先导式压力阀的高级应用

摘  要：该文从先导式压力阀的单控阀入手，分析了现代水龙头对于阀芯的更多功能要求，探讨了温控水龙头温度控制原理和水龙头的水路切换的原理，总结它们的内在关系、相同点和不同点，以总结的理论为依据，结合先导式阀门的特点，创造出操作轻便的双膜片式混水控温阀，利用温控与切换阀的内在关系，将双膜片式混水控温阀进行改造，完成双膜片式切换阀的设计，继续以先导式阀门为基础，采用更加简洁的方式实现了单膜片式的混水控温阀，使先导式压力阀在水龙头产品上能够得到更广泛的应用。

关键词：卫浴;先导式;开关阀;温控阀;切换阀

中图分类号：TH137        文献标志码：A

0 引言

阀芯是水暖卫浴产品最关键的零部件，被誉为水龙头的心脏，目前陶瓷阀芯是应用最普遍的一种阀，经过30多年的发展陶瓷阀芯已经占据了卫浴市场的主导地位，但是随着智能时代的到来，更加轻巧、便捷的产品越来越来受到消费者青睐，传统的水龙头由于使用陶瓷阀芯，操作过程中避免不了贴合陶瓷片之间相互运动而产生的摩擦力，使操作不够轻便，而且存在着操作方式单一的问题，卫浴产品也需要跟进时代的发展，未来开发出操作水龙头就像操作电器一样的产品非常必要。

目前利用先导式压力阀原理已经可以实现轻便化的操作[1]，也已经开发出按键式的阀芯，如跷跷板式按钮开关阀、弹跳式按钮开关阀[2]，已经实现了基本的单控阀功能，开关和调流量。但是水龙头阀芯不只是有单控阀，随着人们生活水平的提高，现代家庭使用的水龙头都实现了冷热水供给，水龙头阀芯必须具备冷热混水控温。另外，浴室龙头有不同的用途，例如既可以作为淋浴使用，又可以作为浴缸注水使用，或者有人喜欢挂墙式淋浴，有人喜欢头顶淋浴，还有人可能更喜欢在淋浴的同时用水流按摩，如果每一个用途安装一个水龙头，那么浴室将装满龙头，为了让人们用一个水龙头实现所有功能，就需要切换阀，2个用途就用两路切换阀，几个用途就用几路切换阀。所以，这种操作轻便的先导式压力阀不能只局限在实现开关和调流就算完成，还需要更深入的研发。

1 基本原理分析

温控水龙头的温度控制实际上是通过调节冷热水的供水配比来实现混合出所需要的温度，如果能给够同时控制2个可调流量的单控阀，一个阀门加大流量，一个阀门减小流量，就可以实现温度控制，需要解决的是如何让它们按照这个逻辑联动起来。

水龙头的水路切换的作用是将水流从一个通道切换到另外一个通道，以两路切换阀为例，如果能给够同时控制2个单控阀，一个阀门打开的同时另一个阀门关闭就可以实现水流切换。

这2种阀的控温原理和切换原理可以用图1的符号简化表示，控温是2进1出，两路切换是1进2出，它们是有相同之处的，都有2个阀门，不同的是水路布置。 下面分析将先导式压力阀应用到这2 种阀中的方法。

2 高级应用

实现冷热混水控温的其中一个解决方案是将两个先导式的单控阀集成在一起，设计2进1出的水路结构，设计联动机构同时控制两个阀门，通过大量的研究和改进，研究成果如下。

2.1 双膜片式混水控温阀

图2是双膜片式混水控温阀结构示意图，2个阀门5和10采用柔性橡膠膜片，具有控制灵敏且无泄露的优点。双模片是关键的部件，所以称之为双膜片式混水控温阀。

规格尺寸：直径35 mm功能：温量控制+按钮开关

操作方式：旋钮+弹跳式按钮

温度控制工作原理：如图2所示，6为旋钮，2和7为弹簧，3和8为先导阀门堵头，4和9为磁铁组件，5和10为阀门，2、3、4、5为热边阀门控制组件，7、8、9、10为冷边阀门控制组件，单边的控制组件与弹跳式按钮开关阀功能相同。当阀门在热水全开状态时，逆时针旋转旋钮6，旋钮6的左边斜台迫使磁铁组件4往下运动，热边阀门5逐渐关闭，同时旋钮6的右边斜台释放磁铁组件9，冷边阀门10逐渐打开，冷、热水在阀门外进行了混合，在冷、热阀门的共同作用下出水温度由热变冷，直至全冷。反之，顺时针旋转旋钮6，同理，出水温度由冷变热。在来回旋转旋钮6的过程中实现需要的水温。

