先導式壓力閥的高級應用

摘? 要：該文從先導式壓力閥的單控閥入手，分析了現代水龍頭對于閥芯的更多功能要求，探討了溫控水龍頭溫度控制原理和水龍頭的水路切換的原理，總結它們的內在關系、相同點和不同點，以總結的理論為依據，結合先導式閥門的特點，創造出操作輕便的雙膜片式混水控溫閥，利用溫控與切換閥的內在關系，將雙膜片式混水控溫閥進行改造，完成雙膜片式切換閥的設計，繼續以先導式閥門為基礎，采用更加簡潔的方式實現了單膜片式的混水控溫閥，使先導式壓力閥在水龍頭產品上能夠得到更廣泛的應用。

關鍵詞：衛浴;先導式;開關閥;溫控閥;切換閥

中圖分類號：TH137? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

閥芯是水暖衛浴產品最關鍵的零部件，被譽為水龍頭的心臟，目前陶瓷閥芯是應用最普遍的一種閥，經過30多年的發展陶瓷閥芯已經占據了衛浴市場的主導地位，但是隨著智能時代的到來，更加輕巧、便捷的產品越來越來受到消費者青睞，傳統的水龍頭由于使用陶瓷閥芯，操作過程中避免不了貼合陶瓷片之間相互運動而產生的摩擦力，使操作不夠輕便，而且存在著操作方式單一的問題，衛浴產品也需要跟進時代的發展，未來開發出操作水龍頭就像操作電器一樣的產品非常必要。

目前利用先導式壓力閥原理已經可以實現輕便化的操作[1]，也已經開發出按鍵式的閥芯，如蹺蹺板式按鈕開關閥、彈跳式按鈕開關閥[2]，已經實現了基本的單控閥功能，開關和調流量。但是水龍頭閥芯不只是有單控閥，隨著人們生活水平的提高，現代家庭使用的水龍頭都實現了冷熱水供給，水龍頭閥芯必須具備冷熱混水控溫。另外，浴室龍頭有不同的用途，例如既可以作為淋浴使用，又可以作為浴缸注水使用，或者有人喜歡掛墻式淋浴，有人喜歡頭頂淋浴，還有人可能更喜歡在淋浴的同時用水流按摩，如果每一個用途安裝一個水龍頭，那么浴室將裝滿龍頭，為了讓人們用一個水龍頭實現所有功能，就需要切換閥，2個用途就用兩路切換閥，幾個用途就用幾路切換閥。所以，這種操作輕便的先導式壓力閥不能只局限在實現開關和調流就算完成，還需要更深入的研發。

1 基本原理分析

溫控水龍頭的溫度控制實際上是通過調節冷熱水的供水配比來實現混合出所需要的溫度，如果能給夠同時控制2個可調流量的單控閥，一個閥門加大流量，一個閥門減小流量，就可以實現溫度控制，需要解決的是如何讓它們按照這個邏輯聯動起來。

水龍頭的水路切換的作用是將水流從一個通道切換到另外一個通道，以兩路切換閥為例，如果能給夠同時控制2個單控閥，一個閥門打開的同時另一個閥門關閉就可以實現水流切換。

這2種閥的控溫原理和切換原理可以用圖1的符號簡化表示，控溫是2進1出，兩路切換是1進2出，它們是有相同之處的，都有2個閥門，不同的是水路布置。 下面分析將先導式壓力閥應用到這2 種閥中的方法。

2 高級應用

實現冷熱混水控溫的其中一個解決方案是將兩個先導式的單控閥集成在一起，設計2進1出的水路結構，設計聯動機構同時控制兩個閥門，通過大量的研究和改進，研究成果如下。

2.1 雙膜片式混水控溫閥

圖2是雙膜片式混水控溫閥結構示意圖，2個閥門5和10采用柔性橡膠膜片，具有控制靈敏且無泄露的優點。雙模片是關鍵的部件，所以稱之為雙膜片式混水控溫閥。

規格尺寸：直徑35 mm功能：溫量控制+按鈕開關

操作方式：旋鈕+彈跳式按鈕

溫度控制工作原理：如圖2所示，6為旋鈕，2和7為彈簧，3和8為先導閥門堵頭，4和9為磁鐵組件，5和10為閥門，2、3、4、5為熱邊閥門控制組件，7、8、9、10為冷邊閥門控制組件，單邊的控制組件與彈跳式按鈕開關閥功能相同。當閥門在熱水全開狀態時，逆時針旋轉旋鈕6，旋鈕6的左邊斜臺迫使磁鐵組件4往下運動，熱邊閥門5逐漸關閉，同時旋鈕6的右邊斜臺釋放磁鐵組件9，冷邊閥門10逐漸打開，冷、熱水在閥門外進行了混合，在冷、熱閥門的共同作用下出水溫度由熱變冷，直至全冷。反之，順時針旋轉旋鈕6，同理，出水溫度由冷變熱。在來回旋轉旋鈕6的過程中實現需要的水溫。

