家用凈水器專用減壓閥的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種家用凈水器專用減壓閥，包括前蓋、閥芯軸、壓縮加載彈簧、活塞組件、后蓋及密封圈,在閥芯軸的背面、活塞的背面分別設有半徑為R的凸形球面，凸形球面在壓縮加載彈簧的雙向作用力推動下，分別與前、后蓋上的半徑為R的凹形球面底座相吻合，形成球面配合自動定心結構；在專用減壓閥裝配時，球面配合自動定心結構使閥芯軸、活塞受到球面約束,減少自由度,提高同心度實現自動定心；在專用減壓閥工作時，當活塞與閥芯軸之間的滑動配合存在同軸度誤差時,就產生偏心滑動阻力,產生旋轉力矩，推動閥心軸繞所述凸形球面球心互動找正。從而改善了兩者的同軸度,減少了移動副的運行阻力，提高了靈敏度和減壓閥輸出特性的穩定性。
【專利說明】家用凈水器專用減壓閥
【技術領域】
[0001]本發明涉及減壓閥【技術領域】，特別涉及家用凈水器、水家電、高層建筑飲用水的家用安全給水裝置上使用的專用減壓閥。
【背景技術】
[0002]傳統型減壓閥，自從18世紀問世以來，隨著時間的推移和科技的進步，現今已向專用型減壓閥迅速發展。例如:蒸汽減壓閥，液化器減壓閥，氧氣、氮氣、氨氣、氯氣、氬氣、丙稀、乙炔等專用型減壓閥的品類多達數十種。開發這些專用減壓的目的，旨在使其性能更加符合專用場所及介質的特殊要求。家用凈水器配用減壓閥可用防護凈水器受到高水壓沖擊得危險，家用凈水器專用減壓閥的技術性能，顧名思義應概括成以下4點專用要求: 1）.流量、壓力特性:要符合凈水器及水家電的安全給水的要求。
[0003]).水壓廣泛適應性:當用戶水壓≤0.1MPa時，減壓閥出水不減壓的要求。
[0004]).結構可靠性、穩定性、耐用性要求:三年無需保養的。
[0005]).使用中免予調整:適應廣袤的城鄉普通老百姓方便使用的要求。
[0006]我國家用凈水器及其配用的減壓閥，自從上世紀90年代初，由幾家臺商引進到大陸設廠生產推廣以來，至2013年全國的凈水器行業生產廠商已達3000多家，凈水器年產銷量3500萬臺。然而，減壓閥在凈水器上的配用量卻不足1/10，其原因并非凈水器抗爆性已達到美國《NSF》標準可以不配減壓閥的水平，而是現有減壓閥還不可靠、適應性差。出于無奈，大多數凈水器廠家干脆不用減壓閥，于是大量的不具備減壓閥安保功能的凈水器，進入了千家萬戶。當遇到給水壓力波動或發生“水錘”時，凈水器其過濾器、泵罐、水管、管接件等涉水部件系統泄漏、爆管等危機事件屢有發生…。近年來，隨著家用凈水器品質的提高同時，減壓閥結構性能也有改進，已有大的凈水器制造商率先倡導:在凈水器上100%配用減壓閥。凈水器的安保功能提高、泄漏、爆管等危機事件的發生慨率減少，成效顯著。但目前市場上配套凈水器用的減壓閥大都是塑料制造的減壓閥，其結構形式有:閥芯軸與活塞組成的減壓閥、比例減壓閥等類似的家用塑料制造的減壓閥，在可靠性、適應性等方面還存在以下問題和不足:
