CN109237075A - 多通道旋转切换阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种多通道旋转切换阀，旨在提供一种结构简单易维护，成本低廉的流体通道切换阀。本发明通过下述技术方案予以实现：T形柱塞在预紧弹簧的作用下，轴向压紧转子阀盘贴紧阀芯背端，从动轴筒带动转子阀盘在阀体的阀座轴孔中旋转，阀头和阀芯周围一圈圆周阵列通道孔连通为10个可选的流体通道形成进口流路与来样阀相连通，中心的通道孔连通形成出口流路与进样阀相连通，转子阀盘上沿半径方向开直槽来连通进口和出口流路，光电编码器通过固定在减速步进电机上的驱动电路板，按步进选择转子阀盘的转动角度，转子阀盘通过不断旋转的连续切换，逐一连通阀芯圆周上一圈对应阀头的流体通道和中心的通道孔，闭塞未被选择的流路端口实现管路选择切换。

Description

多通道旋转切换阀

技术领域

本发明涉及一种广泛应用于气路或者液路流体采集、分配的多通道旋转切换阀。尤其是涉及一种主要用于气路或者液路中多个通道之间的依次切换，可以实现一个入口或出口与多个出口或入口依次接通的多通道旋转切换阀。

背景技术

随着工业的发展以及对环保的日益重视，对水体的化学需氧量、氨氮、总磷、重金属等污染物浓度检测是水质监测的主要内容，水质监测仪器的关键结构之一是实现多种试剂和样液分路选择通过的多通道转换控制阀。由于检测过程涉及多种样液和试剂，需要多个管路可以分别流通不同的样液，如果对管路进行分别控制，每一条管路上至少需要一个控制阀，设备结构和控制系统复杂程度高。现有技术多通道依次接通的场合主要应用电磁阀来实现通断，在工作时控制对应的一路电磁阀接通，其他通道的电磁阀闭合，需要切换时控制另一路打开，原来通道的电磁阀闭合实现依次切换。这种电磁阀切换的方式需要根据通道的数量配置多个电磁阀。另外电磁阀的工作噪音比较大，工作寿命往往也不是很高。

目前国内外的多通阀大致有以下几种形式：

1.多位多通阀，阀体各部分的粗糙度、形位公差要求高，尤其是对阀芯与阀套、阀套与阀体之间的表面粗糙度，阀体、阀套以及阀芯上的径向孔的位置度公差要求高，因此对制造工艺要求较高。

2.平面多通阀，阀头制作有环形凹槽，使用两个内嵌式不锈钢C形压环，通过圆周分布的10个螺钉压紧阀头、压环和阀体。且平面多通阀通过两个表面相对移动进行通道的转换，对平面的加工要求非常严格。其阀芯部分别与周围的多个阀口接通，工作时阀芯与壳体的接触产生密封，对表面质量、形位公差等同样有严格的要求。

3.阀芯转动型多通阀，通常采用电机/齿轮箱/位置齿轮盘/光电开关整体式结构，采用8路液体的多路通道设计选择进入，1路通道流出的功能。阀门使用粘接剂粘接阀芯和阀体，工艺较为复杂，且很难更换阀芯。运用在水质检测仪器中存在通道易结垢，阀芯易粘连，易漏液，清洁困难。低黏度流体分路选择通过多通道转换阀，要求多种液体或试剂的流通和切换。电子元件易发生故障，价格高昂等缺点，严重影响设备的可靠性，可维护性及经济性。

