密封滑块，一端滑动设置在所述U形隔热层的开口处，另一端延伸至所述流量调节孔处，所述密封滑块在两端之间设置有沿阀门壳体径向向其轴线处延伸的挡臂；
形状记忆合金弹簧，设置在U形隔热层内，一端接触U形隔热层底部，另一端接触密封滑块；
弹簧，设置在阀门壳体内，一端接触阀门壳体的封闭端，另一端接触所述密封滑块的挡臂。
优选的是，所述U形隔热层内设置有多个导热环，用于将阀门壳体内的热量传导至阀门壳体的外壁。
优选的是，所述阀门壳体的外壁设置有外翅片。
优选的是，密封滑块的位于所述U形隔热层的开口处的部分沿径向阀门壳体轴线方向延伸的多个平行的锯齿，用于封堵所述U形隔热层的开口。
优选的是，所述流量调节孔沿阀门壳体周向均布有多个。
优选的是，所述流量调节孔的形状为等腰梯形、矩形、三角形或圆形。
优选的是，所述阀门壳体内设置有阀体夹层，所述U形隔热层设置在阀体夹层内。
优选的是，所述U形隔热层选用热导率为0.005W/(m·K)～0.05W/(m·K)的隔热材料制成。
同现有的热力调节阀相比，本发明的增益效果具体如下：
阀门调控温度提升。感温元件形状记忆合金弹簧间接感受主流区流体的温度，形状记忆合金弹簧位于U形隔热层中间，感受到的温度较主流区流体温度大幅降低，且与主流区流体温度一一对应，大大拓展了热力调节阀的应用。
阀门开度受流体流速影响小。与阀门开度相关的密封滑块运动方向为轴向，经过流量调节孔的流体流动方向为径向，因此密封滑块的运动受流体流动方向影响较小。
感温元件造价更低。采用形状记忆合金弹簧和普通弹簧组合使用，避免使用双程形状记忆合金弹簧。温度升高时形状记忆合金弹簧伸长导致阀门开度减小，温度降低时普通弹簧压缩形状记忆合金弹簧迫使形状记忆合金弹簧变形，阀门开度变大。
附图说明
图1是本申请用于高温环境换热器的热力调节阀的一实施方式的结构示意图。
图2是本申请图1所示实施例的密封滑块结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本发明提供一种可用于航空发动机高温环境换热器的热力调节阀，热力调节阀内的形状记忆合金弹簧间接感受主流区流体的温度，形状记忆合金弹簧根据主流区流体的温度变化改变伸长量，与普通弹簧共同控制滑块的轴向位置。滑块与壳体的相对位置控制调节阀的流通截面积，实现阀门开度随流体温度变化的目的。
一种用于高温环境换热器的热力调节阀，包括：
阀门壳体2，所述阀门壳体2一端为阀门进口1，另一端封闭，并在靠近封闭端的外环面上开设有流量调节孔9，所述流量调节孔9连通至阀门出口11；
U形隔热层4，设置在阀门壳体2的阀门进口1与流量调节孔9之间，U形隔热层4固定在阀门壳体2内壁处在朝向所述流量调节孔9的方向开口；
密封滑块8，一端滑动设置在所述U形隔热层4的开口处，另一端延伸至所述流量调节孔9处，所述密封滑块在两端之间设置有沿阀门壳体径向向其轴线处延伸的挡臂；
形状记忆合金弹簧3，设置在U形隔热层4内，一端接触U形隔热层4底部，另一端接触密封滑块8；
弹簧10，设置在阀门壳体2内，一端接触阀门壳体2的封闭端，另一端接触所述密封滑块8的挡臂。
本申请的形状记忆合金弹簧3受感后能够推动密封滑块8运动，至密封滑块8的一端堵住流量调节孔9，阀门壳体2内流体温度恢复后，形状记忆合金弹簧3恢复，密封滑块8在普通弹簧10的作用下向U形隔热层4底部方向运动，从而使得流量调节孔9重新被打开。
本申请提供的用于高温环境换热器的热力调节阀，具体结构参照图1，密封滑块结构参照图2。
在图1中1为阀门进口，2为阀门壳体，3为形状记忆合金弹簧，4为U形隔热层，5为导热环，6为外翅片，7为阀体夹层，8为密封滑块，9为流量调节孔，10为普通弹簧，11为阀门出口。
