CN111946884B - 一种旋转式换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转式换向阀，包括旋转阀芯和驱动部件，所述驱动部件包括阀杆，所述旋转阀芯包括第一流道，所述旋转阀芯的上端部包括槽部，所述槽部的侧壁包括大致平行的第一纵向侧面和第二纵向侧面，在所述旋转阀芯的横截面上，所述第一纵向侧面和所述第二纵向侧面的投影为平行的直线段，定义所述第一纵向侧面的投影与所述第二纵向侧面的投影的中心平行线为X‑X；所述第一流道的沿流体方向的中心轴线的投影线与所述旋转阀芯的投影轮廓线之间的交点为Y1、Y2，定义过Y1和Y2所确定的直线为Y1‑Y2，则满足，所述X‑X与所述Y1‑Y2之间的夹角在90°±8°范围，本发明给出的旋转式换向阀，减少了第一流道内的流体压力对阀杆的影响。

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

在流路控制系统中使用旋转式换向阀的产品较为普遍，如在大型商用制冷系统中，多采用旋转式换向阀来实现系统的切换。

应用中较常用的旋转式换向阀主要包括驱动部件、阀体部件及阀芯部件，阀芯部件设置于旋转式换向阀的阀腔，阀芯部件包括旋转阀芯，旋转阀芯中设置有流道；驱动部件包括阀杆，阀杆与传动结构连接，并与阀芯部件转动连接，能驱动阀芯部件转动。

由于流路控制系统的使用环境要求，旋转阀芯的流道内部的流体压力对旋转阀芯的作用力较大，所以，如何改善阀芯部件的设计结构，当旋转阀芯在受到流道内的流体压力作用时，减少阀杆受到旋转阀芯的压力影响，提高旋转式换向阀的换向可靠性，为本领域技术人员需要关注的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种旋转式换向阀，阀体部件，所述阀体部件包括第一流路端口、第二流路端口及第三流路端口；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；驱动部件，所述驱动部件包括阀杆，所述阀杆能够带动所述旋转阀芯周向转动，当所述旋转阀芯位于第一位置时，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，所述第三流路端口与所述第一流道不连通；当所述旋转阀芯位于第二位置时，所述第一流道连通所述第一流路端口与所述第三流路端口，所述第二流路端口与所述第一流道不连通，

所述旋转阀芯的上端部包括槽部，所述槽部的侧壁包括大致平行的第一纵向侧面和第二纵向侧面，所述阀杆的下端部包括与所述槽部配合的轴部，所述轴部的侧壁包括大致平行的第三纵向侧面和第四纵向侧面，所述第一纵向侧面与所述第三纵向侧面贴合或间隙配合，所述第二纵向侧面与所述第四纵向侧面贴合或间隙配合；

在所述旋转阀芯的横截面上，所述第一纵向侧面和所述第二纵向侧面的投影为平行的直线段，定义所述第一纵向侧面的投影与所述第二纵向侧面的投影的中心平行线为X-X；在所述旋转阀芯的横截面上，所述第一流道的沿流体方向的中心轴线的投影线与所述旋转阀芯的投影轮廓线之间的交点为Y1、Y2，定义过Y1和Y2所确定的直线为Y1-Y2，则满足，所述中心平行线X-X与所述直线Y1-Y2之间的夹角在90°±8°范围。

本发明给出的旋转式换向阀，通过对旋转阀芯的与阀杆配合的槽部的侧壁面与旋转阀芯的流道之间角度的优化设置，减少了流道内的流体压力对阀杆的影响，提高旋转式换向阀的换向可靠性。