上述阀设计中采用电磁铁与接近开关配合控制多通道转换阀流体通道的开启和关闭体。流体从贮液瓶流经多通道转换阀由出液口流出，靠液体自重进入检测装置的反应容器，由称重传感器控制流入反应容器的液体量。待测样液从多通道转化阀上方的贮液瓶由入液管分别与8个快速接头的上阀口接通，流经快速接头、下阀口穿过自制电磁铁内部由出液管流入反应器。下阀口安装在电磁铁上端，快速接头被固定在压板和上板之间。出液管一端穿过电磁铁内部连接在下阀口的下端，另一端与反应器相连，同时反应器固定在称重传感器上。电磁铁由电磁铁压板限位在工作台上，工作台与滑动螺母结构右侧连接后与丝杠组成丝杠螺母副，丝杠由步进电机驱动。工作台上在电磁铁后面装有接近式位置传感器。工作台通过导轨滑块可沿圆柱导轨左右水平移动。上板与底板平行由连接杆固定。圆柱直线导轨、丝杠、步进电机经由支座均与底板固定。在上板下侧与快速接头轴线正后对应位置布有8个接近传感器的触点开关。流体从8路供液管道中选择一路流入再从唯一的流出通道流出。一个工作循环有以下环节：工作台水平移动、下阀口竖直运动、流体通道启闭、电磁铁复位。系统启动时，首先由控制面板选择需要检测的样液通道编号，控制系统自动下发指令确定要接通的通道位置，程序控制伺服电机接受控制指令，驱动丝杠螺母副带动电磁铁向待检样液的通道位置移动，当接近式位移传感器接近位于待检样液通道相对应的接近式触点开关时，伺服电机停止运转，电磁铁接通电源，此时电磁铁下阀口正好对正快换接头。下阀口竖直运动。电磁铁接通电源时，安装在电磁铁上端的下阀口正好对正快换接头。在电磁铁作用下下阀口被向上快速推起做竖直运动，快速接头内的顶销在下阀口的冲击推力下，克服弹簧压力和入液管道内液体自重打开样液通道，样液在自重作用下沿液体通道进入反应器。当进入到反应器中的样液质量达到系统设定值时称重传感器发出控制信号切断电磁铁电源，下阀口在断电后失去了电磁铁给予它的推力缩回原位，脱离与顶块的接触。

发明内容

本发明的目的是针对目前水质监测仪器中使用的多通道旋转切换阀可靠性/可维护性/经济性较低的问题，提供一种可靠耐用，结构简单易维护，且成本低廉，控制精度高的多通道旋转切换阀。

本发明的上述目的可通过以下措施来实现：一种多通道旋转切换阀，包括：固定在壳体后段中的减速步进电机和固定在前段中连接座，以及设置在所述连接座)中，连接电机主轴和从动轴筒的联轴器及其固联在电机主轴上的光电盘，通过法兰盘纵向固联在所述壳体(13)前置端面上的阀体筒体，以及通过螺钉和C形压板压紧在阀体上的的阀头，其特征在于：光电盘装配在减速步进电机主轴上，其盘体镶嵌在光电编码器直槽中；从动轴筒通过中间段的推力球轴承、深沟球轴轴向装配在阀体筒体中，T形柱塞装配在从动轴筒前端的台阶筒体中，调节螺柱通过从动轴筒的轴孔抵住弹簧腔中预紧弹簧的弹簧座，T形柱塞端盘相连装配在台阶筒阀座中的转子阀盘，转子阀盘紧贴阀芯的背端，被密封在阀体端向台阶筒与之紧贴的阀头之间，减速步进电机带动从动轴筒转动，T形柱塞在预紧弹簧的作用下，轴向压紧转子阀盘贴紧阀芯背端，从动轴筒带动转子阀盘在阀体的阀座轴孔中作角度为α≥360°的旋转，阀头和阀芯周围一圈圆周阵列通道孔连通为10个可选的流体通道形成进口流路与来样阀相连通，中心的通道孔连通形成出口流路与进样阀相连通，转子阀盘上沿半径方向开直槽来连通进口和出口流路，光电编码器通过固定在减速步进电机上的驱动电路板，按步进选择转子阀盘的转动角度，转子阀盘通过不断旋转的连续切换，逐一连通阀芯圆周上一圈对应阀头的流体通道和中心的通道孔，闭塞未被选择的流路端口，实现管路选择切换。

本发明相比于现有技术具有如下效果。

具有更高的可靠性。本发明采用减速步进电机及分体式光电编码器替代现有阀门电机/齿轮箱/位置齿轮盘/光电开关整体式结构，提高了驱动扭力，并且在小批量生产中降低了制作成本；采用深沟球轴承及推力球轴承替代现有阀门的滑动轴承结构，减小了磨损。从动轴筒19端向台阶筒的后向筒体通过装配在阀体6中空腔体中的深沟球轴8、推力球轴承7固定在阀体6的中空腔体中，T形柱塞5端盘相连装配在台阶筒阀座17中的转子阀盘4，转子阀盘4紧贴转子阀盘4的背端，被密封在阀体6端向台阶筒与之压紧贴合的阀头1之间，避免阀门漏液，有利于增加阀芯3压力，提高了阀门的工作压力，联轴器连接减速电机输出轴和从动轴筒，便于阀门调试,具有更高的可靠性。

