專利名稱：絲式熱敏疏水閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于輸液閥的技術(shù)領(lǐng)域，即提供一種適合于供熱系統(tǒng)使用的具有對(duì)溫度變化敏感的操作裝置的輸出閥。
在供熱領(lǐng)域中，通常采用蒸汽作為傳熱或做功介質(zhì)以達(dá)到采暖或生產(chǎn)的目的。為了使供熱系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、節(jié)約能源，根據(jù)不同的工作條件，需要采用不同種類的疏水閥。液體膨脹式疏水閥是本技術(shù)領(lǐng)域中較為典型的一種。該疏水閥系以充液波紋管為熱敏元件，籍助于閥內(nèi)波紋管中所充注的液體熱脹冷縮來實(shí)現(xiàn)疏水閥在給定的溫度下熱閉冷開。盡管這種疏水閥目前應(yīng)用比較廣，然而，眾所周知，它存在有如下幾個(gè)主要問題(1)波紋管在長期使用過程中易于疲勞損傷，一旦破損即會(huì)因管內(nèi)作功介質(zhì)泄漏而失效，故使用壽命較短；(2)波紋管熱敏元件的結(jié)構(gòu)和制造工藝均較為復(fù)雜，例如它需要由專用設(shè)備向波紋管內(nèi)充注作功介質(zhì)(液體)，焊接密封，故成本較高；(3)靈敏度尚需提高，以充乙醚的波紋管作熱敏元件的疏水閥，目前其溫度誤差一般仍在±10℃以上。
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)液體膨脹式疏水閥的上述缺點(diǎn)，提出一種結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高而使用壽命長的新型熱敏式疏水閥設(shè)計(jì)方案。
本實(shí)用新型所提供的熱敏疏水閥為絲式熱敏疏水閥，其特征在于它采用形狀記憶合金直絲代替結(jié)構(gòu)復(fù)雜的充液波紋管系統(tǒng)作熱敏元件。本實(shí)用新型的絲式熱敏疏水閥由閥體、閥芯、前、后閥座等部件所組成，其特征在于(1)在閥體內(nèi)閥芯前、后兩面分別安置有形狀記憶合金直絲和偏置彈簧；(2)形狀記憶合金直絲一端固定在后閥座的壓緊螺絲上，另一端通過連桿同閥芯相接觸；(3)連桿以固定在閥體內(nèi)壁上的銷軸為支點(diǎn)，其一臂端部緊壓在閥芯座上，另一臂端部同形狀記憶合金絲的一端剛性連接。
(4)偏置彈簧為壓簧結(jié)構(gòu)，它套在閥芯上且兩端分別由閥芯座和前閥座所限位。
本實(shí)用新型即是通過形狀記憶合金絲在給定的溫度(合金相變點(diǎn))附近其長度發(fā)生突然(非線性)變化，熱縮冷脹，通過連桿改變力的轉(zhuǎn)遞方向，放大位移從而達(dá)到調(diào)節(jié)疏水量的目的。所謂形狀記憶合金系指某些合金在其相變點(diǎn)以下受力后產(chǎn)生塑性變形，而一旦加熱到相變點(diǎn)以上，它將恢復(fù)其原來未低溫變形前的形狀，或者說，它具有能“記住”其原有形狀的特性，而其相變點(diǎn)又可稱為形狀恢復(fù)溫度。如果采用不同的形狀恢復(fù)溫度的記憶合金作熱敏絲，便可使本實(shí)用新型的疏水閥在一個(gè)較寬的溫度范圍(通常為20～300℃)內(nèi)使用。本實(shí)用新型的絲式熱敏疏水閥，其記憶合金直絲可由單股絲或多股絲組合而成，通常其直徑為0.5～1.5毫米，在控溫下限時(shí)其長度為60～140毫米，控溫上限時(shí)其長度為45－110毫米，記憶合金絲的控制溫差為±5℃；與上述記憶合金直絲相匹配的偏置彈簧，其線徑為1.0～3.2毫米，外徑可為7－25毫米，自由長度可為5～50毫米，偏置彈簧的推力以介于前述記憶合金直絲控溫上，下限變形負(fù)荷之間為宜。以支點(diǎn)為分界的連桿其兩臂的比例以11～14為宜。
