一种换向阀及其旋转阀芯的制作方法

本发明属于阀门应用技术领域，具体地说，涉及一种换向阀及其旋转阀芯。

背景技术：

目前，自动换向、切换阀都是由电磁阀控制，技术非常成熟，应用极其广泛。其原理要求每个先导腔，都需要由至少一个电磁阀控制其内的气体或液体的压力变化。对于需要两个或两个以上先导腔控制的阀体来说，需要与其对应个数的电磁阀控制，相对采用的元器件多，可靠性下降、生产成本高、占用空间大。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现有采用控制多个换向阀、切向阀需要配合多个电磁阀，采用元器件多的问题，本发明提供一种换向阀及其旋转阀芯。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种旋转阀芯，应用于阀体的周期性加压、泄压，所述阀体包括容纳所述旋转阀芯的内腔，所述内腔上设置有侧壁引气通道和底部引气通道，所述旋转阀芯包括：

进气口，设置于所述旋转阀芯的底部，且位于所述旋转阀芯的中线轴线上；

引气口，设置于旋转阀芯侧面，且与所述进气口相连通；

以及泄压口一和泄压口二，所述泄压口一设置于旋转阀芯侧面，所述泄压口二设置于旋转阀芯上表面，且所述泄压口一和所述泄压口二相连通；

其中，所述侧壁引气通道的入口、所述引气口、所述泄压口一、相对于所述旋转阀芯的底部的高度相等，所述底部引气通道的出口位置与进气口的位置相对应。

优选地，所述引气口至少为一个。

优选地，所述旋转阀芯还包括限位槽，所述限位槽位于旋转阀芯顶部，所述限位槽配合设置有限位块，所述限位块一端与所述限位槽相配合。

优选地，所述旋转阀芯和所述内腔的形状尺寸相配合，且均为锥形状或圆柱形状。

优选地，所述旋转阀芯为橡胶旋转阀芯。

一种换向阀，包括所述的旋转阀芯、阀体和驱动装置，所述阀体包括内腔和阀腔膜组，所述内腔包括侧壁引气通道和底部引气通道，所述阀腔膜组包括：

压缩机引气通道，具有压缩机引气口，所述压缩机引气口位于所述阀体侧壁上，且该压缩机引气通道的一端与进气口相连通；

送气通道，具有送气口，所述送气口位于所述阀体侧壁上，且该送气通道的一端与工作腔连通；

排气通道，具有排气口，所述排气口位于所述阀体侧壁上；

先导腔，其与所述侧壁引气通道相连通；

工作腔，该工作腔的一端向所述压缩机引气通道延伸，另一端向所述先导腔延伸，且与所述排气通道的一端相连；

活门膜组，当所述旋转阀芯的引气口与所述侧壁引气通道的入口连通时，所述先导腔内气压增加并驱动所述活门膜组运动，使所述工作腔的一端与所述压缩机引气通道连通且另一端与所述排气通道断开，当所述旋转阀芯的泄压口一与所述侧壁引气通道的入口连通时，所述先导腔内气压降低并驱动所述活门膜组复位，使所述工作腔的一端与所述压缩机引气通道断开且另一端与所述排气通道连通。

优选地，所述活门膜组包括上膜片、下膜片和连杆，所述上膜片和所述下膜片分别固定于连杆的两端，所述先导腔、排气通道、工作腔和引气通道依次连接，所述上膜片边缘固定在所述先导腔的内壁上，当先导腔气压增加时，所述上膜片向下凹陷至所述工作腔的上端面，断开排气通道与工作腔的连通，同时下膜片离开工作腔下端面，接通所述引气通道与工作腔；当先导腔气压降低时，所述上膜片复位，工作腔与排气通道连通，同时下膜片运动至工作腔下端面，断开所述引气通道与工作腔的连通。

优选地，所述连杆的两端套设有固定架。

优选地，所述阀体包括至少两个阀腔模组，且所述侧壁引气通道的数量与所述阀腔模组的数量一致。

优选地，所述驱动装置为电机，所述电机固定设置在阀体的顶部，且所述电机输出轴上套设有弹簧。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明通过设计旋转阀芯，用步进电机控制旋转阀芯，通过旋转阀芯控制先导腔的启闭，使先导腔内的压力产生变化，从而控制活门膜组的运动，实现阀体进气(液)的切换，本发明使得换向阀、切向阀的控制不再依赖于电磁阀，对于需要两个或两个以上先导腔控制的阀体，无需对应利用两个或两个以上的电磁阀控制阀体，从而减小了元器件的个数，同时本发明结构紧凑、生产成本低；

