一种流量调节阀的制作方法

本发明涉及流体机械技术领域，具体涉及一种流量调节阀。

背景技术

现有的冷冻消融技术日趋成为介入式肿瘤治疗的主要手段，具体利用冷冻探头向患者的患部输送低温介质，以通过液态制冷剂的吸热蒸发带走组织热量，从而破坏异常细胞组织达到治疗目的。其中，以液氮作为工质的冷冻治疗设备因其使用成本低、适用范围广等特点得以广泛应用。

实际应用中，冷冻治疗设备普遍采用电磁阀控制液氮。但是，受其自身结构的限制，只能全开使流体顺畅地流过阀门，或全闭使流体被阀门全部阻断，即只能起通、断作用，无流量调节作用。

有鉴于此，亟待针对现有液氮流量调节阀进行优化设计，以在满足流量调节的基础上，能够有效提高其调节精度。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种流量调节阀，通过结构优化能够可靠地调节介质流量大小，并具较好的调节精度。

本发明提供的流量调节阀，用于制冷介质回路，包括提供阀芯直线位移驱动力的驱动机构；所述驱动机构包括外壳、丝杆、与所述丝杆适配连接的螺母组件、磁性件和磁性开关；其中，所述外壳具有第一容纳腔；至少部分所述丝杆置于所述第一容纳腔中，并与动力部件的输出端传动连接；至少部分螺母组件置于所述第一容纳腔中，并与所述外壳的内壁形成周向限位配合副，所述配合副配置为：所述螺母组件可相对于所述外壳轴向位移，以带动所述阀芯接近或远离阀口；所述磁性件固定设置在所述螺母组件上；所述磁性开关，固定设置在所述外壳上的预设位置，以便感应位移至所述预设位置的所述磁性件，并输出信号至所述动力部件的控制端。

优选地，所述磁性开关至少设置为两个，分别表征所述螺母组件的轴向位移起始预设位置。

优选地，所述磁性开关设置在所述外壳的外周表面开设的安装槽中。

优选地，所述螺母组件包括内外嵌套固定设置的螺母和滑套，所述螺母包括本体和固定部，所述固定部自所述本体的一端径向向外延伸；所述驱动机构还包括：连接件，所述连接件位于所述螺母组件的另一端，所述磁性件位于所述连接件与所述螺母组件之间，通过依次穿装于所述固定部、所述滑套及所述连接件的螺纹紧固件旋紧固定，并配置为：所述连接件与所述螺母组件间具有轴向间隙。

优选地，所述流量调节阀还包括：阀下法兰，与所述外壳固定连接，所述阀下法兰具有第二容纳腔；隔热垫，设置在所述阀下法兰与所述外壳的连接配合面之间；推杆，一端与所述连接件固定连接，另一端通过位于所述第二容纳腔中的预紧弹簧组件带动所述阀芯接近或远离所述阀口。

优选地，所述预紧弹簧组件包括：弹簧仓，开设有贯通的台阶孔；弹簧，置于所述台阶孔的大径段中；弹簧仓压盖，与所述弹簧仓的所述台阶孔的大径段螺纹连接；且所述阀芯插装固定于所述台阶孔的小径段中，所述推杆的另一端置于所述大径段中压抵所述弹簧，并配置为：所述螺纹连接的旋配长度可调节位于所述弹簧仓中的所述推杆长度，以调节所述弹簧的预紧压力。

优选地，所述流量调节阀还包括：波纹管，套装于所述阀芯外侧，所述波纹管一端与位于所述第二容纳腔中的所述阀芯固定连接，另一端与阀座固定连接；阀颈套，套装于所述波纹管外侧，且两端分别与所述阀下法兰和所述阀座固定连接。

优选地，所述阀颈套的与所述阀座的连接端具有外翻边，通过与所述阀座适配的压紧螺母依次压紧固定所述外翻边和所述波纹管的管端；所述波纹管的一端与所述阀芯焊接固定，所述波纹管的另一端与所述阀座之间设置有密封垫。

