内置式单向阀的制作方法

本实用新型属于机械设备领域，具体地说，涉及一种内置式单向阀。

背景技术：

随着科技的快速发展，各行各业对于机械设备小型化，紧凑化的要求越来越高，往往一个机械设备内部会有多个分叉流道，甚至多个流体介质，设计人员在设计过程中希望不同的条件下介质按照期望的流通方向流动。而由于流体运动的无序性，所以在流道中需要添加单向阀，以限制流体的流动方向，防止流体串流，逆流等现象发生。尤其是在需要防止介质逆流，但承压不超过20MPa，且流体介质无强烈腐蚀性的小型设备中需要添加单向阀，例如制冷热泵系统管路中，压缩机的排气孔，带补气功能的压缩机的补气孔，亦或者需要防止逆流的液体管路等等。

当前市场上的单向阀与设备或管道连接时，大多采用外连接方式，例如螺纹式，法兰式，焊接式等。而且设备或管径越大，密封要求越高，单向阀的体积就越大。而小型设备上的单向阀，由于一般由阀体，活塞阀体，以及固定阀座构成，零部件较多，考虑泄露，振动，噪音，耐压以及温度交变等因素，在制作工艺上要求比较高，各部件公差精度高，同时占据空间大。对于包含单向阀且限定空间尺寸的小型模块来说，不仅增加了成本、重量，也限制了其余部件大小和安装位置，尤其在空间比较紧张的小型设备内，例如，汽车空调，飞机，卫星等冷却系统，单向阀体积对设备的影响更为严重。

另外，现有的适用于小型设备模块的单向阀，还存在制造成本高的缺陷。

因此，有必要对现有的单向阀进行改进，以适应小型化设备模块的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种内置式单向阀，也克服现有技术中的上述技术缺陷。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

内置式单向阀，包括阀体，阀芯和卡簧，其中：所述阀体的内部具有依次相连的入口流道、颈部流道、喉部流道和出口流道，所述入口流道、颈部流道、喉部流道和出口流道同心；

所述阀芯包括直径较小的圆柱体型阀芯头部、直径较大的圆柱体型阀芯尾部，和中间连接段；所述阀芯头部的圆柱体半径R2略小于所述颈部流道的孔半径R1，所述中间连接段和阀芯尾部容纳于所述出口流道内，从而允许所述阀芯在所述颈部流道与所述出口流道之间做往复运动和旋转运动；

所述阀芯头部具有入口流体承压面，所述阀芯尾部具有出口流体承压面；所述中间连接段上开设环形的内部密封槽，所述内部密封槽内安装内部密封圈，所述喉部流道相对应的所述阀体的内壁为倾斜圆锥面，所述内部密封圈与所述倾斜圆锥面紧密贴合时，可实现所述内置式单向阀的关闭；

所述出口流道的末端的内壁上开设环形的卡簧卡槽，所述卡簧安装在所述卡簧卡槽内，用于对所述阀芯进行限位。

进一步地，所述阀芯头部、阀芯尾部和所述中间连接段一体成型。

优选地、所述阀芯为绕中心线规则的支架结构，所述阀芯头部为三足支架结构，包括底板，及设置在所述底板外缘的三个头部支腿，所述头部支腿具有圆弧形的外侧面，且所述圆弧形的外侧面的半径等于所述阀芯头部的圆柱体半径R2；

所述阀芯尾部为三足支架结构，包括顶板，及对称设置在所述顶板外缘的三个尾部支腿，所述尾部支腿具有圆弧形的外侧面，且所述尾部支腿的圆弧形的外侧面的半径等于所述阀芯尾部的圆柱体半径R3。

优选地，所述尾部支腿的圆弧形的外侧面的半径大于所述阀芯尾部的所述顶板的外径R10。

进一步地，所述阀芯头部的所述底板与所述头部支腿一体成型。所述阀芯尾部的所述顶板与所述尾部支腿一体成型。

根据本实用新型，三个所述头部支腿的内侧分别固定设置有第一加强肋，三个所述尾部支腿的内侧分别固定设置有第二加强肋。

进一步地，所述第一加强肋垂直设置，所述第一加强肋的底部与所述底板顶面固定。所述第二加强肋水平设置，三块所述第二加强肋的一端分别固定在所述尾部支腿上，另一端相交于中心，底端与所述顶板的底面固定。