(2)本发明的旋转阀芯通过旋转可以控制不同阀腔的启闭，旋转阀芯优选橡胶旋转阀芯，密封性好，结构简单，易于安装制造；

(3)本发明在电机输出轴上套设弹簧，进一步地保证了旋转阀芯与容纳旋转阀芯的内腔的贴合度，增加了密封性能。

附图说明

图1为实施例1的换向阀结构示意图一；

图2为实施例1的换向阀结构示意图二；

图3为实施例1的换向阀主视图方向结构剖视图三；

图4为实施例1的换向阀主视图方向结构剖视图四；

图5为实施例1的换向阀侧视图方向结构剖视图五；

图6为阀体结构示意图；

图7为阀体俯视图；

图8为阀体仰视图；

图9为实施例2的换向阀剖视图；

图10为旋转阀芯的结构示意图；

图11为图10顺时针旋转90度的旋转阀芯结构示意图；

图12为图10顺时针旋转180度的旋转阀芯结构示意图；

图13为图10逆时针旋转90度的旋转阀芯结构示意图；

图14为图13的旋转阀芯的仰视图；

图15为图10的旋转阀芯的剖视图；

图16为连杆的主视图；

图17为连杆的俯视图；

图18为实施例2的上盖板401的结构示意图。

图中：1、旋转阀芯；101、安装孔；102、引气口一；103、引气口二；104、泄压口一；105、进气口；106、限位槽；107、旋转阀芯侧面；108、旋转阀芯上表面；2、驱动装置；3、电机输出轴；4、阀体；401、上盖板；402、下盖板；403、压缩机引气通道；404、左送气通道；405、右送气通道；406、排气通道；407、内腔；408、左上膜片；409、右上膜片；410、左连杆；411、右连杆；412、左下膜片；413、右下膜片；414、左先导腔；415、右先导腔；416、左工作腔；417、右工作腔；418、固定架；419、侧壁引气通道；420、底部引气通道；421、限位块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。其中，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本文的说明述中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在限制本发明，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意和所有的组合。

实施例1

请参阅图1、图5，为换向阀的结构示意图，该换向阀主要用于需要两个或两个以上先导腔控制的阀体，尤其用在制氧机中。本实施例中的换向阀包括旋转阀芯1、阀体4和驱动装置2，其中，旋转阀芯1包括进气口105、泄压口104和引气口，请一并参考图10至图15，旋转阀芯1的外部轮廓为锥形状，当然，旋转阀芯1不限于锥形状，还可以是圆柱形状，或者是其它形状，在旋转阀芯1的顶部设置有安装孔101，所述安装孔101自旋转阀芯上表面108并沿旋转阀芯的中心轴线向下延伸，为一盲孔，用于连接驱动装置2的输出轴，本实施例的驱动装置2选择电机，电机固定安装于阀体4上方，且电机输出轴3安装于盲孔中，以驱动旋转阀芯1的转动。在旋转阀芯1的底部开设有进气口105，所述进气口105自旋转阀芯1的底面并沿旋转阀芯的中心轴线方向向上延伸一定深度，特别注意的是，安装孔101和进气口105不得连通，始终要保证二者之间存在适当距离；在旋转阀芯侧面107上设置有泄压口一104，在于旋转阀芯上表面108上设置有泄压口二，泄压口一104和泄压口二相连通，形成泄压孔，用于阀体的泄压，除此之外，在旋转阀芯侧面107上还设置有引气口，引气口以旋转阀芯侧面107为基面，沿着与旋转阀芯1的中心轴线垂直方向延伸至与进气口105相连通，引气口地数量至少为一个，本实施例中设置有两个引气口，分别是引气口一102和引气口二103，引气口一102和引气口二103对称设置于泄压口一104两侧，且两个引气口以转阀芯侧面107为基面，沿着与旋转阀芯1的中心轴线垂直方向延伸至与进气口105相连通，气体可经进气口105进入引气口一102和/或引气口二103。

更进一步地，将引气口一102和引气口二103设计成角度在30度-89度内，根据两边阀腔需要的气体量具体地旋转角度大小，以适应制氧机的不同需求，具体角度并不受此范围的限制。

