一种阀芯、提升阀及提升阀的应用的制作方法

本发明涉及一种阀芯、提升阀及提升阀的应用。

背景技术：

多气库脉管膨胀机是一种除了阀没有低温下运动部件的膨胀机，其理论可靠性很高，但至今没有得到开发应用，其困难点是阀的问题。一个多气库脉管膨胀机的阀最少有4个，两个或多个气库阀，一个高压进气阀，一个低压出气阀。提升阀是一种漏气很小的阀，很适合做脉管膨胀机的阀，但是现有的用于多气库脉管制冷机的提升阀采用摇臂上加轴承，凸轮采用特定型线的方式，结构复杂，无法应用于实际。

采用目前的普通的应用于GM制冷机的提升阀存在需要很大的力开启阀门，从而造成阀针与摇臂间的接触压力太大从而降低寿命的问题。这主要是由于提升阀尾端的两侧压力差很大造成的。由于压力太大，需要的电机力矩也很大，从而需要大的电机。

为了使脉管膨胀机能够进入实际应用，这一系列问题需要克服。

脉管膨胀机的阀也可用于多气库GM制冷机和多气库脉管制冷机。

多气库GM制冷机是一种利用高压气体制冷的低温制冷机。通过切换阀分别与高压气源和低压气源相通，使高压气体流入制冷机中膨胀做功制冷，然后流入低压气源。气源通常是一个GM压缩机，有高压气体出口和低压气体进口。在常规的气动GM制冷机中，推移活塞的运动由压缩机来的高压气体通过驱动活塞驱动，结构虽然简单，但要消耗一部分压缩机来的高压气体，因而效率较低。为了克服这个困难，将驱动活塞的高压气体通道接入一个气库，将低压气体通道接入一个气库，也可加装一个中压气库，新形成的装置即为多气库GM制冷机，这样利用气库里的气体驱动推移活塞运动，从而提高效率。其所用的阀与脉管膨胀机的开闭顺序一样，只是时间有些差异。

多气库脉管制冷机是由脉管膨胀机加回热器和冷量换热器形成的，其工作过程和多气库膨胀机一样。其所用的阀的与脉管膨胀机的开闭顺序一样，只是时间有些差异。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、使用方便的阀芯、阀芯的应用、提升阀及提升阀的应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明技术方案一：

一种阀芯，包括阀体、阀座及阀针，所述的阀座与阀体连接后形成分别与外界相通的前腔和后腔，阀针贯穿阀座，阀针的凸台与阀座可接触和分离，阀针的凸台与阀座接触时前腔和后腔不相通，阀针的凸台与阀座分离时，前腔和后腔相通，所述的阀体与阀针之间设有平衡腔，该平衡腔与后腔相通。

作为一种实现方式，所述的阀针的尾端设有阀针平衡轴，所述的阀体上开设有平衡孔，在阀针平衡轴与平衡孔的侧壁之间设有密封圈，所述的阀针平衡轴及平衡孔的侧壁围合组成平衡腔，所述的平衡腔和后腔贯通。

作为另一种实现方式，所述的阀针的尾端设有阀针平衡轴，所述的阀体上开设有平衡孔，所述的阀体上开设有使密封圈嵌入的槽，在阀体与阀座之间卡设有顶块，通过顶块将密封圈挡住，通过密封圈使阀针平衡轴与阀体之间密封，所述的阀针平衡轴及平衡孔的侧壁围合组成平衡腔，所述的平衡腔和后腔贯通。

使平衡腔和后腔贯通的孔开设在阀针、阀体或阀座上；使平衡腔和后腔贯通的孔开设在阀针上时，阀针平衡轴内部设有阀针孔，该阀针孔将平衡腔和后腔贯通。

常规的阀芯结构包括阀体、阀座、阀弹簧及阀针，所述的阀座与阀体连接后形成一前腔，所述的阀弹簧设在前腔内，其一端固定在阀体内壁上，另一端与贯穿阀座的阀针尾端连接，所述的阀针可在阀座内滑动，所述的阀座的内端开设有后腔，所述的阀体上开设有两个流体口，第一流体口与前腔一直连通，第二流体口与后腔一直连通，所述的阀针的尾端设有凸起，所述的凸起与阀座内端紧贴时，后腔与所述的前腔隔离，当所述的凸起与阀座内端相离时，后腔与所述的前腔连通，此时第二流体口与第一流体口连通。

