一種新型多通道分流轉閥設計

蔣守勇，梁朝暉，孔祥臻

（1.煤炭工業濟南設計研究院有限公司，山東 濟南 250014；2.山東交通學院 工程機械學院，山東 濟南 250357）

現有的環境監測設備中，對不同水源水體的重金屬離子濃度檢測和樣液的比對是對水質檢測的內容之一，水質檢測儀器的核心結構是實現多種試劑和樣液分路選擇通過的多通道轉閥。由于檢測過程涉及多種樣液和試劑，需要實現多個管路對不同樣液提取的控制。如果對每條通道進行分別控制，那么每條管路上至少需要一個控制閥，設備的結構、控制系統的復雜程度以及成本、故障率均會提高[1]。

目前國內外的多通閥主要以多位多通閥和平面多通閥為主，這兩種閥對閥芯、閥套及閥體各配合表面的粗糙度、形位公差等要求較高，空間體積大，制造工藝及生產成本較高[2，3]。現有的分流轉閥存在通道切換過程中液體泄漏，轉換通道定位精度低等問題[4，5]。

因此，需要一個多通道閥門代替多個單獨的閥門，解決多種液體或試劑的流通和切換問題，實現液體的多通道選擇進入、1通道流出的功能。這樣就能使整體設備結構及其控制系統大大簡化，故障率降低，可靠性提高，生產成本也會大幅度降低。

1 新型多通道分流轉閥結構設計

根據現有環境監測設備的中轉閥存在的問題，設計了一種新型分流轉閥。該轉閥有9通道。液體可以選擇從9通道中的任意通道流入，中間1通道流出。其結構如圖1所示。

圖1 新型多通道轉閥

設計的新型多通道分流轉閥由閥體、閥芯、聯軸套、位移傳感器、步進電機及卡套等主要組成部分。該轉閥的閥芯由動閥芯和定閥芯兩部分組成，動閥芯與定閥芯之間靠平面密封，實現了較高的密封精度。連軸套用于連接步進電機與動閥芯，用電機對動閥芯進行直接驅動，減少了傳動環節，降低了傳動過程中的配合及精度等要求。定閥芯與壓管蓋之間采用卡套實現管路的連接與密封功能，有效防止管路中液體的泄漏。同時閥體采用整體式框架結構，結構緊湊，便于固定和安裝。

多通道分流轉閥的立體結構如圖2所示。

圖2 多通道分流轉閥立體圖

2 具體設計特點

相對于傳統的多通閥，該多通道分流轉閥的主要設計特點歸結如下。

（1）動閥芯與定閥芯采用平面配合密封。定閥芯上有9個流入通道，1個流出通道，動閥芯旋轉不同的角度，即可實現指定的流入通道與流出通道的連通。

（2）通過連軸套實現步進電機和動閥芯的連接，對動閥芯的直接驅動，減少了中間傳動環節，傳動精度高，定位準確。

（3）閥的控制采用PLC控制，采用位移傳感器檢測動閥芯的位置。閥芯每次動作完成，動閥芯必須復位后，才能進行下一個動作，因此消除了由于連續動作產生的累計誤差，使不同通道之間的切換更加精確，解決換向位置不準確的問題。

（4）閥體采用整體式框架結構。位移傳感器及步進電機直接固定在閥體上，結構緊湊，便于用于安裝、檢修和更換。

3 工作過程的實現

該轉閥結構簡單，易于操作，可以直接通過上位機連接，實驗系統如圖3所示，對每一個通道從測試平內進行定量抽水實驗，與上位機的連接界面如圖4所示。

通過操作界面可以進行相應的操作。界面中顯示當前所在的閥口。直接操作點擊相應的按鈕，即可進行相應通道的連接，共有9個流入通道。操作簡單，界面友好。

圖3 多通閥實驗系統

圖4 操作界面

通過對9個通道分別進行在不同的流量和壓力下進行實驗，每個閥口的流量和壓力穩定，液體無泄漏。如圖5所示為分流閥中9個通道的重復定位精度曲線。通過圖中可以看出，在1～9號通道，不同的通道定位精度均在±0.01mm范圍內。說明該結構設計定位精度高，有效的消除了累積誤差。

4 結論

設計的新型多通道分流轉閥，實現液體的多通道選擇進入、1通道流出的功能。有效解決了多種液體或試劑的流通和切換過程中液體泄漏和定位不準確的問題。提高了分流效率和工作效率，具有較好的工業應用前景。

圖5 9個通道的定位精度