CN102705618A - 一种在高压状态下利用接头间压力差操作的快速接头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在高压状态下利用接头间压力差操作的快速接头，它包壳体（1）、外圈（2）、阀座（13）、中间体（17）、接头体（28）和密封装置，所述的阀座（13）的外壁与阀座滑套（18）的内套体滑动连接，外壁设有定位凹槽，阀座（13）轴向的一端通过孔用挡圈（12）与阀座滑套（18）内腔上的挡圈凹槽限位连接，该端中间设有阀芯套筒与锥形阀芯体（6）的芯轴滑动连接并通过筒口端面（13.1）限位，阀芯套筒与锥形阀芯体（6）之间设有阀芯弹簧（11），阀座（13）轴向的另一端通过阀座弹簧（25）与阀座滑套（18）内腔上凸肩内壁连接，阀座（13）设有流体通道。本发明减少了对管路断压和泄压的工作，连接方便牢固，可以广泛应用于石油、冶金、水电、船舶、农业机械等领域。

Description

一种在高压状态下利用接头间压力差操作的快速接头

技术领域

本发明属于管接头技术领域，涉及一种安装于流体管路中的接头，特别涉及一种在高压状态下利用接头间压力差操作的快速接头。

背景技术

流体快速接头由于能快速插拔，单向密封，具有止回功能，因此在石油、化工、冶金、水电、工程机械、船舶、机电设备等领域中得到极为广泛的应用。现有的快速接头产品的结构由外圈，壳体，插头，阀芯和阀座，以及弹簧和密封件，此种结构必须是两端管路都无压力工作状态下即常压状态下，才能实现连接或断开，所以这种快速接头在连接或断开前必须切断压力源，和对管路进行泄压。如果一端带有流体压力或者残压，管路在连接使因内部有压力，而内部压力作用于阀芯上，如内部有20MPa的压力，阀芯压力承受面积为1平方厘米，那就是说推动单个阀芯约需要用200KG的力才能打开，这样的力量人手是无法达到的，而快速接头在断开时因内部的高压，使产品出现反作用力，而这个力作用于压住连接产品钢珠的外圈上，如果人力勉强进行分离，因分离时双手都在推动外圈，而阳接头会高速弹出，可能会危及操作者或旁边人员的安全。所以现有的快速接头结构无法带流体压力进行操作。如CN200720045320.4的“一种超高压快速接头总成”，它由接头主体、接头副体、接头主体和接头副体连接处的快换定位套、接头主体和接头副体的空腔内都具有阀芯部件，所述的阀芯部件包括阀芯、缓压弹簧座、密封圈和卡簧，所述的阀芯上设置有多个泄压通孔，所述的每个泄压通孔的中心线均与接头主体轴线平行。该产品虽能实现快速连接与快速断开，但只能是在阴接头与阳接头都无压力的情况下进行操作，限制了快速接头的使用场合。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，为流体管路提供一种能够在带高压的工作状态下，利用阴阳接头内的压力差，实现快速连接和快速断开，使用安全、方便、连接牢固、耐压性好的高压状态下的快速接头。

本发明的技术方案：它包括壳体、外圈、锥形阀芯体、阀座、中间体、阀座滑套、接头体和密封装置，中间体的两端分别通过螺纹与外圈和接头体定位连接，壳体与外圈的内腔滑动连接，壳体的内腔设有锥形孔与锥形阀芯体对应连接，所述的阀座的外壁与阀座滑套的内套体滑动连接，阀座的外壁设有定位凹槽，阀座轴向的一端通过孔用挡圈与阀座滑套内腔上的挡圈凹槽限位连接，阀座的同一端中间设有阀芯套筒，阀芯套筒与锥形阀芯体的芯轴滑动连接并通过阀芯套筒的筒口端面限位，阀芯套筒与锥形阀芯体之间设有阀芯弹簧，阀座轴向的另一端通过阀座弹簧与阀座滑套内腔上凸肩内壁连接，阀座设有流体通道。

