止回阀阻尼

文档序号:197290 发布日期:2021-11-02 浏览:32次 >En<

阅读说明:本技术 止回阀阻尼 (Check valve damping ) 是由 迈克尔·伯克伦德 于 2020-01-28 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种止回阀单元(1,100,200,300,400),该止回阀单元具有:轴轴承体(10,110,210,310,410),该轴轴承体具有沿着轴向方向(A)延伸的至少基本上圆柱形的安装部分(11);以及安装在该安装部分中的轴向延伸的阀轴(20,120)。该阀轴沿着轴向方向(A)可移位。止回阀单元(1,100,200,300,400)进一步包括具有密封表面(33,133)的阀头(25,125),其中,阀头(25,125)沿轴向方向(A)安置在阀轴(20,120)的远端(21)上,远端(21)背向安装部分(11)。进一步地,在轴轴承体(10,110,210,310,410)内部提供阻尼储液器(50)。阻尼储液器(50)的容积通过阀轴(20,120)的轴向运动而改变。为了在给定条件下获得明确定义的打开和关闭时间并使止回阀单元(1,100,200,300,400)不太易于产生噪音,并行地提供至少两个通道(46a,46b),这些通道中的每一个构成阻尼储液器(50)与外部(70)之间的流体连接件。阻尼储液器(50)与通道(46a,46b)分开,至少基本上被封闭。每个通道(46a,46b)的长度是相应通道(46a,46b)的水力直径的至少十倍。(The invention relates to a check valve unit (1, 100, 200, 300, 400) having: a shaft-bearing body (10, 110, 210, 310, 410) having an at least substantially cylindrical mounting portion (11) extending in an axial direction (a); and an axially extending valve shaft (20, 120) mounted in the mounting portion. The valve shaft is displaceable along an axial direction (a). The check valve unit (1, 100, 200, 300, 400) further comprises a valve head (25, 125) having a sealing surface (33, 133), wherein the valve head (25, 125) is seated in the axial direction (a) on a distal end (21) of the valve shaft (20, 120), the distal end (21) facing away from the mounting portion (11). Further, a damping reservoir (50) is provided inside the shaft bearing body (10, 110, 210, 310, 410). The volume of the damping reservoir (50) is changed by axial movement of the valve shaft (20, 120). In order to obtain well-defined opening and closing times under given conditions and to make the check valve unit (1, 100, 200, 300, 400) less susceptible to noise generation, at least two channels (46a, 46b) are provided in parallel, each of these channels constituting a fluid connection between the damping reservoir (50) and the outside (70). The damping reservoir (50) is separated from the channels (46a, 46b), being at least substantially closed. The length of each channel (46a, 46b) is at least ten times the hydraulic diameter of the respective channel (46a, 46 b).)

止回阀阻尼

技术领域

本发明涉及一种止回阀单元,该止回阀单元包括轴轴承体,该轴轴承体包括沿着轴向方向延伸的至少基本上圆柱形的安装部分。止回阀进一步包括:安装在安装部分中的阀轴,其中,该阀轴沿着轴向方向延伸并且沿着轴向方向可移位;以及包括密封表面的阀头,其中,该阀头沿轴向方向安置在阀轴的远端上,该远端背向安装部分。止回阀还包括在轴轴承体内部的阻尼储液器(damping reservoir),其中,该阻尼储液器的容积通过阀轴沿着轴向方向相对于轴轴承体的运动而改变。

背景技术

例如,从US 9,309,978 B2中已知止回阀单元。

已知的是,止回阀单元可以与冷却或制冷系统中的压缩机结合使用。例如,这种止回阀单元可以保护压缩机以防由不期望的、突然的制冷剂回流到压缩机中引起的损坏。一方面,即使沿着顺流方向只有小的压降,止回阀单元也应打开。因此,止回阀单元并不阻碍制冷剂的顺流。然而,如果出现反向压降和制冷剂反向流动,则止回阀单元应尽快关闭。特别地,期望打开和关闭止回阀单元的时间短。为了确保打开和关闭时间短,在其阀轴的移位方面的阻尼必须是小的。因此,需要较小的力来快速打开或关闭止回阀单元。

然而,如果止回阀单元具有低阻尼,则易于产生不期望的噪音。尤其是如果止回阀仅部分打开(例如,由于穿过其的制冷剂的质量流量小),则阀轴可以以不受控制的方式连续地来回移动。换句话说,止回阀在颤振。这引起振动并因此引起不期望的噪音。噪音会干扰人,例如在办公室工作的人。

更详细地说,通常阻尼是自动获得的,因为相对长的活塞在有底筒中被引导,其中,在筒的周向内表面和活塞杆的周向外表面的直径之间仅存在很小的差异。在筒的闭合端处,构成了阻尼储液器。如果活塞杆沿着轴向方向远离闭合端移位,则来自筒外部的流体必须在筒的周向内表面与活塞杆的周向外表面之间通过才能进入阻尼储液器。以此,阻尼储液器中的压力与筒外部的环境压力平衡,例如在阀的流体流动路径中。因此,需要一定的力将活塞杆进一步拉出筒。

反之亦然,需要一定的力将活塞杆沿轴向方向朝向筒的闭合端压入筒中。由于活塞杆的轴向运动,阻尼储液器中的压力增加。来自阻尼储液器的流体可以在筒的内表面与活塞杆之间通过,以便补偿阻尼储液器容积的减小。因此,也需要一定的力将活塞杆进一步推入筒中。

综上所述,如果活塞杆移动,则流体被迫通过小直径差异部,并且由于流体的粘性,获得了抵消活塞杆的运动的阻尼力。理想地,可以实现阻尼特性,其中阻尼力与活塞杆速度的绝对值成比例。然而,非常小的公差对于提供足够的阻尼和恰当的阻尼特性而言是必要的。结果,对应的止回阀单元的生产成本非常昂贵并且易于出现故障。

更具体地,通常的阻尼布置由于偏心度和制造公差而展现出阻尼变化。通常地,不通过特殊手段使活塞杆居中。对于给定的活塞杆速度,如果活塞杆在筒中远离居中位置移动到最偏心位置,则阻尼力将减小2.5倍。常常,筒的周向内表面和活塞杆的周向外表面的直径之间的差异可以变化1.5倍:例如,如果期望直径之间有0.05mm的差异,并且如果筒和活塞杆两者的加工公差都是±0.005mm,则这使得所述直径的差异最小,且因此间隙仅为0.04mm并且最大间隙为0.06mm。因此,径向间隙尺寸可以变化1.5倍。然而,径向间隙尺寸的所述1.5倍变化会导致最小阻尼力(最大径向间隙尺寸)和最大阻尼力(最小径向间隙尺寸)之间的阻尼力相差3.4倍。将那两个不合格的来源(即,偏心和加工公差)放在一起,这常常导致关于阻尼力的可能变化方面的5到10倍。因此,很难确保精确地确定的阻尼特性。

根据另一个构思,设置平衡孔以用于控制出入阻尼储液器的流体流动。然而,平衡孔使阻尼力与活塞杆速度的绝对值的二次幂成比例,并且阻尼是不充分的,尤其是对于缓慢振荡而言。另一方面,如果快速关闭止回阀单元,则出现相当大的阻尼。因此,难以实现短的关闭时间。

在根据JP H06-341562 A的止回阀中,单个螺旋凹槽形成在提升阀的外周边上并用作节流阀。

发明内容

本发明的目的是提供一种止回阀单元,该止回阀单元在给定条件下展现出明确的打开和关闭时间并且不太易于产生噪音。

以上目的通过根据权利要求1的止回阀单元来解决。

特别地,止回阀单元包括:

·轴轴承体,其包括沿着轴向方向延伸的至少大致圆柱形的安装部分;

·安装在安装部分中的阀轴,其中,该阀轴沿着轴向方向延伸并且沿着轴向方向可移位;

·包括密封表面的阀头,其中,该阀头沿轴向方向安置在阀轴的远端上,该远端背向安装部分;以及

·在轴轴承体内部的阻尼储液器,其中,该阻尼储液器的体积通过阀轴沿着轴向方向相对于轴轴承体的运动而改变;

此外,在根据本发明的止回阀中,并行地提供至少两个通道,这些通道中的每一个构成阻尼储液器和外部之间的流体连接件,其中,阻尼储液器与这些通道分开,至少基本上被封闭,其中,每个通道的长度是相应通道的水力直径的至少十倍。

