CN117917519A - 一种控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的控制阀，第一阀座包括第一环形台阶部，第一环形台阶部的台阶壁与阀体的内壁之间包括环形腔，第一密封座部分位于环形腔，在所述第一密封座的径向，所述第一环形台阶部的台阶壁和/或所述阀体的内壁能够限制所述第一密封座的位移。相比背景技术，简化了第一阀座的结构。

Description

一种控制阀

本发明要求于2022年10月21日提交中国专利局、申请号为202211296691.5、发明名称为“一种控制阀”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本发明中。

技术领域

本发明涉及流体控制技术领域，具体涉及一种控制阀。

背景技术

图1a为背景技术一种控制阀的局部剖面示意图；图1b为图1a中I处的放大示意图。

如图1所示，控制阀包括阀座01、阀球02和密封垫03。阀座01支撑密封垫03，密封垫03支撑阀球02，阀座01包括环形槽011，密封垫03部分嵌入环形槽011进行限位。该结构的阀座01在加工时，需要先车加工出台阶012，再通过槽刀加工出环形槽011。该结构的阀座为本领域技术人员提供了改善课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制阀，包括阀体、第一阀座、第一密封座和阀芯，所述阀体与所述第一阀座固定连接，所述第一密封座呈圆环状，所述第一密封座至少部分位于所述阀体的内腔，所述第一阀座与所述第一密封座相抵，所述第一密封座与所述阀芯相抵，所述第一阀座包括第一环形台阶部，所述第一环形台阶部的台阶面朝向所述第一密封座一侧，所述第一环形台阶部的台阶壁与所述阀体的内壁之间包括环形腔，所述第一密封座部分位于所述环形腔，在所述第一密封座的径向，所述第一环形台阶部的台阶壁和/或所述阀体的内壁能够限制所述第一密封座的位移。

本发明所提供的控制阀，第一环形台阶部的台阶壁与阀体的内壁之间包括环形腔，相比背景技术无需加工环形槽，简化了第一阀座的结构。

附图说明

图1a：背景技术一种控制阀的局部剖面示意图；

图1b：图1a中I处的放大示意图；

图2a：本发明给出的控制阀的阀芯位于第一全开位置的剖面示意图；

图2b：图2a中A处的放大示意图；

图3：图2a中第一阀座的剖面示意图；

图4：图2a中第一密封座的剖面示意图；

图5a：图2a中阀芯的立体结构示意图；

图5b：图5a中阀芯的变形例的立体结构示意图；

图6a：图2a中控制阀的阀芯位于第一全开位置的仰视图；

图6b：图2a中控制阀的阀芯位于半开位置的仰视图；

图6c：图2a中控制阀的阀芯位于第二全开位置的仰视图；

图7a：图6a所示位置进口孔尺寸与流出总量关系图；

图7b：图6b所示位置进口孔尺寸与流出总量关系图。

图2a至图7b中：

1-第一阀座、10-环形腔、1’-第二阀座；

11-第一直孔壁、12-第二直孔壁、13-斜孔壁；

14-第二环形台阶部、141-第二环形台阶部的台阶面；

15-第一环形台阶部、151-第一环形台阶部的台阶面；

152-第一环形台阶部的台阶壁、16-端面；

2-第一密封座、2’-第二密封座；

21-密封部、211-导向面；

22-本体部、221-外周面；

222-第三环形台阶部、2221-第三环形台阶部的台阶面；

2222-第三环形台阶部的台阶壁；

3/3’-阀芯、30-凹槽；

31-进口孔、32-第一出口孔；

33-第二出口孔、34-斜面；

4-阀体、40-内腔、41-阀体的内壁；

5-阀杆、6-密封件。

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图2a中零部件位于图中及零部件相互之间的位置来定义的，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。

图2a为本发明给出的控制阀的阀芯位于第一全开位置的剖面示意图；图3为图2a中第一阀座的剖面示意图；图4为图2a中第一密封座的剖面示意图；图5a为图2a中阀芯的立体结构示意图；图5b为图5a中阀芯的变形例的立体结构示意图；图6a为图2a中控制阀的阀芯位于第一全开位置的仰视图；图6b为图2a中控制阀的阀芯位于半开位置的仰视图；图6c为图2a中控制阀的阀芯位于第二全开位置的仰视图。

如图所示，本实施例的控制阀以三通球阀为例，包括阀体4、第一阀座1、第一密封座2、阀芯3和阀杆5。阀体4呈管状，阀体4与第一阀座1固定连接。第一阀座1呈圆筒状，第一密封座2呈圆环状，阀芯3呈球状，第一密封座2和阀芯3位于阀体4的内腔40，阀杆5部分伸入阀体4的内腔40，阀杆5的下端部与阀芯3上部的凹槽30配合，阀杆5能够带动阀芯3转动以实现控制阀的开阀、关阀或调节流体的流量。