优选：所述的阀座设有的流体通道为：设有阀芯套筒一端的阀座的一侧设有多个与轴向平行的小圆柱孔，阀座另一侧设有一大圆柱孔，各小圆柱孔与大圆柱孔连通组成流体通道。

进一步优选：所述壳体 的内腔与阀座滑套的一端螺纹连接，阀座滑套的另一端与接头体的内腔滑动连接，阀座滑套的外圆柱面与中间体内腔凸环滑动连接，阀座滑套外套凸环与中间体内腔滑动连接，在内腔凸环与外套凸环之间形成阀座锁定空间，阀座锁定空间内设有阀座锁圈，阀座锁圈轴向的一端通过锁圈弹簧与内腔凸环内壁连接，阀座锁圈轴向的另一端通过锁圈挡圈与中间体内腔上的挡圈凹槽限位连接，阀座锁圈外圈与中间体内腔滑动连接，阀座锁圈的内圈一大一小两个阶梯设置，阀座锁圈内圈内径小的一侧内圈与阀座滑套的外圆柱面滑动连接，阀座滑套的套体上均匀设有钢珠孔，钢珠孔内设有钢球，阀座滑套移动过程中，钢球对外分别与阀座锁圈的两个阶梯内圈的位置对应，阀座移动过程中，钢球对内分别与阀座阀座壁和阀座上的定位凹槽的位置对应。

进一步优选：所述的外圈的螺纹端内设有一台阶与壳体外部的弹簧沟槽和中间体端面组合形成一个截面为矩形的环形空间，环形空间内部设有弹簧，弹簧的一端为外圈的台阶凹肩内端面和壳体外部的弹簧沟槽的一个槽壁，弹簧的另一端为中间体端面和壳体外部的弹簧沟槽的另一个槽壁。

进一步优选：锥形阀芯体一端为锥形阀面，另一端设有两个阶梯，第一个阶梯与阀芯密封垫连接，第二个阶梯即芯轴与限位密封垫压环连接，限位密封垫压环一端扣紧阀芯密封垫，限位密封垫压环另一端通过阀芯弹簧与阀芯套筒外壁上的台阶端面连接，限位密封垫压环的端面与阀芯套筒的筒口端面限位，锥形阀芯体、阀芯密封垫和限位密封垫压环组成锥形密封阀芯部件。

本发明能给管路提供一种能在承受带高压流体工作状态下，利用阴阳接头内的压力差，进行快速连接和快速断开操作的快速接头，减少了因快速接头连接或断开进行的对管路断开压力源和泄压的工作，并具有连接方便，连接牢固，可以广泛应用于石油、冶金、水电、工程机械、船舶、机电设备、农业机械等领域。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明实施例1的连接初始结构示意图。

图3是本发明实施例1的连接接入结构示意图。

图4是本发明实施例1的阴接头中通入比阳接头压力更高的流体结构示意图。

图5是本发明实施例1的阳接头阀芯打开结构示意图。

图6是本发明实施例1的断开前受力分析示意图。

图7是本发明实施例1的断开过程结构示意图。

图8是本发明实施例1的断开后结构示意图。

图中：壳体1，外圈2，钢球3、19，垫片4、14、23、26， “O”型圈5、10、15、22、27，阀芯体6，阀芯密封垫7，限位密封垫压环8，弹簧9，阀芯弹簧11，孔用挡圈12，阀座13，锁圈弹簧16，中间体17，阀座滑套18，阀座锁圈20，锁圈挡圈21，防尘圈24，阀座弹簧25，接头体28，排气小孔28.1。