一般而言,术语“并行地提供通道”(或“平行通道”)不要求该至少两个通道在几何上平行。该术语应仅指示该至少两个通道建立至少两个不同的流体连接件,流体可以通过这些流体连接件并行地通过,以便从阻尼储液器流到外部,且反之亦然。换句话说,如果流体的同一部分在从阻尼储液器流到外部(或反之亦然)时首先必须流过第一通道且然后进一步流过第二通道,则第一和第二通道在这个意义上不平行。在这种情况下,第一通道和第二通道“串联”布置(“连续通道”)。此外,必须理解的是,不要求阻尼储液器和外部之间的流体连接件仅由平行通道单独建立。例如,可向平行通道中的一个或多个串联地提供一个附加导管或几个附加导管,以便完成阻尼储液器和外部之间的流体连接件。

通道的长度与其水力直径相比是大的。因此,通道包括面向通道内部的流体的大的内表面。边界效应对于流过通道的流体而言的重要性很高。因此,促进了通道内的层流。通过提供至少两个通道,该效应得以显著增加,因为与所有流体都必须穿过一个单个通道的情况相比,各个通道可以更小。因此,阻尼储液器和外部之间的流体流动由通道来精确地确定。另一方面,在并行地具有至少两个通道的情况下,各个通道可以更短,且因此止回阀单元的尺寸保持为小的。

该至少两个平行通道被构造为用于在阻尼储液器和外部之间流动的流体的“瓶颈”。因此,阻尼至少基本上由该至少两个通道来确定。换句话说,止回阀单元被构造成使得对于在阻尼储液器和外部之间流动的流体而言流动阻力至少基本上由该至少两个平行通道来确定。

根据本发明的止回阀单元就阀轴的轴向移位而论展现出明确定义的和最佳的阻尼特性。因此,可以保证明确定义的打开和关闭时间。此外,避免了不期望的振荡。例如,即使止回阀单元仅部分打开,也防止阀颤振。

另外,根据本发明的止回阀单元在离心式压缩机中发生喘振时展现出快速且明确定义的关闭。

通道中的单独一者的水力直径dH可从该通道在垂直于该通道的纵向方向的平面中的截面积Ac和所述通道的内圆周Oc如下计算得出:dH=4*Ac/Oc

一般而言,单独通道的水力直径可沿着通道的纵向方向变化。术语“水力直径”优选地是指最小水力直径或有效水力直径。有效水力参数是与实施例的实际通道具有相同长度并展现出与实际通道基本上相同流动阻力的均匀圆柱形通道的水力参数,其中,实际通道可具有更复杂的形状。

优选地,每个通道的长度是相应通道的水力直径的至少25倍,更优选地至少50倍。在这些情况下,通道足够长以获得通道的面向在其中流动的流体的内表面的甚至更强烈的影响。

然而,每个通道的长度优选地等于或小于其水力直径的2000倍,更优选地小于1000倍。否则,流动阻力将过高并且可能损害止回阀单元的快速关闭。

止回阀单元可被构造成允许流体沿着顺流方向流动但防止流体沿与顺流方向相反的逆流方向流动。

密封表面可以被构造用于密封地抵靠对应阀座。例如,密封表面可以至少基本上具有环形线的形状。根据另一个示例,密封表面可具有至少截头圆锥形状。作为另外的示例,密封表面的形状可以至少基本上对应于球形区。

阀轴以及阀头和密封表面(即,阀轴组件)被构造成沿着轴向方向从关闭位置移位。阀轴(以及阀头及其密封表面)沿轴向方向的最大行程为关闭位置与完全打开位置之间的范围。阀轴的移位会引起止回阀单元的打开和关闭。

根据本发明的优选实施例,密封表面的直径在15mm到300mm、更优选地20mm到150mm、最优选地25mm到100mm的范围内。例如,密封表面的直径可为27mm。在具有那些尺寸的情况下,止回阀单元适合于例如在典型的制冷循环中使用。

根据另一个方面,阀轴的最大行程优选地在4mm到100mm、更优选地5mm到50mm、且最优选地6mm到35mm的范围内。这种最大行程对于止回阀单元的短的打开和关闭时间而言足够小,但展现出足够大的开度以基本上不阻碍沿着顺流方向通过止回阀单元的期望的流体流动。

特别地,关闭位置可以是阀轴的轴向位置,在该位置中,阀头从轴轴承体突出得最远。

阀头相对于阀轴被至少轴向地固定。优选地,阀头轴向地且旋转地固定到阀轴。例如,阀头可以与阀轴一体地形成。

附加地或替代地,包括阀轴和阀头的阀轴组件的总质量小于0.2kg,更优选地小于0.1kg,且最优选地小于0.02kg。

阀轴的近侧侧部以及其近端被插入到轴轴承体的内部中。阀轴是通过轴轴承体的安装部分来安装的。特别地,安装部分以轴向可移位方式来保持和引导阀轴。

阻尼储液器可以部分地延伸到阀轴的位于阀轴远端处的空腔中,其中,该空腔在阀轴的远端处是开放的。

在本发明的优选的实施例中,阀轴的近端构成阻尼储液器的远端。此实施例需要很少的零件并且制造起来容易且便宜。

在本发明的优选实施例中,阀头包括密封元件,其中,密封表面位于该密封元件上。密封元件至少轴向地固定到阀头,更优选地轴向地且旋转地固定到阀头。例如,密封元件可以由PFFE制成。

优选地,止回阀单元进一步包括迫使阀轴沿轴向方向朝向关闭位置的弹性元件。换句话说,弹性元件展现出用于关闭止回阀单元的恢复力。因此,阀头和密封表面与阀轴一起被迫处于关闭位置中。阀轴可以通过抵消弹性力的外力而移位。例如,用于使阀轴沿轴向方向朝向完全打开位置移位的打开力可由作用在阀头远侧侧部上的上游侧压力和作用在阀头近侧侧部上的下游侧压力之间的差异产生。在这种情况下,打开力由上游侧压力高于下游侧压力造成和/或通过上游侧压力作用在其上的远侧侧部的有效面积产生。所述有效面积可大于下游侧压力作用在其上的阀头近侧侧部的有效面积。上游侧和下游侧是相对于上述顺流方向定义的。

根据本发明的方面,止回阀单元具有包括至少阀头和轴轴承体的中心单元,其中,该中心单元被构造成使得当止回阀单元完全打开时其具有滴状的外部形状。因此,对于围绕中心单元流过止回阀的流体而言流动阻力非常低。这提高了其中使用止回阀单元的回路的能量效率。

更优选地,弹性元件是弹簧,例如压缩弹簧。弹簧可安装在阀轴与轴轴承体之间。特别地,轴轴承体的构成阻尼储液器的近侧侧部的一部分可包括弹簧座。弹簧座适于安装弹簧的近端。弹簧座可具有至少基本上环形的形状。最优选地,弹簧部分地延伸穿过阀轴的空腔。

更优选地,上文提到的弹性元件(其可以是压缩弹簧)的恢复力适于在没有压差的情况下关闭止回阀单元。例如,在关闭位置中施加的恢复力可对应于由于阀轴组件的质量所致的重力的至少100%,最优选地至少120%或至少140%。因此,对于止回阀单元的每种空间取向确保了止回阀单元的关闭。例如,如果阀轴组件的总质量为0.02kg,则在关闭位置中的恢复力可能为0.24N。

附加地或替代地,弹性元件的弹簧常数可小于0.1N/mm,更优选地小于0.02N/mm。弹簧常数应尽可能低,使得仅沿着顺流方向的小的压降是必要的,以使止回阀单元保持处于完全打开位置中。

根据本发明的另外的方面,止回阀单元优选地以至少基本上竖直构型来安装和/或使用,其中,由于阀轴组件的质量所致的重力迫使阀轴组件朝向其关闭位置。因此,为使阀轴组件远离其关闭位置移位,必须克服至少其重力。例如,所需的打开力可以是阀轴组件的重力与弹性构件的弹性力之和。在竖直构型中,轴向方向平行于重力方向。

根据本发明的另一个方面,阀轴和/或阀头由铝和/或聚四氟乙烯(PFFE)制成。

优选地,如果出现反向压降,则止回阀单元被构造成在小于2s内关闭,更优选地在小于0.5s内关闭,最优选地在小于0.2s内关闭。如果止回阀单元没有关闭,则反向压降将引起流体沿逆流方向流动。在这种快速关闭时间的情况下,可以安全地保护流体循环(诸如,制冷剂循环)中的元件免受损坏。

