CN111379864A - 一种流量控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流量控制阀，包括阀体部件、阀座部件及阀芯部件；所述阀芯部件包括本体部、第一环状部、第二环状部和密封环，所述阀座部件包括环状凸出部，当所述环状凸出部与所述密封环抵接时，所述第一环状部的内壁与所述环状凸出部的外壁能够间隙配合，和/或所述第二环状部的外壁与所述环状凸出部的内壁能够间隙配合，定义所述第一环状部的内壁与所述环状凸出部的外壁间隙配合时的最小间隙为X₁，定义所述第二环状部的外壁与所环状凸出部的内壁间隙配合时的最小间隙为X₂，则X₁﹤1mm，X₂﹤1mm。本发明的流量控制阀，能够改善流量控制阀的动作可靠性。

Description

一种流量控制阀

技术领域

本发明涉及流体控制技术领域，具体涉及一种流量控制阀。

背景技术

流量控制阀能够作为制冷系统的重要部件，工作过程一般为，阀芯部件在驱动部件的带动下，相对于阀口部轴向移动以打开、关闭流量控制阀或调节流量控制阀的流量。流量控制阀的动作可靠性是本领域技术人员一直关注并不断进行改善的课题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种流量控制阀，能够改善流量控制阀的动作可靠性。

本发明所公开的流量控制阀包括阀体部件、阀座部件及阀芯部件；所述阀体部件与所述阀座部件固定连接，所述阀芯部件设置于所述流量控制阀的阀腔，所述阀芯部件包括本体部、第一环状部、第二环状部和密封环，所述本体部大致呈圆筒状，所述第一环状部及所述第二环状部设置于所述本体部下方，所述密封环设置于所述第一环状部与所述第二环状部之间，所述阀座部件包括环状凸出部；

所述阀芯部件能够相对于所述环状凸出部轴向移动以使所述密封环与所述环状凸出部抵接或分离，当所述环状凸出部与所述密封环抵接时，所述第一环状部的内壁能够与所述环状凸出部的外壁间隙配合，和/或所述第二环状部的外壁能够与所述环状凸出部的内壁间隙配合，定义所述第一环状部的内壁与所述环状凸出部的外壁间隙配合时的最小间隙为X₁，定义所述第二环状部的外壁与所环状凸出部的内壁间隙配合时的最小间隙为X₂，则X₁﹤1mm，X₂﹤1mm。

本发明所提供的流量控制阀，定义第一环状部的内壁与环状凸出部的外壁间隙配合时的最小间隙为X₁，定义第二环状部的外壁与环状凸出部的内壁间隙配合时的最小间隙为X₂，则X₁﹤1mm，X₂﹤1mm，能够改善流量控制阀的动作可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的流量控制阀在某一开阀状态下的结构示意图；

图2为图1所示流量控制阀在关阀时的结构示意图；；

图3为图1中流量控制阀的阀芯部件的阀芯与内衬套配合的示意图；

图4所示为图2中流量控制阀刚打开时I₁处的局部放大图；

图5所示为流量控制阀刚打开时阀芯在密封环线两侧受力面积示意图；

图6A所示为图1中I₂处的局部放大图；

图6B所示为图1中I₂处变形例的局部放大图。

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。

这里需要说明的是，本文中所涉及的上和下等方位词是以零部件位于说明书附图中所示位置时定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，本文所采用的方位词不应限制本申请请求保护的范围。

本文中所述的“轴向”是指沿纸面的自上而下或自下而上的方向，也即相当于磁转子的轴向；本文中所述的“径向”是指与轴向垂直的方向。本文中的“一体”指由一个零件加工而成，而非两个或两个以上零件组装或固定而成。

图1为本发明提供的流量控制阀在某一开阀状态的结构示意图，图2为图1所示流量控制阀在关阀时的结构示意图，，图3为图1中流量控制阀的阀芯部件的阀芯与内衬套配合的示意图，，图4所示为图2中流量控制阀刚打开时I₁处的局部放大图，图5所示为流量控制阀刚打开时阀芯在密封环线两侧受力面积示意图，图6A所示为图1中I₂处的局部放大图，图6B所示为图1中I₂处变形例的局部放大图。

如图1至图2所示，本方案的流量控制阀包括阀芯部件10、阀座部件20、传动部件30、阀体部件40、导向部件60及线圈部件70。阀体部件40与阀座部件20固定连接，阀芯部件10设置于流量控制阀的阀腔，阀芯部件10包括本体部111、第一环状部112、第二环状部113和密封环13，本体部111大致呈圆筒状。第一环状部112及第二环状部113设置于本体部111的下方，密封环13设置于第一环状部112与第二环状部113之间。阀座部件20包括环状凸出部211。