具体实施方式

本发明通过下面的实施例可以对本发明作进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。

实施例1：

如图1—8：中间体17的两端分别通过螺纹与外圈2和接头体28定位连接，壳体1与外圈2的内腔滑动连接，壳体1的内腔设有锥形孔与锥形阀芯体6对应连接，所述的阀座13的外壁与阀座滑套18的内套体滑动连接，阀座13的外壁设有定位凹槽，阀座13轴向的一端通过孔用挡圈12与阀座滑套18内腔上的挡圈凹槽限位连接，阀座13的同一端中间设有阀芯套筒，阀芯套筒与锥形阀芯体6的芯轴滑动连接并通过阀芯套筒的筒口端面13.1限位，阀芯套筒与锥形阀芯体6之间设有阀芯弹簧11，阀座13轴向的另一端通过阀座弹簧25与阀座滑套18内腔上凸肩内壁连接，阀座13设有流体通道。所述的阀座13设有的流体通道为：设有阀芯套筒一端的阀座13的一侧设有多个与轴向平行的小圆柱孔，阀座13另一侧设有一大圆柱孔，各小圆柱孔与大圆柱孔连通组成流体通道。能保证流体从阀座13通过，阀座13上设有定位凹槽，定位凹槽与钢珠19连接，能使在本实施例连接并流体连通后阀座13处于固定位置，阀座13处于固定位置后，保证了与阀座13端面接触的阀芯体6位置的固定，使流道大小的恒定。阀座13采用实心棒料加工，并经过热处理，使耐用性更好。

壳体1上均匀设有布钢珠孔，实现了接头快速连接，壳体1外部有弹簧沟槽，实现了接头双向运动，壳体1内部设有密封槽。内部与阀芯接触面采用锥度密封，壳体1内腔设有锥形孔，与锥形阀芯体6及其部件配合形成锥密封，增加了密封可靠性。壳体内腔设有螺纹，与阀座滑套18进行螺纹连接固定。

经过热处理的外圈2提供了更高的强度，提高了产品的耐用性。壳体1与外圈2内壁滑动配合连接，外圈2内设有两条圆弧槽，能使产品断开或连接运动过程中，钢珠3滑入圆弧槽，外圈2的螺纹端内设有一台阶，与壳体1外部的弹簧沟槽和中间体17端面组合形成一个截面为矩形的环形空间，环形空间内部放入高强度弹簧9，能使产品在连接和断开结束后能迅速复位，弹簧9能使两部件相对位置轻易不改变，保证了连接的可靠性。

采用高耐磨钢球3、19，增加了产品使用寿命。

密封装置采用“O”型圈5、15、22、27与垫片4、14、23、26组合密封的方式，“O”型圈5与垫片4；“O”型圈15与垫片14；“O”型圈22与垫片23；“O”型圈27与垫片26；“O”型圈10单独设置在壳体1与阀座滑套18的接口处。垫片4、14、23、26为聚四氟乙烯垫片，提高了产品耐压和密封可靠性。

所述壳体1 的内腔与阀座滑套18的一端螺纹连接，阀座滑套18的另一端与接头体28的内腔滑动连接，阀座滑套18的外圆柱面与中间体17内腔凸环滑动连接，阀座滑套18外套凸环与中间体17内腔滑动连接，在内腔凸环与外套凸环之间形成阀座锁定空间，阀座锁定空间内设有阀座锁圈20，阀座锁圈20轴向的一端通过锁圈弹簧16与内腔凸环内壁连接，阀座锁圈20轴向的另一端通过锁圈挡圈21与中间体17内腔上的挡圈凹槽限位连接，阀座锁圈20外圈与中间体17内腔滑动连接，阀座锁圈20的内圈一大一小两个阶梯设置，阀座锁圈20内圈内径小的一侧内圈与阀座滑套18的外圆柱面滑动连接，阀座滑套18的套体上均匀设有钢珠孔，钢珠孔内设有钢球19，阀座滑套18移动过程中，钢球19对外分别与阀座锁圈20的两个阶梯内圈的位置对应，阀座13移动过程中，钢球19对内分别与阀座13阀座壁和阀座13上的定位凹槽的位置对应。

中间体17连接外圈2与接头体28，内部设有梯形挡圈槽，方便了挡圈的拆卸；

阀座滑套18上设有均布的钢珠孔，钢珠孔中设有钢球19，确定了阀座13的固定位置，阀座滑套18内孔与阀座13滑动连接，一端由阀座滑套18内挡圈凹槽设置的孔用挡圈限位，一端由与阀座13端面与阀座滑套18内腔的凸肩内壁之间设置阀座弹簧25进行支撑。；