根据本实用新型，所述阀体为圆柱体型，所述阀体的外表面上开设至少一个外部密封槽，所述外部密封槽内安装外部密封圈。

优选地，所述阀体的外表面的上端开设一个头部密封槽，下端开设一个尾部密封槽，所述头部密封槽和所述尾部密封槽内分别安装头部密封圈和尾部密封圈。所述阀体的上端和下端分别插入连接件的连接孔内，实现与连接件的密封连接。

根据本实用新型，在所述内置式单向阀完全打开的状态下，所述阀芯头部的顶面到所述颈部流道的末端的距离L1大于或等于0。

根据本实用新型，所述颈部流道的孔半径R1和所述阀芯头部的圆柱体半径R2满足关系式：0≤R1－R2≤2mm。

优选地，R1-R2＝0.15mm。

根据本实用新型，所述内置式单向阀全开时，所述喉部流道的末端到所述阀芯入口承压面之间的距离L2满足关系式：

2πR1*L2≥πR1²。

根据本实用新型，所述出口流道的孔半径R4和所述阀芯尾部的圆柱体半径R3满足关系式：0≤R4－R3≤2mm。

优选地，R4-R3＝0.15mm。

根据本实用新型，所述阀芯头部的相邻两个头部支腿之间的夹角为120°，所述阀芯尾部的相邻两个尾部支腿之间的夹角为120°，所述阀芯尾部的三个尾部支腿上垂直出口流体承压面的相邻两个端面之间的夹角α、β和γ满足关系式：π(R3²-R10²)*(α+β+γ)/360≥πR1²。

本实用新型的第二个目的在于提供另一种内置式单向阀，其特征在于，包括阀体、阀芯和卡簧，所述阀体与设备一体化；

在所述设备上设置一空腔，所述空腔包括依次相连的入口流道、颈部流道、喉部流道和出口流道，所述入口流道、颈部流道、喉部流道和出口流道同心，在所述空腔内安装所述阀芯和所述卡簧。

所述阀芯结构与上述一种内置式单向阀的阀芯结构相同，即：所述阀芯包括直径较小的圆柱体型阀芯头部、直径较大的圆柱体型阀芯尾部，和中间连接段；所述阀芯头部的圆柱体半径R2略小于所述颈部流道的孔半径R1，所述中间连接段和阀芯尾部容纳于所述出口流道内，从而允许所述阀芯在所述颈部流道与所述出口流道之间做往复运动和旋转运动；

所述阀芯头部具有入口流体承压面，所述阀芯尾部具有出口流体承压面；所述中间连接段上开设环形的内部密封槽，所述内部密封槽内安装内部密封圈，所述喉部流道相对应的所述阀体的内壁为倾斜圆锥面，所述内部密封圈与所述倾斜圆锥面紧密贴合时，可实现所述内置式单向阀的关闭；

所述出口流道的末端的内壁上开设环形的卡簧卡槽，所述卡簧安装在所述卡簧卡槽内，用于对所述阀芯进行限位。

根据本实用新型，所述阀芯头部为三足支架结构，包括底板，及设置在所述底板外缘的三个头部支腿，所述头部支腿具有圆弧形的外侧面，且所述头部支腿的圆弧形的外侧面的半径等于所述阀芯头部的圆柱体半径R2；

所述阀芯尾部为三足支架结构，包括顶板，及对称设置在所述顶板外缘的三个尾部支腿，所述尾部支腿具有圆弧形的外侧面，且所述尾部支腿的圆弧形的外侧面的半径等于所述阀芯尾部的圆柱体半径R3。