具体地：

阀体部件40包括阀本体41和阀罩体42，二者焊接固定连接。线圈部件70套设在阀罩体42的外周并通过支架44与阀体部件40固定连接。

阀本体41大致为筒状结构，阀本体41包括第一流体端口419，第一接管43与第一流体端口419连通并焊接固定在第一流体端口419的内壁。阀罩体42与阀本体41的中筒部的外壁焊接固定，可以理解的是，阀罩体42也可以通过焊接接头间接的固定在阀本体41上。以下其他部件的焊接手段也可以采用间接的固定方法，，在此不再赘述。

如图1和图2所示，传动部件30设置于流量控制阀的阀腔中，传动部件30包括磁转子34、连接片35、螺纹杆31及螺纹套32。磁转子34设置于阀罩体42内，磁转子34通过连接片35与螺纹杆31固定连接，螺纹杆31的下端部与螺纹套32螺纹配合。螺纹杆31与阀体部件40在轴向基本不发生相对位移，磁转子34又与螺纹杆31固定连接，因此，磁转子34、螺纹杆31、阀体部件40、线圈部件70之间在轴向基本不发生相对位移，螺纹套32包括支撑阀芯部件10以带动阀芯部件10轴向向上移动的径向凸出部321，工作过程中，当磁转子34在线圈部件70的驱动力作用下转动时，螺纹杆31随磁转子34一起周向转动，螺纹杆31的周向转动又转化为螺纹套32的轴向移动，螺纹套32带动阀芯部件10沿轴向移动，以打开流量控制阀。线圈部件70的驱动力不会随阀芯部件10的轴向移动而变化，对于同样大小的阀口，能够使用更小尺寸的电机，有利于产品小型化。

本实施例的流量控制阀，通过阀芯部件10与阀座部件20的配合调节流量控制阀的流量。如1和图2、图3所示，阀芯部件10包括上筒体12、大致圆筒状的阀芯11、内衬套16、连接上筒体12与阀芯11的连接件14。上筒体12为一体结构，上筒体12包括第一腔体2，上筒体12包括横弯部121，横弯部121的下端面部作为上止挡部。当然，根据本文公开的内容可以理解的是，上止挡部的形成方式不限于此，例如，在上筒体12上焊接一个上止挡件来形成上止挡部也是可以的。上止挡部的内缘形成第一轴向通孔15，第一轴向通孔15与第一腔体2连通。螺纹套32贯穿第一轴向通孔15设置，螺纹套32的径向凸出部321设置于第一腔体2中并能够与上筒体12的横弯部121配合。

上筒体12的外径大于阀芯11的外径，即，上筒体12比阀芯11粗。连接件14大体呈上粗下细的圆筒状结构，连接件的上端部朝向第一腔体2，连接件的上端部包括下止挡部。当阀芯部件10与密封环13抵接时，螺纹套32的下端部能够与下止挡部配合，限制螺纹套32继续下移。连接件14的下端部朝向阀芯11的第二腔体3(即阀芯的内腔)，连接件14具有第二轴向通孔4，连接件14的横截面呈圆环形。第二轴向通孔4与第一腔体2、第二腔体3连通。连接件14通过金属切削加工而成，包括上部、中部和下部，上部的外径大于中部的外径，中部的外径大于下部的外径。则在连接件14的外壁，，上部与中部形成台阶面朝下的第一定位台阶部，连接件14的中部和下部形成台阶面朝下的第二定位台阶部。上筒体12的内壁设置有台阶面朝下的内台阶部，上筒体12的下端设置有下压部，连接件14的上端与内台阶部抵接后，通过将下压部铆压至第一定位台阶部或与第一定位台阶部焊接完成上筒体12与连接件14的固定连接。阀芯11的上端套设在连接件14的下部的外周部并与连接件14的第二定位台阶部抵接后与连接件14的下部焊接固定。

阀芯11包括前述的本体部111和第一环状部112。内衬套16至少部分地设置于本体部111的轴向通孔，内衬套16与本体部111焊接固定连接，内衬套16包括第二环状部113。如此设置，，第一环状部112和第二环状部113分别由阀芯11和内衬套16形成，，加工方便，节省材料。更进一步地，阀芯部件10还包括过渡部114，，过渡部114的一端与阀芯11的本体部111连接，过渡部114的另一端与第一环状部112连接，过渡部114的内壁和过渡部114的外壁呈上小下大的锥面设置，更便于第一环状部112的加工，并利于流体作用于第一环状部112。

