CN111043355A - 温度自动控制的三通道球阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用聚合物作动器设计温度自动控制的三通道球阀，能现输出流体的温度/流量的控制。它由聚合物作动器、复位弹簧、钢丝绳、双通阀杆、槽轮、限位滑块、滑轨、三通道V型球阀阀体、控制室箱体、箱盖、阀座连接件组成。阀体连接冷流通道、热流通道和输出通道，其中输出通道和控制室联通。当输出通道内流体温度过高时，聚合物作动器收缩带动阀杆旋转使V型球体遮挡热流通道以减少热流通道的流量，降低混合通道内流体温度；当温度过低时，聚合物作动器伸长带动阀杆旋转使V型球体遮挡冷流通道，以减少冷流通道的流量，升高输出通道内流体温度。当只使用双通道时，可根据温度控制流量大小。本发明成本低、结构简单、可靠稳定。

Description

温度自动控制的三通道球阀

技术领域

本发明涉及一种基于聚合物作动器温度自动控制的三通道球阀，能够控制输出流体的温度或流量。可以适用于对流体工作温度有一定限制的场合。

背景技术

随着人民生活水平的提高和智能结构的发展，各种温度感应的智能阀门纷纷出现。相比基于温度传感器的智能电磁阀，基于智能材料的阀门能够实现传感驱动装置的一体化，实现设备不带电，更加安全、可靠。现有智能阀局限于作动器成本高，大多只能根据输出流体温度实现阀门的开闭，而在实际生活中人们更希望智能阀能够控制冷热流混合比例，将输出流体温度控制在一定范围内。为解决这一问题，需要设计一种新型的温度控制阀，能够根据阀门输出流体的温度控制冷流和热流混合比例，控制输出流体的温度。

发明内容

本发明提出一种温度自动控制的三通道球阀。对于冷热流混合输出的场合，该阀门连接冷流通道、热流通道和输出通道，控制冷热流混合比例，实现输出流体的温度控制。对于根据温度控制流量大小的场合，将热(冷)流通道封闭，冷(热)流通道作为输入，根据混合流体温度控制阀门输出流量。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于聚合物作动器的温度自动控制三通道球阀，包括三通道球阀阀体、固定在三通道球阀阀体上的固定杆、位于三通道球阀阀体内的V型球体、用于实现通道与V型球体密封连接的阀座连接件、双通阀杆、联通杆和控制室；V型球体一端与固定杆活动连接，另一端与双通阀杆固定连接；所述控制室包括与联通杆、双通阀杆一端固定连接的控制室箱盖、固定在双通阀杆底端的槽轮、控制室箱体、绕设在槽轮上的钢丝绳、固定在控制室箱体侧壁上的滑轨、设置在滑轨上的限位滑块、位于联通杆正下方的聚合物作动器和复位弹簧。复位弹簧、钢丝绳、限位滑块、聚合物作动器依次连接，复位弹簧、聚合物作动器的另一端分别与控制室箱体固定连接。三通道球阀阀体中作为流体出口的输出通道为逐渐变小的锥形结构，联通杆的另一端固定在输出通道的侧边，配合控制室形成文丘里流量计结构，便于输出通道和控制室内流体的流通。三通道球阀阀体通过联通杆、双通阀杆实现与控制室的联通，聚合物作动器能实时感应输出通道流体温度。

进一步地，当限位滑块位于滑轨右侧时，V型球体减少热流通道流量；当限位滑块位于滑轨左侧时，V型球体减少冷流通道流量。当温度过高时，聚合物作动器收缩带动限位滑块移动，槽轮和双通阀杆随之转动使V型球体遮挡热流通道减少热流流量；当温度过低时，聚合物作动器伸长，V型球体遮挡冷流通道减少冷流流量。限位滑块移动至滑轨两端分别对应冷流通道和热流通道的完全关闭。

进一步地，双通阀杆分别与V型球体、槽轮通过键槽连接。

进一步地，所述聚合物作动器由聚合物纤维加捻盘绕而成的螺旋状作动器。

进一步地，所述聚合物纤维包括尼龙、聚乙烯、聚氯乙烯、碳纳米管等。

进一步地，所述三通道球阀阀体中作为流体出口的通道为锥形结构，锥形结构的大径和小径比值为d，且1.4<d<3。

本发明的有益效果是:

本发明以聚合物作动器为核心部件，用于实现流体温度感应和阀杆驱动，设计了一种基于聚合物作动器的温度自动控制三通道球阀，该阀门结构简单，成本低，无需外部供电，清洁环保无污染。阀门可以根据安装要求实现温度控制和流量控制两种功能。当阀门分别连接冷流通道和热流通道时，阀门可以根据输出流体温度控制冷流或热流通道的开口大小，从而控制冷热流混合比例，实现输出流体温度控制。当阀门仅连接热(冷)流通道时，将冷(热)流通道封闭，聚合作动器能够感应输出流体的温度，控制阀门大小，实现基于温度感应的流量控制。