如上文所指出的,阻尼储液器的容积根据阀轴的轴向位置而改变。止回阀单元被构造成使得如果阀轴轴向地移位以便抑制所述轴向运动,则流体通过通道流入或流出阻尼储液器。

特别地,阀轴沿轴向方向远离其关闭位置移位得越多,阻尼储液器的容积就减小得越多。因此,阻尼储液器中的流体从阻尼储液器流入通道中,进一步流过通道,且最后流到外部。流体的粘性引起阻尼力抵消阀轴的轴向运动。

反之亦然,阀轴沿轴向方向朝向其关闭位置移位得越多,阻尼储液器的容积就增加得越多。因此,流体从外部进入到通道中,进一步流过通道,且最后进入到阻尼储液器中。再次,流体的粘性引起阻尼力抵消阀轴的轴向运动。外部可以是指轴轴承体的外部。特别地,如果止回阀单元打开,则外部可以是用于使流体通过止回阀单元的主要流动通道。

在本发明的情况下,阻尼力主要由流过通道的流体来确定。由于通道的尺寸与制造公差相比是大的,因此仅存在阻尼特性对制造公差的低敏感性。因此,利用本发明,确保了明确定义的阻尼特性。

例如,可以通过通道的数量、通道的长度和通道的形状来精细地调节期望的阻尼特性。

在本发明的另外的优选实施例中,阻尼储液器位于轴轴承体中。例如,阻尼储液器可由形成在轴轴承体中的空腔和轴轴承体的内部的近侧部分构成。阻尼储液器在其远端处可由阀轴的近侧侧部界定。在其近端处,阻尼储液器可由轴轴承体的壁界定。

优选地,宽度、长度、深度、直径和/或形状对于所有通道而言都相同。据此,促进了所有通道中更均匀的流体流动。因此,可以避免失衡和不期望的力矩。

附加地或替代地,通道被构造成使得对于流过通道的流体而言流动阻力对所有通道都可至少基本上相同。在此上下文中,基本上相同可意味着:对于给定的相同条件,两个不同通道的所述流动阻力相差不超过40%,更优选地不超过20%,且最优选地不超过10%。

根据本发明的另一个优选方面,每个通道的宽度、深度、直径和/或截面形状沿着相应通道的纵向方向不改变或至少基本上不改变。因此,流体可以以均匀的方式流过每个通道。

优选地,通道的垂直于其纵向方向的直径和/或宽度在0.05mm到3mm、更优选地0.08mm到1mm、最优选地0.1mm到0.5mm的范围内。

根据本发明的另一个方面,通道的沿着其纵向方向的长度可为至少5mm,更优选地至少8mm。因此,通道的流动阻力对于流体的层流而言是足够高的。

每个通道的水力直径优选地至少为0.07mm,更优选地至少为0.1mm。附加地或替代地,每个通道的水力直径优选地最大等于或小于1mm,更优选地为0.5mm,最优选地为0.3mm。

一般而言,通道没必要具有直线形状。例如,它们可被提供为螺旋凹槽(见下文)。然而,在本发明的优选实施例中,通道具有直线形状。

优选地,提供至少三个通道,更优选地至少四个通道,且最优选地至少五个通道。因此,流体流动被划分到更多的通道中。存在足够数量的通道,使得各个通道足够小以即使在阀轴组件的快速运动期间出现大的流体流动也确保其中的流体的层流。

在所有通道的垂直于通道内部的相应流体流动方向的给定总横截面面积(称为总通道横截面)的情况下,提供通道,阻尼特性越好。这在下文中进行了解释:假设所有通道都具有相同的形状或至少具有类似的形状,在不增加总通道截面的情况下提供更多通道意味着每一单个通道的通道截面(垂直于其中的相应流体流动方向)被减小。换句话说,单个通道越来越小。如果通道足够小,则得以确保通道内的层流。提供更多通道促进使单个通道足够小,使得阻尼力与阀轴的速度的绝对值成比例,而不是与所述速度的二次幂成比例。

另一方面,通道的数量不应过高,以便允许实现止回阀单元的具成本效益的、快速和可靠的生产。因此,通道的数量优选地最大为200,更优选地最大为100,且最优选地最大为50。此外,如果单个通道太小,则它们可易于甚至被很小的污垢和/或磨蚀微粒堵塞。

当然,非常有利的是,通道的数量在上文提到的上限和下限内。

周向方向垂直于轴向方向。阀轴沿轴向方向的与其远端相反的端部被表示为其近端。阻尼储液器可位于阀轴的近端的侧部处。

活塞直径是阀轴的周向外表面在阀轴的接合部分中的直径,其中,该接合部分是阀轴沿着轴向方向的一部分,其被构造成与安装部分接合以用于将阀轴安装在其中。接合部分设置在阀轴的近侧侧部处。

在本发明的优选实施例中,止回阀单元对于在阻尼储液器和外部之间的预定流体的流动展现出小于2300的雷诺数。流动至少主要通过通道发生。雷诺数是流动特性的指标。如果雷诺数小于2300,则阻尼力至少基本上与阀轴的移位速度的绝对值成比例。然而,应指出,阀轴和轴轴承体之间的流动的一部分可能发生在轴轴承体和阀轴之间的接合区域处。该接合区域是这样的区域,即,轴轴承体的安装部分与阀轴的接合部分在此处接合,换句话说,安装部分和接合部分之间的接触和滑动区域。接合区域的位置和/或尺寸可取决于阀轴的轴向位置与否而变化。

更优选地,预定流体包括空气、制冷剂R134a、制冷剂R410a和/或CO2。附加地,预定流体可包括高达5质量%的润滑剂,特别是油。替代地,预定流体可不含油,且最优选地不含任何润滑剂。对于给定的操作条件,R134a和R410a的粘性可以在10μPa·s到20μPa·s的范围内。

根据本发明的优选方面,在阻尼储液器和外部之间流动的流体必须独立于阀轴的轴向位置通过通道的总长度。因此,阻尼特性独立于阀轴的轴向位置。

根据本发明的另一个方面,止回阀单元包括排放通路(drain passage),该排放通路构成阻尼储液器和轴轴承体的外部之间的另外的流体连接件(补充所述通道)。例如,如果穿过止回阀单元的流体(比如制冷剂)包括油,则一部分油可通过通道进入到阻尼储液器内部。存在油被困在阻尼储液器中并至少部分地填充阻尼储液器的风险。由于油几乎不可压缩,因此在这种情况下减小了阻尼储液器的有效体积。这可能阻碍阻尼特性,且甚至使阀轴的可能行程变小。利用附加的排放通路,被困在阻尼储液器中的油可以通过排放通路离开阻尼储液器。因此,当阀轴向近侧移动时,油通过排放通路被泵送出阻尼储液器。排放通路可通过内开口通向阻尼储液器并且可通过外开口通到外部,例如通到主要流动通道。

例如,排放通路可以在阻尼储液器的底部区域处通向阻尼储液器。底部区域可能由重力方向来定义。被困在阻尼储液器中的油将收集在底部区域中,且因此更轻松地通过排放通路流出阻尼储液器。

更优选地,排放通路由排放孔构成,该排放孔延伸穿过将阻尼储液器与轴轴承体的外部分离的储液器壁。特别地,储液器壁可以是轴轴承体的一部分。

在本发明的更优选的实施例中,排放通路包括排放止回阀,例如止回瓣。排放止回阀可在排放通路内设置在其内开口处或在其外开口处。排放止回阀确保可以将油泵送出阻尼储液器,但它防止流体和油通过阻尼道从外部进入到阻尼储液器中,因为这可能阻碍阻尼特性。最优选地,排放止回阀被构造成使得它仅在达到从阻尼储液器到外部的预定压降时才打开。

一些通道或所有通道可设置在通道部分中。换句话说,所述通道被聚集在一个单个通道部分中。通道部分可设置在一个单个单元中。这显著促进了止回阀单元的生产并降低了其成本。此外,止回阀单元的尺寸通过将通道聚集在一起而减小。

优选地,阀轴的周向外表面沿轴向方向在接合部分和阀头之间的中间部分中的直径小于活塞直径。

在本发明的优选实施例中,止回阀包括周向凹槽部分,该周向凹槽部分安置在阀轴的周向外表面上或安装部分的周向内表面上并且沿着轴向方向延伸,其中,通道由设置在凹槽部分中的平行螺旋凹槽形成。