作为更进一步的设计方案，内衬套16包括大致呈直筒状的基部161和设置于基部161下方的缩径部162。基部161与阀芯11焊接固定。第一环状部112由基部161形成。缩径部162呈上大下小的环状(此处的上大下小，是指缩径部162带轴通孔的“V”形结构，上端开口的内径大于下端开口的内径)，这样，阀座体21的环状凸出部211能够与缩径部162的外壁配合以调节流量控制阀的流量。并且，当阀芯部件10轴向移动以与环状凸出部211配合时，缩径部162的设置还能够对阀芯部件10的轴向运动进行导向。可以理解的是，内衬套16也可以不设置缩径部，比如，内衬套16为直圆筒状，，在内衬套16的与环状凸出部211配合的部分可以开设适当形状的槽口，通过槽口与环状凸出部211的配合以调节流量控制阀的流量也是可行的。

密封环13大致呈带中通孔的圆环状，密封环13可以用非金属软性材料制成，例如，由塑料材料制成，易于保证与金属制成(本实施例中为钢板)的阀芯部件10之间的密封性能。更进一步的方案，为了便于安装、固定密封环13，并使密封环13不与阀芯11和内衬套16分离，内衬套16的基部161包括台阶面朝上的上台阶部1611，上台阶部1611与阀芯11之间包括环形空间1612，密封环13设置于环形空间1612并由上台阶部1611限制以防密封环13脱离环形空间1612。

根据前述结构设计可知，阀芯部件10包括平衡流路。阀腔416包括位于阀芯部件10的上方的上腔416A。当环状凸出部211与密封环13抵接时，上腔416A与第一流体端口419不连通，当环状凸出部211与密封环13抵接时，上腔416A与第二流体端口219通过平衡流路连通。该平衡流路包括内衬套16的内腔、第二腔体3、连接件14的第二轴向通孔4、第一腔体2、上筒体12的第一轴向通孔15。平衡流路的设置，有利于减小阀芯部件10受到的压力差。

如图1所示，为了保证阀芯部件10随螺纹套32轴向移动过程中不发生轴向偏移，在阀腔416内，在阀芯部件10的外周部设置有对阀芯部件10进行导向的导向部件60，导向部件60包括导向套61，导向套61与阀本体41的下筒部焊接固定。

具体设置时，导向套61为圆筒状结构，包括与上筒体12的外壁间隙滑动配合以对其进行导向的导向段和位于导向段下方的安装段。具体地，导向段的内壁作为导向面与上筒体12间隙配合对阀芯部件10进行导向。安装段用于限位密封构件63。导向段与安装段之间形成台阶面朝下的第一台阶部，安装段的内壁包括台阶面朝下的第二台阶部。

本实施例的流量控制阀，具有双向流通功能，即流体可以从第一接管43进入，从第二接管23流出(本文中简称为正向)，流体也可以从第二接管23进入，从第一接管43流出(本文中简称为反向)。在设计过程中，发明人发现，当流体正向流动时，有时存在关阀动作不良的情况，即出现环状凸出部211与密封环13不能接触的情况，尤其是在流量控制阀处于小开度(即开阀脉冲在阀全开脉冲20％以下)时，关阀不良反应更为明显。

为了改善这一情况，当环状凸出部211与密封环22抵接时，第一环状部112的内壁能够与环状凸出部211的外壁间隙配合，或第二环状部113的外壁能够与环状凸出部211的内壁间隙配合，或，第一环状部的内壁与环状凸出部211的外壁间隙配合且第二环状部113的外壁与环状凸出部211的内壁间隙配合，定义第一环状部112的内壁与环状凸出部211的外壁间隙配合时的最小间隙为X₁，定义第二环状部113的外壁与环状凸出部211的内壁间隙配合时的最小间隙为X₂，则X₁﹤1mm，X₂﹤1mm。如此设计，例如，当流量控制阀有流体自第一环状部112的内壁与环状凸出部211的外壁之间的间隙流过第二环状部的外壁与环状凸出部211的内壁之间的间隙时，利于使阀芯部件10受到的流体压力趋于平衡，减小阀芯部件10受到的压力差，改善流量控制阀的动作可靠性。

进一步地，阀芯11的本体部111的外径大于环状凸出部211的内径，本体部111的外径小于环状凸出部211的外径。阀芯部件10能够相对于环状凸出部211轴向移动以使密封环13与环状凸出部211抵接或分离。可以进一步改善阀芯的受力平衡。