控制精度高。本发明采用光电编码器来对减速步进电机进行控制，光电编码器直槽中镶嵌有光电盘的盘体，光电盘装配在减速步进电机主轴上，步进电机通过从动轴筒带动T形柱塞转动，预紧弹簧在从动轴筒内轴向压紧T形柱塞，使T形柱塞端面的转子阀盘紧贴阀芯，光电编码器精密控制阀头选向，带动转子阀盘在阀体的阀座轴孔中作α≥360°旋转，逐一连通阀芯对应阀头1的所有圆周阵列通道孔，每一步选择流路中的一条，控制样液由来样阀的出口通过本多通道旋转切换阀到进样阀，闭塞未被选择的流路端口，转子阀盘4通过不断旋转可以连续切换，实现管路选切换，通过高精度光电编码器精密控制阀头选向，通道故障率低，提高了控制精度高。从而解决了电磁阀切换的方式需要根据通道的数量配置多个电磁阀结构复杂，工作噪音较大，工作寿命不高；通道易结垢，阀芯易粘连，易漏液，清洁困难；阀体、阀套以及阀芯上的径向孔的位置度公差要求高，阀门使用粘接剂粘接阀芯和阀体，阀芯更换难，控制精度不高的技术问题。

集成性高。本发明采用固定在壳体13中的减速步进电机11，通过法兰盘纵向固联在所述壳体13前置端面上的阀体6筒体，以及通过螺钉和C形压板14压紧在阀体6上的的阀头1，将驱动电路及软件集成在驱动电路中，驱动电路板内置阀体6壳体的中空腔体中，并固定在减速步进电机上，不需要增加额外部件，用户只需要编写简单的通信指令即可使用。并在T形柱塞5上制作定位缺口，通过阀体上的溢流孔观察缺口位置可找到转子阀盘4所属通道位置，便于阀门调试及维护。

结构简单易维护，且成本低廉。本发明采用固定在壳体中的减速步进电机11，纵向连接壳体13的阀体6及其相连的阀头1，结构紧凑、部件少。采用紧定螺钉调节的预紧弹簧装置，可根据不同工作压力及转子阀盘4材质调节压力，方便了阀门的装配，减少了专用装配工装的使用。阀芯和阀头采用圆柱销定位，简化了生产工艺，便于阀芯更换，相对于现有阀门使用3个螺钉固定塑料阀头的结构，具有固定稳固，受力合理，结构紧凑的优点，制作成本仅为现有阀门采购成本的1/4-1/3。

寿命长。本发明采用紧定螺钉调节的弹簧压紧装置，可根据不同工作压力及阀芯阀板材质调节压力，方便了阀门的装配，减少了专用装配工装的使用；阀门的阀芯和阀头采用圆柱销定位，简化了生产工艺，便于阀芯更换，克服了现有阀门使用粘接剂粘接阀芯和阀体，工艺较为复杂，且无法更换阀芯缺陷。经过老化试验制造的阀体，蝶形弹片并组合良好持久的弹力保持阀体两面的密闭性，气密性好。使用两个内嵌式不锈钢C形压环，通过圆周分布的10个螺钉压紧阀头/压环/阀座，使其与阀体紧密贴合，相对于现有阀门使用3个螺钉固定塑料阀头的结构，具有固定稳固，受力合理，结构紧凑的优点，能提高阀门的工作压力，避免阀门漏液；采用PEEK，增强型TEF，进口PPS等材料制成的阀体耐高温、耐腐蚀，使其寿命达到或超过进口阀头。

本发明可应用于环保监测/精细化工/医疗器械领域等需要多种试剂和样液分路选择通过的场合。

附图说明

图1是本发明多通道旋转切换阀的剖视图。

图2是图1局部剖视图。

图3是图1的外形示意图。

图中：1.阀头，2.密封垫，3.阀芯，4.转子阀盘，5.T形柱塞，6.阀体，7.推力球轴承，8.深沟球轴承，9.光电盘，10.光电编码器，11.减速步进电机，12.驱动电路板，13.外壳，14.C形压板(2个)，15.定位销(4个)，16.压环，17.台阶筒阀座，18.预紧弹簧，19.从动轴筒，20.弹簧腔，21.调节螺柱，22.联轴器，23.连接座。

