CN102814127A

CN102814127A - 流体配比混合装置

Info

Publication number: CN102814127A
Application number: CN201210313303.XA
Authority: CN
Inventors: 裴宏杰; 许玉方; 沈春根; 钱寿琴
Original assignee: Jiangsu Weilang Electronic Science And Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Weilang Electronic Science And Technology Co Ltd
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2012-12-12

Abstract

流体配比混合装置，属于流体机械技术领域。包括阀体、阀体上的进气通道和出气通道、阀体内的阀芯，其特征是，阀体为三通状阀体由筒状腔体、两个进气通道、出气通道和壳体组成，两个进气通道与筒状腔体的连接处分别设有阀体配气孔、阀体主气孔；阀芯为筒状阀芯置于筒状腔体内，筒状阀芯在与阀体主气孔、阀体配气孔对应位置分别设有阀芯主气孔、阀芯配气孔；壳体上部设有端盖，壳体与端盖内设有轴向移动调整部件、转动调整部件，轴向移动调整部件、转动调整部件均与筒状阀芯顶部连接。本发明结构紧凑，流体配比、混合和流量调整都在同一装置内部完成，精度高，简化了配气系统，代替多个流量计和比例阀或者流量控制器，减少部件数量，降低成本。

Description

流体配比混合装置

技术领域

本发明涉及一种混合配比装置，尤其是一种二元流体配比混合装置，属于流体机械技术领域。

背景技术

随着科技的发展，焊接、电子、照明、医疗、化工、燃气、表面处理和冶炼等行业对保护气的要求，已由过去的单一气体改变为使用按照不同比例配比的多元混合气体，这样可以达到更好的效果。混合保护气体是由2种及以上气体按规定比例混合而成。比如气体保护焊中二元混合气Ar（70-82%）、CO₂(18%～30%)广泛用于中厚钢板焊接，混合气Ar（1%）、Ne(99%) 用于照明器件，混合气C₂H₄O(11%)、CCl₃F(53%)、CCl₂F₂(36%) 广泛用于医疗行业进行消毒杀菌。其中，两元气体的混合应用更加广泛。

气体混合配比是由配气系统来完成的。目前配气系统分为自动调节和手动调节配比系统。自动调节配比系统一般采用各个气体单路输入，采用计算机、PLC或单片机控制，使用流量计和节流阀或者流量控制器或者成分分析仪反馈控制节流阀，能够实现压力和温度补偿，精度较高，比例准确，但配比混合分开，用阀较多，价格昂贵。手动调节配比系统一般为输入气体通过减压稳压阀，到达调节比例阀或流量计，然后进入混合器。手动调节混配比例不能实现压力和温度补偿，配比和混合分开，精度较低，但价格便宜。因此，迫切需要提供一种可实现配比、混合、流量调整在一个装置内完成，配比比例连续可调，可手动调节和自动调节的流体配比混合装置。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，为满足照明、焊接、表面处理、医疗和冶炼等行业流体混合的特殊需求，从而提供一种可实现配比、混合、流量调整在一个装置内完成，配比比例连续可调的流体配比混合装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：流体配比混合装置，包括阀体、设置在阀体上的进气通道和出气通道、置于阀体内的阀芯，其特征是，所述阀体为三通状阀体，三通状阀体由筒状腔体、设置在筒状腔体左右对称位置的两个进气通道、位于筒状腔体底部的出气通道和筒状腔体顶部的壳体组成，两个进气通道与筒状腔体的连接处分别设有阀体配气孔、阀体主气孔；所述阀芯为筒状阀芯，置于筒状腔体内，筒状阀芯设有阀腔，筒状阀芯外壁与筒状腔体内表面贴合，筒状阀芯在与阀体主气孔、阀体配气孔对应位置分别设有阀芯主气孔、阀芯配气孔；所述壳体上部设有端盖，壳体与端盖通过螺栓连接，壳体与端盖内设有轴向移动调整部件、转动调整部件，所述轴向移动调整部件、转动调整部件均与筒状阀芯顶部连接，转动调整部件周向转动筒状阀芯，改变阀芯配气孔的开度，从而连续调整输入流体的比例，轴向移动调整部件轴向移动筒状阀芯，从而改变配比流体的总流量。