在这种情况下,螺旋凹槽中的每一个构成一个通道,且因此构成外部和阻尼储液器之间的流体连接件。此外,在这种情况下,通道部分由凹槽部分形成。由于在此实施例中凹槽构成通道,因此自然地,关于通道所描述的任何特征都可适用于凹槽。更详细地,通道受相应的螺旋凹槽的表面和配对物的表面的限制。如果凹槽部分安置在安装部分的周向内表面上,则配对物的表面是阀轴的周向外表面。反之亦然,如果凹槽部分安置在阀轴的周向外表面上,则配对物的表面是安装部分的周向内表面。

在凹槽为螺旋形的情况下,其总长度以及其总表面与直通道相比而更大。因此,边界效应的重要性增加,这有助于确保螺旋凹槽内部的层流。此外,由于活塞杆的轴向移位所致的磨损沿周向方向均匀地分布。沿着轴向方向的直凹槽将不会出现这种情况。

平行螺旋凹槽具有相同的螺距。因此,不同的螺旋凹槽彼此不交叉。因此,确保了每个螺旋凹槽中更均匀的流体流动。提供了至少两个螺旋凹槽,以便获得流动力对称性而达到更好的同心度和较少的磨损。

如果凹槽部分位于阀轴的周向外表面处,则凹槽部分可对应于接合部分。

螺旋凹槽可占据凹槽部分的周向表面的至少20%。例如,如果凹槽部分位于安装部分的周向内表面处,则螺旋凹槽可在凹槽部分内占据安装部分的周向内表面的至少20%,或者如果凹槽部分位于阀轴的周向外表面处,则螺旋凹槽可在凹槽部分内占据阀轴的周向外表面的至少20%。更优选地,螺旋凹槽占据凹槽部分的至少25%,甚至更优选地至少30%,最优选地至少50%。

在本发明的甚至更优选的实施例中,所有螺旋凹槽都沿周向方向均等地间隔开。这也有助于避免失衡和不期望的力矩,并且降低了阀轴卡住的风险。

更优选地,凹槽部分沿轴向方向的长度对应于阀轴沿轴向方向的长度的至少20%,更优选地至少35%,最优选地至少50%。附加地或替代地,凹槽部分的长度可等于或小于50mm,更优选地小于25mm。以此,可以将止回阀单元的尺寸保持为小的。

关于通道的数量,参考上文。具体地,平行螺旋凹槽的数量可在5和25之间。随着平行螺旋凹槽数量的增加,实现了通过螺旋凹槽的流动以及沿周向方向的对应力的更好分布。这导致阀轴和安装部分之间的更好的同心度和较小且更均匀分布的磨损。如果凹槽部分设置在阀轴处,则提供来保持总横截面面积的螺旋凹槽越多,阀轴被螺旋凹槽机械削弱得越少。

详细地说,螺旋凹槽的深度在0.1mm到1mm的范围内。附加地或替代地,螺旋凹槽的深度在从活塞直径的1%到5%的范围内。深度可沿着垂直于轴向方向和周向方向两者的径向方向限定。因此,螺旋凹槽足够平坦以展现出流体的层流,但可以轻松制造。此外,这些尺寸适合于足够的制造公差和预期的可能偏心度。

更优选地,螺旋凹槽沿周向方向的宽度在0.15mm到1.5mm的范围内。附加地或替代地,螺旋凹槽的深度在从阀轴的活塞直径的1.5%到7.5%的范围内。因此,螺旋凹槽足够窄以展现出流体的层流,但可以轻松制造。

由于螺旋凹槽的尺寸与制造公差相比是大的,因此仅存在阻尼特性对制造公差的低敏感性。螺旋凹槽比可能的偏心度要深,且因此阻尼特性受阀轴和/或安装部分的不期望的偏心度的影响较小。这进一步支持明确定义的阻尼特性。

根据本发明的又一更优选的方面,活塞直径和安装部分的内圆周之间的差异在0.05mm到0.15mm的范围内。附加地或替代地,活塞直径和安装部分的内圆周之间的差异在活塞直径的0.4%到0.8%的范围内。因此,充分考虑了预期的公差和可能的偏心度。

在本发明的更优选的实施例中,外部与每个螺旋凹槽的面向阀轴远端的远端开口流体连接,并且阻尼储液器与每个螺旋凹槽的背向阀轴远端的近端开口流体连接。这确保了恰当的流体流动和阻尼特性。

更优选地,螺旋凹槽的螺旋圈数为整数。如果由于偏心度所致而存在第一区(在接合部分中的阀轴的周向外表面和安装部分的周向内表面的直径之间具有最小距离)以及由于偏心度所致而存在第二区(在接合部分中的阀轴的周向外表面和安装部分的内圆周之间具有最大距离),则流过螺旋凹槽的流体将必须穿过第一区和第二区相同的次数。

附加地或替代地,螺旋凹槽的螺旋圈数是在从1到10的范围内,最优选地在1到3的范围内,特别是1、2或3。螺旋圈数越多,生产螺旋凹槽就越困难,并且也就越难以提供足够数量的凹槽。如果螺旋凹槽未展现出足够的螺旋圈数,例如少于一个完整的螺旋圈数(即,如果螺旋凹槽沿着其整个长度沿周向方向没有缠绕至少360°),则所得阻尼行为可能并不令人满意。

在更优选的实施例中,径向间隙设置在阀轴的周向外表面和接合区域外部的包围型(surrounding)轴轴承体之间。特别地,间隙可设置在接合区域的远侧和/或近侧。

根据本发明的更优选的实施例,凹槽部分位于阀轴的周向外表面处。在此实施例的情况下,在将阀轴插入到阀体中之前,可以轻松地在所述周向外表面上加工出螺旋凹槽。这促进了生产并降低了制造成本。此外,通过螺旋凹槽减小了阀轴的质量。这有益于短的关闭和打开时间。

最优选地,凹槽部分对应于接合部分,并且凹槽部分中的周向外表面的直径大于阀轴的周向外表面在阀轴的中间部分中的直径,所述中间部分沿轴向方向位于凹槽部分和阀头之间。中间部分不直接与安装部分接合。相应地,间隙设置在中间部分中的阀轴的周向外表面和包围型轴轴承体之间。该间隙被构造成允许流体在螺旋凹槽的远端和轴轴承体的外部之间流动。在这种构型中,凹槽部分不需要延伸到轴轴承体的外部中,但如论如何,流体可以流入和流出螺旋凹槽。

附加地或替代地,止回阀单元被构造成使得凹槽部分(其对应于接合部分)独立于阀轴的轴向位置而完全保持在轴轴承体内部,特别是在安装部分内。因此,接合区域的大小与阀轴的轴向位置无关。此外,在阻尼储液器和外部之间流动的流体必须独立于阀轴的轴向位置而通过螺旋凹槽的总长度。

在本发明的另一个更优选的实施例中,凹槽部分位于安装部分处。

类似于上文所描述的实施例,为了构成间隙,阀轴的周向外表面在接合部分中的直径可大于在阀轴的中间部分的直径,中间部分沿轴向方向在远侧与接合部分相邻。特别地,中间部分可延伸直到阀头。

最优选地,在所提到的相应实施例中,周向外表面在阀轴的中间部分中的直径比周向外表面在接合部分中的直径小螺旋凹槽的深度的至少100%,格外优选地小螺旋凹槽的深度的至少200%。因此,间隙足够大而不会严重损害流体流动。

替代地或附加地,为了构成间隙,周向内表面在凹槽部分中的直径可小于轴轴承体的内部的周向内表面在轴轴承体的远侧部分中的直径,所述远侧部分沿轴向方向位于凹槽部分和轴轴承体的内部的远端之间。

最优选地,止回阀单元被构造成使得凹槽部分独立于阀轴的轴向位置而在其完整的轴向长度上与阀轴保持接合。因此,在阻尼储液器和外部之间流动的流体必须独立于阀轴的轴向位置而通过螺旋凹槽的总长度。

根据本发明的另一个优选实施例,止回阀包括插入件,其中,通道由该插入件形成。特别地,通道可包括通道部分。例如,插入件可具有至少大致圆柱形的形状。

插入件可压配合到止回阀单元,特别是压配合到止回阀单元的接收部分。因此,插入件本身是单独生产的。

这显著促进了通道的产生。替代地,插入件可借助于螺纹固定到止回阀单元。

根据更优选的实施例,插入件固定在阀轴内。相应地,阀轴包括用于插入件的接收部分。最优选地,插入件布置在阀轴内的空腔的远端处。例如,插入件可压配合到空腔的远端中。对于每个通道,通道的远端可与外部流体连接,并且通道的近端可与阻尼储液器流体连接。例如,通道的近端直接通向阻尼储液器中。可在阀轴中提供与通道串联的导管,以用于在外部和通道的远侧开口之间建立流体连接件。该导管可沿径向方向延伸。

