CN203718067U - 高精度动态流量平衡阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种流量控制阀，主要用于空调、采暖、供水系统等需要平衡流量的领域，特别是涉及一种高精度动态流量平衡阀，包括安装在阀体上的阀芯组件、阀盖，阀芯组件由阀芯、阀芯壳体、弹簧、锁紧螺丝组成，所述阀芯上设有端面固定孔和两边对称的侧流通道，侧流通道包括两个均匀分布的固定椭圆孔、两个或四个均匀分布的可变孔，两个固定椭圆孔分别与其中两个对称分布的可变孔一一相连通。本实用新型高精度动态流量平衡阀，结构简单、体积小，阀芯刚度性能好，加工方便，节约成本。

Description

高精度动态流量平衡阀

技术领域

本实用新型涉及一种流量控制阀，主要用于空调、采暖、供水系统等需要平衡流量的领域，特别是涉及一种高精度动态流量平衡阀。

背景技术

目前，大量的国外进口品牌的动态流量平衡阀一般采用一体化组装，这种高精度自动流量平衡阀不便于后期的检修、维护、清洗，长期运行后导致控制精度下降，能耗增加；而国内厂家生产的动态流量平衡阀起始工作压力普遍偏高，流量精度低，后期检修、维护和清洗也存在同样的问题，且可靠性差。

中国专利CN 1888498A中提供的侧面开孔方法，其用于计算的侧面通流孔流量系数是定值，而侧面通流孔的不同位置的流量系数都应不同，故不能保证高精度的流量控制。且当所需理想流量太大，侧流通道的两侧对称可变开孔切割到阀芯内壁甚至外壁，不仅影响阀芯刚度，而且不能满足流量需求。

中国专利CN 201232764Y中提供的回位弹簧，用于定位阀胆，所需阀体较大，结构复杂。

中国专利CN 2781125Y中提供的侧面固定孔为方孔，刚度不高，不利于增大流量。

中国专利CN 2781128Y中提供的侧面固定孔为多个圆孔，侧面可变孔为多个且未连接，加工复杂，不利于线切割的一次成型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中的缺陷而提供一种高精度动态流量平衡阀，其改进的方法及结构，有效克服了背景技术所述存在的全部问题。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种高精度动态流量平衡阀，包括安装在阀体上的阀芯组件、阀盖，阀芯组件由阀芯、阀芯壳体、弹簧、锁紧螺丝组成，所述阀芯上设有端面固定孔和两边对称的侧流通道，侧流通道包括两个均匀分布的固定椭圆孔、两个或四个均匀分布的可变孔，两个固定椭圆孔分别与其中两个对称分布的可变孔一一相连通。

作为上述方案的进一步设置，所述可变孔中，相邻的两个可变孔的流通面积不同，对称面的两个可变孔的流通面积相同。

所述锁紧螺丝上安装有超压限位套，且超压限位套的侧面开设有通孔（作为流体通道），同时锁紧螺丝与超压限位套之间呈一体式结构。

所述阀芯壳体的上端外壁与阀体内孔相配合设置，阀芯壳体的下端外壁与阀体阀座孔采用端面密封（即阀芯壳体的下端外壁卡置在阀体阀座孔的端面上），阀盖安装在阀芯壳体的顶端，阀芯上端开口上设有凸缘，阀芯壳体的下端内壁上设置有配合凸缘对阀芯进行限位的台阶，锁紧螺丝与阀芯壳体的上端内壁进行螺纹连接，弹簧位于阀芯壳体内，且弹簧一端座落在锁紧螺丝内，另一端座落在阀芯的限位端面上（即阀芯凸缘的上端面上）。

所述阀芯壳体的下端外壁与阀体阀座孔之间安装有O形密封圈一。

所述阀盖与阀体通过螺纹连接。

所述阀盖与阀体之间安装有O形密封圈二。

本实用新型与现有技术相比，其优点如下：

1、阀芯侧面上的固定椭圆孔和可变孔相连通，提高了刚度，便于一次加工成型，加工方便，节约成本；

2、阀芯侧面可变孔对称分布，便于加工；大流量下，可变孔由通常的两个分为四个，提高了阀芯刚度，满足了流量需求；

3、阀芯组件由阀体与阀盖进行定位，阀芯组件与阀体之间采用端面密封，结构更为紧凑。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型的结构剖视示意图。

图2是本实用新型的三种压差状态下阀芯位置示意图。

图3是本实用新型的流量-压差关系示意图。

图4是本实用新型的阀芯侧流通道计算示意图。

图5是本实用新型的阀芯可变开孔优化示意图。

图标记说明：1.阀体；2.阀芯；3.O形密封圈一；4.阀芯壳体；5.弹簧；6.锁紧螺丝；7.阀盖；8.O形密封圈二；9.超压限位套；21.端面固定孔；22.固定椭圆孔；23.可变孔；24.凸缘；41.台阶；91.通孔。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型高精度动态流量平衡阀，包括安装在阀体1上的阀芯组件、阀盖7，阀芯组件由阀芯2、阀芯壳体4、弹簧5、锁紧螺丝6组成，阀芯2上设有端面固定孔21和两边对称的侧流通道，侧流通道包括两个均匀分布的固定椭圆孔22、两个或四个均匀分布的可变孔23，两个固定椭圆孔22分别与其中两个对称分布的可变孔23一一相连通。