I)由閥芯軸與活塞組成的直接作用式塑料減壓閥，其主要構件的精度低，直接作用式減壓閥其構件精度與減壓閥的輸出特性呈正相關。所述的主要構件的精度，它包括平行度、垂直度、同心度、圓柱度、位置度等形位精度。受精度影響:直接關系到活塞上的彈性橡膠密封圈與后蓋內壁產生摩擦阻力，受精度影響:活塞與后蓋之間的間隙容易使活塞產生側傾(約1.8度，如圖7所示)，活塞大端平面結構與后蓋底座平面為平面接觸，而平面接觸不具配良好定心功能。活塞大端平面結構與后蓋底座平面形成隨機定位可能產生位置度失準、直接關系到由密封件元素所構成的移動副工作阻力、間接影響減壓閥內部閉環自動調節系統的靈敏度。靈敏度直接關系到減壓閥的輸出性能。因此，直接作用式減壓閥的壓力、流量輸出特性及其穩定性能，與相對運動構件的精度呈正相關。不言而諭減壓閥用材選用黃銅或全不銹鋼材料制造，外部壓鑄不加工，內部釆用經濟加工精度就可以達到較高精度的減壓閥，不僅性能好，輸出穩定，并且使用可靠。而塑料構件減壓閥其構件采用注塑一次性加工，其拔模錐度、制件收縮、合模線的注塑缺陷嚴重影響制件精度，因此塑料構件減壓閥性能差。所以德國，意大利等進口的減壓閥堅持釆用金屬材料生產制造的原因就在于此，但卻存在成本高的問題。
[0007]2).家用塑料減壓閥，其活塞組件存在膠塞松動脫離的問題:其原因是:彈性平面膠塞與膠塞座孔之間，僅依靠膠塞直徑D的彈性過盈量，去擠緊座孔、形成靜配合定位。在使用過程中，膠塞會老化、彈性會衰變。動態工作時:閥后出水從膠塞座孔d(見圖6)進入膠塞座孔內壁41，對膠塞構成軸向擠出力Fz。(Fz=P 2 D2p/4)。注:P 2是閥后反向水壓，使膠塞脫離座孔。靜態工作時:高壓進水從閥芯軸出水口與膠塞平面接觸的有效面積上形成密封力Fm，Fm使膠塞向座孔擠緊。膠塞在Fz與Fm交變應力作用下，加速老化衰變，松動脫離的情況自然發生，導致減壓閥失效。
[0008]3).家用塑料減壓閥，在用戶水壓≤0.1MPa情況下，不具備有閥后出水不減壓的性能要求。
[0009]
【發明內容】
本發明所要解決的技術問題:針對現有技術之不足，提供一種閥芯軸與活塞兩者同軸度能自動找正的家用凈水器專用減壓閥，從而提高現有塑料減壓閥輸出特性的穩定性。
[0010]本發明的技術方案是:家用凈水器專用減壓閥，包括前蓋、閥芯軸、壓縮加載彈簧、活塞組件、后蓋及密封圈，在閥芯軸的背面、活塞的背面分別設有半徑為R的凸形球面，凸形球面在壓縮加載彈簧的雙向作用力推動下，分別與前、后蓋上的半徑為R的凹形球面底座相吻合，形成球面配合自動定心結構；在專用減壓閥裝配時，球面配合自動定心結構使閥芯軸、活塞受到球面約束，減少自由度，提高同心度實現自動定心；在專用減壓閥工作時，當活塞與閥芯軸之間的滑動配合存在同軸度誤差時，就產生偏心滑動阻力，產生旋轉力矩，推動閥心軸繞所述凸形球面球心互動找正。
[0011]所述閥芯軸和活塞的凸形球面在同一軸線上，所述前蓋、后蓋的凹形球面底座的球心在同一軸線上。
[0012]一種家用凈水器專用減壓閥，由前蓋、后蓋構成減壓閥的閥體，閥芯軸、活塞設置在閥體內，所述活塞包括內腔、膠塞部，在活塞外壁與后蓋內壁間設置有第一密封移動副，在閥芯軸與活塞的內腔間設置有第二密封移動副，所述膠塞部上安裝有膠塞；所述閥芯軸上設置有球面狀的臺肩，所述前蓋的內壁設置有與所述臺肩相適配的球面狀的凹形壁面；所述活塞的底端為球面狀的，所述后蓋的內壁設置有與所述活塞底端相適配的球面狀的凹形壁面；所述閥芯軸臺肩的球心與活塞的底端球面的球心同軸線。
[0013]所述活塞上設置有彈簧支撐座，在所述彈簧支撐座與閥芯軸間設置有壓縮加載彈簧。
[0014]所述膠塞包括基部、閥門部、以及在基部與閥門部之間的流水通道，所述膠塞的一端平齊，在另一端，閥門部突出于基部。
[0015]所述膠塞是螺紋膠塞，所述膠塞與活塞螺紋連接。
[0016]所述活塞的膠塞部設有安裝凹臺，所述膠塞的基部抵靠在所述安裝凹臺上。