根据另一个更优选的实施例,插入件直接固定到轴轴承体并固定在轴轴承体内(例如,通过如上文所指出的压配合)。因此,在这种情况下,轴轴承体包括接收部分。甚至更优选地,插入件布置在阻尼储液器的近端处。对于每个通道,通道的近端可与外部流体连接,并且通道的远端可与阻尼储液器流体连接。例如,通道的远侧开口直接通向阻尼储液器中。可在轴轴承体中提供与通道串联的导管,以用于在外部与通道的近侧开口之间建立流体连接件。该导管可沿轴向方向延伸。

最优选地,导管的水力直径显著大于(例如,超过50%)所有通道的水力直径之和。因此,导管对止回阀单元的阻尼特性没有显著影响。

在更优选的实施例中,通道平行于轴向方向延伸。换句话说,每个通道的纵向方向平行于轴向方向。

更优选地,通道完全形成在插入件内部。各个通道可具有矩形(例如,方形)形状或圆弧(例如,圆形、椭圆形、卵形)形状。不同的通道可具有不同的形状,或者所有通道都可具有相同的形状。通道可以以规则图案分布在插入件内。特别地,所有通道都可完全形成在插入件内部。

此外,通道可由在沿着轴向方向延伸的插入件实心杆之间的空的空间形成。例如,插入件可包括:外壁,其具有套管状形状并沿轴向方向延伸;以及几个圆柱形杆,其平行于轴向方向径向地布置在外壁内部。这些杆可通过压配合固定到外壁中。也有可能例如通过压配合直接平行于轴向方向将几个杆(例如,这种圆柱形杆)安装在引导部分内(即,没有附加外壁)。在这种情况下,所述多个杆构成插入件。

更优选地,通道由插入件的径向外表面(即,沿径向方向所见的插入件的外表面)上的凹槽形成。在这种情况下,每个通道受相应凹槽的表面和接收部分的面向凹槽的表面的限制。

特别地,通道可由平行于轴向方向的直凹槽形成。可以可靠地、快速地且具成本效益地生产包括这种直凹槽的插入件。直凹槽可均等地分布在插入件的径向外表面上。

替代地,通道由插入件的径向外表面上的螺旋凹槽形成。径向外表面上的所述螺旋凹槽可形成为像上文所描述的凹槽区段中的螺旋凹槽一样。螺旋凹槽的优点从上文是明显可见的。然而,制造螺旋凹槽比制造直凹槽更困难且更昂贵。最优选地,所有通道都由径向外表面上的螺旋凹槽形成。

一般而言,取决于针对不同止回阀单元的各个要求,可以生产相同的止回阀单元但不同的插入件。因此,可以通过生产特定的插入件且然后将此插入件固定到止回阀单元来制造展现出特定的阻尼特性的止回阀单元,该插入件被构造成在恰当地固定到止回阀单元时展现出所述期望的阻尼特性。特别地,止回阀单元的阻尼特性由插入件的通道的数量和/或形状来确定。

在使用插入件的情况下,在安装插入件前插入件的外周向直径与接收部分的内周向直径之间的差异可约为0.5%,但至少小于0.7%。如果通道形成在插入件的径向外表面上,则所述直径差异可小于通道深度的40%。

止回阀单元还可包括两个插入件。例如,它可包括:第一插入件,其固定在阀轴内并且布置在阀轴内的空腔的远端处;以及第二插入件,其直接固定到轴轴承体并固定在轴轴承体内且布置在阻尼储液器的近端处。

因此,本发明还涉及在止回阀单元中使用具有至少两个平行通道的插入件,以便获得止回阀单元的预定阻尼特性。特别地,插入件和/或止回阀可包括如上文和/或下文所描述的的特征和优点。

优选地,止回阀单元进一步包括阀座,其中,当阀轴处于关闭位置中时,阀头的密封表面密封地抵靠阀座,并且其中,当阀轴沿轴向方向远离关闭位置移位时,密封表面远离阀座移位。换句话说,当阀轴处于其关闭位置中时,止回阀单元关闭,并且当阀轴不处于其关闭位置中时,止回阀单元打开。当阀轴处于其关闭位置中时,得以防止流体流过止回阀单元。然而,如果阀轴不处于关闭位置中,则流体可以流过止回阀(特别地,在密封表面和阀座之间通过)。

阀座的形状可适合密封表面的形状(和/或反之亦然)。上文提到了密封表面的形状的示例。

更优选地,止回阀单元包括壳体,壳体包括阀座,其中,轴轴承体固定到壳体。最优选地,阀座和轴轴承体与壳体一体地形成。因此,改进了止回阀单元的坚固性和紧凑性。特别地,可以通过3D打印来制造壳体。例如,壳体和/或轴轴承体可以是金属印刷的。金属可包括钛、铝和钢或由钛、铝和钢组成。

根据本发明的另一个方面,止回阀单元更优选地展现出至少下至止回阀单元的额定质量流量的15%、最优选地下至10%的稳定的部分开度。如下文提到的,没有根据本发明的明确定义的阻尼特性的已知止回阀单元在仅部分打开的情况下易于发生振荡。

更优选地,止回阀单元是直流阀。因此,在操作期间流体的流动不需要偏转,并且打开的止回阀单元的流动阻力减小。除此之外,直流阀构型需要较小的空间并且更容易包括在流体回路(例如,制冷剂回路)中。

例如,根据本发明的止回阀单元可以用于保护离心式压缩机。止回阀单元可以是压缩机的一部分。替代地,止回阀单元可设置在压缩机外部,例如在连接到压缩机的出口的出口管中。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的优选实施例,其中:

图1示出了根据本发明的处于打开状态的止回阀单元的第一实施例的截面图,该止回阀单元具有包括阀座的壳体,其中,通道由凹槽部分中的螺旋凹槽形成,该凹槽部分位于阀轴的周向外表面处;

图2示出了图1的止回阀单元的阀轴的立体图,其中,十个螺旋凹槽设置在凹槽部分中;

图3示出了根据本发明的止回阀单元的第二实施例的截面图,该止回阀单元具有排放孔,其中,通道由凹槽部分中的螺旋凹槽形成,该凹槽部分位于轴轴承体的周向内表面处;

图4示出了图3的止回阀单元的轴轴承体的截面图,该止回阀单元没有阀轴组件;

图5示出了图3的止回阀单元的阀轴的立体图;

图6示出了根据本发明的止回阀单元的第三实施例的截面图,该止回阀单元具有包括多个通道的插入件,其中,该插入件直接固定到轴轴承体并固定在轴轴承体内且布置在阻尼储液器的近端处;

图7示出了根据本发明的止回阀单元的第四实施例的截面图,该止回阀单元具有包括多个通道的插入件,其中,该插入件固定在阀轴内并且布置在阀轴内的空腔的远端处;

图8示出了可以在根据图6和图7的实施例中使用的插入件的第一实施例的立体图,该插入件包括并行地延伸穿过通道的多个通道,其中,大多数通道具有垂直于轴向方向的矩形截面;

图9示出了可以在根据图6和图7的实施例中使用的插入件的第二实施例的立体图,该插入件包括并行地延伸穿过通道的多个通道,其中,这些通道形成在圆柱形杆之间,其中,这些杆固定在插入件的外套管中;

图10示出了根据本发明的止回阀单元的第五实施例的截面图,其中,通道由位于插入件的径向外表面处的直凹槽形成,其中,该插入件直接同定到轴轴承体并固定在轴轴承体内且布置在阻尼储液器的近端处;

图11以立体图示出了图10的实施例的插入件的立体图;以及

图12示出了具有插入件的图10的放大截面。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的止回阀单元1的第一实施例的截面图,该止回阀单元具有壳体80,该壳体包括阀座81和阀体保持器82。阀座81和阀体保持器82两者都与壳体80一体地形成。更详细地,阀体保持器82通过三个支撑臂86连接到壳体80的外壁。由于该视图所致,在图1中仅可见两个支撑臂86。

具有阀体保持器82的壳体80是通过金属打印来生产的。例如,它可以由钛、钛合金、铝、铝合金和/或钢制成。特别地,它可以由AISI 316制成。

在壳体80的内部中,轴轴承体10固定到阀体保持器82。大致棒状的内部设置在轴轴承体10中。

轴轴承体10沿着中心轴线C延伸并与所述中心轴线C旋转地对称。中心轴线C平行于轴向方向A。内部到外部70的开口沿轴向方向A位于轴轴承体10的远端处并且面向阀座81。