在小流量的情况下，本实用新型中的可变孔23设置为两个，该两个可变孔23对称设置，并分别与相应的固定椭圆孔22一一连通，同时两个可变孔23的流通面积相同。

在大流量的情况下，本实用新型中的可变孔23设置为四个，两个固定椭圆孔22分别与其中两个对称分布的可变孔23一一相连通，同时相邻的两个可变孔23的流通面积不同，对称面的两个可变孔23的流通面积相同。

锁紧螺丝6上安装有超压限位套9，且超压限位套9的侧面开设有方形的通孔91，同时锁紧螺丝6与超压限位套9之间呈一体式结构。本实用新型中，阀芯壳体4的上端外壁与阀体1内孔相配合设置，阀芯壳体4的下端外壁与阀体1阀座孔采用端面密封，阀盖7安装在阀芯壳体4的顶端，阀芯2上端开口上设有凸缘24，阀芯壳体4的下端内壁上设置有配合凸缘24对阀芯2进行限位的台阶41，锁紧螺丝6与阀芯壳体4的上端内壁进行螺纹连接，弹簧5位于阀芯壳体4内，且弹簧5一端座落在锁紧螺丝6内，另一端座落在阀芯2的限位端面上。阀芯壳体4的下端外壁与阀体1阀座孔之间安装有O形密封圈一3。阀盖7与阀体1之间安装有O形密封圈二8。阀盖7与阀体1通过螺纹连接。

本实用新型高精度动态流量平衡阀使用时，流体由阀体1右侧通过端面固定孔21和侧流通道流向阀体1左侧，阀芯2内外侧存在压差。如附图2、3所示，当压差未达到本高精度动态流量平衡阀的最小工作压差时，阀芯2位置保持不变，此时阀芯2侧面的通流面积最大，流量随压差增大而增大；当压差达到或超过本高精度动态流量平衡阀的最小工作压差且不大于最大工作压差时，阀芯2沿阀芯壳体4内壁做相对滑动，此时可变孔23的一部分被阀芯壳体4挡住，从而减小流量面积使端面固定孔21内外侧压差为零，达到流量平衡的目的，此时流量在压差增大的情况下保持不变；当压差达到或超过本高精度动态流量平衡阀的最大工作压差时，阀芯2被超压限位套9挡住，位置保持不变，此时阀芯2侧面只留有固定椭圆孔22，因流通面积不变，所以流量随流速的增大而增大。

在上述过程中，因阀芯2侧面的侧流通道对称分布，流体作用在阀芯2侧面的力得到平衡，使阀芯2不易卡死失效。

本实用新型高精度动态流量平衡阀提供一种较精确的阀芯侧面开孔方法：

假设先以开两个对称的侧流通道计算：

已知参数：设计流量Q；流体密度ρ；最小工作压差ΔP_min；最大工作压差ΔP_max；端面固定孔21面积A₂；阀芯2全行程S；端面通流孔流量系数C；

未知参数：阀芯单侧固定椭圆孔22通流面积A₃；阀芯单侧可变孔23的形状坐标（x_i,y_i）；阀芯单侧可变孔23的通流面积A_i；

如附图4所示，将孔（即可变孔）的轴向长度（y向）分为n等分为y₀=0，…y_i=S×i/n…，y_n=S，对应径向孔投影高度为x₀,…x_i…,x_n。而每个位置所对应的侧面通流孔流量系数为C_i。

侧面通流孔流量系数C_i的方程：

针对专利CN1888498A中的不足，经修正流量系数得到拟合的方程为C_i=-0.0074y_i ²+0.1035y_i+0.5905；

由弹簧压缩长度与力的线性关系推得：弹簧在最小工作压差时压缩量为 $Y_0=\frac{\mathrm{\Δ}{P}_{\min }}{{\mathrm{\ΔP}}_{\max }-{\mathrm{\ΔP}}_{\min }}\×S$

确定A₃：

由流量计算公式推得：

因此时的侧面流量系数为C_n，故

$Q=2(C\×A_2+C_n\×A_3)\sqrt{\frac{2\mathrm{\Δ}{P}_{\max }}{\mathrm{\ρ}}}$

$A_3=\frac{Q\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{2\mathrm{\Δ}{P}_{\max }}}-C\×A_2}{2C_n}$

确定A_i：

$Q=2[C\×A_2+C_i(A_i+A_3)]\sqrt{\frac{2\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\ρ}}}$

$A_i=\frac{Q\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{2\mathrm{\ΔP}}}-C\×A_2}{2C_i}-A_3$