阀座锁圈20通过锁圈挡圈21的作用确定了单向的轴向自由度，故本实施例连接时，阀座滑套18移动，而阀座锁圈20因限制了单向的轴向自由度无法运动，固钢珠19跟随阀座滑套18移动到阀座锁圈20上的大直径孔位置时，钢珠19滑入阀座锁圈20的大直径孔，钢珠19不能对阀座13限位，所以阀座13处于活动状态，而本实施例连接并流体接通后，通过弹簧25的作用使阀座13运动到位置后，钢珠19自动滑落。又因弹簧16的作用，使阀座锁圈20自动回位压住钢珠19，使阀座13位置固定。

锥形阀芯体6一端为锥形阀面，另一端设有两个阶梯，第一个阶梯与阀芯密封垫7连接，第二个阶梯即芯轴与限位密封垫压环8连接，限位密封垫压环8一端扣紧阀芯密封垫7，限位密封垫压环8另一端通过阀芯弹簧11与阀芯套筒外壁上的台阶端面连接，限位密封垫压环8的端面8.1与阀芯套筒的筒口端面13.1限位，锥形阀芯体6、阀芯密封垫7和限位密封垫压环8组成锥形密封阀芯部件。

阀芯体6采用高耐磨轴承钢材料经热处理，使其具有高强度，高耐磨性。头部采用锥形密封方式，减少了在密封件在运动过程中的磨损，并增加了阀芯开启的灵敏度，保证了密封的可靠性。阀芯密封垫7使用邵氏硬度为90度的橡胶制成，减少了密封件的磨损，增加了本实施例的使用寿命，限位密封垫压环8能压住阀芯密封垫7，防止在高速流体冲刷下阀芯密封垫7被冲出，而图1中8.1平面与13.1平面在流体接通后会相互贴近，限定了阀芯体6的轴向自由度，能保证在流体冲刷下，阀芯体6的位置改变而引起的流道流通截面积减小，影响本实施例流量和流体压力损失。

所述的外圈2的螺纹端内设有一台阶与壳体1外部的弹簧沟槽和中间体17端面组合形成一个截面为矩形的环形空间，环形空间内部设有弹簧9，弹簧9的一端为外圈2的台阶凹肩内端面和壳体1外部的弹簧沟槽的一个槽壁，弹簧9的另一端为中间体17端面和壳体1外部的弹簧沟槽的另一个槽壁。

防尘圈24使用弹性材料制成的防尘圈能防止因粉尘进入接头内部而加速密封件的磨损与堵塞防尘孔。

接头体28一端与管路连接，另一端使用与中间体17连接，内孔与阀座滑套18连接，并设有密封槽，密封槽采用设有“O”型圈27与垫片26的组合密封的方式。接头体28上设有一排气小孔28.1，解决了因本实施例部件的相对运动，使本实施例内部的空间变化而产生的局部高压或真空的问题，防止了因局部高压或真空而引起的本实施例连接或产品断开不顺利的问题。

本实施例连接：本实施例作为阴接头，固定于设备上，本实施例与带有15MPa压力的普通阳接头连接时，阳接头对准本实施例的连接处，用力推入，如图2，因接头体28以及相连接的中间体17，外圈2固定于设备上，无法移动，又因锁圈挡圈21的作用使阀座锁圈20也无法向内移动。而阳接头推入力的作用使壳体1与相连接的阀座滑套18同时向内移动，壳体与阀座滑套移动到一定位置后，如图3，钢珠3滑入外圈2上的沟槽内，使阳接头可以继续推入，推入过程中阳接头上的阀芯体与阴接头上的阀芯体6相顶，因阳接头内带有15MPa压力阀芯体无法顶开，而阴接头内不带压力，故阳接头阀芯体将阴接头阀芯体6及部件顶开，阀芯体6及部件顶开至限位密封垫压环8上的端面8.1靠上阀座13上的端面13.1时，而阀座滑套18上的钢珠19因阀座滑套18向内的移动使钢球19滑入阀座锁圈20上的大直径孔中，使阀座处于轴向活动状态。如图4，公插头进一步向内推动中，阳接头阀芯体顶住阴接头阀芯体6而阴接头阀芯体6上相配合的限位密封垫压环8与阀座13相抵，故使阀座13向内移动，阳接头继续向内推入，至钢珠3滑入阳接头沟槽中，阳接头停止推入，放开阳接头，阴接头上的弹簧9使壳体1以及相连接的阀座滑套18复位，外圈2内孔压住钢珠3，使钢珠3固定住阳接头，使阳接头与本实施例阴接头形成牢固的连接。