阀轴20的近侧侧部被插入到轴轴承体10的内部中。在此实施例中,轴轴承体10的周向内表面(该周向内表面沿垂直于轴向方向A的径向方向界定内部)充当用于将阀轴20保持在轴轴承体10中的安装部分11。特别地,安装部分11保持和引导阀轴20,使得它在阀轴20的关闭位置与完全打开位置之间沿轴向方向A可移位,在图1中描绘了所述完全打开位置。

在阀轴20的被插入到轴轴承体10中的近侧侧部中,在阀轴20中形成有大致棒状的空腔27。空腔27在阀轴20的近端22处是开放的。空腔27和轴轴承体10的内部的近端部分因此处于流体连接并形成阻尼储液器50。压缩弹簧60安装在空腔27的沿轴向方向A的远端与弹簧座51之间。弹簧座51安置在轴轴承体10的内部的近端处。弹簧60迫使阀轴20沿轴向方向A朝向阀座81。例如,弹簧60的弹簧常数可以为0.01N/mm。

阀头25安置在阀轴20的远端21处。在此实施例中,阀头25由以下各者组成:阀20的远侧凸缘23,该远侧凸缘与阀一体地形成并沿径向方向延伸;头帽34;密封保持器31;密封元件32;以及螺钉35。密封元件32是密封环,其展现出用于在阀轴20处于关闭位置中时密封地抵靠阀座81的密封表面33。特别地,图1的实施例的密封表面33具有环形线的形状。

头帽34借助于螺钉35固定到阀轴20的远端21。螺钉35被拧入对应螺纹孔中。所述螺纹孔安置在远端21的中间并沿着中心轴线C向近侧延伸。头帽34被构造用于在止回阀单元1打开时将流体从止回阀单元1的流体入口83引导到流动通路85。

密封元件32固定在头帽34与密封保持器31之间。密封保持器31固定到阀轴20的远侧凸缘23的径向外端。以此,可以以简单、快速且具成本效益的方式组装阀轴组件,该阀轴组件包括阀轴20、密封保持器31、密封元件32、头帽34和螺钉35。阀轴组件包括止回阀单元1的运动零件。

在此特定实施例中,阀轴组件由铝和聚四氟乙烯(PFFE)制成,且具有0.01kg的总质量。因此,如果以如图1中所描绘的竖直取向安装止回阀单元,则近似0.1N的重力支持弹簧60的弹性力关闭止回阀单元1。

如果不确定将以何种空间取向安装和/或使用止回阀单元1,则弹簧60的恢复力必须足以在沿顺流方向不存在压降时将阀轴组件可靠地保持处于关闭位置中而与所述空间取向无关。特别地,如果止回阀单元1与图1中所示的取向相比被倒置地安装,则弹簧60必须克服阀轴组件的0.1N的重力。为了在沿顺流方向不存在压降时保持止回阀单元1可靠地关闭,弹簧60的弹性力可以例如对应于在止回阀单元1处于关闭时重力的130%(即,在给定的示例中为0.13N)。如果阀轴组件移动远离其关闭位置,则弹簧60的弹性力根据其弹簧常数而增加。当阀轴组件处于其完全打开位置中时,弹簧60的弹性力可以是例如约0.2N。

图2以立体图示出了图1的止回阀单元1的阀轴20。在阀轴20的近端22处,可以看到空腔27。在阀轴20的近侧侧部处,凹槽部分40设置在阀轴20的周向外表面处。在凹槽部分40内,在周向外表面处设置有十个螺旋凹槽41。螺旋凹槽41中的每一个展现出两个螺旋圈(helical turn)。换句话说,每个螺旋凹槽41围绕阀轴20缠绕两次。沿轴向方向A所见,每个螺旋凹槽41包括在阀轴20的近端22处的内端开口和面向阀轴20的远侧凸缘23的外端开口。因此,外端开口构成相应的螺旋凹槽41的远端。

阀轴20包括在凹槽部分40与远侧凸缘23之间的中间部分26。在中间部分26中,阀轴20的周向外表面的直径比在凹槽部分40中的直径小某个量,该量对应于螺旋凹槽41的深度。因此,不存在使流体流入或流出螺旋凹槽41的外端开口的边缘或台阶。

如上文提到的,阀轴20的具有凹槽部分40的近侧侧部被插入到轴轴承体10(见图1)中。由于阀轴20在其中间部分26中的径向厚度减小所致,在中间部分26中得以在轴轴承体10的周向内表面与阀轴20的周向外表面之间形成间隙90。间隙26构成轴轴承体10的外部70与螺旋凹槽41的远端(即,它们的外端开口)之间的流体连接件。间隙90的垂直于轴向方向A的截面积显著大于所有螺旋凹槽41的垂直于轴向方向A的总截面面积。因此,间隙90对止回阀单元1的阻尼特性没有影响或至少没有显著的影响。

由于阀轴20的周向外表面在凹槽部分40中的直径大于在中间部分26中的直径,因此凹槽部分40对应于阀轴20的接合部分。

与阀轴20的轴向位置无关,即使当该阀轴处于其关闭位置中时,凹槽部分40也始终完全保持在轴轴承体10的内部中。在阀轴20的所有轴向位置中,凹槽部分40(接合部分)在凹槽部分40的整个长度上保持与轴轴承体10接合。特别地,在阀轴20的完整的轴向运动范围内,完整的凹槽部分40在轴轴承体的内表面的滑动区域(安装部分11)中被引导,其中,轴轴承体10的周向内表面的直径在安装部分11内是恒定的。

因此,与阀轴20的轴向位置无关,在阻尼储液器50与轴轴承体10的外部70之间流动的流体必须穿过螺旋凹槽41的整个长度。螺旋凹槽41从未自安装部分11的内部突出来。因此,螺旋凹槽41的阻尼作用和止回阀单元1的阻尼特性独立于阀轴20的轴向位置且因此与阀头25的轴向位置无关。

换句话说,每个螺旋凹槽41构成用于流体的单个通道并且构成阻尼储液器50和外部70之间的流体连接件。

由于在安装部分11中轴轴承体10的周向内表面可滑动地安装凹槽部分40(该凹槽部分因此也构成阀轴20的接合部分),因此所述周向内表面可被表示为凹槽部分40和螺旋凹槽41的配对物表面。每一单个通道由相应的螺旋凹槽41形成,其中,该通道受螺旋凹槽41的侧表面的限制并被面向所述螺旋凹槽41的配对物表面覆盖。

螺旋凹槽41并行地布置成使得当流体在阻尼储液器50与外部70之间流动时,流体在同一时刻并行地通过所有螺旋凹槽41。换句话说,阻尼储液器50和外部70之间的流体流动被拆分到所有平行螺旋凹槽41中。

在图1中,轴向方向A平行于重力方向。因此,重力迫使止回阀单元1的运动零件朝向阀座81。阀轴组件的重力有助于关闭止回阀单元1。

必须指出的是,轴轴承体10、阀轴20和阀头25至少基本上旋转地对称。这促进了止回阀单元1的制造。

如果止回阀单元1是打开状态(例如,处于图1中所描绘的完全打开状态),则流体可以通过壳体80的流体入口83进入止回阀单元1,在阀座81与密封表面33之间通过,并且进一步穿过在壳体80的外壁与阀体保持器81的外壁之间所构成的流动通路85而到达壳体80的流体出口84。所述流动通路85绕阀体保持器82延伸。沿垂直于轴向方向A的周向方向所见,流动通路85仅被三个支撑臂86中断。

流体从流体入口83到流体出口84的期望的顺流方向基本上平行于轴向方向A。

图1中所描绘的止回阀单元1是直流阀。它是紧凑的,并且对于沿顺流方向流过它的流体展现出低流动阻力。

从图1中明显可见的是,在完全打开位置中(即,当止回阀单元1完全打开时),阀头25的近侧侧部(特别是密封保持器31的近侧侧部)配合地抵靠在阀体保持器82的外壁的远端上。在阀头25与阀体保持器82的外壁之间未获得间隙、边缘或台阶,而是获得平滑过渡,所述外壁构成流动通路85的内壁。

当止回阀单元1完全打开时,阀头25、阀体保持器82(忽视支撑臂86)和轴轴承体10的外壁一起形成了至少基本上滴形的单元。因此,对于从流体入口83流过止回阀单元1到流体出口84的流体而言流动阻力很小。这有益于节能的流体回路。