[0017]本發明具有以下有益效果:
I).本發明“球面配合自動定心結構”的家用凈水器專用減壓閥，在閥芯軸的靠背面、活塞的靠背面分別設有半徑為R的Q3、Q2凸形球面，球面在壓縮加載彈簧的雙向作用力推動下，與前、后閥蓋上的半徑為R的Q4、Q1凹形球面底座相吻合，形成球面配合自動定心結構；在裝配時，使所述的閥芯軸、活塞受到球面約束自動定心；在工作時:介質(P 2 )直接作用于活塞的移動，在移動過程中活塞與閥芯軸之間產生滑動配合。在滑動配合過程中，如果由于兩者之間存在同軸度誤差(假如:彈簧垂直度偏斜I度，使閥芯軸與活塞偏移I度，參見圖2)，則在兩者的相對運動就形成偏心滑動阻力，而這一阻力所產生旋轉力矩，推動閥芯軸繞R球面球心互動找正，從而改善了兩者的同軸度，減少了移動副的運行阻力，提高了靈敏度和減壓閥輸出特性的穩定性。
[0018]).當前我國凈水器，所配套的塑料減壓閥成本低(10元左右)，已成為市場的主導方向。在塑料減壓閥基礎上取長補短，進行“球面定心”結構的優化設計，旨在不改變塑件精度的件下，通過改變構件形狀，改善受力情況，以資提高:閥芯軸與前蓋、活塞與后蓋、閥芯軸與活塞，三者之間的宏觀同軸度，改善彈性密封件的微觀受力各向均衡性。經試驗證明:由Y1、Y2元素接觸移動副(低副)運動過程中，減輕其移動阻力，提高其密封性能，優化系統靈敏度、改善運行平穩等性能，都取得了較好的效果。因塑料閥精度偏低，而導致減壓閥輸出性能下降的問題得到了化解。有效地克服現有技術之不足。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明家用凈水器專用減壓閥結構示意圖。
[0020]圖2為本發明專用減壓閥HJ實施例的閥芯軸活塞組合結構剖示圖。
[0021]圖3為本發明專用減壓閥LJ實施例的閥芯軸活塞結構剖示圖。
[0022]圖4為本發明活塞組件拆分示意圖。
[0023]圖5為為本發明膠塞水平截面示意圖。
[0024]圖6為現有家用凈水器減壓閥膠塞安裝定位結構示意圖。
[0025]圖7為現有家用凈水器減壓閥活塞側傾示意圖。
[0026]圖8為本發明《4分閥壓力，流量特性(線線)監督曲線表》。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。
[0028]一種家用凈水器專用減壓閥，包括前蓋、閥芯軸、壓縮加載彈簧、活塞組件、后蓋及密封圈，在閥芯軸的背面、活塞的背面分別設有半徑為R的凸形球面，凸形球面在壓縮加載彈簧的雙向作用力推動下，分別與前、后蓋上的半徑為R的凹形球面底座相吻合，形成球面配合自動定心結構；在專用減壓閥裝配時，球面配合自動定心結構使閥芯軸、活塞受到球面約束，減少自由度，提高同心度實現自動定心；在專用減壓閥工作時，當活塞與閥芯軸之間的滑動配合存在同軸度誤差時，就產生偏心滑動阻力，產生旋轉力矩，推動閥心軸繞凸形球面球心互動找正。閥芯軸和活塞的凸形球面在同一軸線上，前蓋、后蓋的凹形球面底座的球心在同一軸線上。
[0029]本發明通過“球面配合自動定心結構”，使閥芯軸與活塞兩者的同軸度能自動找正，從而提高減壓閥的性能。而閥芯軸的背面與前蓋底座形狀的配合、或者是活塞的背面與后蓋上的底座形狀的配合除了是球面配合外，還可采用同錐度的錐面配合，也可實現自動定心的功能。
