CN111219500B - 一种燃气调节阀 - Google Patents
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Abstract
一种燃气调节阀，包括阀体、阀杆、阀芯和驱动装置，阀体设有阀腔、进气通道、内环出气通道以及外环出气通道；阀杆与阀芯联动，阀芯能移动地设于阀体的阀腔内并能调节内环出气通道和外环出气通道的流量；驱动装置设有输出轴，该输出轴与阀杆相连而带动阀芯在阀腔内轴向移动，还包括第一压缩弹簧和第二压缩弹簧，第二压缩弹簧的弹性系数大于第一压缩弹簧的弹性系数。通过设置第一压缩弹簧，使得阀杆和阀芯之间为软连接，相比现有技术中通过驱动机构的输出轴的过量行程来挤压阀芯形成密封，本发明中通过第一压缩弹簧和第二压缩弹簧的作用，来形成密封，第一压缩弹簧对阀芯的破坏较小，从而不易因阀芯被破坏而影响密封，安全性高。
Description
技术领域
本发明涉及燃气流量控制技术领域，具体涉及一种燃气调节阀。
背景技术
燃气灶的智能化控制是现代厨电研究的大趋势。一方面，如何对燃气灶实现火力精准、稳定的控制，是燃气灶具研究的重要方向。另一方面，随着人们对厨房空间利用率要求的提高，嵌入式、扁平化以及超薄概念的灶具对燃气阀体系统也提出了更高的要求。
现有的燃气灶设有电控阀，主要是步进电机驱动的旋塞阀，例如专利号为ZL201220184529.X(授权公告号为：CN202597769U)的中国实用新型专利《一种燃气灶的燃气智能控制阀》。另外，还有带皮膜的比例阀，例如专利号ZL201620228950.4(授权公告号为CN205425046U)的中国实用新型专利《燃气灶》。但是旋转步进电机驱动的旋塞阀，具有机械回差大，零位难确定，体积大等缺点。带皮膜的比例阀具有小火稳定性差，有异音，以及体积大的问题，需要持续供电，耗电量大，线圈温升高。
还如专利号为ZL201210139154.X(授权公告号为：CN103375609B)的中国发明专利《燃气灶及其燃气流量控制装置》，包括驱动装置、阀体、第一阀杆、第二阀杆、第一阀芯、第二阀芯、第一复位装置、第二复位装置；阀体包括进气口、第一出气口、第二出气口；驱动装置，用于直接或间接打开自进气口流入的燃气流向第一出气口的气流通道；驱动装置，还用于直接或间接打开自进气口流入的燃气流向第二出气口的气流通道。但该专利具有以下不足。
第一，由于第一阀杆和第一阀芯之间为硬连接，通过第一阀杆带动第一阀芯向左运动过量的行程来实现密封；这样对第一阀芯的破坏很大，时间久了会影响安全性。
第二，如果驱动装置的输出轴在向左运动过程中出现丢步(第一阀芯应该向左运动，但实际第一阀芯没有向左运动)的情况下，也会导致第一阀芯密封不紧，进而容易漏气。
第三，通过第一阀杆和第一阀芯的配合，调节精度比较低，不能很好地满足燃气灶小火调节的精度要求。
第四，没有解决步进电机阀(由步进电机驱动的阀)的流量回差大的问题。步进电机阀最大的误差在于步进电机内部的螺杆和转子之间的机械误差，机械误差可以达到0.2mm，相当于步进电机的8步，是比较大的误差，会导致步进电机阀的流量回差很大(步进电机阀的流量回差即开阀度由小到大，再由大到小，同一个位置点对应的流量的偏差)。流量回差是衡量电控阀体性能的一个重要指标，流量回差越小，对应的阀调节精度就越高，表现为燃气灶使用过程中火力越稳定。如何减小流量回差，在需要精准温度调节的电控燃气灶中是重要的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术，提供一种对阀芯破坏小且密封效果好的燃气调节阀。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种燃气调节阀，包括阀体、阀杆、阀芯和驱动装置，阀体设有阀腔、进气通道、内环出气通道以及外环出气通道，进气通道、内环出气通道以及外环出气通道均能连通阀腔和外界；阀杆与阀芯联动，阀芯能移动地设于阀体的阀腔内并能调节内环出气通道和外环出气通道的流量；驱动装置设有输出轴，该输出轴与阀杆相连而带动阀芯在阀腔内轴向移动，其特征在于：所述燃气调节阀还包括均位于阀体的阀腔内的第一压缩弹簧和第二压缩弹簧，第一压缩弹簧的一端与阀芯下端相抵，第一压缩弹簧的另一端与阀杆相抵，第二压缩弹簧的一端与阀芯相抵，第二压缩弹簧的弹性系数大于第一压缩弹簧的弹性系数。