如果流体的沿轴向方向A的用以(保持)打开止回阀单元1的力(特别地,由上游侧压力引起)低于弹簧60的弹性力和阀轴组件的重力之和,则阀轴组件沿轴向方向A朝向其关闭位置移动或保持处于关闭位置中。

如果止回阀单元1处于关闭状态并且如果上游侧压力足够高以至于作用在头帽34上的其合力超过弹簧60的弹性力、阀轴组件的重力、以及由于流动通路85(若有的话)中的下游侧压力所致的力,则阀轴组件沿轴向方向A移动远离其关闭位置。因此,密封表面33抬离阀座81,并且流体可以在密封元件32与阀座81之间通过。以这种方式,止回阀单元1打开。

由于它的具有几个(即,十个)螺旋凹槽41的构型所致,止回阀单元1对于阀轴组件的运动展现出明确定义的阻尼特性。

如果阀轴20沿轴向方向A移动,则阻尼储液器50的容积改变。为了对容积变化进行补偿,流体必须从外部70流入阻尼储液器50中,或反之亦然,流体必须从阻尼储液器50流到外部70。在阻尼储液器50与轴轴承体10的外部70之间流动的流体被按压通过螺旋凹槽41。由于流体具有预定粘性,因此这需要一定的力。以这种方式,展现出了抵消阀轴20沿轴向方向A的运动的阻尼力。

在凹槽部分40中,十个螺旋凹槽41占阀轴20的周向外表面的50%。因此,单个凹槽41很小。

在图1和图2中所示的实施例中,例如,螺旋凹槽的深度可以是0.2mm。这意味着,每个螺旋凹槽从凹槽部分20中的阀轴20周向外表面开始朝向中心线C沿径向方向延伸0.2mm。阀轴20是通过凹槽部分40的在相邻螺旋凹槽41之间的区域来可滑动地安装的。因此,凹槽部分40中的这些无凹槽区域构成用于将阀轴20安装在安装部分11内的滑动表面。

例如,在图1中所示的实施例中,单个螺旋凹槽41沿周向方向的宽度可以是0.5mm。

由于相应的螺旋凹槽41是小的,因此如果流体由于阀轴20沿轴向方向A的运动所致而被按压通过螺旋凹槽41,则边界效应具有显著的重要性。特别地,在阀轴20和轴轴承体10之间的流体流动的雷诺数小于2300。因此,阻尼力与阀轴20沿轴向方向A的运动的速度的绝对值成比例。此阻尼特性可以仅通过提供几个但小的螺旋凹槽41以及通过使这些螺旋凹槽41占据凹槽部分40中的至少相当大的量的周向外表面来获得。

特别地,和在其他已知止回阀单元中一样,阻尼力与阀轴20的运动速度的二次幂不成比例。

因此,阀轴组件的快速运动并未被极度地阻尼。在具有明确定义的阻尼特性、阀轴组件的低质量、弹簧60、以及阀轴组件的重力的情况下,如果流体将要沿逆着期望的顺流方向的逆流方向流动,则止回阀单元1在不到0.2s的时间内关闭。

例如,为了关闭止回阀单元1,阀轴组件可能在0.002s内加速到最大速度。然后,它被阻尼到至少几乎维持0.1m/s的最大速度。这导致约0.1s的关闭时间。

另一方面,由于阻尼力与阀轴20的速度的绝对值成比例,因此即使在缓慢运动的情况下也展现出足够的阻尼力。特别地,如果止回阀单元1仅部分打开,则它不易于发生振荡。此外,止回阀单元1不易于进行不稳定的打开或关闭。

图3示出了根据本发明的止回阀单元100的第二实施例,其中,具有螺旋凹槽141的凹槽部分140位于轴轴承体110的周向内表面处。除此之外,止回阀单元100基本对应于上文所描述的止回阀单元1。止回阀单元100的对应于图1和图2中所示的止回阀单元1的部件的部件由相同的附图标记表示并且不再次加以解释。

图5以立体图示出了止回阀单元100的阀轴120。在此实施例中,未在阀轴120处提供凹槽部分。在阀轴120的近端22处,可以看到空腔27。在阀轴120的近侧侧部处,提供了接合部分128。沿轴向方向A所见,接合部分128从近端22延伸直到阀轴120的中间部分26。和在止回阀单元1的凹槽部分40(该凹槽部分也构成止回阀单元1的阀轴20的接合部分)中一样,阀轴120的周向外表面在接合部分128中的直径大于在中间部分26中的直径。

阀头125安置在阀轴120的远端21处。特别地,环形、基本上截头圆锥的密封元件132固定到阀轴120的远端21。阀轴120和密封元件132构成止回阀单元100的阀轴组件。密封元件132展现出密封表面133。如果阀轴组件处于关闭位置中使得止回阀单元100如图3中所示的那样关闭,则密封表面133密封地抵靠壳体80的阀座81。

在止回阀单元100中,流动通路185设置在轴轴承体和壳体180的壁之间。

参考图3和图4,在止回阀单元100中,具有四个螺旋凹槽141的凹槽部分140安置在安装部分11的周向内表面上。在这种情况下,凹槽部分140对应于安装部分11。螺旋凹槽141展现出与止回阀单元1的螺旋凹槽41相同的功能和优点。然而,止回阀单元100的阀轴120比止回阀单元1的阀轴20更容易制造。

特别地,每个螺旋凹槽141形成了构成阻尼储液器50和外部70之间的流体连接件的单个通道。

由于接合部分128中的阀轴120的周向外表面与安装部分11及因此与凹槽部分140可滑动地接合,因此接合部分128的所述周向外表面可以被表示为凹槽部分140和螺旋凹槽141的配对表面。每一单个通道由相应的螺旋凹槽141形成,其中,该通道受相应的螺旋凹槽141的侧表面的限制并被面向所述螺旋凹槽141的配对表面覆盖。

当阀轴组件处于打开位置中时,在中间部分26(未示出)中在安装部分11的周向内表面与阀轴120的外圆周之间构成了间隙。

从图3认识到,阀轴120的接合部分128在其整个长度(接合部分128的整个长度)上始终与安装部分11接触。尽管当阀轴120移动时接合部分128与安装部分11之间的接合区域发生移位,但是接合区域的大小与阀轴120的轴向位置无关。因此,阻尼特性也独立于所述轴向位置。

排放孔112设置在轴轴承体110的近端处。排放孔112沿轴向方向A延伸穿过轴轴承体110的壁。排放孔建立了从阻尼储液器50到轴轴承体110的外部70的流体连接件。图3中所描绘的止回阀单元100以竖直构型但与图1中的止回阀单元1相比被倒置地安装。因此,阀轴组件的重力对弹簧60的弹性力不利。另一方面,由于重力,已通过螺旋凹槽141进入阻尼储液器50的油聚集在阻尼储液器50的下部近端处,在该下部近端处,排放孔112的内开口通向阻尼储液器50。如果阀轴组件向近侧移动使得止回阀单元100打开或进一步打开,则阻尼储液器50的体积减小,并且所聚集的油通过排放孔112从阻尼储液器50中被挤出到外部70。因此,止回阀单元100的阻尼特性未受到油的损害。可以在止回阀单元1的轴轴承体10中以相同的方式(未示出)提供对应的排放孔。

每个螺旋凹槽41、141沿着其路径的实际长度是由所述凹槽41、141形成的通道的水力直径的至少十倍,更优选地至少25倍,更优选地至少50倍。

通道中的单独一者的水力直径dH从该通道的截面积Ac和所述通道的内圆周Oc如下计算得出:dH=4*Ac/Oc

由于在上文所描述的实施例中通道被相应的配对物表面覆盖,因此当计算由相应的螺旋凹槽41、141形成的通道的水力直径dH(特别是针对计算此通道的内圆周Oc)时,必须考虑覆盖单独的螺旋凹槽41、141的配对表面的相应部分。

止回阀单元100展现出与止回阀单元1类似的阻尼特性,且对应的优点相应地适用。

图6、图7和图10示出了根据本发明的止回阀单元200、300、400的进一步实施例。止回阀单元200、300、400具有与止回阀单元100相同的基本结构并且展现出与其类似的阻尼特性。对应的优点相应地适用。相同的元件由相同的附图标记表示。然而,在止回阀单元200、300、400中,通道以与止回阀单元100中不同的方式形成。