根据本实用新型，由于阀体与设备一体化，则阀体只需从另一端与连接件连接。所述阀体的另一端的连接结构可以为多种，例如：

所述阀体尾部的出口流道具有延长段，所述延长段的内壁光滑或带有内螺纹，相应与插入式墩头插接连接，或与带有外螺纹的连接件螺纹连接。

或所述阀体尾部的外壁上具有外部密封槽，所述外部密封槽内安装密封圈，可插入连接件上的连接孔内；

或所述阀体尾部的外壁上具有外螺纹，可与带有内螺纹的连接件螺纹连接。

根据本实用新型，在所述内置式单向阀完全打开的状态下，所述阀芯头部的顶面到所述颈部流道的末端的距离L1大于或等于0。

根据本实用新型，所述颈部流道的孔半径R1和所述阀芯头部的圆柱体半径R2满足关系式：0≤R1－R2≤2mm。

优选地，R1-R2＝0.15mm。

根据本实用新型，所述内置式单向阀全开时，所述喉部流道的末端到所述阀芯入口承压面之间的距离L2满足关系式：

2πR1*L2≥πR1²。

根据本实用新型，所述出口流道的孔半径R4和所述阀芯尾部的圆柱体半径R3满足关系式：0≤R4－R3≤2mm。

优选地，R4-R3＝0.15mm。

根据本实用新型，所述阀芯头部的相邻两个头部支腿之间的夹角为120°，所述阀芯尾部的相邻两个尾部支腿之间的夹角为120°，所述阀芯尾部的三个尾部支腿上垂直出口流体承压面的相邻两个端面之间的夹角α、β和γ满足关系式：π(R3²-R10²)*(α+β+γ)/360≥πR1²。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益技术效果：

1)、本实用新型的内置式单向阀，可安装在管道内，也可内置在连接件本体内，能够实现单向阀的功能，且显著节省了设备空间，降低了设备重量。

2)、可在流道内沿着流体流动方向运动，包括直线运动和适当的偏移，同时还可作旋转运动，显著降低了单向阀的产生的流体阻力，降低了流体压头损耗，且噪音低，防震荡。

3)、简化了阀体和阀芯结构，同样保证了单向阀功能，且结构强度提高。

附图说明

图1为本实用新型的第一个实施例的内置式单向阀的结构示意图剖视图，竖直放置，全开状态。

图2为图1中内置式单向阀的阀体的剖视图。

图3为内置式单向阀的阀芯的主视图。

图4为内置式单向阀的阀芯的俯视图。

图5为图1中内置式单向阀的仰视图。

图6本实用新型的第一个实施例的内置式单向阀的结构示意图剖视图，非竖直放置，全开状态。

图7为内置式单向阀的阀体与连接件一体化，阀芯完全隐藏在连接件内的剖视图。阀体尾部的出口流道的内壁具有内螺纹或为光滑孔；

图8为内置式单向阀的阀体与连接件一体化，阀芯完全隐藏在连接件内的剖视图。阀体尾部为带外螺纹结构的墩头，或者插入式连接。

图9为内置式单向阀的阀体与连接件一体化，阀芯完全隐藏在连接件内的剖视图。阀体尾部具有外部密封槽。

图中：

R1为颈部流道的孔半径；

R2为阀芯头部的圆柱体半径；

R3为阀芯尾部的圆柱体半径；

R4为出口流道的孔半径；

R5为卡簧卡槽内面到阀体中心线的半径；

R6为阀体头部密封槽面到阀体中心线的半径；

R7为阀体尾部密封槽面到阀体中心线的半径；

R8为入口流道对应的阀体外端面到阀体中心线的半径；

R9为出口流道对应的阀体外端面到阀体中心线的半径；

R10为阀芯尾部顶板的外径；

α、β、γ分别是阀芯尾部的三个尾部支腿上垂直出口流体承压面的相邻两个端面之间的夹角。

L1为阀门全开时，阀芯头部的顶面到所述颈部流道的末端的距离；

L2为入口流体承压面到喉部流道的末端之间的距离。

1-阀体、2-阀芯、3-卡簧、11-入口流道、12-颈部流道、13-喉部流道、14-出口流道、15-倾斜圆锥面、16-头部密封槽、17-尾部密封槽、18-外螺纹、19-外部密封槽、21-阀芯头部、22-阀芯尾部、23-中间连接段、211-底板、212-头部支腿、213-第一加强肋、221-顶板、222-尾部支腿、223-第二加强肋、231-内部密封槽、232-内部密封圈、141-卡簧卡槽、142-延长段、f-入口流体承压面、g-出口流体承压面、161-头部密封圈、171-尾部密封圈。

