一种减振降噪热力膨胀阀的设计

严雅灯

摘要：本文介绍了一种减振降噪热力膨胀阀，该阀采用在顶杆垂直穿过阀体的气道位置，设置一个尼龙质的顶杆套，隔离气道的制冷剂气流通过对顶杆产生径向振动，从而影响钢珠阀芯的开度。在阀体的阀芯孔中设置一个连接阀芯托座并与阀芯孔孔壁弹性接触的阻尼夹，利用阻尼夹与阀芯孔的摩擦阻尼来迟滞钢珠阀芯的开度响应运动，避开热力膨胀阀的流量调节响应频率与汽车的振场频率的峰值相位，避免发生共振的技术方案，使汽车空调系统的运行达到消除共振和噪声的目的。

关键词：热力膨胀阀;减振;降噪

中图分类号：U463

文献标识码：A

车用空调系统的异常振动噪声，是目前用户投诉较多的问题之一。由于汽车空调系统工作在复杂的振动场中（如发动机的振动或空调系统热力膨胀阀的流量调节响应振动形成了谐振，即所谓产生共振），导致了整个汽车空调系统的运行发生剧烈的共振和噪声。

现有的技术是采用多种技术方案，通过对热力膨胀阀的改进，解决系统共振噪声问题。如采取在热力膨胀阀中增大弹簧预紧力、增加密封圈的截面直径、增加顶板质量或减小阀芯球的直径等措施。但由于上述方案的措施都过于单一，所以减振消噪效果并不明显。以增加顶板质量的方案为例，仅仅依靠增加顶板质量来使膨胀阀在工作时传动杆的轴向运动稍稍滞后，以避开汽车发动机的固有振动频率，達到错峰减振的效果。但由于汽车的振场是变化的，并非是固定频率，加之传动杆的径向振动并未得以解决，故而起不到完全消噪的作用。

1 减振消噪的热力膨胀阀结构

如图1所示，一种减振消噪的热力膨胀阀，包括阀体、动力头、顶杆套、顶杆、钢珠阀芯、阀芯托座、阻尼夹、弹簧、调节螺帽及O形圈，阀体内设有由进气口、出气口、气道、进液口、出液口、阀芯孔、阀杆孔和动力头接口构成的流体通道与机构连接通道。动力头由不锈钢材质的膨胀膜盒、弹性膜片和顶板构成，将温度变化转换为体积伸缩变化的传感转换元件，动力头的膨胀膜盒封闭的内部充有温敏压力转换流体工质。

如图2所示，顶杆套为上部设有四棱凸缘的圆柱台阶形中空管状尼龙材质构件。顶杆套的顶端中心设有与动力头所述顶板滑动配合的台阶沉孔构成的定位孔，顶杆套的下部柱面上均布设有6条与柱面平行的凸筋，6条所述凸筋的假想外径与顶杆套的中部柱面的直径相等。顶杆为不锈钢材质的圆柱台阶形杆状构件，顶杆的下部为直径小于中上部的小圆柱台阶，称为顶针部。钢珠阀芯为不锈钢材质的钢珠。阀芯托座为上部设有凸缘台阶的圆柱台阶形不锈钢材质构件，钢珠阀芯固定焊接在阀芯托座的上面中心[1]。

如图3所示，阻尼夹为下方由8只均布的柱脚支撑着上方的圆形顶面，所构成的呈空心圆锥台形的薄壁不锈钢材质构件。阻尼夹柱脚下部的外侧面设有向外凸出的球面形柱脚凸包，阻尼夹的圆形顶面中心设有中心圆孔。弹簧为不锈钢材质圆柱螺旋压缩弹簧，调节螺帽为“上小下大”的圆柱台阶形的铝合金质构件，调节螺帽的上部小圆柱台阶柱面设有用于装置第三O形圈的环柱面圆周环形槽;调节螺帽的下部大圆柱台阶柱面上设有与阀体的阀芯孔内螺纹连接配合的外螺纹;调节螺帽的下面中心设有用于旋转调节螺帽的内六角盲孔。