附图说明

结合附图，有利于更好地了解前面的基本概述及后面将要说明的具体实施过程。附图仅展示了本发明的示范例，实际发明并不严格局限于所示的精确布局、几何形状及实施手段。在所有附图中，相同的标记用来表示指定附图中的相同部件或成分。

图1为阀门轴测图；

图2为本发明结构的俯视图；

图3为图2中A-A剖视图，冷热流通道完全打开。

图4为图2中B-B剖视图，热流通道完全关闭，冷流通道完全打开。

图5为图3中C-C剖视图，冷流通道完全关闭，热流通道完全打开。

图中：三通道球阀阀体1、螺栓2、密封圈3、固定杆4、V型球体5、轴承6、双通阀杆7、控制室箱盖8、槽轮9、控制室箱体10、钢丝绳11、滑轨12、限位滑块13、聚合物作动器14、联通杆15、阀座连接件16、复位弹簧17。

具体实施方式

本发明提供了一种基于聚合物作动器的温度自动控制三通道球阀，图1为本发明的阀门轴测图，图2是本发明俯视图，其中冷流通道和热流通道为输入通道，混合后的流体从输出通道流出。

如图1-5所示，本发明由三通道球阀阀体1、固定杆4、螺栓2、密封圈3、V型球体5、轴承6、双通阀杆7、控制室箱盖8、槽轮9、控制室箱体10、钢丝绳11、滑轨12、限位滑块13、聚合物作动器14、联通杆15、阀座连接件16、复位弹簧17组成。控制室箱盖8和控制室箱体10使用螺栓和密封圈实现固定和密封形成控制室，槽轮9、钢丝绳11、滑轨12、限位滑块13、聚合物作动器14、复位弹簧17位于控制室内。其中，固定杆4通过螺栓2固定在三通道球阀阀体1上，连接处设置密封圈3，防止泄露；V型球体5位于三通道球阀阀体1内，V型球体5一端与固定杆4通过轴承活动连接，另一端与双通阀杆7通过键槽固定连接。阀座连接件16由阀座、阀座密封圈、压圈组成，设置在输入通道(冷流通道和热流通道)与V型球体5之间，用于实现V型球体5与输入通道的密封连接。双通阀杆7与三通道球阀阀体1通过轴承活动连接；双通阀杆7底端穿入控制室内，底端通过键槽连接槽轮9，和控制室箱盖8之间使用轴承6和密封圈3实现固定和密封。联通杆15的一端固定在流体出口通道的侧边，另一端与控制室箱盖8之间使用轴承6和密封圈3实现固定和密封。阀体1中作为流体出口的输出通道呈逐渐变小的锥形，配合控制室形成文丘里流量计结构，便于输出通道和控制室内流体的流通。三通道球阀阀体1通过联通杆15、双通阀杆7实现对控制室的联通。聚合物作动器14设置在联通杆15的正下方；钢丝绳11设置在槽轮9上，槽轮9两侧通过钢丝绳11分别连接复位弹簧17和限位滑块13，限位滑块13设置在滑轨12上，限位滑块13的另一端连接聚合物作动器14，滑轨12、聚合物作动器14、复位弹簧17分别和控制室箱体10内壁固定连接。当限位滑块13位于滑轨右侧时，V型球体5减少热流通道流量；当限位滑块13位于滑轨左侧时，V型球体5减少冷流通道流量。限位滑块13移动至滑轨12两端，分别对应冷流通道和热流通道的完全关闭。

图3为图2中A-A剖视图。输出通道呈锥形结构，联通杆15处流体压强大，双通阀杆7处流体压强小，实现阀体1和控制室箱之间的对流。流体流动方向如图箭头所示，从而使联通杆15下方的聚合物作动器14能够感应阀体1输出的流体温度。此时冷热流通道完全打开，限位滑块13位于滑轨12正中央，控制室箱体10和阀体4通过双通阀杆7和联通杆15相互连通。其中，所述三通道球阀阀体1中作为流体出口的通道为锥形结构，考虑到双通阀杆7和联通杆15处需要足够的压差实现控制和阀体内流体对流，但同时输出通道流体压强不宜过大，锥形结构大径和小径比值d优选为：1.4<d<3。