具体实施方式

下面结合附图，以具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限定本实用新型的范围。

如图1至图4所示，根据本实用新型的第一个实施例，本实用新型的内置式单向阀，包括阀体1，阀芯2和卡簧3。其中：

如图1和图2所示，所述阀体1的内部具有圆形腔，所述圆形腔体从所述阀体1的入口到出口依次包括入口流道11、颈部流道12、喉部流道13和出口流道14，所述入口流道11、颈部流道12、喉部流道13和出口流道14同心。流体依次经过所述入口流道11、颈部流道12和喉部流道13进入所述出口流道14，流出所述单向阀。

所述阀芯2为绕中心线规则的支架结构，包括直径较小的圆柱体型阀芯头部21、直径较大的圆柱体型阀芯尾部22，和中间连接段23；所述阀芯头部21的圆柱体半径R2略小于所述颈部流道12的孔半径R1，所述中间连接段23和阀芯尾部22容纳于所述出口流道14内，从而允许所述阀芯1在所述颈部流道12与所述出口流道14之间做往复运动和旋转运动。

所述阀芯头部21具有入口流体承压面f，所述阀芯尾部22具有出口流体承压面g。所述中间连接段23上开设环形的内部密封槽231，所述内部密封槽231内安装内部密封圈232，所述喉部流道13相对应的所述阀体1的内壁为倾斜圆锥面15。

所述阀体1与所述阀芯2的密封主要依靠所述阀芯2上的内部密封圈232与所述喉部流道13的倾斜圆锥面15径向接触。当所述阀芯2上的内部密封圈232与所述倾斜圆锥面15紧密贴合时，内置式单向阀处于关闭状态，流体介质不能通过该单向阀。当所述内部密封圈232脱离所述倾斜圆锥面15时，所述内置式单向阀处于打开状态。

所述出口流道14的末端的内壁上开设环形的卡簧卡槽141，所述卡簧3安装在所述卡簧卡槽141内，用于对所述阀芯2进行限位。

所述卡簧3限制所述阀芯2的运动路径，可避免所述阀芯头部21的顶端运动超出所述颈部流道12的底端，使所述阀芯卡在所述出口流道14内部而无法复位，进而丧失其控制流体运动方向的功能。

在所述阀芯2在全开状态下，所述阀芯尾部22的端面碰到所述卡簧3时，所述卡簧3施加给所述阀芯尾部22的端面一个反作用力，阻碍了所述阀芯2的继续运动，此时为所述阀芯2在所述阀体1里运动的最大位移。

如图3和图4所示，根据本实用新型，所述阀芯头部21为三足支架结构，包括底板211，及设置在所述底板211外缘的三个头部支腿212，所述头部支腿212具有圆弧形的外侧面，且所述头部支腿212的圆弧形的外侧面的半径等于所述底板211的半径，也等于所述阀芯头部21的圆柱体半径R2。

所述阀芯尾部22为三足支架结构，包括顶板221，及对称设置在所述顶板221外缘的三个尾部支腿222，所述尾部支腿222具有圆弧形的外侧面，且所述尾部支腿222的圆弧形的外侧面的半径等于所述阀芯尾部22的圆柱体半径R3。所述出口流道14的孔半径为R4。

此时，所述底板211与入口流体接触的面为入口流体承压面f，所述顶板221与出口流体接触的面为出口流体承压面g。

由于流体绕经所述阀芯的外围流动，在高流速作用下，所述阀芯2会在所述阀体1的内部做旋转运动，因此R3和R4的之间距离间隙决定了所述阀芯2相对于所述阀体1的垂直中心轴作径向运动的位移大小，而流速和该位移的大小也决定了运动过程中单向阀产生的噪音大小。在所述阀体1的安装位置相对固定不动的情况下，作为运动部件的阀芯2成为单向阀的重要部件。