图6中描绘了根据本发明的止回阀单元200的第三实施例。与图3至图5的止回阀单元100不同的是,止回阀单元200包括插入件45,该插入件包括多个通道。插入件45借助于压配合固定在轴轴承体210的接收部分213中。更详细地说,插入件45布置在阻尼储液器50的近端处、在轴轴承体210的内部中。沿轴向方向A所见,导管49a设置在插入件45的近侧。导管49a沿着轴向方向A从轴轴承体210的近端朝向具有插入件45的接收部分213延伸。它在外部70和插入件45中的通道近侧开口之间建立流体连接件。通道的远侧开口直接通向阻尼储液器50中。换句话说,导管49a与插入件的平行通道串联设置。流体可以从阻尼储液器50并行地流过所有通道且进一步流过导管49a到达外部70(且反之亦然)。在图6中,止回阀单元200处于关闭状态。

相比之下,在根据图7的根据本发明的止回阀单元300的第四实施例中,插入件45借助于压配合固定到阀轴21内的接收部分324。更详细地说,插入件45布置在阀轴21的空腔的远端处。导管49b设置在插入件45的远侧。导管49b在外部70和插入件45中的通道远侧开口之间建立流体连接件。通道的近侧开口直接通向阻尼储液器50中。换句话说,导管49b与插入件的平行通道串联设置。导管49b基本上沿径向方向从阀轴的径向中心延伸,并且在阀轴21的中间部分26中的阀轴21的周向外表面处是开放的。流体可以从阻尼储液器50并行地流过所有通道且进一步流过导管49b到达外部70(且反之亦然)。在图7中,止回阀单元300处于关闭状态。

像根据图3至图5的止回阀单元100一样,图7中所示的止回阀单元300包括附加的排放孔112。应指出,排放孔112的直径远小于导管49a、49b的直径。

导管49a、49b的流动阻力分别小于插入件45的流动阻力。因此,导管49a、49b不损害阻尼储液器50和外部70之间的流体流动。特别地,导管49a、49b对相应的止回阀单元200、300的阻尼特性没有显著影响。

图8示出了插入件45a的第一实施例,其可以用作根据图6的止回阀单元200或根据图7的止回阀单元300中的插入件45。插入件45a具有圆柱形形状,并且沿着纵向方向延伸。例如,它可沿着纵向方向具有20mm的长度。插入件45a包括多个通道46a,这些通道沿着纵向方向并行地延伸穿过插入件45a。插入件45a可包括以矩阵状图案布置的数量为89个的通道46a。这些通道的大部分具有垂直于纵向方向的二次横截面。在图7中,靠近于插入件45a的径向外表面(即,沿垂直于纵向方向的径向方向所见的插入件45a的外表面)的一些通道46a较小且具有不同的形状。每个通道46a的形状和截面积Ac沿着纵向方向不改变。当插入件45a作为图6或图7中的插入件45安装时,纵向方向对应于轴向方向A。

然而,在其他实施例中,所有通道都可具有相同的形状。

具有方形横截面的插入件45a的通道46a可具有0.2mm的侧向宽度(即,垂直于纵向方向的侧部长度)。因此,这些通道46a具有0.2mm的水力直径和0.04mm2的横截面积。由于所有通道46a的长度都等于插入件45a的长度且因此为20mm,所以方形通道中的每一个的长度是通道的水力直径的100倍。非方形通道具有相同的长度,但水力直径较小。因此,对它们而言,倍数甚至更高。

图9示出了插入件45b的第二实施例,该插入件也可以用于图6的止回阀单元200或图7的止回阀单元300中。类似于插入件45a,插入件45b包括多个通道46b,这些通道沿着其纵向方向并行地延伸穿过插入件45b。然而,在这种情况下,各个通道由圆柱形杆47之间的空的空间形成。杆47固定在插入件45b的外套管48内。因此,插入件45b构成可以安装在止回阀单元200或止回阀单元300中的一个单个单元。作为示例,通道46b具有0.1027mm的水力直径dH和0.0403mm2的截面积。插入件45b及因此通道46b沿着纵向方向的长度可以是10mm。因此,通道46b中的每一个的长度是通道46b的水力直径的约100倍。

图10示出了根据本发明的止回阀单元400的第五实施例。止回阀单元400非常类似于图6的止回阀单元200。因此,下文中将仅指出差异。轴轴承体410的接收部分413沿轴向方向A稍长,使得插入件45c被完全定位在接收部分413内部。插入件45c没有突出于接收部分413,特别是没有突出到阻尼储液器50中。插入件45c借助于压配合固定在安装部分413中。图12示出了具有插入件45c的图10的放大截面。

在图11中,以立体图示出了插入件45c。插入件45c具有基本上圆柱形的形状,并且沿纵向方向延伸。在图10中,插入件45c的纵向方向对应于轴向方向A。

直凹槽46c形成在插入件45c的径向外表面(即,沿垂直于插入件45c的纵向方向的径向方向所见的插入件45c的外表面)上。每个直凹槽46c平行于纵向方向并沿着插入件45c的整个长度延伸。在图11中,示出了十二个直凹槽46c。然而,可存在另一数量的直凹槽46c,例如20个。

直凹槽46c均等地分布在径向外表面上。

在此示例中,直凹槽46c中的每一个沿垂直于纵向方向和径向方向的周向方向具有0.5mm的宽度,并且沿径向方向具有0.1mm的深度。插入件45c及因此所有直凹槽46c的长度是10mm。

当插入件45c固定在止回阀单元400的接收部分413内时(如图10和图12中所描绘的),平行通道由直凹槽46c形成。更详细地说,每个通道受直凹槽46c中的一个的表面和轴轴承体410在接收部分413中的面向所述直凹槽46c的周向内表面限定。因此,直凹槽46c的体积构成通道。通道用作用于在阻尼室50和外部70之间流动的流体的流动限制件,并且展现出优异的阻尼特性。

在使用插入件45、45a、45b、45c的情况下,插入件45、45a、45b、45c的外直径和接收部分213、324的内直径之间的差异应约为0.5%。在任何情况下,最大可为0.7%。

如果通道由插入件的外圆周形成,则所述直径差异优选地小于通道深度的40%。例如,在插入件45c的情况下,直径差异优选地小于直凹槽46c的深度的40%。因此,如果直凹槽的深度为0.2mm(如上文所指出的),则直径差异优选地最大为0.08mm。然而,最佳差异还可取决于通道的宽度和/或通道之间沿周向方向的距离。通道的宽度和/或距离越大,直径差异应越大。在最佳直径差异的情况下,插入件45、45a、45b、45c可以轻松地固定到接收部分213、324中,但是插入件45、45a、45b、45c将仍然安全可靠地保持固定在接收部分213、324中。

具有插入件45c的止回阀单元400可以以比较具成本效益且容易的方式制造。

可以将具有直凹槽46c的插入件45c或者具有直凹槽和可选地具有附加通道(像插入件45a的通道46a或插入件45b的通道46b一样)的类似插入件用作止回阀单元200和止回阀单元300中的插入件45。此外,就插入件45b而论,如果需要较小的流体阻力,则可在杆47中的一个、一些或全部内提供附加通道。

例如,止回阀单元1、100、200、300、400可以分别用于冷却和/或制冷系统中。附加地或替代地,它们可以用于离心式压缩机,特别是用于在喘振的情况下保护离心式压缩机。

特别地,止回阀单元1、100、200、300、400被构造成供在制冷剂回路中使用,其中,R134a、R410a或CO2被用作制冷剂。在典型的操作条件下,止回阀单元1处的R134a和R410a的粘性在10μPa·s到20μPa·s的范围内。螺旋凹槽41、141、通道46a、46b和直凹槽46c、以及止回阀单元1、100、200、300、400的阻尼储液器50的数量、形状和尺寸适合此粘性范围,以便分别获得期望的阻尼特性。

附图标记清单:

1、100、200、300、400 止回阀单元

10、110、210、310、410 轴轴承体

11 安装部分

12 排放孔

20、120 阀轴

21 远端

22 近端

23 远侧凸缘

25、125 阀头

26 中间部分

27 空腔

31 密封保持器

32、132 密封元件

33、133 密封表面

34 头帽

35 螺钉

40、140 凹槽部分

41、141 螺旋凹槽

45、45a、45b、45c 插入件

46a、46b 通道

46c 直凹槽

47 杆

48 外套管

49a、49b 导管

50 阻尼储液器

51 弹簧座

60 弹簧

70 外部

80、180 壳体

81、181 阀座

82 阀体安装座

83 流体入口

84 流体出口

85、185 流动通路

86 支撑臂

90 间隙

128 接合部分

213、324、413 接收部分

A 轴向方向

C 中心轴线

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