优选地，所述阀座的介质流入口和介质流出口均配置有卡套。

优选地，所述驱动机构还包括：减速机，与所述动力部件的输出端连接；联轴器，连接所述减速机的输出轴和所述丝杆；轴承座，固定设置在所述第一容纳腔中；两个轴承，轴向对装设置在所述轴承座上，且轴承内圈与所述丝杆适配。

针对现有技术，本发明提供一种用于制冷介质回路的流量调节阀，通过适配的丝杆和螺母组件，将动力部件转换为可带动阀芯的连续直线位移，由此调整阀口开度；并在带动阀芯接近或远离阀口的螺母组件上设置有磁性件，可随螺母组件同步位移；与其相应地，在外壳的预设位置上设置有磁性开关，以便感应位移至预设位置的磁性件，并输出信号至所述动力部件的控制端。与现有技术相比，本方案具有如下有益技术效果：

首先，阀芯接近或远离阀口，通过阀口开度变化可调节通流介质的流量，从而可根据实际使用需要进行精确的流量调节控制；工作过程中，当磁性件随螺母组件位移至预设位置时，磁性开关感应到该磁性件后，能够输出信号至动力部件的控制端，一方面，可及时响应并关停动力部件，避免内部传动构件位移超出安全行程范围，起到保护调节阀的作动安全；另一方面，可在流量调节阀启用时提供校准基准，具体以到达上、下预设位置点作为校准起点，重新校准零位，进一步确保流量大小的精确调节。

其次，在本发明的优选方案中，在阀下法兰与外壳固定连接配合面之间设置有隔热垫，以隔绝制冷介质流经阀体时的冷量传递，减小低温对驱动机构及传动部分的影响。

再次，作为丝杆导向支撑的轴承设置为两个，且轴向对装设置在轴承座上，如此设置，可增加该丝杆沿轴向的支撑接触面积，从而最大限度地消除径向间隙产生导致的位置偏移或摆动，提高产品的可靠性。

附图说明

图1为具体实施方式所述流量调节阀的整体结构示意图；

图2为图1中所示流量调节阀的轴向剖视图；

图3为图2的a-a剖视图。

图中：

阀芯1、阀座2、阀口21、介质流入口22、介质流出口23、外壳3、第一容纳腔31、安装槽32、安装板33、丝杆4、螺母组件5、螺母51、本体511、固定部512、滑套52、伺服电机6、减速机7、磁性件8、磁性开关9、连接件10、预紧弹簧组件11、弹簧仓111、大径段1111、小径段1112、弹簧112、弹簧仓压盖113、阀下法兰12、第二容纳腔121、推杆13、隔热垫14、阀颈套15、外翻边151、密封垫16、压紧螺母17、弹性联轴器18、波纹管19、压紧环191、轴承座201、压盖202、压母203、轴承204。

具体实施方式

为了使本领域的技术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例对本发明作进一步的详细说明。

请参见图1，该图示出了本实施方式所述流量调节阀的整体结构示意图。

该流量调节阀用于制冷介质回路，例如但不限于超低温液氮环境。其驱动机构提供阀芯1直线位移驱动力，带动阀芯1接近或远离阀口21；如图所示，阀座2的介质流入口22和介质流出口23分别位于阀口21所在阀腔的两侧，随着阀芯1与阀口21间相对位置的变化，实现开度大小调整，从而可精确的自动调节所需介质流量的大小。请一并参见图2，该图为图1中所示流量调节阀的轴向剖视图。

其中，驱动机构的外壳3具有第一容纳腔31，相适配连接的丝杆4和螺母组件5置于第一容纳腔31中；丝杆4与动力部件的输出端传动连接，同步转动，螺母组件5与外壳3的内壁形成周向限位配合副，该配合副配置为：螺母组件5可相对于外壳3轴向位移，以带动阀芯1接近或远离阀口21。这里，动力部件可采用自带编码器的伺服电机6，伺服电机6与丝杆4之间设置有减速机7，以在电机低转速时产生高转矩，电机-减速机组合将带来更高的效率。本方案中，丝杆4和螺母组件5均完全置于外壳3内，可以理解的是，为适应关联构件的设计，丝杆4和/或螺母组件5也可至少部分置于外壳3内，只要能够实现旋转运动转换为直线运动的功能需要均可。