阀体4又包括内腔407和阀腔膜组，内腔407主要用于容纳旋转阀芯1，内腔407包括侧壁引气通道419和底部引气通道420，其中，底部引气通道420用于连通旋转阀芯1和阀体4的进气通道。需要特别注意的是，侧壁引气通道419和前述的引气口、泄压口一104相对于旋转阀芯1的底部的高度相等，以保证旋转阀芯1在内腔407中旋转的过程中，引气口及泄压口一104能周期性地与侧壁引气通道419的入口相连通以进行加压、或泄压。另外，请继续参考图6和图7，为了控制旋转阀芯1的旋转角度，在旋转阀芯上表面108开设限位槽106，在内腔407内设置与限位槽106相配合的限位块，该限位块设置在内腔407的顶部，旋转阀芯1安装到内腔407后，限位块卡入限位槽106内，限位块在限位槽内转动，以配合旋转阀芯1的旋转，保证旋转阀芯1的旋转精度。另外，旋转阀芯1在材质的选择上，优选橡胶材质或塑料材质的旋转阀芯，选用橡胶或塑料材质的旋转阀芯，可以很好的贴合在内腔407中，保证旋转阀芯1和内腔407的封闭性，增加旋转阀芯1与旋转阀芯容纳腔407之间的密封性，但不限于其它同样能实现密封性的材料。

为了进一步地保证旋转阀芯1与内腔407的贴合度，增加密封性，在电机输出轴3上套设弹簧，所述弹簧一端固定在旋转阀芯上表面108上，在弹簧弹力的作用下，保证旋转阀芯1与旋转阀芯容纳腔407的贴合度，在电机输出轴3上套设弹簧尤其适用于本实施例中锥形状的旋转阀芯1，锥形状的旋转阀芯1其本身在旋转的过程中与内腔407之间就具有良好的贴合性，在电机输出轴3上套设弹簧并将弹簧一端固定在旋转阀芯上表面108上，使得旋转阀芯1在内腔407之中旋转时，在出现间隙时，可以及时调整，始终保持旋转阀芯1和内腔407之间的贴合度，保证旋转阀芯和内腔407之间的密封性。

阀腔模组具体又包括压缩机引气通道403、送气通道、排气通道406、先导腔、工作腔和先导机构，下面对阀腔模组的各组成进行详细介绍：

压缩机引气通道403，具有压缩机引气口，且压缩机引气口位于阀体4侧壁上，且该压缩机引气通道403的一端通过阀体4底部的底部引气通道420与旋转阀芯1的进气口105相连通，压缩机引气可以经过压缩机引气口进入压缩机引气通道403，再经底部引气通道420进入旋转阀芯1的进气口105，经进气口105继续进入引气口；

送气通道，具有送气口，该送气口位于阀体4侧壁上，且该送气通道的一端与工作腔连通，另一端连接分子筛床的进气口，本实施例以分子筛床为例，但并不局限于分子筛床；

排气通道406，请参考图2和图3，排气通道406具有排气口，该排气口位于阀体4侧壁上，值得注意的是，排气通道406和压缩机引气通道403永不连通；

先导腔，请参考图4和图6，先导腔与前述侧壁引气通道419相连通，当压缩机引气进入旋转阀芯1的进气口105后，通过侧壁引气通道419继续进入先导腔中，从而对先导腔进行加压；

工作腔，请继续参考图4，该工作腔的一端向压缩机引气通道403延伸，另一端向先导腔延伸，且与排气通道406的一端相连，且工作腔向先导腔延伸端在对先导腔加压时，与排气通道406的一端相断开，在先导腔泄压时，与排气通道406的一端相连通；

活门膜组，当旋转阀芯1的引气口与侧壁引气通道419的入口连通时，先导腔内气压增加并驱动所述活门膜组运动，使所述工作腔的一端与所述压缩机引气通道连通且另一端与所述排气通道406断开，当所述旋转阀芯1的泄压口一104与所述侧壁引气通道的入口连通时，所述先导腔内气压降低并驱动所述活门膜组复位，使所述工作腔的一端与所述压缩机引气通道403断开且另一端与所述排气通道406连通。

其中，所述活门膜组包括上膜片、下膜片和连杆，所述上膜片和所述下膜片分别固定于连杆的两端，所述先导腔、排气通道406、工作腔和引气通道依次连接，所述上膜片边缘固定在所述先导腔的内壁上，当先导腔气压增加时，所述上膜片向下凹陷至所述工作腔的上端面，断开排气通道406与工作腔的连通，同时下膜片离开工作腔下端面，接通所述引气通道与工作腔；当先导腔气压降低时，所述上膜片复位，工作腔与排气通道连通，同时下膜片运动至工作腔下端面，断开所述引气通道与工作腔的连通。为了保证连杆在工作腔内移动，不发生偏转，进而保证工作腔的密封性，在连杆的两端固定设置有固定架418，所述固定架418的尺寸与工作腔尺寸相同，且与工作腔相贴合，连杆及固定架418的示意图请参考图14及图15。