图4所示为图2中流量控制阀I₁处的局部放大图，图5所示为流量控制阀刚打开时，图4中环状凸出部在密封环线两侧受力面积示意图。如图1－5所示，密封构件与本体部111的外壁的接触部位形成密封环线M，如此设计，定义本体部111的外壁M在水平方向的投影环线为N(即密封环线在水平方向的投影)，当流体正向流动，阀芯11处于图4所示位置时，阀芯部件10受到的流体压力F包括位于投影环线N内侧的方向向上的力F_↓和位于投影环线外侧的方向向下的力F₂。从第一接管43流入阀腔416内的流体的压强较高，以下简称为高压区P₁，压强为C兆帕。阀芯部件10的第三腔体3始终与第二接管43(即正向流动时的出口接管)连通，压强较低，以下称为低压区P₂，压强为A兆帕。可知，当流量控制阀应用于系统中时，其C与A的值基本不变。阀芯部件10的密封环13与环状凸出部211之间的区域P₃的压强为B兆帕，阀芯部件10在投影环线N外侧的受力面积为S₁，阀芯11在投影环线N内侧的受力面积为S₂，则阀芯部件10受到的流体压力F＝F_↑+F_↓＝(B-A)*S₁+(C-B)*S₂。

当环状凸出部211的外壁与外衬套25的内壁之间的最小间隙X₂过大时，C与B值接近相等，则B值肯定大于A值，则阀芯11受到的流体压力差F＝(B-A)*S₁﹥0，受力方向向上，即阀芯部件10受到流体向上的力的作用而不利于关阀动作。因此，为了使阀芯部件10的投影环线N两侧受到的流体压力接近相等，使阀芯11受到的流体压力的合力趋于0，以尽量实现阀芯部件10受到的流体压力平衡，则F＝F_↑+F_↓＝(B-A)*S₁+(C-B)*S₂应趋于0。而在流量控制阀组装后，阀芯部件10的尺寸即固定了，相应地S₁和S₂的尺寸即固定。而系统中C值和A值也基本不变或变化很小，此时，为了使阀芯11的受力F趋于0，只能通过调节B值的大小实现。为了调节B值的大小，可以通过调节环状凸出部211的内壁与内衬套24的外壁之间的最小间隙X₂的大小来控制二者之间的流通面积来实现。若X₂增大，则B值相应增大，X₁相应减小，反之，若X₂减小，则B值相应减小，X₁相应增大。环状凸出部211的外壁与外衬套25的内壁之间的最小间隙X₂越大，B值越接近C值直至与C值接近，而B值越大越不利于流量控制阀的关阀动作，因此，X₂不能过大，控制在X₂＜1mm，X₂也不能过小，X₂过小，则阀芯11下移过程中，外衬套25可能对阀芯11产生干涉，因此可以控制X₂＞0.05mm。为了避免内衬套24与阀芯11产生干涉，可控制X₁＞0.05mm，

本实施例的流量控制阀，通过上述结构设计，当流体正向流动时，能够在不改变阀芯部件10的结构及尺寸的情况下，通过对X₁、X₂的尺寸调节来调节阀芯部件101受到的压差力，能够减小阀芯部件10受到的压差力以改善阀芯部件10的关阀可靠性，提高流量控制阀的动作性能。

为了进一步保证密封性能，环状凸出部211的端面部1121为如图6A中所示的纵截面轮廓大致呈圆弧状，阀芯11的本体部111的外壁在水平方向的投影环线N与端面部1121的顶端所在的环线大致重合。相当于本体部111的外壁若向下延长，其能够与端面部1121的顶端所在的环形线大致重合，使阀芯部件10的下端部受到流体的压力差尽可能地小，使开阀和关阀时动作更加顺畅、易于实现。

作为替代方案，如图6B所示，环状凸出部211的端面部1121’为趋于密封环13方向直径渐小的(即上大下小)圆台状结构时，阀芯11的本体部111的外壁在水平方向的投影环线N与密封环13与环状凸出部211的接触密封面的中心环线大致重合。

下面以流体从第一接管43流入，从第二接管23流出为例进行说明。磁转子34在线圈部件70的驱动下，或顺时针转动也可以逆时针转动，从而带动螺纹套32沿轴向移动。可以设定磁转子34顺时针转动时阀芯部件10趋于密封环22移动，磁转子34逆时针转动时阀芯部件10远离密封环22移动。当流量控制阀处于图1所示的全开状态时，对线圈部件70通电使磁转子34顺时针转动，磁转子34的周向转动通过螺纹杆31转化为螺纹套32的轴向移动，从而由螺纹套32带动阀芯部件10下移使环状凸出部211与密封环13抵接，即，流量控制阀处于关阀的状态。在流量控制阀动作过程中，流量控制阀断电后，磁转子34的转矩通过螺纹杆31传递至螺纹套32和阀芯部件10，从而保持阀芯部件10的位置。