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的结构示意图；

图2：图1旋转式换向阀在第一位置的A-A截面的剖视示意图；

图3：图1旋转式换向阀在第二位置的A-A截面的剖视示意图；

图4：图1旋转式换向阀在Q向(去除阀杆)的俯视图；

图5：图1旋转式换向阀中的旋转阀芯的立体结构示意图；

图6A：图5中阀芯部件与阀杆安装后，在过X-X轴线的中心截面上的局部剖示图；

图6B：图5中阀芯部件与阀杆安装后，在垂直于X-X轴线的中心截面上的局部剖示图；

图7：本发明给出的另一种旋转式换向阀的横截面剖视的示意图。

图1-7中标号说明：

100/100A-阀体部件；

110-阀腔、111-上腔、112-下腔；

101/101A-第一流路端口、102/102A-第二流路端口；

103/103A-第三流路端口、104-第四流路端口；

120-阀本体；

130-上端盖、140-下底座；

200/200A-阀芯部件；

210/210A-旋转阀芯；

211-阀芯本体部；

212/212A-第一阀口部，213-第二阀口部；

214-上轴部、215-下轴部；

216-圆周部、217-上端部；

260/260A-第一流道、270-第二流道；

280-槽部；

281-第一纵向侧面、282-第二纵向侧面；

283-第一横向侧面、284-第二横向侧面；

285-槽底面、290-台阶部；

300-驱动部件；

310-阀杆；

320-轴部；

321-第三纵向侧面、322-第四纵向侧面；

323-第三横向侧面、324-第四横向侧面；

325-轴底面；

330-齿轮减速机构、340-驱动电机；

410-上轴承、420-下轴承。

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为本发明给出的一种旋转式换向阀的结构示意图，图2为该旋转式换向阀在第一位置的A-A截面的剖视示意图，图3为该旋转式换向阀在第二位置的A-A截面的剖视示意图。

如图1、图2及图3所示。本实施例给出的旋转式换向阀具体作为四通换向阀，当然，本发明的技术方案，也可以应用于三通换向阀(如后述实施例)等。

在该实施例中，旋转式换向阀包括阀体部件100、阀芯部件200及驱动部件300。

阀体部件100包括阀本体120。在一般大型换向阀结构中，阀体部件100还包括上端盖130和下底座140。阀本体120的中间加工内孔作为阀腔110。阀本体120的周边设置有第一流路端口101、第二流路端口102、第三流路端口103及第四流路端口104。

阀芯部件200包括旋转阀芯210，旋转阀芯210大致呈圆柱状，设置于阀腔110中并将阀腔110分割成上腔111和下腔112，旋转阀芯210可周向旋转。

旋转阀芯210包括相互隔离的第一流道260和第二流道270。第一流道260向两端延伸并在旋转阀芯210的圆周部216形成第一阀口部212，第二流道270向两端延伸并在旋转阀芯210的圆周部216形成第二阀口部213。

驱动部件300一般包括驱动电机340和齿轮减速结构330。齿轮减速结构330的末端连接固定阀杆310，阀杆310与旋转阀芯210连接。驱动电机340带动齿轮减速结构330转动，使阀杆310带动旋转阀芯210周向转动。

当旋转阀芯210位于第一位置时(见图2所示)，第一流道260连通第一流路端口101与第二流路端口102，第二流道270连通第三流路端口103与第四流路端口104；当旋转阀芯210位于第二位置时(见图3所示)，第一流道260连通第一流路端口101与第三流路端口103，第二流道270连通第二流路端口102与第四流路端口104，实现系统的换向功能。

图5为旋转阀芯的立体结构示意图，图6A为该阀芯部件与阀杆安装后，在过X-X轴线的中心截面上的局部剖示图，图6B为该阀芯部件与阀杆安装后，在垂直于X-X轴线的中心截面上的局部剖示图。

如图5、图6A、图6B所示并参考图1和图3。在本实施例中，旋转阀芯210大致为圆柱状结构，包括中间阀芯本体部211、上轴部214和下轴部215。两个第一阀口部212和两个第二阀口部213开设在阀芯本体部211的圆周部216，并两个第一阀口部212相对于旋转阀芯210的中心轴线对称分布，两个第一阀口部212的投影线相对与于中心平行线X-X对称设置；两个第二阀口部213相对于旋转阀芯210的中心轴线对称分布，第二阀口部213的投影线相对于所述中心平行线X-X对称设置。

上轴部214设置在旋转阀芯210的上端部217，包括槽部280，在槽部280与上端面之间具有台阶部290。下轴部215设置在旋转阀芯210的下端部。阀体部件100的上端盖130与上轴部214之间设置有上轴承410，阀体部件100的下底座140与下轴部215之间设置有下轴承420，使旋转阀芯210可以在阀腔中相对于阀本体120周向转动。

齿轮减速机构330的输出端与阀杆310固定连接。阀杆310的下端部包括轴部320。轴部320插入到槽部280，使阀杆310能够带动旋转阀芯210转动。

槽部280大致为长方型凹槽结构，包括相互平行的第一纵向侧面281和第二纵向侧面282，以及连接两纵向侧面的第一横向侧面283及第二横向侧面284；同样，轴部320大致为方型轴结构，包括相互平行的第三纵向侧面321和第四纵向侧面322，以及连接两纵向侧面的第三横向侧面323及第四横向侧面324。在槽部280的纵向(见图6B)，第一纵向侧面281与第三纵向侧面321贴合(也可以间隙配合)，第二纵向侧面282与第四纵向侧面322贴合(也可以间隙配合)；在槽部280的横向(见图6A)，第一横向侧面283与第三横向侧面323之间具有间隙，第二横向侧面284与第四横向侧面324之间具有间隙，槽部280的槽底面285与轴部320的轴底面325之间具有间隙。这样，阀杆310能够驱动旋转阀芯210转动的同时，在受到纵向外力的作用下，阀杆310的轴部320可以相对于旋转阀芯210槽部280沿纵向面滑动。