如图5所示，本实施例中通过螺栓将上盖板401、下盖板402固定在阀体的上下端，形成阀腔模组，构成完整的阀体4，当然对于阀体4，可以一体成型进行生产制造，不局限于单一的生产模式。

阀腔模组在数量上，至少为两个，可以为多个，需要注意的就是，阀体4的内腔407上的述侧壁引气通道419的数量应该和阀腔模组的数量相一致。本实施例以两个阀腔模组为例，对该换向阀进行详细介绍：

请参考图4，送气通道包括左送气通道404和右送气通道405，左送气通道404的一端与左工作腔416连通，另一端连接分子筛床1的进气口，右送气通道405的一端与右工作腔417连通，另一端连接分子筛床2的进气口，本实施例以分子筛床为例，但并不局限于分子筛床；

先导腔包括左先导腔414和右先导腔415，工作腔包括左工作腔416和右工作腔417，活门膜组包括左活门膜组和右活门膜组，所述左活门膜组包括左上膜片408、左连杆410和左下膜片412，右活门膜组包括右上膜片409、右连杆411和右下膜片413，压缩机引气通过压缩机引气通道403进入底部引气通道420，经底部引气通道420进入旋转阀芯1的进气口105，经进气口105进入旋转阀芯1的引气口，当引气口只设置一个的时候，经引气口和内腔407上的侧壁引气通道419进入左先导腔414，左先导腔414内的气压增加并驱动左上膜片408运动，左上膜片408向下凹陷至左工作腔416的上端面，断开工作腔416与排气通道406的连通，驱动左连杆410沿左工作腔416向下运动，左连杆410两端设置的固定架418对左连杆410起导向作用，左下膜片412向下运动，离开左工作腔416的下端面，压缩机引气通过左工作腔416进入左送气通道404，经左送气通道404送至分子筛床1。通过控制电机的转速，使旋转阀芯1的泄压口一104与侧壁引气通道419相连通，左先导腔414气压降低并驱动左上膜片408复位，左连杆410向上运动，带动左下膜片412向上运动，左工作腔416的一端与压缩机引气通道403断开且另一端与所述排气通道406连通，断开左送气通道404与分子筛床1的连通。与此同时，旋转阀芯1旋转至引气口与右先导腔415上的侧壁引气通道419相对应时，压缩机引气经通过压缩机引气通道403进入底部引气通道420，经底部引气通道420进入旋转阀芯1的进气口105，经进气口105进入旋转阀芯1的引气口，并重复和左阀腔模组相同的动作，对右先导腔415进行加压、泄压，控制右送气通道406与分子筛床2的通断。

本实施例的换向阀主要由驱动装置2、旋转阀芯1、活门膜组、阀体4组成；旋转阀芯1紧贴内腔407内表面，在驱动装置2的带动下，可以左右旋转；下面以引气口数量为两个为例，且引气口的数量和侧壁引气通道419的数量一致，旋转阀芯1上开有引气口一102和引气口二103，分别与左先导腔414和右先导腔415连通。旋转阀芯1在驱动装置2的带动下，控制先导腔的启闭，使先导腔内的压力产生变化，从而控制活门膜组的运动，实现阀体进气(液)的切换。

下面结合图1至图17，以制氧机为例，左送气通道404与分子筛床1相连，右送气通道405与分子筛床2相连，对换向阀的工作原理作如下说明：

a、未通电通气时，旋转阀芯1逆时针靠在阀体4上的限位块421上，此时，旋转阀芯1上的引气口一102与左先导腔414通连，泄压口一104与右先导腔415通连；两阀腔膜组的下膜片与工作腔相贴合，压住活门座口，使压缩机引气通道403与两分子筛床断开，排气通道406与两分子筛床同时接通；

b、通电工作起始，电机2(优选步进电机)顺时针旋转，带动旋转阀芯1开始转动，此时引气口一102与左先导腔414通连，压缩空气经压缩机引气通道403进入旋转阀芯1中的进气口105，经引气口一102进入左先导腔414，并建立压力，驱使左活门膜组向下移动，使压缩机引气通过左送气通道404进入分子筛床1内，且同时断开分子筛床1与排气通道406的连通。此时，泄压口一104与右先导腔415通连，使右先导腔415与大气相通，不能建立压力，右活门膜组保持不动，压缩机引气不能进入分子筛床2内，且分子筛床2与排气通道406的连通。