当需要开阀时，对线圈部件70通电，使磁转子34逆时针方向转动，螺纹套32的径向凸出部321与阀芯11的上止挡部抵接，从而螺纹套32能够带着阀芯部件10沿轴向向上移动，直至阀全开状态。

以上对本发明所提供的流量控制阀进行了详细介绍。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 (10)

1.一种流量控制阀，包括阀体部件、阀座部件及阀芯部件；所述阀体部件与所述阀座部件固定连接，所述阀芯部件设置于所述流量控制阀的阀腔，所述阀芯部件包括本体部、第一环状部、第二环状部和密封环，所述本体部大致呈圆筒状，所述第一环状部及所述第二环状部设置于所述本体部下方，所述密封环设置于所述第一环状部与所述第二环状部之间，所述阀座部件包括环状凸出部；；

所述阀芯部件能够相对于所述环状凸出部轴向移动以使所述密封环与所述环状凸出部抵接或分离，当所述环状凸出部与所述密封环抵接时，所述第一环状部的内壁与所述环状凸出部的外壁间隙配合，和/或所述第二环状部的外壁与所述环状凸出部的内壁间隙配合，定义所述第一环状部的内壁与所述环状凸出部的外壁间隙配合时的最小间隙为X₁，定义所述第二环状部的外壁与所环状凸出部的内壁间隙配合时的最小间隙为X₂，则X₁﹤1mm，X₂﹤1mm。

2.根据权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于，所述阀芯部件包括阀芯、内衬套，所述阀芯包括所述本体部和所述第一环状部，所述内衬套至少部分地设置于所述本体部的轴向通孔，所述内衬套与所述本体部固定连接，所述内衬套包括所述第二环状部。

3.根据权利要求2所述的流量控制阀，其特征在于，所述本体部的外径大于所述环状凸出部的内径，所述本体部的外径小于所述环状凸出部的外径，所述内衬套包括基部和设置于所述基部下方的缩径部，所述基部与所述本体部固定连接，所述缩径部呈上大下小的环状，所述环状凸出部能够与所述缩径部的外壁配合以调节所述流量控制阀的流量。

4.根据权利要求3所述的流量控制阀，其特征在于，所述基部包括台阶面朝上的上台阶部，所述上台阶部与所述阀芯之间包括环形空间，所述密封环至少部分地设置于所述环形空间，，所述上台阶部限制所述密封环脱离所述环形空间。

5.根据权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于，所述阀芯还包括过渡部，所述过渡部的一端与所述本体部连接，所述过渡部的另一端与所述第一环状部连接，所述过渡部的内壁和所述过渡部的外壁呈上小下大的锥面设置。

6.根据权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于，所述阀体部件包括第一流体端口，所述阀座部件包括第二流体端口，所述阀腔包括位于所述阀芯部件上方的上腔，所述阀芯部件包括平衡流路；当所述环状凸出部与所述密封环抵接时，所述上腔与所述第一流体端口不连通，所述上腔与所述第二流体端口通过所述平衡流路连通。

7.根据权利要求1-6任一项所述的流量控制阀，其特征在于，所述阀芯部件还包括上筒体、与所述上筒体和所述本体部固定连接的连接件；所述上筒体包括第一腔体，所述上筒体的上端包括第一轴向通孔，所述连接件包括第二轴向通孔，所述阀芯部件还包括第二腔体；所述平衡流路包括所述第二腔体、所述第二轴向通孔，所述第一腔体及所述第一轴向通孔。

8.根据权利要1－6任一项所述的流量控制阀，，其特征在于，还包括导向部件，所述导向部件包括导向套，所述导向套大致呈圆筒状，所述导向套与所述阀体部件固定连接；所述上筒体的外壁与所述导向套的内壁间隙滑动配合，所述上筒体的外径大于所述阀芯的外径，密封构件设置于所述导向套的内壁与所述本体部的外壁之间，所述密封构件与所述本体部的外壁的接触部位形成密封环线。

9.根据权利要求8所述的流量控制阀，其特征在于，所述密封环为塑料材质，所述环状凸出部包括朝向所述密封环的端面部，所述端面部的纵截面轮廓为圆弧状，所述密封环线与所述端面部的顶端所在的环线大致重合。

10.根据权利要求8所述的流量控制阀，其特征在于，所述密封环为塑料材质，所述环状凸出部包括朝向所述密封环的端面部，所述端面部为圆台状结构，所述端面部与所述密封环抵接的密封环面的中心环线与所述密封环线大致重合。

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