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

具体实施方式

参阅图1～图3。在以下描述的实施例中，一种多通道旋转切换阀，包括：固定在壳体(13后段中的减速步进电机11和固定在前段中连接座23，以及设置在所述连接座23中，连接电机主轴和从动轴筒19的联轴器22及其固联在电机主轴上的光电盘9，通过法兰盘纵向固联在所述壳体13前置端面上的阀体6筒体，以及通过螺钉和C形压板14压紧在阀体6上的的阀头1。光电盘9装配在减速步进电机11主轴上，其盘体镶嵌在光电编码器10直槽中；从动轴筒19通过中间段的推力球轴承7、深沟球轴8轴向装配在阀体6筒体中，T形柱塞5装配在从动轴筒19前端的台阶筒体中，调节螺柱21通过从动轴筒19的轴孔抵住弹簧腔20中的预紧弹簧18的弹簧座20，T形柱塞5端盘相连装配在台阶筒阀座17中的转子阀盘4，转子阀盘4紧贴阀芯3的背端，被密封在阀体6端向台阶筒与之紧贴的阀头1之间，减速步进电机11带动从动轴筒19转动，T形柱塞5在预紧弹簧18的作用下，轴向压紧转子阀盘4贴紧阀芯3背端，从动轴筒19带动转子阀盘4在阀体6的阀座轴孔中作角度为α≥360°的旋转，阀头1和阀芯3周围一圈圆周阵列通道孔连通为10个可选的流体通道形成进口流路与来样阀相连通，中心的通道孔连通形成出口流路与进样阀相连通，转子阀盘4上沿半径方向开直槽来连通进口和出口流路，光电编码器10通过固定在减速步进电机上的驱动电路板，按步进选择转子阀盘4的转动角度，转子阀盘4通过不断旋转的连续切换，逐一连通阀芯3圆周上一圈对应阀头1的流体通道和中心的通道孔，闭塞未被选择的流路端口，实现管路选择切换。

壳体13可以是由矩形体制成的矩形体壳体，阀体6可以是由铝合金材质制成的圆柱体，其它部件及标准件均为304不锈钢材质。这种具有整体式外壳，外观简洁，有效避免灰尘及异物进入，防止腐蚀性气体/液体侵入阀门内部，可有效避免电磁干扰。阀头1可以采用聚三氟氯乙烯，阀头1与阀体6端口之间设有密封垫2，密封垫2可以是由氟橡胶制成。阀芯3可以采用氧化锆陶瓷，T形柱塞5、转子阀盘4和台阶筒阀座17可以是由POM塑料制成。

阀头1头部制有10°-15°的锥形倒角，锥面上制有围绕中心通道孔环布，按拉瓦尔原理锥形发散等分均布的流体通道的圆阵流体通道。通过密封垫2对应连通阀芯3的圆阵流体通道，且每个圆阵流体通道的出口端都制有大于所述通道的台阶孔。阀头1连接阀体6端向台阶筒端面的结合体制有周向分布的销孔，装配在结合面的密封垫2上装配有压环16，定位销15通过阀头1中部装配的C形压板14和上述销孔保证阀头1和阀体6的同轴度以确保进口流路和出口流路的通畅，呈现圆周排列的10个内六角螺钉将阀体6与C形压板14相连以压紧阀头1使其与阀体6端面的密封垫2紧密贴合。

装配在从动轴筒19圆台筒体台阶后端圆柱筒上的推力球轴承7夹装在2个深沟球轴承8之间，且每个深沟球轴承8带唇形密封圈。

为避免液体泄漏腐蚀相关零件。在T形柱塞5的凸缘上制有定位观察缺口，阀体6的外圆筒上制作有溢流孔和观察孔，通过T形柱塞5上的观察缺口和阀体6上的溢流孔位置可找到转子阀盘4所属通道位置，便于阀门调试及维护。

前段装配时，先将4根定位销15，C形压板14，压环16，密封垫2，阀芯3安装于阀头1，然后，在从动轴筒19内装配深沟球轴承8和推力球轴承7，再将从动轴筒19和轴承组合件装入阀体6，安装弹簧座20及弹簧18，在阀体6上压入台阶筒阀座17，在T形柱塞5上安装2根定位销15，安装T形柱塞5，将转子阀盘4和T形柱塞5定位销15组合件安装在从动轴筒19内，将阀头组件安装在阀体6上，可以用10个内六角螺钉紧固。安装调节螺栓21，预紧弹簧18，从而压紧阀芯3和转子阀盘4，然后，将联轴器22安装在从动轴筒19尾端。