为了密封，所述阀芯朝向阀杆的一侧设有密封垫。
为了便于限位第一压缩弹簧，所述阀芯朝向阀杆的一侧设有凸柱，第一压缩弹簧的一端套设在该凸柱外周。
为了便于限位第二压缩弹簧，所述内环出气通道内设有接头，该接头具有中空结构而连通内环出气通道和外界，第二压缩弹簧的另一端与该接头相抵。
驱动装置可以有多种结构，优选地，所述驱动装置为直线步进电机，该直线步进电机的输出轴与阀杆相连。第一压缩弹簧始终给直线步进电机的输出轴一个远离阀芯的力，用来消除直线步进电机内的螺杆和步进电机转子之间的机械误差，从而达到减小该燃气调节阀的流量回差的问题，从而提高该调节阀的调节精度，提高火力的稳定性。直线步进电机与输出轴做旋转运动的步进电机不同，直线步进电机内部用螺纹丝杆将转子的旋转运动转变为丝杆轴的直线运动，从而可以通过直线步进电机输出轴进行轴向运动来节流，而不用使用机械阀的旋塞结构来实现节流，节省了阀体空间，且不会出现旋塞阀密封脂堵的情况，也避免了下进气气压过大造成漏气的风险。直线步进电机驱动的燃气调节阀，采用电脉波来控制行程，不需要持续供电，相对于比例阀来说，耗电量小、且线圈不会温度过高。
为了熄火保护，所述燃气调节阀还包括设置在阀体的阀腔内的总开关电磁阀，进气通道设有进气阀口，所述总开关电磁阀能遮蔽或打开进气通道的进气阀口。当热电偶未检测到火焰时，总开关电磁阀遮蔽进气通道的进气阀口，燃气无法进入内环出气通道或外环出气通道，可阻止燃气泄露。当热电偶检测到火焰时，总开关电磁阀打开，燃气可以顺利地从进气通道进入内环出气通道或外环出气通道。
为了熄火保护，所述燃气调节阀还包括设置在阀体的阀腔内的外环开关电磁阀，外环出气通道设有外环出气阀口，所述外环开关电磁阀能遮蔽或打开外环出气通道的外环出气阀口。同样地，当热电偶未检测到火焰时，外环开关电磁阀遮蔽外环出气通道的外环出气阀口，燃气无法进入外环出气通道，可阻止燃气泄露。当热电偶检测到火焰时，外环开关电磁阀打开，燃气可以顺利地进入外环出气通道。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过设置第一压缩弹簧，使得阀杆和阀芯之间为软连接，相比现有技术中通过驱动机构的输出轴的过量行程来挤压阀芯形成密封，本发明中通过第一压缩弹簧和第二压缩弹簧的作用，来形成密封，第一压缩弹簧对阀芯的破坏较小，从而不易因阀芯被破坏而影响密封，安全性高。
附图说明
图1为本发明实施例的示意图；
图2为图1的剖视图；
图3为图2中局部A的放大图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1～图3所示，该燃气调节阀包括阀体1、阀杆2、阀芯3和驱动装置5，阀体1设有阀腔、进气通道11、内环出气通道12以及外环出气通道13，进气通道11、内环出气通道12以及外环出气通道13均能连通阀腔和外界；阀杆2与阀芯3联动，阀芯3能移动地设于阀体1的阀腔内并能调节内环出气通道12和外环出气通道13的流量；驱动装置5设有输出轴51，该输出轴51与阀杆2相连而带动阀芯3在阀腔内轴向移动，燃气调节阀还包括均位于阀体1的阀腔内的第一压缩弹簧6和第二压缩弹簧7，第一压缩弹簧6的一端与阀芯3下端相抵，第一压缩弹簧6的另一端与阀杆2相抵，第二压缩弹簧7的一端与阀芯3相抵，第二压缩弹簧7的弹性系数大于第一压缩弹簧6的弹性系数。
阀芯3朝向阀杆2的一侧设有凸柱31，第一压缩弹簧6的一端套设在该凸柱31外周。内环出气通道12内设有接头14，该接头14具有中空结构而连通内环出气通道12和外界，第二压缩弹簧7的另一端与该接头14相抵。
上述阀芯3朝向阀杆2的一侧设有密封垫4。
上述驱动装置5为直线步进电机，该直线步进电机的输出轴51与阀杆2相连。
本实施例中，燃气调节阀还包括设置在阀体1的阀腔内的总开关电磁阀8，进气通道11设有进气阀口，总开关电磁阀8能遮蔽或打开进气通道11的进气阀口。
本实施例中，燃气调节阀还包括设置在阀体1的阀腔内的外环开关电磁阀9，外环出气通道13设有外环出气阀口，外环开关电磁阀9能遮蔽或打开外环出气通道13的外环出气阀口。
初始状态下，阀芯3在第一压缩弹簧6的作用力、第二压缩弹簧7的作用力、进气压力以及阀口对应的阀体1内壁的支持力下，保持稳定并遮蔽阀口。此时，
F1+F2+F3＝F4。
其中，F1为第一压缩弹簧6的作用力，F2为进气压力，F3为阀口对应的阀体1内壁的支持力，F4为第二压缩弹簧7的作用力。