图4为图2中的B-B视图，此时热流通道完全关闭，输出通道中的流体全部由冷流通道提供，此时限位滑块13位于图2中滑轨12最右端。

图5为图3中的C-C剖视图，此时阀门输出温度低，聚合物作动器14伸长，复位弹簧17带动槽轮9旋转，当限位滑块13运动到滑轨12左端时，冷流通道完全关闭。

本发明中的聚合物作动器14由尼龙、聚乙烯、聚氯乙烯、碳纳米管等熟知的材料聚合物纤维加捻盘绕而成。聚合物作动器14在外负载下，聚合物作动器14随温度升高而收缩，温度降低而伸长。利用这一性质，如图3所示，复位弹簧17通过槽轮9和限位滑块13，保持和聚合物作动器14之间的相互拉伸，提供聚合物作动器14所需外负载。当流体温度过高时，聚合物作动器14收缩通过钢丝绳11带动双通阀杆7转动，减少热流通道流量。当流体温度过低时，复位弹簧17通过钢丝绳11带动双通阀杆7旋转，拉伸聚合物作动器14，减少冷流通道流量。另外，可以在钢丝绳11上设置与槽轮9相匹配的凹槽，增大钢丝绳11与槽轮9的摩擦力。在聚合物作动器14的形变范围内，通过调节复位弹簧17的刚度，让聚合物作动器14在不同温度时使限位滑块13处于滑轨12正中央，可以使该温度自动控制三通道球阀适应不同流体的温度控制需求。与传统智能材料阀门相比，基于聚合物作动器14的智能阀可以实现对低温流体的控制。

本发明控制阀的工作过程如下:

1.当阀门实现温度控制功能时，流体通过双通阀杆7和联通杆15实现如图2所示的流动，使聚合物作动器14能够感应阀体1流体的输出温度。当输出温度为额定温度时，限位滑块13位于滑轨12正中央，温度高于额定温度时，聚合物作动器14收缩，带动双通阀杆7旋转，使V型球体5遮挡热流通道减小热流流量，当温度高于阈值时，纤维滑块13位于滑轨12最右端，热流通道被V型球体5完全关闭。当温度降低时，聚合物作动器14伸长，带动V型球体5减少冷流通道流量，并且在温度达到低温阈值时完全关闭冷流通道。

2.当阀门实现流量控制功能时，以控制高温流体流量为例，封闭阀门的冷流通道，流体通过双通阀杆7和联通杆15实现如图2所示的流动。当输入流体温度为额定温度时，限位滑块13位于滑轨12正中央。当流体温度高于额定温度时，聚合物作动器14收缩带动双通阀杆7转动，减少热流通道流量。当温度达到高温阈值时，热流通道完全关闭。若要控制低温流体流量，将热流通道封闭，冷流通道作为输入即可。

Claims (6)

1.一种基于聚合物作动器的温度自动控制三通道球阀，其特征在于，包括三通道球阀阀体(1)、固定在三通道球阀阀体(1)上的固定杆(4)、位于三通道球阀阀体(1)内的V型球体(5)、用于实现通道与V型球体5密封连接的阀座连接件(16)、双通阀杆(7)、联通杆(15)和控制室；V型球体(5)一端与固定杆(4)活动连接，另一端与双通阀杆(7)固定连接；所述控制室包括与联通杆(15)、双通阀杆(7)一端固定连接的控制室箱盖(8)、固定在双通阀杆(7)底端的槽轮(9)、控制室箱体(10)、绕设在槽轮(9)上的钢丝绳(11)、固定在控制室箱体(10)侧壁上的滑轨(12)、设置在滑轨(12)上的限位滑块(13)、位于联通杆(15)正下方的聚合物作动器(14)和复位弹簧(17)。复位弹簧(17)、钢丝绳(11)、限位滑块(13)、聚合物作动器(14)依次连接，复位弹簧(17)、聚合物作动器(14)的另一端分别与控制室箱体(10)固定连接。三通道球阀阀体(1)中作为流体出口的输出通道为逐渐变小的锥形结构，联通杆(15)的另一端固定在输出通道的侧边，三通道球阀阀体(1)通过联通杆(15)、双通阀杆(7)实现与控制室的联通。

2.根据权利要求1所述基于聚合物作动器的温度自动控制三通道球阀，其特征在于，当限位滑块(13)位于滑轨右侧时，V型球体(5)减少热流通道流量；当限位滑块(13)位于滑轨左侧时，V型球体(5)减少冷流通道流量。

3.根据权利要求1所述基于聚合物作动器的温度自动控制三通道球阀，其特征在于，双通阀杆(7)分别与V型球体(5)、槽轮(9)通过键槽连接。

4.根据权利要求1所述基于聚合物作动器的温度自动控制三通道球阀，其特征在于，所述聚合物作动器(14)由聚合物纤维加捻盘绕而成的螺旋状作动器。

5.根据权利要求4所述基于聚合物作动器的温度自动控制三通道球阀，其特征在于，所述聚合物纤维包括尼龙、聚乙烯、聚氯乙烯、碳纳米管等。

6.根据权利要求4所述基于聚合物作动器的温度自动控制三通道球阀，其特征在于，所述三通道球阀阀体(1)中作为流体出口的通道为锥形结构，锥形结构的大径和小径比值为d，且1.4<d<3。

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