确定（x_i,y_i）：阀芯侧面可变孔的形状坐标；

阀芯位移为y_i时，弹簧压缩量为Y₀+y_i，侧面可变孔流通面积为A_i，线性弹簧力与流体压差力平衡，则可得：

$\mathrm{\ΔP}=\frac{Y_0+y_i}{Y_0}\×\mathrm{\Δ}{P}_{\min }$

所以 $A_i=\frac{Q\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}{Y}_0}{2(Y_0+y_i)\mathrm{\Δ}{P}_{\min }}}-C\×A_2}{2C_i}-A_3$

如附图4所示，S_ABCD=A_i-A_i+1，并假设四边形ABCD微元体近似为梯形，x_i’为其中线，则有：

$S_{\mathrm{ABCD}}=x_i^{\′}\×(y_{i+1}-y_i)=x_i^{\′}\×\frac{S}{n}$

$x_i^{\′}=\frac{x_i+x_{i+1}}{2}$

$x_i=\frac{x_i^{\′}+{x_{i-1}}^{\′}}{2}$

可推得 $x_i^{\′}=\frac{\mathrm{Qn}}{2C_{i}S}\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}{Y}_0}{2\mathrm{\Δ}{P}_{\min }}}[\sqrt{\frac{1}{Y_0+y_i}}-\sqrt{\frac{1}{Y_0+y_{i+1}}}]$

则 $x_i=\frac{\mathrm{Qn}}{4C_{i}S}\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}{Y}_0}{2\mathrm{\Δ}{P}_{\min }}}[\sqrt{\frac{1}{Y_0+y_{i-1}}}-\sqrt{\frac{1}{Y_0+y_{i+1}}}]$

由上述计算过程得两侧对称开孔，开孔的流通面积随流体的流动方向逐渐增大。但是，考虑到开孔时x₀太大，导致切割到阀芯内壁，影响阀芯刚度或达不到理想流量。

于是，在大流量下，如附图5所示，在y₀～y_i（i=[n/3]取整）范围内，将开孔（即侧流通道）分为四个，均布于阀芯侧面；在y_i～y_n范围内，将开孔按原设计分为两个，对称分布于阀芯侧面，且与y₀～y_i范围内的两个孔相连。

即当y₀～y_i时，单个开孔的各点横坐标为：

$x_i=\frac{\mathrm{Qn}}{8C_{i}S}\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}{Y}_0}{2\mathrm{\Δ}{P}_{\min }}}[\sqrt{\frac{1}{Y_0+y_{i-1}}}-\sqrt{\frac{1}{Y_0+y_{i+1}}}]$

当y_i～y_n时，单个开孔的各点横坐标为：

$x_i=\frac{\mathrm{Qn}}{4C_{i}S}\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}{Y}_0}{2\mathrm{\Δ}{P}_{\min }}}[\sqrt{\frac{1}{Y_0+y_{i-1}}}-\sqrt{\frac{1}{Y_0+y_{i+1}}}]$

并可推得：

x₀=2x₀′-x₁

x_n=2x_n-1′-x_n-1

以上为改进开孔方法计算过程，该过程结合理论方法修正，使本发明具有较高的流量控制精度，维持在5%以内。

上述实施例仅用于解释说明本实用新型的发明构思，而非对本实用新型权利保护的限定，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种高精度动态流量平衡阀，包括安装在阀体上的阀芯组件、阀盖，阀芯组件由阀芯、阀芯壳体、弹簧、锁紧螺丝组成，其特征在于：所述阀芯上设有端面固定孔和两边对称的侧流通道，侧流通道包括两个均匀分布的固定椭圆孔、两个或四个均匀分布的可变孔，两个固定椭圆孔分别与其中两个对称分布的可变孔一一相连通；所述阀芯壳体的上端外壁与阀体内孔相配合设置，阀芯壳体的下端外壁与阀体阀座孔采用端面密封，阀盖安装在阀芯壳体的顶端，阀芯上端开口上设有凸缘，阀芯壳体的下端内壁上设置有配合凸缘对阀芯进行限位的台阶，锁紧螺丝与阀芯壳体的上端内壁进行螺纹连接，弹簧位于阀芯壳体内，且弹簧一端座落在锁紧螺丝内，另一端座落在阀芯的限位端面上。

2.如权利要求1所述的高精度动态流量平衡阀，其特征在于：所述可变孔中，相邻的两个可变孔的流通面积不同，对称面的两个可变孔的流通面积相同。

3.如权利要求1或2所述的高精度动态流量平衡阀，其特征在于：所述锁紧螺丝上安装有超压限位套，且超压限位套的侧面开设有通孔，同时锁紧螺丝与超压限位套之间呈一体式结构。

4.如权利要求1所述的高精度动态流量平衡阀，其特征在于：所述阀芯壳体的下端外壁与阀体阀座孔之间安装有O形密封圈一。

5.如权利要求1所述的高精度动态流量平衡阀，其特征在于：所述阀盖与阀体通过螺纹连接。

6.如权利要求5所述的高精度动态流量平衡阀，其特征在于：所述阀盖与阀体之间安装有O形密封圈二。