本发明技术方案二：

如技术方案一所述的阀芯用于制冷机。

本发明技术方案三：

一种提升阀，包括凸轮组件及阀芯，其中，所述的凸轮组件包括主轴及设置在主轴上的多个凸轮，所述的凸轮带动阀芯的阀针移动，使得阀芯的前腔与后腔连通。

优选实施方式中，阀芯选择技术方案一中任一项所述的阀芯。

其中，所述的凸轮组件包括主轴、第一凸轮、第二凸轮、第三凸轮及第四凸轮，所述的第一凸轮与第二凸轮均间隔设置在主轴上，且第一凸轮与第二凸轮均为偏心轮，所述的第三凸轮与第四凸轮在主轴上并列布置或错开布置。其中，所述的第一凸轮上设有第一凸轮轴承，所述的第二凸轮上设有第二凸轮轴承，所述的第三凸轮上设有第三凸轮轴承，所述的第四凸轮上设有第四凸轮轴承。

所述的提升阀为多气库型提升阀，与中压气库相连接的阀芯设置一个，此时阀芯在一个周期内开闭两次，或与中压气库相连接的阀芯设置两个。

一种优选实施方式为设置摇臂组件，所述的摇臂组件包括摇臂轴及设置在摇臂轴上的摇臂本体，所述的摇臂本体与凸轮接触，同时，所述的摇臂本体与阀针的头端连接；相邻的摇臂本体之间通过设置在摇臂轴上的分隔件隔开。所述的摇臂组件设置在凸轮组件与阀芯之间，且凸轮转动的一个周期内，所述的凸轮带动摇臂本体往复移动一次，摇臂本体的往复运动带动阀针移动，使得第二流体口在凸轮转动一个周期内与第一流体口连通一次。

本发明技术方案四：

一种如技术方案三所述的提升阀的应用，所述的提升阀用于多气库型制冷机，尤其适用于脉管膨胀机、脉管制冷机或GM制冷机。

此时，所述的摇臂组件设有两个，分别为主摇臂组件与副摇臂组件，所述的主摇臂组件与副摇臂组件分别设置在凸轮组件的相对两侧，所述的阀芯共设有5个，其中，与主摇臂组件连接的阀芯设有3个，与副摇臂组件连接的阀芯设有两个。

对于与主摇臂组件连接的阀芯，前腔或后腔其中一腔与脉管膨胀机、脉管制冷机或GM制冷机连接，另一腔与气库连接；

对于与副摇臂组件连接的阀芯，前腔或后腔其中一腔与脉管膨胀机、脉管制冷机或GM制冷机连接，另一腔与低压出气管路或高压出气管路连接。

当所述的多气库型制冷机用提升阀用于脉管制冷机或GM制冷机时，所述的低压出气管路或高压出气管路处于室温端，当所述的多气库型制冷机用提升阀用于 脉管膨胀机时，所述的低压出气管路或高压出气管路处于低温端。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明提升阀由凸轮组件、阀芯及摇臂组件等部件组成，各部件结构简单，易于制造，因此本发明整体外观简洁，结构简单，易于制造。

(2)使用本发明提升阀时，通过外部电机带动主轴转动，通过凸轮组件及摇臂组件带动阀芯中的阀针往复运动，使得凸轮的一个转动周期内，摇臂本体带动阀针压缩或拉伸阀弹簧，使得第二流体口在凸轮转动一个周期内与第一流体口连通一次，在使用时，通过第二流体口与气库连通，则实现在凸轮转动一个周期内，气库开启一次，满足多气库型制冷机对于气库开启的需求。

(3)通过本发明的提升阀时，可以通过设置摇臂本体或凸轮的初始位置，来控制第二流体口与第一流体口连通的时间节点，可以控制不同的阀芯内的第二流体口与第一流体口连通的时间点不同，即可以控制每个阀芯的开启时间。