在调节过程中，第一压缩弹簧6和第二压缩弹簧7还能够提高直线步进电机的控制精度。例如，若此款直线步进电机的控制精度为0.025mm/步的精度，若节流孔增大到直径5mm的话，最小火的偏差会由于控制精度不够，很难调节到400W以下。为了解决这个问题，本实施例使用了不同弹性系数的第一压缩弹簧6和第二压缩弹簧7，在调节过程中，直线步进电机的输出轴51每向阀芯3方向调节一步，阀芯3就会在第一压缩弹簧6和第二压缩弹簧7的共同作用下向远离直线步进电机的输出轴51的方向运动。
阀芯3刚脱离阀口时：
F1+F2＝F4
即k1*x1+F2＝k2*x2 (1)
其中k1，k2分别为第一压缩弹簧6和第二压缩弹簧7的弹性系数，x1为第一压缩弹簧6的的压缩量，x2为第二压缩弹簧7的压缩量。
当直线步进电机向右运动0.025mm时,
k1*(x1+Δx1)+F2＝k2*(x2+Δx2) (2)
其中，Δx1、Δx2分别为第一压缩弹簧6和第二压缩弹簧7随直线步进电机向阀芯3运动的压缩量；
第一压缩弹簧6和第二压缩弹簧7的总压缩量之和为直线步进电机向阀芯3运动的位移量：
Δx1+Δx2＝0.025 (3)
由(1)、(2)、(3)得到阀芯3的位移量为：
Δx2＝0.025*k1/(k1+k2)
相当于按k1/(k1+k2)的比例缩小了位移量，也就提高了燃气调节阀的控制精度，使得最小火负荷能够调节到400W以下，且不影响大火负荷。
本实施例的燃气调节阀，使用原理如下：
需要进气时，步进直线电机的输出轴51朝阀芯3运动，在第一压缩弹簧6和第二压缩弹簧7的作用下，阀芯3朝上运动而打开阀口，燃气从进气通道11进入后流通至内环出气通道12、外环出气通道13，给燃气灶供气。
不需要进气时，步进直线电机的输出轴51远离阀芯3方向运动，在第一压缩弹簧6和第二压缩弹簧7的作用下，阀芯3处于遮蔽阀口的状态。输出轴51连接阀杆2，阀杆2与阀芯3之间通过第一压缩弹簧6实现软连接，第一压缩弹簧6对阀芯3的破坏比较小，从而不易因阀芯3被破坏而影响密封。通过第一压缩弹簧6和第二压缩弹簧7的配合，直线步进电机即使丢步也能使阀芯3密封良好，调节精度高，流量回差较小。
Claims (7)
1.一种燃气调节阀，包括阀体(1)、阀杆(2)、阀芯(3)和驱动装置(5)，阀体(1)设有阀腔、进气通道(11)、内环出气通道(12)以及外环出气通道(13)，进气通道(11)、内环出气通道(12)以及外环出气通道(13)均能连通阀腔和外界；阀杆(2)与阀芯(3)联动，阀芯(3)能移动地设于阀体(1)的阀腔内并能调节内环出气通道(12)和外环出气通道(13)的流量；驱动装置(5)设有输出轴(51)，该输出轴(51)与阀杆(2)相连而带动阀芯(3)在阀腔内轴向移动，其特征在于：所述燃气调节阀还包括均位于阀体(1)的阀腔内的第一压缩弹簧(6)和第二压缩弹簧(7)，第一压缩弹簧(6)的一端与阀芯(3)下端相抵，第一压缩弹簧(6)的另一端与阀杆(2)相抵，第二压缩弹簧(7)的一端与阀芯(3)上端相抵，第二压缩弹簧(7)的弹性系数大于第一压缩弹簧(6)的弹性系数。
2.根据权利要求1所述的燃气调节阀，其特征在于：所述阀芯(3)朝向阀杆(2)的一侧设有密封垫(4)。
3.根据权利要求1所述的燃气调节阀，其特征在于：所述阀芯(3)朝向阀杆(2)的一侧设有凸柱(31)，第一压缩弹簧(6)的一端套设在该凸柱(31)外周。
4.根据权利要求1所述的燃气调节阀，其特征在于：所述内环出气通道(12)内设有接头(14)，该接头(14)具有中空结构而连通内环出气通道(12)和外界，第二压缩弹簧(7)的另一端与该接头(14)相抵。
5.根据权利要求1所述的燃气调节阀，其特征在于：所述驱动装置(5)为直线步进电机，该直线步进电机的输出轴(51)与阀杆(2)相连。
6.根据权利要求1所述的燃气调节阀，其特征在于：所述燃气调节阀还包括设置在阀体(1)的阀腔内的总开关电磁阀(8)，进气通道(11)设有进气阀口，所述总开关电磁阀(8)能遮蔽或打开进气通道(11)的进气阀口。
7.根据权利要求1所述的燃气调节阀，其特征在于：所述燃气调节阀还包括设置在阀体(1)的阀腔内的外环开关电磁阀(9)，外环出气通道(13)设有外环出气阀口，所述外环开关电磁阀(9)能遮蔽或打开外环出气通道(13)的外环出气阀口。
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