其中，磁性件8固定设置在螺母组件5上，可随着螺母组件5直线位移；磁性开关9固定设置在外壳3上的预设位置，以便感应位移至预设位置的磁性件8，并输出信号至伺服电机6的控制端。工作过程中，当磁性件8随螺母组件5位移至预设位置时，磁性开关9感应到该磁性件8后可输出信号。由此，能够及时响应并关停动力部件，避免内部传动构件的位移超出安全行程范围，可保护调节阀的作动安全；同时，磁性件8与磁性开关9的设置，可在流量调节阀启用时提供校准基准，以到达上、下预设位置点作为校准起点，重新校准零位，从而进一步确保流量大小的精确调节。

图中所示，磁性开关9设置为两个，分别表征螺母组件5的轴向位移起始预设位置；也就是说，不同轴向位置的磁性开关9分别对应阀芯1轴向起止点的极限位置。作为优选，磁性开关9设置在外壳3的外周表面开设的安装槽32中，结构紧凑、外形尺寸较小。请一并参见图3，该图为图2的a-a剖视图。具体地，磁性开关9位于外壳3外表面，且相对位置可调整，位置确定后可先采用螺纹紧固件进行固定，再通过封胶作进一步固定。

本方案中，磁性件8可采用磁环结构，两个磁性开关9分别置于周向间隔设置的两个安装槽32中，对产品轴向尺寸不会产生影响。当然，根据不同产品控制策略的需要，磁性开关9可设置为其他复数个，并根据具体控制策略确定相应的预设位置。

与丝杆4适配的螺母组件5可以采用不同的结构形式。如图所示，该螺母组件5包括内外嵌套固定设置的螺母51和滑套52，其中，螺母51与丝杆4适配连接，滑套52与外壳3间形成周向限位配合副，具体地，采用花键结构形式，例如但不限于图3所示的花键结构。

为了进一步提高装配工艺性及结构合理性，如图所示，螺母51可以包括本体511和固定部512，该固定部512自本体511的一端径向向外延伸，可搭抵于滑套52上，或者如图所示置于滑套52端面开设有凹部内；同时，驱动机构还包括连接件10，连接件位于螺母组件5的另一端，也即固定部512的另一侧。磁性件8位于连接件10与螺母组件5之间，通过依次穿装于固定部512、滑套52及连接件10的螺纹紧固件旋紧固定，并配置为：连接件10与螺母组件5间具有轴向间隙l。

为了获得稳定的阀芯密封力，可在直线位移路径上增设预紧弹簧组件11。具体地，在外壳3的下方固定设置阀下法兰12，该阀下法兰12具有第二容纳腔121；其推杆13的一端与连接件10固定连接，另一端通过位于第二容纳腔121中的预紧弹簧组件11带动阀芯1接近或远离阀口21。

众所周知，液氮的冷量对传动部分及电机控制驱动部分产生影响，为避免影响阀机能，可在阀下法兰12与外壳3的连接配合面之间设置隔热垫14，具体地，该隔热垫14的结构形式及具体材料选择可以采用不同方式实现。由此，将液氮流经阀体时的冷量传递进行有效阻隔。

如图2所示，预紧弹簧组件11的弹簧仓111开设有贯通的台阶孔，其弹簧112置于该台阶孔的大径段1111中，弹簧仓压盖113与弹簧仓111的台阶孔的大径段1111螺纹连接，以建立弹簧112的预紧压力。阀芯1插装固定于台阶孔的小径段1112中，推杆13的另一端置于该大径段1111中压抵弹簧112，并配置为：螺纹连接的旋配长度可调节位于弹簧仓111中的推杆13长度，以调节弹簧112的预紧压力。如此设置，预紧弹簧112安装时已经被压缩，其预紧力已知，阀闭合操作时，只要弹簧112再压缩一小段位移就可保证阀芯1的密封力大于所需要的值，确保截止状态下的阀门密封力满足设计要求。