在第一密封座2的轴向，第一密封座2位于第一阀座1与阀芯3之间。第一阀座1与第一密封座2相抵，第一密封座2与阀芯3相抵，即第一阀座1支撑第一密封座2，第一密封座2支撑阀芯3。这里需要说明的是，阀芯3不受流体压差力的情况下，第一阀座1与第一密封座2通过下述密封件5间接相抵，而当阀芯3受流体压差力影响沿第一密封座2的轴向移动时，也存在第一阀座1与第一密封座2直接相抵的情况。

进一步的，如图2a所示，控制阀还包括第二阀座1’和第二密封座2’，第二阀座1’的结构与第一阀座1相同，第二密封座2’与第一密封座2结构相同，即当阀装配时，第一阀座与第二阀座可以通用，第一密封座与第二密封座可以通用。

如图5a所示，阀芯3为三通阀芯，包括进口孔31、第一出口孔32和第二出口孔33。进口孔31与前述凹槽30相对设置，第一出口孔32与第二出口孔33的内径相同，第一出口孔32能够与第一阀座1的内腔连通，进口孔31的中心轴线与第一出口孔32的中心轴线垂直，进口孔31的中心轴线与第二出口孔33的中心轴线垂直，第一出口孔32的中心轴线与第二出口孔33的中心轴线垂直。

本实施例中，如图2a、图2b和图3所示，第一阀座1包括台阶面朝向阀芯3侧的第一环形台阶部15，第一环形台阶部15的台阶壁152与阀体4的内壁41之间包括环形腔10，第一密封座2部分位于环形腔10，在第一密封座2的径向，第一环形台阶部15的台阶壁152和/或阀体4的内壁41能够限制第一密封座2的位移。本实施例中，利用第一环形台阶部15的台阶壁152与阀体4的内壁41构成环形腔10，环形腔10用于限制第一密封座2的径向位移，相比背景技术，本实施例的第一阀座1不需设置环形槽，简化了结构；且从加工角度，相比背景技术中需要槽刀加工环形槽，该结构的第一阀座1加工方便。

第一阀座1还包括台阶面朝向阀芯3侧的第二环形台阶部14，具体加工过程中，第一环形台阶部15和第二环形台阶部14可以通过车加工一次性成形。阀体4置于第二环形台阶部14，阀体4的一端面与第二环形台阶部14的台阶面141接触，阀体4与第一阀座1焊接固定。

如图2a、图2b、图3、图4所示，第一密封座2包括密封部21和本体部22，本体部22位于密封部21的径向外侧，该密封部21向内凸出于第一阀座1的内壁，密封部21与阀芯3相抵，本体部22部分位于前述环形腔10。本体部22包括台阶面朝向远离阀芯3侧的第三环形台阶部222，第三环形台阶部222的台阶面2221能够与第一阀座1的靠近阀芯3的端面16相抵，如此在第一密封座2的轴向，当阀芯3受流体压差力影响下朝第一密封座2移动时，能够限制阀芯3的最大移动距离。另一方面，当阀芯3挤压第一密封座2时，通过第一阀座1的端面16限制第一密封座2过度挤压下述密封圈6，防止流体的压差力将密封圈6挤出失效。

在第一密封座2的径向，第三环形台阶部222的台阶壁2222的直径大于第一环形台阶部15的台阶壁152的直径，本体部22的外径(即外周面221的直径)小于阀体4的内径(即内壁41的直径)。如此设置，便于安装第一密封座2，且便于第一密封座2对阀芯3进行微调节。

进一步的，如图4所示，在第一密封座2的轴向，定义阀芯3在外力作用下朝远离第一密封座2方向移动的最大距离为p，第三环形台阶部222的台阶壁2222的长度为P，则满足P＞p。由于本实施例中的阀芯3为浮动球结构，在受到流体的压差力时阀芯3会在一定范围内沿第一密封座2的轴向移动，如此设置能够保证阀芯3朝一侧移动最大距离时，第一密封座2也不会脱离容纳腔10，防止密封圈6脱离容纳腔10导致密封失效。

如图2b、图3、图4所示，控制阀还包括密封件6，本实施例中密封件6具体为O型橡胶圈，密封件6置于环形腔10，密封件6弹性抵接于第一环形台阶部15的台阶面151与第一密封座2之间。该密封件6一方面起到密封的作用，防止出现内漏；另一方面起到弹性补偿的作用，即使受到系统中流体压差力的影响，也能保证第一密封座2与阀芯3可靠相抵。进一步的，密封件6在未受力状态下的线径尺寸小于第一环形台阶部15的台阶壁152与阀体4的内壁41之间的距离。此处的“线径尺寸”是指：密封件6的圆形截面的直径。如此设置，能够保证密封件6受第一密封座2挤压后有变形空间。

