一种新型多通道分流转阀设计

蒋守勇，梁朝晖，孔祥臻

（1.煤炭工业济南设计研究院有限公司，山东 济南 250014；2.山东交通学院 工程机械学院，山东 济南 250357）

现有的环境监测设备中，对不同水源水体的重金属离子浓度检测和样液的比对是对水质检测的内容之一，水质检测仪器的核心结构是实现多种试剂和样液分路选择通过的多通道转阀。由于检测过程涉及多种样液和试剂，需要实现多个管路对不同样液提取的控制。如果对每条通道进行分别控制，那么每条管路上至少需要一个控制阀，设备的结构、控制系统的复杂程度以及成本、故障率均会提高[1]。

目前国内外的多通阀主要以多位多通阀和平面多通阀为主，这两种阀对阀芯、阀套及阀体各配合表面的粗糙度、形位公差等要求较高，空间体积大，制造工艺及生产成本较高[2，3]。现有的分流转阀存在通道切换过程中液体泄漏，转换通道定位精度低等问题[4，5]。

因此，需要一个多通道阀门代替多个单独的阀门，解决多种液体或试剂的流通和切换问题，实现液体的多通道选择进入、1通道流出的功能。这样就能使整体设备结构及其控制系统大大简化，故障率降低，可靠性提高，生产成本也会大幅度降低。

1 新型多通道分流转阀结构设计

根据现有环境监测设备的中转阀存在的问题，设计了一种新型分流转阀。该转阀有9通道。液体可以选择从9通道中的任意通道流入，中间1通道流出。其结构如图1所示。

图1 新型多通道转阀

设计的新型多通道分流转阀由阀体、阀芯、联轴套、位移传感器、步进电机及卡套等主要组成部分。该转阀的阀芯由动阀芯和定阀芯两部分组成，动阀芯与定阀芯之间靠平面密封，实现了较高的密封精度。连轴套用于连接步进电机与动阀芯，用电机对动阀芯进行直接驱动，减少了传动环节，降低了传动过程中的配合及精度等要求。定阀芯与压管盖之间采用卡套实现管路的连接与密封功能，有效防止管路中液体的泄漏。同时阀体采用整体式框架结构，结构紧凑，便于固定和安装。

多通道分流转阀的立体结构如图2所示。

图2 多通道分流转阀立体图

2 具体设计特点

相对于传统的多通阀，该多通道分流转阀的主要设计特点归结如下。

（1）动阀芯与定阀芯采用平面配合密封。定阀芯上有9个流入通道，1个流出通道，动阀芯旋转不同的角度，即可实现指定的流入通道与流出通道的连通。

（2）通过连轴套实现步进电机和动阀芯的连接，对动阀芯的直接驱动，减少了中间传动环节，传动精度高，定位准确。

（3）阀的控制采用PLC控制，采用位移传感器检测动阀芯的位置。阀芯每次动作完成，动阀芯必须复位后，才能进行下一个动作，因此消除了由于连续动作产生的累计误差，使不同通道之间的切换更加精确，解决换向位置不准确的问题。

（4）阀体采用整体式框架结构。位移传感器及步进电机直接固定在阀体上，结构紧凑，便于用于安装、检修和更换。

3 工作过程的实现

该转阀结构简单，易于操作，可以直接通过上位机连接，实验系统如图3所示，对每一个通道从测试平内进行定量抽水实验，与上位机的连接界面如图4所示。

通过操作界面可以进行相应的操作。界面中显示当前所在的阀口。直接操作点击相应的按钮，即可进行相应通道的连接，共有9个流入通道。操作简单，界面友好。

图3 多通阀实验系统

图4 操作界面

通过对9个通道分别进行在不同的流量和压力下进行实验，每个阀口的流量和压力稳定，液体无泄漏。如图5所示为分流阀中9个通道的重复定位精度曲线。通过图中可以看出，在1～9号通道，不同的通道定位精度均在±0.01mm范围内。说明该结构设计定位精度高，有效的消除了累积误差。

4 结论

设计的新型多通道分流转阀，实现液体的多通道选择进入、1通道流出的功能。有效解决了多种液体或试剂的流通和切换过程中液体泄漏和定位不准确的问题。提高了分流效率和工作效率，具有较好的工业应用前景。

图5 9个通道的定位精度