[0030]以下具體提供一種家用凈水器專用減壓閥的結構，參見圖1-5，專用減壓閥包括由前蓋1、后蓋6構成減壓閥的閥體，閥體內設置閥芯軸2，活塞組件5，活塞組件5包括:活塞、膠塞4、第一、二密封移動副。活塞大徑外圓52與后蓋內壁61之間設置有Yl彈性橡膠密封圈(第一密封移動副)，構成Yl移動副；活塞小徑內孔54，支承閥芯軸，內孔54與閥芯軸之間設置有Y2彈性橡膠密封圈(第二密封移動副)，構成Y2移動副；活塞內螺紋51與膠塞外螺紋45配合，閥芯軸設置有凸形球面臺肩Q3，與前蓋的凹形球面Q4相適配；活塞大徑端面設置有凸形球面Q2，與后蓋底座凹形球面Ql相適配；閥芯軸Q3，活塞Q2兩的球心在同一軸線上。同樣前蓋Q4,后蓋Ql兩的球心在同一軸線上。
[0031]閥芯軸2的軸線上設有通孔，閥前水經閥芯軸的通孔進入閥體內部。圓柱外形的活塞由兩部分構成，上部直徑小于下部，從而形成彈簧支撐座9，在彈簧支撐座9與閥芯軸2間設置有壓縮加載彈簧3。活塞下部是膠塞部，用于膠塞4的固定安裝，活塞還設有內腔，閥芯軸的一端伸入到活塞內腔內，由于在閥芯軸與活塞的內腔間設置有第二密封移動副Y2，而在活塞外壁與后蓋內壁間設置有第一密封移動副Yl，Yl與Y2包括密封圈10，從而使活塞5可沿后蓋上下移動，閥芯軸可沿活塞內腔上下移動，而且，在閥芯軸的通孔與活塞、活塞與后蓋間形成密封，使水流S從閥芯軸的入口進入閥體內、并從后蓋的出口 7離開減壓閥。
[0032]膠塞4包括基部、閥門部、以及在基部與閥門部之間的流水通道，膠塞的一端平齊，在另一端，閥門部突出于基部。膠塞的閥門部是螺紋膠塞圓柱體43，基部是膠塞外螺紋45，流水通道是由螺紋膠塞圓柱體43與膠塞外螺紋45之間設置的四條彎月形水槽42，以四條水槽分隔筋44分隔；水槽分隔筋44內連接膠塞圓柱體43、外聯膠塞外螺紋45，而構成螺紋膠塞整體:螺紋膠塞伸出量，即一端閥門部突出于基部的距離，為0.5_。螺紋膠塞可以調頭與活塞內螺紋51裝配，活塞的膠塞部設有安裝凹臺8，所述膠塞4的基部抵靠在所述安裝凹臺8上。膠塞的外圓壁上設置有外螺紋，使膠塞與活塞螺紋連接。本發明的膠塞與活塞的配合，釆用微軟彈性螺紋結構固定。而釆用平面膠塞兩端伸出長度差異化設計之目的在于，構成HJ (高水壓區)、LJ (低水壓區)兩種閥門間隙，擴大減壓閥對高、低自來自壓力區域的適應性能。
[0033]閥芯軸中心設有水流通孔21，閥芯軸的錐形出水口端面，與螺紋膠塞的一端平面(基部與閥門部水平)之間的距離，形成閥門間隙LJ ;閥芯軸的錐形出水口端面，與螺紋膠塞凸出面(閥門部比基部突出)之間的距離，形成閥門間間隙HJ ；當凈水器在制水時減壓閥處于工作狀態，閥芯軸2、活塞組件5在壓縮加載彈簧3的推動下，閥門間隙保持一定的開度，減壓閥向凈水器供水；當凈水器水滿關機時，閥后水壓迅速昇高作用于活塞有效面積上形成FS反向壓力，當FS大于FW(彈簧彈力)時，FS關閉閥門間隙為O或-0.1mm，(錐形出水刀口壓入彈性平面膠塞形成負值)，堵塞水流通道，減壓閥關閉，閥后保持靜壓狀態。當凈水器制水時，閥后水壓迅速下降，至FS小于FW(彈簧彈力)時閥門間隙重新打開，減壓閥工作向凈水器供水。減壓閥周而復始，保持應需循環工作，自動進行。
[0034]壓縮加載彈簧3的設計是低壓保壓設計，當進水壓力小于0.1MPa時，減壓閥出水不減壓。這是由壓縮加載彈簧加載設計實現的。其原理是:當進水壓力小于0.1MPa時，彈簧的加載作用力，與閥后介質作用于活塞有效面積上的的推動力相抵消，使活塞不發生移動，閥門間隙不變，閥內流速不變，閥后出水減圧力不變，實現了低水壓(≤0.1MPa)減壓閥出水不減壓的特性。