采用三足支架结构，不仅减轻了阀芯2的重量，且能够保障阀芯2的结构强度。同时，本实施例的阀芯材料采用高耐热的轻量化尼龙材料，并且强度和硬度高，外表面光滑，加上流体的润滑作用，相比较点接触或者线接触而言，会减小所述阀芯2对所述阀体1的冲击强度，从而减小噪音。

根据本实用新型，三个所述头部支腿212的内侧分别固定设置有第一加强肋213，三个所述尾部支腿222的内侧分别固定设置有第二加强肋223。

进一步地，所述第一加强肋213垂直设置，所述第一加强肋213的底部与所述底板211顶面固定。所述第二加强肋223水平设置，三块所述第二加强肋223的一端分别固定在所述尾部支腿222上，另一端相交于中心，底端与所述顶板221的底面固定。

所述第一加强肋213和第二加强肋223起到固定支撑作用，防止支架在往复运动过程中，由于温度交变和压力交变而引起支架细微变形，与壳体内表面摩擦因素变大，影响阀芯的正常往复运动。

根据本实用新型，所述阀体1为圆柱体型，所述阀体1的外表面的上端开设一个头部密封槽16，下端开设一个尾部密封槽17，所述头部密封槽16和所述尾部密封槽17内分别安装头部密封圈161和尾部密封圈171。当所述阀体1整体插入连接件(例如管道或设备)的连接孔内时，可隐藏于设备中，小巧和安装简单特点也决定了其便于更换。

也可以根据实际安装情况，在所述阀体1的外表面上开设至少一个外部密封槽(例如上述的头部密封槽161或尾部密封圈171)，所述外部密封槽内安装外部密封圈。

还可根据安装位置的不同，连接件的连接关系的不同，选择外螺纹连接，内螺纹连接，或者插接连接。

根据本实用新型，在所述内置式单向阀完全打开的状态下，所述阀芯头部21的顶面到所述颈部流道12的末端的距离L1大于或等于0。本实施例中，所述阀芯头部21的头部支腿212的顶面到所述颈部流道12的末端的距离L1大于或等于0。

设置L1大于或等于0目的是防止所述阀芯2的往复运动行程过大，使整个阀芯2掉入所述喉部流道13以下的所述出口流道14内，造成卡位，复位困难，甚至使所述阀芯2无法复位。

同时全开时，所述喉部流道13的末端到所述入口流体承压面f之间的距离L2满足关系式：2πR1*L2≥πR1²。

根据本实用新型，所述颈部流道12的孔半径R1和所述阀芯头部21的圆柱体半径R2满足关系式：0≤R1－R2≤2mm。

优选地，R1-R2＝0.15mm。

根据本实用新型，所述出口流道14的孔半径R4和所述阀芯尾部22的圆柱体半径R3满足关系式：0≤R4－R3≤2mm。

优选地，R4-R3＝0.15mm。

如图3至图5所示，根据本实用新型，优选地，所述阀芯头部的相邻两个头部支腿之间的夹角为120°，所述阀芯尾部的相邻两个尾部支腿之间的夹角为120°；

同时，所述阀芯尾部的三个尾部支腿上垂直出口流体承压面的相邻两个端面R之间的夹角α、β和γ满足关系式：π(R3²-R10²)*(α+β+γ)/360≥πR1²。

根据本实用新型，本实用新型的内置式单向阀可竖直安装，也可非竖直安装。

当所述内置式单向阀沿着流道中心线竖直内置安装时，如图1所示，所述内置式单向阀的入口在上方，出口在下。由于所述阀芯2的自重，所述内置式单向阀在正常状态下为常开。或者图1的单向阀倒置，即入口在下方，出口在上方，则所述内置式单向阀在正常状态下为常闭状态。当入口流体压力大于出口流体的压力，或者入口流体压力大于出口流体压力与阀芯重力之和时，单向阀打开，反之，则关闭。