按鈕開關工作原理：彈跳式按鈕采用圓珠筆按鈕方式，按動一次控制按鈕的一起或者一落。如圖2所示，1為按鈕，當按鈕在升起狀態時，兩組閥門受旋鈕控制，不受按鈕控制，處于可調溫狀態，當按動按鈕1，按鈕1落下，2個磁鐵組件4和9被圓珠筆按鈕機構壓至下方，彈簧2和7被壓縮，先導閥門3和8在磁鐵組件4和9磁吸作用下往下運動，閥門5和10被關閉，閥芯冷熱水切斷，閥芯關閉。

特點：使用巧妙的機構聯動控制2個閥門，實現控溫功能;旋鈕調溫機構和按鈕開關機構巧妙結合在一起，同時控制2個閥門又互不干擾;由于采用先導控制，所以不管按鈕開關還是旋鈕調溫都很輕便。

根據前面分析，將雙膜片式混水控溫閥水路由2進1出改成1進2出將能變成兩路切換閥，經過改造后的雙膜片式兩路切換閥如下。

2.4 雙膜片式兩路切換閥

規格尺寸：直徑35 mm功能：水路切換+按鈕開關。

操作方式：旋鈕+彈跳式按鈕。

水路切換工作原理：如圖3所示，圖中球標的零組件2～10與圖2的混水控溫閥完全相同，工作原理也相同，不同的是混水控溫閥的水路為兩進出一，而切換閥為一進兩出。如圖3所示當閥門在水路1打開狀態時，逆時針旋轉旋鈕6，根據旁路閥的工作原理，閥門5逐漸關閉，閥門10逐漸打開，直至水路2全開，水路1關閉。反之同理，順時針旋轉旋鈕6，水路1全開，水路2關閉。在來回旋轉旋鈕6的過程中實現水路切換。

按鈕開關工作原理：如圖3所示，彈跳式按鈕開關控制的工作原理與圖2彈跳式按鈕開關混水控溫閥相同，不同的是混水控溫閥的水路為兩進出一，而切換閥為一進兩出。

特點：使用巧妙的機構聯動控制兩個閥門，實現切換功能;旋鈕機構和按鈕開關機構巧妙結合在一起同時控制2個閥門又互不干擾;由于采用先導控制，所以不管按鈕開關還是旋鈕水流切換都很輕便。

實現冷熱混水控溫的另外一個解決方案是采用一個先導式的單控閥。通過大量的研究和改進，研究成果如下。

2.3 單膜片式混水控溫閥

圖2是單膜片式混水控溫閥結構示意圖，閥門4采用柔性橡膠膜片，具有控制靈敏且無泄露的優點。模片是關鍵的部件，所以稱之為單膜片式混水控溫閥。

規格尺寸：直徑30 mm功能：溫量控制+按鈕開關

操作方式：旋鈕+彈跳式按鈕

溫度控制工作原理：如圖4所示，5為旋鈕，6為傳動螺桿，7為滑閥。當旋轉旋鈕5，旋鈕5螺桿6轉動，滑閥7在螺桿螺旋的作用下做向上或者向下的直線運動，滑閥7向上運動，冷水入水逐漸關閉，熱水入水逐漸打開，水溫升高，直至全熱，滑閥7向下運動，冷水入水逐漸打開，熱水入水逐漸關閉，水溫降低，直至全冷，旋鈕5的旋轉運動轉換為滑閥7上下運動，從而實現控溫。

按鈕開關工作原理：彈跳式按鈕采用圓珠筆按鈕方式，按動一次控制按鈕的一起或者一落。如圖4所示，1為按鈕，2為磁鐵，3為先導閥門堵頭，4為閥門。先導閥門堵頭的上端布置有磁鐵，與磁鐵2相斥。當按鈕1在落下狀態時，磁鐵2被壓至下端，磁鐵2在磁力的作用下推動先導閥門堵頭3向下運動，根據先導式閥門的工作原理，閥門4關閉，如圖4剖面所示的狀態。再次按動按鈕1，按鈕1升起，磁鐵2在彈簧力的作用下向上運動，同時磁鐵2與先導閥門堵頭3之間的斥力減弱，先導閥門堵頭3在彈簧力的作用下向上運動，閥門4打開。

特點：使用單膜片，由于減少一個開關閥門，結構簡單了，開關功能更加可靠，同時降低成本;由于采用先導控制，所以按鈕開關很輕便。但是缺點同時存在，旋鈕直接驅動滑閥，所以旋鈕手感較先導式重，另外，冷熱水基本處于相通狀態，為了防止串水，水龍頭前端冷熱水入水必須增加防逆流閥。

3 結論

先導式壓力閥由于不是直接對閥門進行控制，而是借助壓力的輔助達到控制閥門的目的，可以達到四兩撥千斤的效果，因此操作力可以很小，結合了電器開關的操作方式開發的開關閥芯使操作水龍頭具有電器開關般的輕便，為了進一步推進一系列閥芯的更新換代，在單一開關功能的基礎又進行了的大量的創新研究，開發出可調溫度，可水路切換的多功能閥芯，使先導式閥芯能夠得到更廣泛的應用，可以代替傳統陶瓷系列閥芯，相信一系列先導式閥芯的出現將是衛浴行業的一次革命。

參考文獻

[1]王積偉.液壓與氣壓傳動（第3版） [M].北京：機械工業出版社，2018：129-138.

[2]夏鵬程.新型先導式壓力開關閥的研究及應用[J].中國新技術新產品， 2020，5（下）：78-80.