如图2a、图4所示，第一密封座2的密封部21包括靠近第一阀座1的导向面211，该导向面211的直径朝第一阀座1的方向增大。当阀芯3旋转至第一出口孔32朝向第一密封座2时，导向面211能够朝第一阀座1方向引导自第一出口孔32流出的流体。具体的，该导向面211为斜面，且朝第一阀座1的方向直径逐渐增大。当然，导向面211也可以是弧面或台阶面，只要能够将第一出口孔32流出的流体朝第一阀座1方向引导即可。

本实施例中，当阀芯3自第一全开位置转动至半开位置的过程中，第一出口孔32逐渐朝向第一密封座2，通过设置导向面211能够朝第一阀座1方向引导自第一出口孔32流出的流体，减少了流体的紊流现象，从而提高了控制阀的流量性能。

相应的，本实施例中，第二密封座2’也设有导向面，当第二出口孔33朝向第二密封座2’时，该导向面能够朝第二阀座1’方向引导自第二出口孔33流出的流体，同样能够提高控制阀的流量性能。

进一步的，如图6b所示，在第一密封座2的轴向，定义导向面211所在的直线与第一阀座1的中心轴线所成的夹角为α，则满足：20°＜α＜45°。如此设置，能够提高导向面211的引流作用，从而提高控制阀的流量性能。

如图2a、图3所示，第一阀座1的内壁包括第一直孔壁11、第二直孔壁12和连接第一直孔壁11与第二直孔壁12的斜孔壁13，上述密封部21向内凸出于第一直孔壁11。第一直孔壁11的内径大于第二直孔壁12的内径，第一直孔壁11的内径大于第一出口孔32的内径，第二直孔壁12的内径大于等于第一出口孔32的内径。如此设置，不论阀芯3处于第一全开位置还是半开位置，第一阀座1的内壁不会对第一出口孔32流出的流体节流；且，第一直孔壁11的内径不小于导向面211的靠近第一阀座1的一端的直径，如此设置，能够保证导向面211的引流作用，不会使得部分流体受到第一阀座1的阻挡，提高了控制阀的流量性能。

如图6b所示的剖面上，沿第一阀座1的轴向，定义斜孔壁13所在的直线与第一直孔壁11所在的直线所成的角度为β，则满足：120°＜β＜160°。通过设置一定角度的斜孔壁13与第一直孔壁11、第二直孔壁12相连，一方面便于第二直孔壁12与系统管路的连接，把流体通过斜孔壁13引流至系统管路，另一方面，流道过渡平缓，使得控制阀的流量曲线变得平缓。

如图6a所示，沿第一阀座1的轴向，定义第一阀座1的与流体接触的内壁的长度为L1，第一直孔壁11的长度为L2，斜孔壁13的长度为L3，则满足：L2＞1/3L1、L3＞1/3L1。如此设置，能够提高第一直孔壁11与斜孔壁13的引流作用。进一步的，设置L2＞L3，第一直孔壁11的长度设置得更长有利于为流体提供足够缓冲空间，减少紊流现象，提高了控制阀的流量性能。

进一步的，作为一种变形例，如图5b所示，进口孔31与第一出口孔32相连处至少部分为斜面或弧面，进口孔31与第二出口孔33相连处至少部分为斜面或弧面。如此设置，能够降低流阻，降低流体的压力损失。

图7a为图6a所示位置进口孔尺寸与流出总量关系图；图7b为图6b所示位置进口孔尺寸与流出总量关系图。

定义第一出口孔32的内径为d(图7a、7b中d＝20mm)，定义进口孔的内径为b，从图7a可知，控制阀的阀芯位于第一全开位置时，当15mm≤b≤17mm时(流出总量值前三)，流出总量较为理想；从图7b可知，控制阀的阀芯位于半开位置时，当15mm≤b≤17mm时(流出总量值前三)，流出总量较为理想。也就是说，当第一出口孔32的内径d与进口孔的内径b之间的关系满足：0.75d＜b＜0.85d时，能够提升流经阀芯流道的流体的流量值，也即提升阀芯的流量性能。原先惯性思维认为进口孔的孔径大于等于出口孔的孔径不会产生节流，能够保证流道的流通量，本设计方案打破了传统的惯性思维，如图7a、7b所示，经流体分析，当满足0.75d＜b＜0.85d时，能够提升流体流经阀芯流道的流量值。