[0035]本發明的效果驗證，參見圖8，對減壓閥的流量、壓力特性進行了多次測試，(進水0.1MPa — 1.5MPa，測點以0.1MPa遞增，用西安精密表廠0.25級150表頭)，精確地測定:空載動壓特性、負載動壓特性、靜態壓力特性、流量伺服特性，四條線性曲線變化趨勢高度一致(見表I)表明:水壓高進低出，介質對活塞的自動調控，與彈簧作用力三者之間保持動態平衡穩定，并由這些元素在內部構成了一個閉環自動調節系統。
[0036]通過上述結構改進、效果驗證，綜合上述多款技術特征之長，本發明的減壓閥，其技術經濟性、環境適應性、使用方便性、運行穩定性(無振動、無燥聲)等方面，已基上達到了家用凈水器專用減壓閥上述“4點”目標要求。
[0037]本發明的減壓閥重點在于解決:閥芯軸與活塞自動定心的問題，本閥對進出水口的連接結構型式不作限定，現有連接型式有兩分、三分快插式結構型式；四分、六分內管螺紋連接結構等型式。而以上公開的僅為本發明的具體實施例，并不構成對本發明保護范圍的限制，凡依本發明技術方案所作的無需經過創造性勞動的改變，都應落在本發明的保護范圍發明之內。
【權利要求】
1.家用凈水器專用減壓閥，包括前蓋、閥芯軸、壓縮加載彈簧、活塞組件、后蓋及密封圈，其特征在于:在閥芯軸的背面、活塞的背面分別設有半徑為R的凸形球面，凸形球面在壓縮加載彈簧的雙向作用力推動下，分別與前、后蓋上的半徑為R的凹形球面底座相吻合，形成球面配合自動定心結構；在專用減壓閥裝配時，球面配合自動定心結構使閥芯軸、活塞受到球面約束，減少自由度，提高同心度實現自動定心；在專用減壓閥工作時，當活塞與閥芯軸之間的滑動配合存在同軸度誤差時，就產生偏心滑動阻力，產生旋轉力矩，推動閥心軸繞所述凸形球面球心互動找正。
2.根據權利要求1所述的家用凈水器專用減壓閥，其特征在于:所述閥芯軸和活塞的凸形球面在同一軸線上，所述前蓋、后蓋的凹形球面底座的球心在同一軸線上。
3.家用凈水器專用減壓閥，由前蓋、后蓋構成減壓閥的閥體，閥芯軸、活塞設置在閥體內，其特征在于:所述活塞包括內腔、膠塞部，在活塞外壁與后蓋內壁間設置有第一密封移動副，在閥芯軸與活塞的內腔間設置有第二密封移動副，所述膠塞部上安裝有膠塞；所述閥芯軸上設置有球面狀的臺肩，所述前蓋的內壁設置有與所述臺肩相適配的球面狀的凹形壁面；所述活塞的底端為球面狀的，所述后蓋的內壁設置有與所述活塞底端相適配的球面狀的凹形壁面；所述閥芯軸臺肩的球心與活塞的底端球面的球心同軸線。
4.根據權利要求3所述的家用凈水器專用減壓閥，其特征在于:所述活塞上設置有彈簧支撐座，在所述彈簧支撐座與閥芯軸間設置有壓縮加載彈簧。
5.根據權利要求3所述的家用凈水器專用減壓閥，其特征在于:所述膠塞包括基部、閥門部、以及在基部與閥門部之間的流水通道，所述膠塞的一端平齊，在另一端，閥門部突出于基部。
6.根據權利要求5所述的家用凈水器專用減壓閥，其特征在于:所述膠塞是螺紋膠塞，所述膠塞與活塞螺紋連接。
7.根據權利要求6所述的家用凈水器專用減壓閥，其特征在于:所述活塞的膠塞部設有安裝凹臺，所述膠塞的基部抵靠在所述安裝凹臺上。
【文檔編號】F16K25/00GK103883747SQ201410153831
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月16日 優先權日:2014年4月16日
【發明者】金祖貽 申請人:金祖貽