本实施例连接后，如图4，本实施例阴接头中通入比阳接头压力更高的流体，比如20MPa，因阳接头与阴接头流体压力差，如图5，使阴接头上的阀芯体6以及部件向压力低的阳接头方向移动，使阳接头阀芯打开，流体接通，而本实施例阀座13因弹簧25和流体冲刷双重作用下也向阳接头方向移动，移动到卡簧12位置后，阀座13的锁定钢珠19滑入阀座13上的钢珠槽中，阀座锁圈20因弹簧16的作用自动压住钢珠19，固定住了阀座13的轴向位置。

本实施例断开：如图6，连接状态对本实施例流体进行简单静压状态下的受力分析。图6中作用于阀座滑套18上的由向内运动压力F1、F2和向外运动压力F3组成，所以向内运动压力=F1+F2-F3,所得到的值我们简称FN，而根据压力大小由所承受面积决定，故FN的可以由本实施例设计时对18.1这个面的大小来控制FN力的的大小。F4和F5产生一对分离力，而分离力根据力的传递，通过钢球3与阳接头接触点A传递至钢球3与外圈2接触点B，使钢球3对外圈2产生压力F6,因为这个F6对外圈的压力，使外圈移动时产生摩擦力，简称FM，而设计本实施例时根据18.1这个面的大小来控制的FN的力，使FN大于FM，且随着内部流体压力的升高，FN与FM的差值将进一步增大，我们将FN-FM所得的差值简称FJ,FJ这个力能使阳插头，壳体1，阀座滑套18向内移动，可有弹簧9的作用产生了弹簧压力F7来平衡FJ这个力，使壳体1，阀座滑套18等部件无法向内运动。但因F7是弹簧压力，这个压力是恒定值，而FJ会随着内部流体压力的升高而升高，所以当内部流体压力升高到一定值时，使FJ所产生的力大于弹簧压力F7，阴阳接头会自动断开，比如一个液压源，连接多个液压管路，想要断开管路，只需将部件管路中的压力升高就可以实现自动断开，并且使用这种接头可以起到过载保护，能够在压力升高后自动断开；手动断开只有在内部流体无压力的状态下进行操作，不然因内部流体压力的影响，接头是无法活动的；如图7，阀座滑套18，壳体1等部件向内运动，随着移动，钢珠3滑入外圈2的沟槽中，至使阳接头处于活动状态，而使阳接头与阴接头分离。而分离过程中，阳接头和阴接头内的阀芯体及部件会因流体压力与弹簧11压力使阀芯体及部件复位，防止管路内的流体流出。阳接头断开后，阴接头内的阀芯体及部件闭合，如图8，流体对阀芯体6及部件产生压力F8,而F8+F3与F1+F2的差值小于弹簧9所产生的弹簧力F7，故弹簧9进行复位，使带动壳体1、阀座滑套18以及相关部件复位。至此阴接头回复原始状态。

Claims (5)