本實(shí)用新型所提供的絲式熱敏疏水閥其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，與它相對(duì)照，


圖1給出了作為已知技術(shù)的充液波紋管式疏水閥的結(jié)構(gòu)，在
圖1、2中(1)前閥座；(2)濾網(wǎng)；(3)壓環(huán)；(4)入口密封；(5)前閥座密封環(huán)；(6)閥體；(7)閥芯；(8)充液波紋管；(9)波紋管蓋；(10)后閥座；(11)后閥座密封墊；(12)調(diào)節(jié)螺絲；(13)螺母；(14)記憶合金直絲；(15)連桿；(16)偏置彈簧；(17)壓緊螺絲；(18)墊片；(19)閥芯桿。
以下結(jié)合附
圖1、2簡要敘述本實(shí)用新型的絲式熱敏疏水閥的工作原理，對(duì)比附
圖1、2，可以看出，本實(shí)用新型的絲式熱敏疏水閥由形狀記憶合金絲(14)、連桿(15)和玫桑 6)所組成的閥芯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)替代充液波紋管系統(tǒng)使結(jié)構(gòu)大為簡化而靈敏度和可靠性卻得到大為提高。采用形狀記憶合金絲(14)作為熱敏元件，同其它可能的設(shè)計(jì)方案(如用記憶合金彈簧)相比是最為簡單的方案，直絲響應(yīng)速度快、恢復(fù)力大，因而對(duì)閥芯的推動(dòng)力也更大。在附圖2中，前閥座(1)上安有疏水閥入口，安裝在入口的濾網(wǎng)(2)是為了防止雜物進(jìn)入閥體(6)，偏置彈簧(16)套在閥芯(7)前部固定在閥芯和前閥座之間，它通過安置在閥芯另一側(cè)的連桿(15)和形狀記憶合金直絲(14)的協(xié)同動(dòng)作控制閥芯的進(jìn)退。閥芯后部為一根細(xì)長的圓桿，它插入后閥座(10)中央的導(dǎo)向孔內(nèi)，籍助于導(dǎo)向孔限制閥芯沿其軸向運(yùn)動(dòng)。形狀記憶合金直絲兩端分別固定在連桿的一個(gè)臂端和壓緊螺絲(17)上，后閥座的導(dǎo)向孔中另安有調(diào)節(jié)螺絲(12)，它決定疏水閥開啟時(shí)閥芯后桿的最大位移量，因而該調(diào)節(jié)螺絲可控制連桿的初始狀態(tài)，即可調(diào)節(jié)形狀記憶合金絲和偏置彈簧的預(yù)緊度和控溫點(diǎn)。絲式熱敏疏水閥工作時(shí)，蒸汽(或水)從入口處進(jìn)入閥體(6)，將熱量傳給形狀記憶合金直絲(14)，當(dāng)入口蒸汽(或水)溫度高于所要求的上限溫度時(shí)，形狀記憶合金直絲(8)縮短，拉動(dòng)連桿(15)并通過連桿進(jìn)而推動(dòng)閥芯(7)使其移向前閥座(1)的入口，將閥關(guān)閉。而當(dāng)入口處的蒸汽(或水)溫度低于所要求的下限溫度時(shí)，形狀記憶合金直絲恢復(fù)其低溫形狀，它對(duì)連桿的拉力消失，此時(shí)，偏置彈簧(16)則依靠其彈性恢復(fù)力反向推動(dòng)閥芯使疏水閥開啟；進(jìn)入疏水閥的低溫蒸汽(或水)從閥體的出口排出，通過低溫回路并再次加熱。如此反復(fù)循環(huán)，可保證供熱系統(tǒng)溫度在所要求的溫度范圍內(nèi)工作，既可使低溫蒸汽(或水)及時(shí)得到加熱，又可使高溫蒸汽(或水)不致于泄漏，故可節(jié)省能源。