可以理解的是，本实施例中，“第一横向侧面283与第三横向侧面323之间具有间隙，及第二横向侧面284与第四横向侧面324之间具有间隙”，是基于“轴部320可以相对于槽部280沿纵向面滑动”，所以此“间隙”的目的是为了有避让的空间，具体根据旋转阀芯210受力可能的最大位移量，来设计“间隙”最小距离值。

同样可以理解的是，如果第一纵向侧面281与第三纵向侧面321间隙配合，第二纵向侧面282与第四纵向侧面322间隙配合，由于旋转阀芯210相对于阀本体120之间设置密封件，为柔性配合关系，在阀杆310转动初期，旋转阀芯210受到力的影响先相对于阀本体120移动，使第一纵向侧面281与第三纵向侧面321贴合，或第二纵向侧面282与第四纵向侧面322贴合，阀杆310再带动旋转阀芯210转动。

图4为旋转式换向阀在Q向(去除驱动部件后)的俯视图。

如图4所示并参考图2和图3。在该实施例中，第一流道260的沿流体方向的横截面大致为等径的圆形。旋转阀芯210在横截面上(如图2和图3)，第一流道260的中心轴线的投影为圆弧线Y-Y，旋转阀芯260的投影轮廓线大致为圆形并在阀口处呈直线段，圆弧线Y-Y与旋转阀芯260的投影轮廓线相交于Y1点和Y2点，则定义过两Y1点Y2点的直线为Y1-Y2。

在旋转阀芯210的横截面上(如图2和图3)，旋转阀芯210的第一纵向侧面281的投影为直线段W1，第二纵向侧面282的投影为直线段W2，W1与W2平行。如定义直线段W1与W2的中心平行线为X-X。则满足中心平行线X-X与直线Y1-Y2之间所夹角θ在90°±8°范围内。

上述设置的有益意之处在于，旋转阀芯210的第一流道260内的流体介质向旋转阀芯210流道内壁施加压力。由于第一流道260向阀芯内的壁面的面积大于向阀芯外的壁面的面积，所以在旋转阀芯210在横截面上，合力F的方向垂直于Y1-Y2直线的方向。由于阀杆310能够驱动旋转阀芯210转动的同时，在受到纵向外力的作用下，阀杆310的轴部320可以相对于旋转阀芯210槽部280沿纵向面滑动。所以当中心平行线X-X与直线Z-Z垂直，旋转阀芯210受到该合力F时，会有相对于阀杆310滑动的趋势，不会将F力传递到阀杆310的轴部320，所以阀杆310不会受阀芯流道的流体压力而卡死或转动不顺的问题。

考虑到安装和加工误差，为优化设计中心平行线X-X与直线Z-Z的垂直角度的偏差控制在±8°范围，本领域的技术人员应该理解，中心平行线X-X与直线Z-Z之间的夹角越接近90°，阀杆310的轴部320受阀芯流道的流体压力就越小。

通过上述阀芯部件的改善设计，减少了流体压力对驱动部件与阀芯部件之间转动配合关系的影响，提高旋转式换向阀的换向可靠性。

可以理解的是，实施例中，为便于安装及考虑加工误差，可以只设置第一纵向侧面281与第三纵向侧面321相贴合关系，或第二纵向侧面282与第四纵向侧面322相贴合关系。

因为旋转阀芯210的流道内的流体压力越高，产生的F力就越大，作为技术方案的进一步延伸，旋转式换向阀的第一流路端口101为高压流体介质的进口端，第四流路端口104为低压流体介质的进口端，则相对于背景技术而言，其改善效果更好。

图7为本发明给出的另一种旋转式换向阀的横截面剖视的示意图。与前述技术方案不同点在于，在该技术方案中，旋转式换向阀作为三通换向阀结构。

如图7所示。阀体部件100A设置第一流路端口101A、第二流路端口102A和第三流路端口103A；旋转阀芯210A包括第一流道260A，第一流道260A向两端延伸形成第一阀口部212A。当旋转阀芯210A位于第一位置时，第一流道260A连通第一流路端口101A与第二流路端口102A；当旋转阀芯210A位于第二位置时，第一流道260A连通第一流路端口101A与第三流路端口103A，实现系统的换向功能。