1.一种在高压状态下利用接头间压力差操作的快速接头，它包括壳体（1）、外圈（2）、锥形阀芯体（6）、阀座（13）、中间体（17）、阀座滑套（18）、接头体（28）和密封装置，中间体（17）的两端分别通过螺纹与外圈(2)和接头体(28)定位连接，壳体(1)与外圈（2）的内腔滑动连接，壳体（1）的内腔设有锥形孔与锥形阀芯体（6）对应连接，其特征是：所述的阀座（13）的外壁与阀座滑套（18）的内套体滑动连接，阀座（13）的外壁设有定位凹槽，阀座（13）轴向的一端通过孔用挡圈（12）与阀座滑套（18）内腔上的挡圈凹槽限位连接，阀座（13）的同一端中间设有阀芯套筒，阀芯套筒与锥形阀芯体（6）的芯轴滑动连接并通过阀芯套筒的筒口端面（13.1）限位，阀芯套筒与锥形阀芯体（6）之间设有阀芯弹簧（11），阀座(13)轴向的另一端通过阀座弹簧(25)与阀座滑套（18）内腔上凸肩内壁连接，阀座（13）设有流体通道。

2.根据权利要求1所述的一种在高压状态下利用接头间压力差操作的快速接头，其特征是：所述的阀座（13）设有的流体通道为：设有阀芯套筒一端的阀座（13）的一侧设有多个与轴向平行的小圆柱孔，阀座（13）另一侧设有一大圆柱孔，各小圆柱孔与大圆柱孔连通组成流体通道。

3.根据权利要求1或2所述的一种在高压状态下利用接头间压力差操作的快速接头，其特征是：所述壳体（1 ）的内腔与阀座滑套（18）的一端螺纹连接，阀座滑套（18）的另一端与接头体（28）的内腔滑动连接，阀座滑套18的外圆柱面与中间体（17）内腔凸环滑动连接，阀座滑套（18）外套凸环与中间体（17）内腔滑动连接，在内腔凸环与外套凸环之间形成阀座锁定空间，阀座锁定空间内设有阀座锁圈（20），阀座锁圈（20）轴向的一端通过锁圈弹簧（16）与内腔凸环内壁连接，阀座锁圈（20）轴向的另一端通过锁圈挡圈（21）与中间体(17)内腔上的挡圈凹槽限位连接，阀座锁圈(20)外圈与中间体（17）内腔滑动连接，阀座锁圈（20）的内圈一大一小两个阶梯设置，阀座锁圈（20）内圈内径小的一侧内圈与阀座滑套（18）的外圆柱面滑动连接，阀座滑套（18）的套体上均匀设有钢珠孔，钢珠孔内设有钢球（19），阀座滑套（18）移动过程中，钢球（19）对外分别与阀座锁圈（20）的两个阶梯内圈的位置对应，阀座（13）移动过程中，钢球（19）对内分别与阀座（13）阀座壁和阀座（13）上的定位凹槽的位置对应。

4.根据权利要求1或2所述的一种在高压状态下利用接头间压力差操作的快速接头，其特征是：所述的外圈（2）的螺纹端内设有一台阶与壳体（1）外部的弹簧沟槽和中间体（17）端面组合形成一个截面为矩形的环形空间，环形空间内部设有弹簧（9），弹簧（9）的一端为外圈（2）的台阶凹肩内端面和壳体（1）外部的弹簧沟槽的一个槽壁，弹簧（9）的另一端为中间体（17）端面和壳体（1）外部的弹簧沟槽的另一个槽壁。

5.根据权利要求1或2所述的一种在高压状态下利用接头间压力差操作的快速接头，其特征是：锥形阀芯体（6）一端为锥形阀面，另一端设有两个阶梯，第一个阶梯与阀芯密封垫（7）连接，第二个阶梯即芯轴与限位密封垫压环（8）连接，限位密封垫压环（8）一端扣紧阀芯密封垫（7），限位密封垫压环（8）另一端通过阀芯弹簧（11）与阀芯套筒外壁上的台阶端面连接，限位密封垫压环（8）的端面（8.1）与阀芯套筒的筒口端面（13.1）限位，锥形阀芯体（6）、阀芯密封垫（7）和限位密封垫压环（8）组成锥形密封阀芯部件。

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