后段装配时，使用内六角螺钉将减速步进电机11安装在连接座23上，在减速步进电机11输出轴上安装光电盘9，在连接座23上安装编码器10，在连接座23及减速步进电机11上安装驱动电路板12，并将编码器10及减速步进电机11的导线焊接在驱动电路板12上。在外壳13过线孔上安装橡胶过线圈，然后，将驱动电路板12的电缆线穿过过线圈，将外壳套入，使用8个内六角螺钉固定，完成装配工作。

使用4个内六角螺钉将前段安装在后段上，通电调试，找到光电盘9零位，手动转动联轴器22，通过阀体6上的溢流/观察孔找到转子阀盘4零位，此时，拧紧联轴器22电机端的螺钉，完成调试工作。

应当理解，以上所述的具体事例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，由本发明公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。

Claims (6)

1.一种多通道旋转切换阀，包括：固定在壳体(13)后段中的减速步进电机(11)和固定在前段中连接座(23)，以及设置在所述连接座(23)中，连接电机主轴和从动轴筒(19)的联轴器(22)及其固联在电机主轴上的光电盘(9)，通过法兰盘纵向固联在所述壳体(13)前置端面上的阀体(6)筒体，以及通过螺钉和C形压板(14)压紧在阀体(6)上的的阀头(1)，其特征在于：光电盘(9)装配在减速步进电机(11)主轴上，其盘体镶嵌在光电编码器(10)直槽中；从动轴筒(19)通过中间段的推力球轴承(7)、深沟球轴(8)轴向装配在阀体(6)筒体中，T形柱塞(5)装配在从动轴筒(19)前端的台阶筒体中，调节螺柱(21)通过从动轴筒(19)的轴孔抵住弹簧腔(20)中预紧弹簧(18)的弹簧座(20)，T形柱塞(5)端盘相连装配在台阶筒阀座(17)中的转子阀盘(4)，转子阀盘(4)紧贴阀芯(3)的背端，被密封在阀体(6)端向台阶筒与之紧贴的阀头(1)之间，减速步进电机(11)带动从动轴筒(19)转动，T形柱塞(5)在预紧弹簧(18)的作用下，轴向压紧转子阀盘(4)贴紧阀芯(3)背端，从动轴筒(19)带动转子阀盘(4)在阀体(6)的阀座轴孔中作角度为α≥360°的旋转，阀头(1)和阀芯(3)周围一圈圆周阵列通道孔连通为10个可选的流体通道形成进口流路与来样阀相连通，中心的通道孔连通形成出口流路与进样阀相连通，转子阀盘(4)上沿半径方向开直槽来连通进口和出口流路，光电编码器(10)通过固定在减速步进电机上的驱动电路板，按步进选择转子阀盘(4)的转动角度，转子阀盘(4)通过不断旋转的连续切换，逐一连通阀芯(3)圆周上一圈对应阀头(1)的流体通道和中心的通道孔，闭塞未被选择的流路端口，实现管路选择切换。

2.如权利要求1所述的多通道旋转切换阀，其特征在于：阀头(1)头部制有10°-15°的锥形倒角，锥面上制有围绕中心通道孔环布，按拉瓦尔原理锥形发散等分均布的圆阵流体通道。

3.如权利要求2所述的多通道旋转切换阀，其特征在于：圆阵流体通道通过密封垫(2)对应连通阀芯(3)，且每个通道的出口端都制有大于所述流体通道的台阶孔。

4.如权利要求1所述的多通道旋转切换阀，其特征在于：阀体(6)装有台阶筒阀座(17)一端的端面制有周向分布的销孔，阀头(1)结合面的密封垫(2)上装配有压环(16)，定位销(15)通过阀头(1)中部装配的C形压板(14)和上述销孔，保证阀头(1)和阀体(6)的同轴度以确保进口流路和出口流路的通畅，10颗螺钉将阀体(6)与C形压板(14)相连以压紧阀头(1)使其与阀体(6)端面的密封垫(2)紧密贴合。

5.如权利要求1所述的多通道旋转切换阀，其特征在于：装配在从动轴筒(19)圆台筒体台阶后端圆柱筒上的推力球轴承(7)夹装在2个深沟球轴承(8)之间，且每个深沟球轴承(8)带唇形密封圈。

6.如权利要求1所述的多通道旋转切换阀，其特征在于：在T形柱塞(5)的凸缘上制有定位观察缺口，阀体(6)的外圆筒上制作有溢流孔和观察孔，通过T形柱塞(5)上的观察缺口和阀体(6)上的溢流孔位置可找到转子阀盘(4)所属通道位置，便于阀门调试及维护。