同已有技術(shù)的疏水閥相比較，本實(shí)用新型的絲式熱敏疏水閥具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)以形狀記憶合金直絲作為熱敏元件，結(jié)構(gòu)異常簡單，可降低造價(jià)1／2以上；(2)形狀記憶合金直絲，熱響應(yīng)速度快，靈敏度高；(3)在所要求的控制溫度范圍內(nèi)，閥工作穩(wěn)定性好。
本實(shí)用新型所提供的絲式熱敏疏水閥，按其工作溫度不同，其結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)該不同，故下面給出的本實(shí)用新型的三個(gè)不同的最佳實(shí)施例，它們的結(jié)構(gòu)均如圖2所示，但形狀記憶合金絲的形狀恢復(fù)溫度和線徑，長度以及偏置彈簧的參數(shù)卻各不相同。
實(shí)施例1對(duì)蒸汽壓力為1.6兆巴(MPa)的工業(yè)用供熱設(shè)備，其相應(yīng)的工作溫度為200℃。與之相適應(yīng)的絲式熱敏疏水閥可采用雙股直徑為1.4毫米的形狀記憶合金絲(14)作為閥芯(7)驅(qū)動(dòng)器。溫度低于195℃時(shí)形狀記憶合金絲有效長度為120毫米，偏置彈簧(16)的線徑為2.2毫米，外徑為19.2毫米，自由長度為20毫米。安裝時(shí)形狀記憶合金絲保持120毫米長，而將偏置彈簧壓縮到18毫米，使形狀記憶合金絲有一定的預(yù)拉力。當(dāng)供熱系統(tǒng)中蒸汽超過205℃，形狀記憶合金絲縮短到116毫米，經(jīng)過連桿(15)杠桿作用放大使閥芯推進(jìn)8毫米，連桿的兩臂的比例為12。使閥門全部關(guān)閉。此時(shí)偏置彈簧進(jìn)一步壓縮到10毫米。一旦供熱系統(tǒng)蒸汽溫度降低到195℃以下時(shí)，形狀記憶合金對(duì)閥芯的壓力消失；偏置彈簧和系統(tǒng)中的壓力將閥芯反向推回8毫米，并通過連桿將形狀記憶合金絲拉到120毫米，閥門合部開啟，將低溫蒸汽泄入低溫回路中加熱。
實(shí)施例2對(duì)于住宅采暖用供熱鍋爐，如溫度低于100℃出現(xiàn)冷凝水，需要將其排出。在這種鍋爐上使用的絲式熱敏疏水閥，可采用直徑為0.7毫米的雙股形狀記憶合金直絲(14)，在95℃以下，其初始長度為120毫米，高于105℃時(shí)，其長度縮短到116毫米。偏置彈簧(16)的線徑為2.0毫米，外徑為17毫米，自由長度20毫米。安裝時(shí)，使形狀記憶合金絲保持120毫米長，并將偏置彈簧預(yù)先壓縮到18毫米，以使形狀記憶合金絲(14)被預(yù)拉緊。當(dāng)供熱系統(tǒng)超過105℃，形狀記憶合金縮短到116毫米，通過兩臂的比例為12的連桿(15)克服偏置彈簧的壓力，使閥芯推進(jìn)8毫米將閥門全部關(guān)閉。當(dāng)供熱系統(tǒng)溫度降到95℃時(shí)，形狀記憶合金絲拉長到120毫米，它對(duì)連桿的拉力減小，與此同時(shí)，由偏置彈簧的彈性回復(fù)力和系統(tǒng)的壓力作用，可使閥門完全開啟。冷凝水進(jìn)入閥體并經(jīng)出口排到供熱回路中。
實(shí)施例3熱水淋浴用安全閥。熱水淋浴器安全閥要求當(dāng)水溫超過人體感受溫度(約45℃)時(shí)關(guān)閉，而在低于此溫度時(shí)開啟。故可采用形狀恢復(fù)溫度相變點(diǎn)為45±5℃的形狀記憶合金絲作為疏水閥閥芯驅(qū)動(dòng)器。在本實(shí)施例中，形狀記憶合金絲(14)直徑為0.7毫米，低于40℃時(shí)長度為120毫米，偏置彈簧(16)線徑為2.0毫米，外徑為17毫米，自由長度為20毫米，安裝時(shí)，形狀記憶合金絲(14)長度為120毫米，先將偏置彈簧預(yù)先壓緊到18毫米，以拉緊形狀記憶合金絲。當(dāng)水溫超過50℃，記憶合金絲縮短到116毫米，通過連桿克服偏置彈簧壓力使閥芯(7)推進(jìn)，將閥門關(guān)閉。而當(dāng)水溫降到40℃時(shí)，形狀記憶合金伸長，閥芯被偏置彈簧的彈性回復(fù)力和水壓反向推開，使閥門開啟。如此，可保證淋浴者始終接觸的是45±5℃的水溫，不致于被燙傷。