阀门壳体2为热力调节阀的主体，为U形隔热层4和密封滑块8提供支撑。U形隔热层4为厚度在0.5mm～3mm的隔热材料环状夹层，与阀体夹层7紧密配合，材料选用热导率为0.005W/(m·K)～0.05W/(m·K)的隔热材料。导热环5结构为半圆环，安装于U形隔热层4内，材料选用高热导率材料铜。形状记忆合金弹簧3安装在U形隔热层4内，夹层内填充主流区流体，弹簧长度在50mm～300mm之间，弹簧丝直径在0.5mm～3mm之间。外翅片6安装在阀体外侧，翅片高度在5mm～20mm之间，翅片厚度在0.15mm～1mm之间，翅片间距在1mm～10mm之间，翅片形式为平翅片或开缝翅片。流量调节孔9位于阀体，形状可为等腰梯形、矩形、三角形、半圆形、圆形或简单形状的组合形式，在壳体上可周向布置，周向布置数量为4～10个。
密封滑块8安装在U形隔热层4内，如图2所示，锯齿状密封结构可减少主流区流体向阀体夹层内的流体流动，密封滑块8的两侧分别与形状记忆合金弹簧3和普通弹簧10相连接，密封滑块8与阀体流量调节孔9配合后的流通面积构成真实的阀体流通面积。
同现有的热力调节阀相比，本发明的增益效果具体如下：
阀门调控温度提升。感温元件形状记忆合金弹簧间接感受主流区流体的温度，形状记忆合金弹簧位于U形隔热层中间，感受到的温度较主流区流体温度大幅降低，且与主流区流体温度一一对应，大大拓展了热力调节阀的应用。
阀门开度受流体流速影响小。与阀门开度相关的密封滑块运动方向为轴向，经过流量调节孔的流体流动方向为径向，因此密封滑块的运动受流体流动方向影响较小。
感温元件造价更低。采用形状记忆合金弹簧和普通弹簧组合使用，避免使用双程形状记忆合金弹簧。温度升高时形状记忆合金弹簧伸长导致阀门开度减小，温度降低时普通弹簧压缩形状记忆合金弹簧迫使形状记忆合金弹簧变形，阀门开度变大。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于高温环境换热器的热力调节阀，其特征在于，包括：
阀门壳体(2)，所述阀门壳体(2)一端为阀门进口(1)，另一端封闭，并在靠近封闭端的外环面上开设有流量调节孔(9)，所述流量调节孔(9)连通至阀门出口(11)；
U形隔热层(4)，设置在阀门壳体(2)的阀门进口(1)与流量调节孔(9)之间，U形隔热层(4)固定在阀门壳体(2)内壁处在朝向所述流量调节孔(9)的方向开口；
密封滑块(8)，一端滑动设置在所述U形隔热层(4)的开口处，另一端延伸至所述流量调节孔(9)处，所述密封滑块在两端之间设置有沿阀门壳体径向向其轴线处延伸的挡臂；
形状记忆合金弹簧(3)，设置在U形隔热层(4)内，一端接触U形隔热层(4)底部，另一端接触密封滑块(8)；
弹簧(10)，设置在阀门壳体(2)内，一端接触阀门壳体(2)的封闭端，另一端接触所述密封滑块(8)的挡臂。
2.如权利要求1所述的用于高温环境换热器的热力调节阀，其特征在于，所述U形隔热层(4)内设置有多个导热环(5)，用于将阀门壳体(2)内的热量传导至阀门壳体(2)的外壁。
3.如权利要求1所述的用于高温环境换热器的热力调节阀，其特征在于，所述阀门壳体(2)的外壁设置有外翅片(6)。
4.如权利要求1所述的用于高温环境换热器的热力调节阀，其特征在于，密封滑块(8)的位于所述U形隔热层(4)的开口处的部分沿径向阀门壳体轴线方向延伸的多个平行的锯齿，用于封堵所述U形隔热层(4)的开口。
5.如权利要求1所述的用于高温环境换热器的热力调节阀，其特征在于，所述流量调节孔(9)沿阀门壳体(2)周向均布有多个。
6.如权利要求5所述的用于高温环境换热器的热力调节阀，其特征在于，所述流量调节孔(9)的形状为等腰梯形、矩形、三角形或圆形。
7.如权利要求1所述的用于高温环境换热器的热力调节阀，其特征在于，所述阀门壳体(2)内设置有阀体夹层(7)，所述U形隔热层(4)设置在阀体夹层(7)内。
8.如权利要求1所述的用于高温环境换热器的热力调节阀，其特征在于，所述U形隔热层(4)选用热导率为0.005W/(m·K)～0.05W/(m·K)的隔热材料制成。
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