c、旋转阀芯1顺时针转动过一定角度，引气口一102与左先导腔414仍通连，泄压口一104与右先导腔415断开，且旋转阀芯1上引气口二103与右先导腔415也保持通连，压缩空气也进入右先导腔415，并建立压力，驱使右活门膜组向下移动，打使压缩机引气通过右送气通道405进入分子筛床2内，且同时断开分子筛床2与排气通道406的连通。此时压缩空气分别同时进入分子筛床1和分子筛床2，此为平衡均压阶段，这个阶段持续0.5秒钟左右。

d、旋转阀芯1继续顺时针转动一定角度，泄压口一104与左先导腔414通连，使左先导腔414与大气相通，左先导腔414泄压，左活门膜组上移，压缩机引气不能通过左送气通道404进入分子筛床1内，同时分子筛床1与排气通道406的连通，分子筛床1泄压冲洗再生；此时旋转阀芯1上的引气口二103与右先导腔415仍通连，右先导腔415保持压力，右活门膜组继续保持下位，压缩机引气继续进入分子筛床2内，且同时保持分子筛床2与排气通道406的断开，使分子筛床2继续产氧，此过程持续3到4秒钟。

e、d阶段结束后，电机2开始逆时针转动，带动旋转阀芯1也逆时针转动，旋转阀芯1转动过一定角度，旋转阀芯1上的引气口二103与右先导腔415仍通连，泄压口一104与左先导腔414断开，且旋转阀芯1上的引气口一102与左先导腔414也保持通连，压缩空气也进入左先导腔414，并建立压力，驱使左活门膜组向下移动，使压缩机引气进入分子筛床1内，且同时断开分子筛床1与排气通道406的连通。此时压缩空气分别同时进入分子筛床1和分子筛床2，此为平衡均压阶段，这个阶段持续0.5秒钟左右。

f、旋转阀芯1继续逆时针转动一定角度，泄压口一104与右先导腔415通连，使右先导腔415与大气相通，右先导腔415泄压，右活门膜组上移，关闭右边压缩机引气右送气通道405，压缩机引气不能进入分子筛床2内，同时分子筛床2与排气通道406的连通，分子筛床2泄压冲洗再生；此时旋转阀芯1上的引气口一102与左先导腔414仍通连，左先导腔414保持压力，左活门膜组继续保持下位，压缩机引气继续进入分子筛床1内，且同时保持分子筛床1与排气通道406的断开，使分子筛床1继续产氧，此过程持续3到4秒钟。

以后旋转阀芯1继续按上述顺、逆时针的顺序交替转动，在换向阀内部控制着压缩机引气的输出方向，使压缩机引气按要求分别进入分子筛床1、分子筛床2，交替产氧、再生，如此循环。

g、停机后，电机2延时几个循环，使先导腔充分泄压，最终左右阀腔模组的下膜片压住进气活门座口，使压缩机引气通道403与两分子筛床断开，排气通道与两分子筛床同时接通，使机体内的余压得以充分释放。

通过上面的分析，除平衡均压阶段外，当压缩机引气通道403与分子筛床1相通时，排气通道406与分子筛床2相通；当压缩机引气通道403与分子筛床2相通时，排气通道406与分子筛床1相通；压缩机引气通道403始终不和排气通道406相通；平衡阶段时，压缩机引气通道403与分子筛床1和分子筛床2同时相通，排气通道406与分子筛床1和分子筛床2同时断开。

仔细分析上述过程，就会发现，步进电机2带动旋转阀芯1产生的控制过程和电磁阀控制过程完全一样，即保证了该方案替代电磁阀的可行性。

实施例2

在实施例1的基础上，请参考图9和图18，本实施的换向阀的阀体包括上盖板401和下盖板402，其中上盖板401在与之对应的先导腔上方具有向下延伸的圆环形凸起，并且在圆环形凸起上设置侧壁引气通道419，同样需要特别注意的是，该圆环形凸起上的侧壁引气通道419和前述的引气口、泄压口一104相对于旋转阀芯1的底部的高度相等，以保证旋转阀芯1在内腔407中旋转的过程中，引气口及泄压口一104能周期性地与侧壁引气通道419的入口相连通以进行加压、或泄压。压缩机引气通道403、左送气通道404、右送气通道405和排气通道406在设置的方位上和实施例1不同，但其工作原理相同，都是旋转阀芯1在驱动装置2的带动下，控制先导腔的启闭，使先导腔内的压力产生变化，从而控制活门膜组的运动，实现阀体进气(液)的切换，在此不做赘述。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。