(4)使用本发明的提升阀，操作简单易行，通过电机带动主轴转动，即可同时控制每个阀芯的开闭，同时通过摇臂组件与凸轮组件的距离，就可以控制每个阀芯的开启大小。

(5)本发明在凸轮上设置加装滚动轴承，通过滚动轴承驱动摇臂本体，从而推动阀针，使阀芯开启，这种结构设置提高了提升阀的使用寿命。

附图说明

图1为实施例1中第一种阀芯的结构示意图；

图2为实施例1中第二种阀芯的结构示意图；

图3为实施例1中第三种阀芯的结构示意图；

图4为实施例2的提升阀安装结构示意图；

图5为实施例2的提升阀外部主视结构示意图；

图6为实施例2的提升阀外部侧视结构示意图；

图7为实施例2中第一种凸轮组件的主视结构示意图；

图8为实施例2中第一种凸轮组件的侧视结构示意图；

图9为实施例2中摇臂组件的主视结构示意图；

图10为实施例2中摇臂组件的侧视结构示意图；

图11为本发明的提升阀与电机组装后的示意图；

图12为实施例2中第二种凸轮组件的结构示意图；

图13为实施例2中采用第二种凸轮组件时外部主视结构示意图；

图14为实施例3中提升阀用于脉管膨胀机时结构示意图；

图15为实施例4中提升阀用于脉管制冷机时的结构示意图；

图16为实施例5中提升阀用于多气库GM制冷机时的结构示意图。

图中标号：1为凸轮组件，11为主轴，12为第一凸轮，121为第一凸轮轴承，13为第二凸轮，131为第二凸轮轴承，14为第三凸轮，141为第三凸轮轴承，15为第四凸轮，151为第四凸轮轴承，2为阀芯，21为阀体，211为顶块，21a平衡孔，22为阀弹簧，23为阀座，24为阀针，241为阀针平衡轴，242为密封圈，243为阀针孔，251为第一流体口，252为第二流体口，26为前腔，27为后腔，27a为平衡腔，3为主摇臂组件，31为摇臂轴，32为分隔件，33为摇臂本体，4为副摇臂组件，5为阀体，51为凸轮箱，52为凸轮箱盖，61为脉管，621、622、623均为气库，631为高压进气管路，632为低压出气管路，641为回热器，642为冷量换热器，643为室温端散热器，7为多气库GM制冷机冷冻部，71为多气库GM制冷机工作部，72为多气库GM制冷机驱动部，8为电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种阀芯，如图1所示，阀芯2包括阀体21、阀座23、阀弹簧22及阀针24，阀座23与阀体21连接后形成一前腔26，阀弹簧22设在前腔26内，其一端压在阀体21上，另一端压在贯穿阀座23的阀针24尾端，用以提供阀针24对阀座23的预压力。阀针24可在阀座23内滑动，阀座23内开设有后腔27。阀体21上开设有两个流体口，第一流体口251与前腔26一直连通，第二流体口252与后腔27一直连通，阀针24的尾端设有凸起。当阀针24处于最右端时，凸起与阀座23内端紧贴，使得后腔27与前腔26隔离，此时第二流体口252与第一流体口251不连通，即为阀闭。当阀针24左移，压缩阀弹簧22时，凸起与阀座23内端的后腔27分离，使得后腔27与前腔26连通，此时第二流体口252与第一流体口251连通，即阀开。

在图1中，后腔27与前腔26一般压力差很大，一般为1-2MPa左右，作用在 阀针24上的压力基本为后腔27与前腔26的压差乘以后腔27的横截面积。为顶开阀针24，凸轮要很大的力，不仅要很大的电机，而且也容易造成阀针与摇臂的磨损，影响寿命。

为此提供第二种阀芯结构，如图2所示，阀针24的尾端设有阀针平衡轴241，阀体21上开设有平衡孔21a，在阀针平衡轴241与平衡孔21a的侧壁之间设有密封圈242，阀针平衡轴241及平衡孔21a的侧壁围合组成平衡腔27a，阀针平衡轴241内部设有阀针孔243，该阀针孔243将平衡腔27a和后腔27贯通，从而使平衡腔27a内的压力和后腔27的压力一致。平衡腔27a和后腔27贯通的孔也可设在阀体21和阀座23上。由于平衡腔27a的存在，作用在阀针24上的力基本为后腔27与前腔26的压差乘以后腔27的横截面积与平衡腔27a的横截面积之差。控制平衡前27a的横截面积即可调节作用在阀针24上的压力。一般密封圈242是由聚四氟乙烯等材料制成，弹性很小，图2的方式装配不易。