动力头与阀体的动力头接口经O形圈密封固定连接。顶杆套固定位于阀体的阀杆孔内的上部，动力头的下部所述顶板的下部滑动位于顶杆套的定位孔中，动力头膨胀膜盒的外壁通过阀杆孔的气体测温通道，与顶杆套上部的四棱凸缘的垭口气道相通。顶杆套的底端垫有O形圈，用于将气道与液道隔离开来。顶杆滑动位于顶杆套内，顶杆的顶端与动力头的顶板下面接触。钢珠阀芯位于阀体的阀口处，顶针部的底端面与钢珠阀芯的上面接触。

调节螺帽的环形槽套有O形圈密闭旋接在阀芯孔的下部台阶孔中，由下向上，调节螺帽托举弹簧，弹簧托举阻尼夹和阀芯托座，将钢珠阀芯压迫封堵在阀芯孔上面的阀口处。阻尼夹的中心圆孔套在阀芯托座的凸缘台阶下面，弹簧的上端套入阀芯托座的下部柱面台阶，将阻尼夹与阀芯托座压紧连接在一起。阻尼夹的柱脚凸包与阀芯孔的上部台阶孔壁弹性滑动接触。

2 工作原理

工作时，气态制冷剂以高速由进气口经气道从出气口通过，动力头将汽车空调系统流经气道的制冷剂气流的温度变化，转换成膨胀膜盒体积的伸缩变化，经顶板和顶杆来推动钢珠阀芯作相应的升降运动，通过开启和关闭调节阀口的开度，来调节流过液道的液态制冷剂流量。

本装置的顶杆套隔离了通过气道的气态制冷剂气流对顶杆的影响，消除了顶杆的径向振动，避免了顶杆径向振动对钢珠阀芯升降运动的干扰。阻尼夹与阀芯孔孔壁的摩擦阻尼，迟滞了钢珠阀芯的开闭调节阀口开度的响应运动，避开调节响应频率与汽车振场频率的峰值相位，避免了热力膨胀阀的流量调节响应频率与汽车振场频率耦合形成共振，使汽车空调系统的运行共振和噪声得以消除。

3 阀门特点

3.1 消除径向振动经顶杆对钢珠阀芯的影响

本产品采用在顶杆垂直穿过阀体气道的位置，设置一个尼龙材质的顶杆套，使顶杆经顶杆套穿过气道，隔离通过气道的制冷剂气流对顶杆产生径向振动，消除径向振动经顶杆对钢珠阀芯的影响。

3.2 避免发生共振的技术方案与不足

本产品在阀体的阀芯孔中设置一个托举阀芯托座和钢珠阀芯，且与阀芯孔的孔壁弹性接触的阻尼夹。利用阻尼夹与阀芯孔孔壁的摩擦阻尼来迟滞钢珠阀芯的开度响应运动，错开热力膨胀阀的流量调节响应频率与汽车的振场频率的峰值相位，避免发生共振的技术方案，克服了现有技术存在因共振引起的系统振动和噪声的问题与不足。

3.3 消除振动和噪声

本产品通过顶杆套的隔离和阻尼夹的阻尼作用，减少制冷剂气流和汽车振场对钢珠阀芯的干扰，使汽车空调系统的运行达到了消除振动和噪声的目的。

4 结束语

本产品设计通过设置尼龙质的顶杆套和阻尼夹，利用阻尼夹与阀芯孔的摩擦阻尼来迟滞钢珠阀芯的开度响应运动，避开热力膨胀阀的流量调节响应频率与汽车振场频率的峰值相位，避免发生共振的技术方案，使汽车空调系统的运行达到了消除共振和噪声的目的。本产品设计原理简单，方法有效，对同类产品的设计有一定的借鉴作用。

【参考文献】

[1]杨源泉.阀门设计手册[M].机械工业出版社，1995.