这里，阀芯1的端部可以如图所示设有外凸卡头，置于弹簧仓111的台阶孔中后采用销钉或者铆钉均可实现两者同步直线位移；或者，两者之间也可以直接采用焊接固定的方式。具体可基于产品工艺性进行选择。

基于液氮冷量传递的特殊性，本方案提供的流量调节阀进一步增设隔热手段，该隔热手段形成于预紧弹簧组件11与阀座之间。如图2所示，波纹管19套装于阀芯1外侧，该波纹管19一端与位于第二容纳腔121中的阀芯1固定连接，另一端与阀座2固定连接；在波纹管19的外侧套装有阀颈套15，且阀颈套15的两端分别与阀下法兰12和阀座2固定连接。阀芯1作为与液氮直接物理接触的构件，在其外周辅以隔热处理手段，这样，液氮流通过程中会在波纹管19表面气化形成氮气层，能够有效的隔绝液氮与上面传动部分的冷量传递，减少低温对阀门传动部分及电机控制部分的影响，同时可避免操作者直接感受过冷温度，有效提升了用户体验。

作为优选，波纹管19一端可以与阀芯1上径向凸环焊接固定，另一端的管端设置压紧环191，相应地，阀颈套15的与阀座2的连接端具有外翻边151，并在波纹管19的压紧环191与阀座2之间设置密封垫16；装配时，通过与阀座2适配的压紧螺母17依次压紧阀颈套15的外翻边151和波纹管19的管端压紧环191，压紧密封垫实现该连接位置处的密封固定。

此外，阀座2的介质流入口22和介质流出口23均配置有卡套，以便在实际使用过程中快速进行组配，显然，该卡套的标准形式应当与制冷回路相应的管端接口标准形式一致。

为了获得更好的作动性能，本方案所述伺服电机6优选采用有刷直流无铁芯电机：低转动惯量、无齿槽、低摩擦和非常紧凑的换向系统，这些优点将带来更快的加速度、更高的效率、减小了体积、减轻了重量并减少了发热量。如图2所示，减速机7的输出端通过弹性联轴器18与丝杆4传动连接，可在降低装配要求的基础上，进一步提高产品的稳定性。

在电机驱动下，丝杆4的径向跳动或者偏摆直接影响阀芯1的位移精度，为了有效控制丝杆4的工作姿态，可通过轴承座201与轴承204的良好设计进行保障。如图2所示，轴承座201固定设置在外壳3的第一容纳腔31中，两个轴承204轴向对装设置在轴承座201上，轴承内圈与丝杆4适配。这里，作为丝杆4导向支撑的轴承204设置为两个，且轴向对装设置在轴承座201上，如此设置，可增加该丝杆4沿轴向的支撑接触面积，从而最大限度地消除径向间隙产生导致的位置偏移或摆动，确保产品的可靠性。

实际组装时，先将编码器、伺服电机6、减速机7装配好后固定在电机安装板33上；再将丝杆4、螺母组件5、轴承204、轴承座201、压盖202、压母203装配好后，通过弹性联轴器18与电机部分连接；推杆13、弹簧112、弹簧仓111、弹簧仓压盖113装配好后，通过连接件10与螺母组件5连接；预紧弹簧组件11可通过销轴与阀芯1连接；再装上外壳3及隔热环14、阀下法兰12、阀颈套15及阀座2等部分；最后装上下磁性开关9。至此，装配好后进行磁性开关位置调试及泄露测试。

需要说明的是，本实施方式提供的流量调节阀的构件材料选择，可根据实际产品总体设计要求进行确定，例如但不限于以下选择，波纹管19优选采用321不锈钢，其低温弹性性能优良；密封垫16采用镀银316不锈钢，低温密封性能优良；阀芯1调节头部分采用a479合金材料，低温性能优良且耐磨损；阀座2材料采用316不锈钢。

本实施方式所述流量调节阀结构合理、紧凑，控制精准，安全可靠，可实现对小通径管道液氮流量的调节，为低温冷冻治疗设备针对不同病灶实现差异化治疗提供了技术保障。由于该流量调节阀的其他功能构成非本申请的核心发明点所在，本领域的普通技术人员可以基于现有技术实现，故本文不再赘述。

以上仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。