为此提供第三种阀芯，如图3所示，阀针24的尾端设有阀针平衡轴241，阀体21上开设有平衡孔21a，阀体21上开设有使密封圈242嵌入的槽，用顶块211将密封圈242挡住。顶块211卡在阀体21与阀座23之间。通过密封圈242使阀针平衡轴241与阀体21之间密封，阀针平衡轴241及平衡孔21a的侧壁围合组成平衡腔27a，阀针平衡轴241内部设有阀针孔243，该阀针孔243将平衡腔27a和后腔27贯通，从而使平衡腔27a内的压力和后腔27的压力一致。平衡腔27a和后腔27贯通的孔也可设在阀体21和阀座23上。

实施例2

一种提升阀，如图4～图6所示，包括凸轮组件1、摇臂组件及实施例1中任一种阀芯，摇臂组件设有两个，分别为主摇臂组件3与副摇臂组件4，主摇臂组件3与副摇臂组件4分别设置在凸轮组件1的相对两侧，阀芯2共设有5个，其中，与主摇臂组件3连接的阀芯2设有3个，与副摇臂组件4连接的阀芯2设有两个。其中凸轮组件1及摇臂组件位于由凸轮箱51及凸轮箱盖52组成的阀体5内部。

如图7、图8所示，凸轮组件1包括主轴11、第一凸轮12、第二凸轮13、第三凸轮14及第四凸轮15，第一凸轮12与第二凸轮13均间隔设置在主轴11上，且第一凸轮12与第二凸轮13均为偏心轮，第三凸轮14与第四凸轮15对称设置在主轴11上，且均绕主轴11转动。第一凸轮12上设有第一凸轮轴承121，第二凸轮13上设有第二凸轮轴承131，第三凸轮14上设有第三凸轮轴承141，第四凸轮 15上设有第四凸轮轴承151。

如图9、图10所示，摇臂组件包括摇臂轴31及设置在摇臂轴31上的摇臂本体33，摇臂本体33的间距与凸轮的间距相同，摇臂本体33的一端转动连接在摇臂轴31上，另一端可与阀针24的头端接触用以顶开阀门，且相邻的摇臂本体33之间通过设置在摇臂轴31上的分隔件32隔开。

在提升阀中，电机带动凸轮转动，摇臂组件设置在凸轮组件1的相对两侧，且凸轮转动的一个周期内，一个凸轮带动摇臂本体33往复摆动一次，摇臂本体33的摆动带动阀针24往复移动一次，使得第二流体口252与第一流体口251连通一次。实现阀开闭一次。

各个阀的开启时间节点和闭合时间节点和开启的程度由各凸轮的位置角，凸轮的偏心和摇臂的位置及阀芯的位置决定。

在多气库型制冷机中，由于中压气库的阀一个周期开闭两次，因而用一对第三凸轮14和第四凸轮15来驱动，从而实现一个周期两次开闭。

在多气库型制冷机中，高压气源阀、低压气源阀和高低压气库阀的开闭时间基本一样，因而可共用第一凸轮12和第二凸轮13。

这里，凸轮采用偏心轮的方式，从而使凸轮的结构简化，套以轴承，轴承与摇臂间的摩擦为滚动摩擦，从而获得长寿命。

轴承既可以是滚动轴承，也可以是滑动轴承。如果没有轴承，凸轮与摇臂直接接触也可以，但减低寿命。

图11显示了该提升阀与电机组装后的外形示意图，其中电机8与凸轮组件的主轴连接，带动主轴转动。

在这种阀门中，阀芯是易损件，寿命较短。一个周期开闭两次会影响寿命，这时可用两个阀代替一个阀的方式，如图12、13所示。

在图12中，第四凸轮15与第四凸轮轴承151和第三凸轮14与第三凸轮轴承141错开，这样第四凸轮15与第三凸轮14可驱动两个阀芯，如图13所示。

为了提高凸轮寿命，也可采用一个凸轮一个阀芯的形式。

实施例3

如实施例2描述的提升阀用于脉管膨胀机，其结构如图14所示，与主摇臂组件3连接的阀芯2共有3个，其中左边的阀芯2的第二流体口252与气库621连接，第一流体口251与脉管61连接，中间的阀芯2的第一流体口251与气库622连接， 第二流体口252与脉管61连接，右边的阀芯2的第一流体口251与气库623连接，第二流体口252与脉管61连接。