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 (12)

1.一种控制阀，其特征在于，包括阀体、第一阀座、第一密封座和阀芯，所述阀体与所述第一阀座固定连接，所述第一密封座呈圆环状，所述第一密封座至少部分位于所述阀体的内腔，所述第一阀座与所述第一密封座相抵，所述第一密封座与所述阀芯相抵，所述第一阀座包括第一环形台阶部，所述第一环形台阶部的台阶面朝向所述第一密封座一侧，所述第一环形台阶部的台阶壁与所述阀体的内壁之间包括环形腔，所述第一密封座部分位于所述环形腔，在所述第一密封座的径向，所述第一环形台阶部的台阶壁和/或所述阀体的内壁能够限制所述第一密封座的位移。

2.如权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述第一密封座包括台阶面朝向远离所述阀芯侧的第三环形台阶部，所述第三环形台阶部的台阶面能够与所述第一阀座的靠近所述阀芯的端面相抵，在所述第一密封座的径向，所述第三环形台阶部的台阶壁的直径大于所述第一环形台阶部的台阶壁的直径，所述第一密封座的外径小于所述阀体的内径。

3.如权利要求1所述的控制阀，其特征在于，还包括密封件，所述密封件的材质为橡胶，所述密封件位于所述环形腔，所述密封件弹性抵接于所述第一环形台阶部的台阶面与所述第一密封座之间，在所述第一密封座的径向，所述密封件在未受力状态下的线径尺寸小于所述第一环形台阶部的台阶壁与所述阀体的内壁之间的距离。

4.如权利要求2所述的控制阀，其特征在于，所述第一密封座包括密封部和本体部，所述本体部位于所述密封部的径向外侧，所述本体部包括所述第三环形台阶部；所述密封部向内凸出于所述第一阀座的内壁，所述密封部与所述阀芯相抵，所述密封部包括靠近所述第一阀座的导向面，所述导向面的直径朝所述第一阀座的方向逐渐增大，所述导向面能够朝所述第一阀座方向引导自所述第一出口孔流出的流体。

5.如权利要求4所述的控制阀，其特征在于，所述第一密封座为塑料材质，在所述第一密封座的轴向，定义所述导向面所在的直线与所述第一阀座的中心轴线所成的夹角为α，则满足：20°＜α＜45°。

6.如权利要求4所述的控制阀，其特征在于，所述阀芯包括第一出口孔，所述第一出口孔能够与所述第一阀座的内腔连通，所述第一阀座的内壁包括第一直孔壁、第二直孔壁，所述第一直孔壁的内径大于所述第二直孔壁的内径，所述第一直孔壁的内径不小于所述导向面靠近所述第一阀座的一端的直径，所述第二直孔壁的内径大于等于所述第一出口孔的内径。

7.如权利要求6所述的控制阀，其特征在于，所述第一阀座的内壁还包括连接所述第一直孔壁与所述第二直孔壁的斜孔壁，沿所述第一阀座的轴向，定义所述斜孔壁所在的直线与所述第一直孔壁所在的直线所成的角度为β，则满足：120°＜β＜160°。

8.如权利要求7所述的控制阀，其特征在于，沿所述第一阀座的轴向，定义所述第一阀座的内壁长度为L1，所述第一直孔壁的长度为L2，定义所述斜孔壁的长度为L3，则满足：L2＞1/3L1、L3＞1/3L1，且L2＞L3。

9.如权利要求2所述的控制阀，其特征在于，在第一密封座的轴向，定义所述阀芯在外力作用下朝远离所述第一密封座方向移动的最大距离为p，所述第三环形台阶部的台阶壁的长度为P，则满足P＞p。

10.如权利要求1-9任一项所述的控制阀，其特征在于，所述阀体呈管状，所述第一阀座还包括第二环形台阶部，所述阀体置于所述第二环形台阶部，所述阀体的一端面与所述第二环形台阶部的台阶面接触，所述阀体与所述第一阀座焊接固定。

11.如权利要求6-8任一项所述的控制阀，其特征在于，所述阀芯还包括进口孔，所述进口孔的中心轴线与所述第一出口孔的中心轴线垂直，定义所述第一出口孔的内径为d，定义所述进口孔的内径为b，则满足：0.75d＜b＜0.85d。

12.如权利要求11所述的控制阀，其特征在于，所述阀芯还包括第二出口孔，所述进口孔的中心轴线与所述第二出口孔的中心轴线垂直，所述第二出口孔的中心轴线与所述第一出口孔的中心轴线垂直，所述第二出口孔的内径与所述第一出口孔的内径相同，所述进口孔与所述第一出口孔、所述第二出口孔相连处至少部分为斜面或弧面。