一种新型混水阀的研究与设计＊

2018-07-23翁明森朱炳坤李子轩任姣姣苏金玉

科技与创新 2018年14期

李君，翁明森，朱炳坤，李子轩，任姣姣，苏金玉

（西安石油大学机械工程学院，陕西西安 710065）

1 概述

目前，宾馆、家庭和公共浴室等场所主要使用3种混水阀，即机械式、智能恒温式和自力恒温式。机械式混水阀主要依靠调节热水管道与冷水管道开关的比例来调节水温，并依靠使用者的触觉来测量水温。虽然这类混水阀结构简单、廉价，但在使用时会因调节不当而发生误触事故。智能恒温式混水阀利用单片机开发了智能控制器，实现了恒温调节，但因价格问题不宜广泛使用。自力恒温式混水阀的水温调节原理是，当热水与冷水混合时，热量自动由高温物体向低温物体传递，最后达到热平衡温度。这是利用了热敏元件实现温度的负反馈调节，但其阀门易堵塞。考虑到国内水质各地不同，无法广泛应用。因此，在机械式的基础上，结合自力恒温式设计开发了一种可实现自锁的混水阀，当调温旋钮发生误触至水温突然改变时，可实现机械式自锁，减少或避免烫伤事故的发生，对于大众化的市场具有现实意义。

图1 机械式混水阀结构

2 传统机械式混水阀

2.1 传统机械式混水阀的结构

传统的机械式混水阀主要由热水管道、冷水管道、温水管道和控制阀门构成，用户根据自己的舒适度来控制热水、冷水腔室，实现热水与冷水的比例调节，然后得到适于自身舒适度的温水。传统机械式混水阀结构如图1所示。

2.2 传统机械式混水阀的缺点

由图1可知，机械式混水阀的主要缺点有：①在结构上，传统机械式混水阀主要是冷热进水管道与温水出口管道组合，控制阀门调节冷热管道流量来实现水温调节。但是，通过调节阀门并不容易控制水温。②水流压力的问题。水流压力影响冷热水混合，所以，在打开开关时不易实现稳定流速。这2个主要问题影响了传统机械式混水阀的水温调节。

3 自力恒温式混水阀

3.1 自力恒温式混水阀结构

如图2所示，自力恒温式混水阀结构由阀体、阀芯、热敏元件、调温旋钮和弹簧等组成，热敏元件在混合出水口处，利用感温原件结合阀芯移动，改变冷热水进水流量。设定温度后，不论冷、热水进水温度，压力如何变化，进入出水口的冷、热水比例也随之变化，从而使出水温度始终保持恒定，调温旋钮可在产品规定温度范围内任意设定，恒温混水阀将自动维持出水温度。

图2 恒温混水阀结构示意图

3.2 自力恒温式混水阀的缺点

由自力恒温式混水阀的结构和工作原理可知，其主要问题在于阀门。国内大部分系统水硬度大，水垢无法避免，因此，一段时间后，自力式恒温混水阀基本无法正常工作。

4 自锁式混水阀

4.1 自锁式混水阀的结构

由图3可知，自锁式混水阀是在原有的结构上改进的，即结合恒温式混水阀形成新的结构。该结构改进的地方主要是在混合水出口处的控制阀上。该结构主要包括热水管道、冷水管道、温水管道和自锁式控制阀门。新型混水阀是在传统机械式的基础上改进后得到的，也是通过旋钮的旋转调节冷热水进出管道的冷热水比例，由热敏元件实现恒温控制，改进温水管道控制开关，即可在误触开关时实现自锁。

图3 自锁式混水阀结构

4.2 自锁原理

热水管道与冷水管道的结构、水压平衡腔室结构、温水管道结构等不变，增加恒温控制机构，结构主要改变在开关控制阀处。传统机械式混水阀开关主要包括内部旋钮、控制阀、开关控制手柄，通过旋钮控制热水和冷水阀门的大小，手柄上提、下压控制开关开启、闭合。自锁式混水阀是在开关处做了结构改变，它是由内部旋钮、开关手柄、可自锁控制阀构成的，即通过旋钮控制热水和冷水阀门，由热敏系统实现温度恒定，手柄上提、下压控制开关开启、闭合。当调节旋钮突然发生大幅度改变时，出口处阀门会根据开启速度实现自锁，关闭混合水出口。