与副摇臂组件4连接的阀芯2共有两个，其中左边的阀芯2的第二流体口252与低压出气管路632连接，第一流体口251与脉管61连接，其中右边的阀芯2的第一流体口251与高压进气管路631连接，第二流体口252与脉管61连接。低压出气管路632上可设有低压进气阀，高压进气管路631上可设有高压进气阀。

该阀可实现如下的开闭过程：气库623与脉管相通，后断开；气库621与脉管相通之后，低压出气管路632与脉管底部相通，气库621和低压出气管路632与脉管底部断开；气库623与脉管相通，后断开；气库622与脉管相通之后，高压进气管路631与脉管底部相通，气库622和高压进气管路631与脉管底部断开。

在上述的阀的开闭过程中，气体的过程如下：

气库623与脉管相通，脉管61上部的气体流入气库623里，待到压力降为与气库623的压力接近时，气库623与脉管断开；

气库621与脉管61相通，脉管61上部的气体流入气库621里，压力降到接近气库621的压力时，低压出气管路632与脉管61底部相通，脉管底部的低温低压气体流入低压管道632，气库621里的气体流入脉管的上部，推动脉管底部的气体流出。之后，气库621与脉管61断开，低压出气管路632与脉管61断开。

气库623与脉管相通，气库623里的气体流入脉管61的上部，待到压力升到接近气库623的压力时，气库623与脉管断开；

气库622与脉管61相通，气库622气体流入脉管61的上部，压力升到接近气库622的压力时，高压近气管路631与脉管61底部相通，高压进气管路631里的气体流入脉管61底部，脉管61上部的气体流入气库621里，带动高压近气管路631里的气体流入脉管底部。之后，气库622与脉管61断开，高压进气管路631与脉管61断开。

按上述过程，气库621的压力略高于低压出气管道632的压力，气库622的压力略低于高压进气管道631的压力，气库623的压力约是高压进气管道631与低压出气管道632的平均。

如图14所示，多气库型制冷机用提升阀用于脉管膨胀机时，低压出气管路或高压出气管路处于低温端。与其相配的阀组间的进出气口也在低温端，而与阀体相接部在室温端，这时，阀芯要有足够的长度已减低导热损失。

实施例4

如实施例2描述的提升阀用于脉管制冷机，其结构如图15所示，在脉管61的下部有冷量换热器642，回热器641，上部有室温端散热器643，冷量从冷量换热器642输出。

与主摇臂组件3连接的阀芯2共有3个，其中左边的阀芯2的第二流体口252与气库621连接，第一流体口251与室温端散热器643连接，中间的阀芯2的第一流体口251与气库622连接，第二流体口252与室温端散热器643连接，右边的阀芯2的第一流体口251与气库623连接，第二流体口252与室温端散热器643连接。

与副摇臂组件4连接的阀芯2共有两个，其中左边的阀芯2的第二流体口252与低压出气管路632连接，第一流体口251与回热器641连接，其中右边的阀芯2的第一流体口251与高压进气管路631连接，第二流体口252与回热器641连接。

低压出气管路632上可设有低压进气阀，高压进气管路631上可设有高压进气阀。

多气库型制冷机用提升阀用于脉管制冷机时，低压出气管路或高压出气管路处于室温端。

实施例5

如实施例2描述的提升阀用于多气库GM制冷机，其结构如图16所示，多气库GM制冷机冷冻部7由多气库GM制冷机工作部71和多气库GM制冷机驱动部72组成。

与主摇臂组件3连接的阀芯2共有3个，其中左边的阀芯2的第二流体口252与气库621连接，第一流体口251与多气库GM制冷机驱动部72连接，中间的阀芯2的第一流体口251与气库622连接，第二流体口252与多气库GM制冷机驱动部72连接，右边的阀芯2的第一流体口251与气库623连接，第二流体口252与多气库GM制冷机驱动部72连接。

与副摇臂组件4连接的阀芯2共有两个，其中左边的阀芯2的第二流体口252与低压出气管路632连接，第一流体口251与多气库GM制冷机工作部71连接，其中右边的阀芯2的第一流体口251与高压进气管路631连接，第二流体口252与多气库GM制冷机工作部71连接。

低压出气管路632上可设有低压进气阀，高压进气管路631上可设有高压进气阀。

多气库型制冷机用提升阀用于GM制冷机时，低压出气管路或高压出气管路处于室温端。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。