同样，该技术方案中，在横截面上，第一流道260A的中心轴线投影为圆弧线Y-Y，旋转阀芯210A的投影轮廓线为大致为圆形并在阀口处呈直线，圆弧线Y-Y与旋转阀芯210A的投影轮廓线相交于Y3点和Y4点，则定义过Y3点Y4点的直线为Y3-Y4。

在旋转阀芯210A的横截面上(如图2和图3)，旋转阀芯210A槽部的两侧面的投影线段的中心平行线为X1-X1。满足直线X1-X1与直线Y3-Y4之间所夹角θ在90°±8°范围。该技术方案具有与前述技术方案的有益效果，在此不再赘述。

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 (7)

1.一种旋转式换向阀，包括：

阀体部件，所述阀体部件包括第一流路端口、第二流路端口及第三流路端口；

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；

驱动部件，所述驱动部件包括阀杆，所述阀杆能够带动所述旋转阀芯周向转动，当所述旋转阀芯位于第一位置时，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，所述第三流路端口与所述第一流道不连通；当所述旋转阀芯位于第二位置时，所述第一流道连通所述第一流路端口与所述第三流路端口，所述第二流路端口与所述第一流道不连通，

其特征在于，所述旋转阀芯的上端部包括槽部，所述槽部的侧壁包括大致平行的第一纵向侧面和第二纵向侧面，所述阀杆的下端部包括与所述槽部配合的轴部，所述轴部的侧壁包括大致平行的第三纵向侧面和第四纵向侧面，所述第一纵向侧面与所述第三纵向侧面贴合或间隙配合，所述第二纵向侧面与所述第四纵向侧面贴合或间隙配合；

在所述旋转阀芯的横截面上，所述第一纵向侧面和所述第二纵向侧面的投影为平行的直线段，定义所述第一纵向侧面的投影与所述第二纵向侧面的投影的中心平行线为X-X；在所述旋转阀芯的横截面上，所述第一流道的沿流体方向的中心轴线的投影线与所述旋转阀芯的投影轮廓线之间的交点为Y1、Y2，定义过Y1和Y2所确定的直线为Y1-Y2，则满足，所述中心平行线X-X与所述直线Y1-Y2之间的夹角在90°±8°范围；

所述槽部的侧壁还包括第一横向侧面和第二横向侧面，所述第一横向侧面和第二横向侧面连接所述第一纵向侧面与所述第二纵向侧面；所述轴部的侧壁还包括第三横向侧面和第四横向侧面，第三横向侧面和第四横向侧面连接所述第三纵向侧面与所述第四纵向侧面，所述第一横向侧面与所述第三横向侧面间隙配合，所述第二横向侧面与所述第四横向侧面间隙配合，所述轴部能够沿所述第一纵向侧面和/或所述第二纵向侧面进行滑动。

2.如权利要求1所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述阀体部件还包括第四流路端口，所述旋转阀芯还包括第二流道，当所述旋转阀芯位于第一位置时，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；当所述旋转阀芯位于第二位置时，所述第二流道连通所述第二流路端口与所述第四流路端口。

3.如权利要求2所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述第一流道的两端向所述旋转阀芯的圆周部延伸形成两个第一阀口部；所述第二流道的两端向所述旋转阀芯的圆周部延伸形成两个第二阀口部，在所述旋转阀芯的横截面上，所述两个第一阀口部的投影线相对于所述中心平行线X-X对称设置，所述两个第二阀口部的投影线相对于所述中心平行线X-X对称设置。

4.如权利要求1-3任一项所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述中心平行线X-X与所述直线Y1-Y2垂直设置。

5.如权利要求4所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述第一流路端口为高压流体介质的进口端。

6.如权利要求5所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述驱动部件包括驱动电机和齿轮减速机构，所述驱动电机与所述齿轮减速机构转动连接，所述齿轮减速机构的输出轴作为所述阀杆。

7.如权利要求6所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述阀体部件包括阀本体、上端盖、下底座，所述旋转阀芯包括阀芯本体部、上轴部、下轴部，所述槽部设置在所述上轴部，所述上轴部与所述上端盖之间设置有上轴承，所述下轴部与所述下底座之间设置有下轴承。