按钮开关工作原理：弹跳式按钮采用圆珠笔按钮方式，按动一次控制按钮的一起或者一落。如图2所示，1为按钮，当按钮在升起状态时，两组阀门受旋钮控制，不受按钮控制，处于可调温状态，当按动按钮1，按钮1落下，2个磁铁组件4和9被圆珠笔按钮机构压至下方，弹簧2和7被压缩，先导阀门3和8在磁铁组件4和9磁吸作用下往下运动，阀门5和10被关闭，阀芯冷热水切断，阀芯关闭。

特点：使用巧妙的机构联动控制2个阀门，实现控温功能;旋钮调温机构和按钮开关机构巧妙结合在一起，同时控制2个阀门又互不干扰;由于采用先导控制，所以不管按钮开关还是旋钮调温都很轻便。

根据前面分析，将双膜片式混水控温阀水路由2进1出改成1进2出将能变成两路切换阀，经过改造后的双膜片式两路切换阀如下。

2.4 双膜片式两路切换阀

规格尺寸：直径35 mm功能：水路切换+按钮开关。

操作方式：旋钮+弹跳式按钮。

水路切换工作原理：如图3所示，图中球标的零组件2～10与图2的混水控温阀完全相同，工作原理也相同，不同的是混水控温阀的水路为两进出一，而切换阀为一进两出。如图3所示当阀门在水路1打开状态时，逆时针旋转旋钮6，根据旁路阀的工作原理，阀门5逐渐关闭，阀门10逐渐打开，直至水路2全开，水路1关闭。反之同理，顺时针旋转旋钮6，水路1全开，水路2关闭。在来回旋转旋钮6的过程中实现水路切换。

按钮开关工作原理：如图3所示，弹跳式按钮开关控制的工作原理与图2弹跳式按钮开关混水控温阀相同，不同的是混水控温阀的水路为两进出一，而切换阀为一进两出。

特点：使用巧妙的机构联动控制两个阀门，实现切换功能;旋钮机构和按钮开关机构巧妙结合在一起同时控制2个阀门又互不干扰;由于采用先导控制，所以不管按钮开关还是旋钮水流切换都很轻便。

实现冷热混水控温的另外一个解决方案是采用一个先导式的单控阀。通过大量的研究和改进，研究成果如下。

2.3 单膜片式混水控温阀

图2是单膜片式混水控温阀结构示意图，阀门4采用柔性橡胶膜片，具有控制灵敏且无泄露的优点。模片是关键的部件，所以称之为单膜片式混水控温阀。

规格尺寸：直径30 mm功能：温量控制+按钮开关

操作方式：旋钮+弹跳式按钮

温度控制工作原理：如图4所示，5为旋钮，6为传动螺杆，7为滑阀。当旋转旋钮5，旋钮5螺杆6转动，滑阀7在螺杆螺旋的作用下做向上或者向下的直线运动，滑阀7向上运动，冷水入水逐渐关闭，热水入水逐渐打开，水温升高，直至全热，滑阀7向下运动，冷水入水逐渐打开，热水入水逐渐关闭，水温降低，直至全冷，旋钮5的旋转运动转换为滑阀7上下运动，从而实现控温。

按钮开关工作原理：弹跳式按钮采用圆珠笔按钮方式，按动一次控制按钮的一起或者一落。如图4所示，1为按钮，2为磁铁，3为先导阀门堵头，4为阀门。先导阀门堵头的上端布置有磁铁，与磁铁2相斥。当按钮1在落下状态时，磁铁2被压至下端，磁铁2在磁力的作用下推动先导阀门堵头3向下运动，根据先导式阀门的工作原理，阀门4关闭，如图4剖面所示的状态。再次按动按钮1，按钮1升起，磁铁2在弹簧力的作用下向上运动，同时磁铁2与先导阀门堵頭3之间的斥力减弱，先导阀门堵头3在弹簧力的作用下向上运动，阀门4打开。

特点：使用单膜片，由于减少一个开关阀门，结构简单了，开关功能更加可靠，同时降低成本;由于采用先导控制，所以按钮开关很轻便。但是缺点同时存在，旋钮直接驱动滑阀，所以旋钮手感较先导式重，另外，冷热水基本处于相通状态，为了防止串水，水龙头前端冷热水入水必须增加防逆流阀。

3 结论

先导式压力阀由于不是直接对阀门进行控制，而是借助压力的辅助达到控制阀门的目的，可以达到四两拨千斤的效果，因此操作力可以很小，结合了电器开关的操作方式开发的开关阀芯使操作水龙头具有电器开关般的轻便，为了进一步推进一系列阀芯的更新换代，在单一开关功能的基础又进行了的大量的创新研究，开发出可调温度，可水路切换的多功能阀芯，使先导式阀芯能够得到更广泛的应用，可以代替传统陶瓷系列阀芯，相信一系列先导式阀芯的出现将是卫浴行业的一次革命。

参考文献

[1]王积伟.液压与气压传动（第3版） [M].北京：机械工业出版社，2018：129-138.

[2]夏鹏程.新型先导式压力开关阀的研究及应用[J].中国新技术新产品， 2020，5（下）：78-80.