應(yīng)該說明的是，本實(shí)用新型所提供絲式熱敏疏水閥，根據(jù)使用溫度的不同，可以采用不同相變點(diǎn)(即形狀恢復(fù)溫度)的形狀記憶合金作熱敏絲，即通常可采用形狀恢復(fù)溫度為20～300℃的形狀記憶合金作熱敏絲材料。當(dāng)工作壓力較大時(shí)，除了采用直徑較大單線或多股形狀記憶合金絲作熱敏元件外，也可將形狀記憶合金作成條、帶使用，因?yàn)楸緦?shí)用新型所要求保護(hù)的是如附圖2所示的一種針對(duì)供熱用疏水閥的形狀和結(jié)構(gòu)所提出來的新的技術(shù)方案，而不僅僅是某種具體規(guī)格或僅僅適用于某一特定的目的一種疏水閥的設(shè)計(jì)方案。
權(quán)利要求1.一種供熱用的絲式熱敏疏水閥，由前閥座(1)、閥體(6)、閥芯(7)和后閥座(10)等部件所組成，其特征在于采用形狀記憶合金直絲作熱敏元件，即a)在閥體中閥芯的前、后兩面分別安有置有偏置彈簧(16)和形狀記憶合金直絲(14)；b)形狀記憶合金直絲一端固定在后閥座的壓緊螺絲(7)上，另一端通過連桿(15)同閥芯相接觸；c)連桿以固定在閥體內(nèi)壁上的銷軸為支點(diǎn)，其一臂端部緊壓在閥芯座上，另一臂端部同形狀記憶合金直絲作剛性連接；d)偏置彈簧為壓簧結(jié)構(gòu)，它套在閥芯前部且兩端分別由閥芯座和前閥座所限位。
2.按權(quán)利要求1所述的疏水閥，其特征在于所說的形狀記憶合金直絲可由單股絲或多股絲組合而成。以單股絲計(jì)算其直徑可為0.5～1.5毫米，在控制溫度下限時(shí)，絲長為60～140毫米，在控制溫度上限時(shí)，絲長為45～110毫米。
3.按權(quán)利要求所述的疏水閥，其特征在于所說的偏置彈簧其線徑可為1.0～3.2毫米，其外徑可為7～25毫米，自由長度為5～50毫米。
4.按權(quán)利要求1所述的疏水閥，其特征在于所說的連桿以其支點(diǎn)為分界其兩臂長的比例以11～14為宜。
5.按權(quán)利要求1所述的疏水閥，其特征在于所說的形狀記憶合金絲可采用形狀恢復(fù)溫度為20～300℃的形狀記憶合金制成。
專利摘要一種供熱用的絲式熱敏疏水閥，由前閥座(1)、閥體(6)、閥芯(7)和后閥座(10)等部件所組成，其特征在于，采用形狀記憶合金直絲作熱敏元件，即在閥體中分安有形狀記憶合金絲(14)和偏置彈簧(16)，通過兩者的配合使閥芯在使用溫度上、下自動(dòng)關(guān)閉和開啟。本疏水閥可在20～300℃溫度范圍內(nèi)使用，靈敏度為±5℃。它結(jié)構(gòu)簡單，熱響應(yīng)速度快，性能穩(wěn)定，同現(xiàn)有的液體膨脹式疏水閥相比，造價(jià)可降低1/2、靈敏度提高1倍，而使用壽命長，安裝維修簡便。
文檔編號(hào)F16T1/00GK2050526SQ8921054
公開日1990年1月3日 申請(qǐng)日期1989年5月24日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月24日
發(fā)明者李永森, 金永柏, 于榮海 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院金屬研究所