所述阀芯2的入口的等效受力面积为πR2²，所述阀芯2的出口的等效受力面积为πR3²，流体从所述阀体1的入口流道11流入，大部分流体垂直冲击所述入口流体承压面f，所述入口流体承压面f承受压强P1，损失一部分动能，并从所述阀芯头部21与所述出口流道14的间隙流入所述出口流道14内；小部分流体直接从所述间隙流入所述出口流道14内。当所述阀芯2的出口侧有流体介质逆向流动时，所述阀芯2的出口流体承压面g承受压强P2。则阀芯自重G、P1、P2与阀芯和阀体之间的正压强Fn满足关系式：

P1*πR2²+G≤P2*πR3²+μ*Fn

其中：μ为动摩擦因素。由于流体介质的润滑作用，在竖直放置状态下，所述阀芯2和所述阀体1之间的正压力Fn≈0。因此，可近似认为当出口流体承压面上的压力≥入口流体承压面上压力+阀芯自重时，单向阀就关闭，此时单向阀的密封效果主要依靠内部密封槽231上的内部密封圈232与所述喉部流道13的倾斜圆锥面15的贴紧程度，进而起到防止流体逆流，减小泄漏量的效果。

如图6所示，当所述内置式单向阀沿着流道中心线与水平面角度呈非90°安装时，由于头部支腿和尾部支腿的圆弧形面的面积较小，其中一个头部支腿和尾部支腿的整个圆弧形积和阀体内流道接触，构成面接触。此时，当入口流体承压面f承受压强P1，出口流体承压面g承受压强P2，以及头部支腿和尾部支腿的圆弧形面和阀体内壁接触的正压强Fn满足关系式：

P1*πR2²≥P2*πR3²+μ*Fn

其中：μ为动摩擦因素，则单向阀为打开状态。反之，P1*πR2²＜P2*πR3²+μ*Fn时，则单向阀为关闭状态。在此状态下，所述阀芯2和所述阀体1内部的动摩擦力不可忽略。但是由于流体介质的存在，相当于使所述阀芯2和所述阀体1内壁的接触面之间填充了一层润滑膜，大大降低了动摩擦因素μ，因此实际作动过程中，动摩擦力很小。尤其流体介质为非粘性流体或者粘性力较小的空气、水或冷媒等流体介质时，动摩擦力很小。

如图7-9所示，本实用新型的第二个实施例，本实用新型的内置式单向阀，包括与设备一体化(例如一体成型)的阀体，所述阀体的内部结构与第一个实施例的阀体的内部结构相同，所述阀体的内部安装第一个实施例的阀芯和卡簧，即可实现上述单向阀功能。

根据本实用新型，由于阀体与设备一体化，则阀体只需从另一端与连接件连接。所述阀体的另一端的连接结构可以为多种，例如：

如图7所示，所述阀体尾部的出口流道具有延长段142，所述延长段142的内壁光滑或带有内螺纹，相应与插入式墩头插接连接，或与外螺纹连接件(例如管道或设备口)螺纹连接。

如图8所示，所述阀体尾部的外壁上具有外螺纹18，可与连接件(例如管道或设备口)螺纹连接。

如图9所示，所述阀体尾部的外部具有外部密封槽19，可在所述外部密封槽19内安装密封圈，并与相匹配的连接件(例如管道或设备口)连接。

本实施方案主要应用在模块化产品上，将所述内置式单向阀与其他零部件做成一体化的模块化产品。一方面可以节省空间，降低模块化产品的重量；另一方面也降低了发生泄露的可能性，减少失效点；同时，相比由多个零部件组装成的模块化产品而言，降低了模块化成本，提高了模块化产品的附件价值。

根据本实用新型的一个具体应用例，在热泵系统上具有补气功能的压缩机，运行制热循环时，需要在补气腔的进口侧安装单向阀，以防止压缩机内压缩不完全的气体泄露，造成冷媒压缩效率低，高压侧冷媒释放热量不足的情况。此时可应用第二个实施例的内置式单向阀，设计成与压缩机一体化的内置式单向阀，用以满足补气腔具有只进不出的功能，从而保障系统的安全性。

以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。