所述轴向移动调整部件设有流量调节轴和球体，流量调节轴位于筒状阀芯上方，流量调节轴通过螺纹穿插连接在壳体上部端盖内，流量调节轴一端插入筒状阀芯端部设置的轴套内，流量调节轴与筒状阀芯之间通过球体接触连接。

所述转动调整部件设有蜗轮、蜗杆、齿轮、齿轮轴，齿轮通过键与筒状阀芯端部的轴套连接，蜗轮通过键安装在齿轮轴上，齿轮轴两端通过轴承分别与端盖、壳体安装连接，齿轮和齿轮轴上的齿轮相匹配啮合，蜗杆与蜗轮相匹配。

所述阀体主气孔、阀体配气孔大小相等，其形状为正方体和圆柱面相贯，正投影均为正方形。

所述阀芯主气孔的形状为长方体和圆柱面相贯，正投影为长方形，长方形长度为阀体主气孔正投影边长的2.1-2.4倍，长度方向沿筒状阀芯圆周方向，宽度为阀体主气孔正投影边长的1.1-1.3倍。

所述阀芯配气孔的形状为正方体和圆柱面相贯，正投影为正方形，正方形边长为阀体配气孔正投影边长的1.1-1.3倍。

所述筒状阀芯的底部通过弹簧置于阀体出气通道处，筒状阀芯的顶部与阀体内壁之间设有密封条。

所述阀体配气孔、阀体主气孔、阀芯主气孔、阀芯配气孔的孔中心轴向位置位于同一个垂直于三通状阀体中心线的剖面上，阀芯配气孔开度全部范围内，阀体主气孔全开。

本发明可实现对流体的配比、混合和流量调整，二元流体的配比是通过保持一路流体流量不变，只调节所占比例较小的一路流体的流量来实现的，阀体配气孔、阀芯配气孔主要输入混合气体中所占比例较小的流体。本发明通过旋转蜗轮蜗杆带动齿轮轴、齿轮传动，最终使得筒状阀芯圆周方向旋转，可改变阀芯配气孔和阀体配气孔的重叠面积从而改变阀孔的开度，实现连续调整混合流体比例，所配比流体进入阀腔，在阀腔中心碰撞，实现均匀混合；本发明通过流量调节轴、球和阀芯端面接触，轴向移动阀芯，同时改变两相输入流体阀孔开度，改变混合流体的总流量，而流体配比比例不变。

本发明可外接手动调节装置或自动调节装置，一方面外接调节手柄，手动旋转，带动阀芯转动，可连续调节配比比例，并且蜗轮蜗杆能够自锁，不受高压气流的影响，保持蜗轮和筒状阀芯周向位置固定不动，从而保证配比比例，蜗轮蜗杆传动比大，从而可实现筒状阀芯的微量进给，使得配比精度较高。另一方面，也可与驱动电机相连，从而系统可采用计算机、PLC或单片机控制，实现在线自动连续调节，并可在输入管路中，加入压力传感器和温度传感器，实现压力和温度补偿，配比精度更高。

本发明结构紧凑，流体配比、混合和流量调整都在同一装置内部完成。输入流体经阀体、阀芯气孔配比比例后，两路流体沿180°方向，射入阀腔，在阀腔中心碰撞，混合均与。本发明结构简单，精度高，简化了配气系统，代替多个流量计和比例阀或者流量控制器，减少部件数量，降低成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的装配爆炸图；

图3为本发明筒状阀芯置于三通状阀体内的剖视结构示意图；

图4为本发明转动筒状阀芯后阀体配气孔与阀芯配气孔的开度投影示意图；

图5为本发明转动筒状阀芯后阀体主气孔与阀芯主气孔的开度投影示意图；

图6为本发明轴向移动筒状阀芯后阀体配气孔与阀芯配气孔的开度投影示意图；

图7为本发明轴向移动筒状阀芯后阀体主气孔与阀芯主气孔的开度投影示意图；

图8为本发明实施例二中灯泡填充二元气体混配气路系统示意图；

图中：1流量调节轴、2轴承、3齿轮轴、4键、5蜗杆、6蜗轮、7键、8齿轮、9球体、10筒状阀芯、11弹簧、12密封条、13三通状阀体、14螺栓、15端盖、16阀体配气孔、17阀芯配气孔、18阀芯主气孔、19阀体主气孔、20阀腔、21壳体、22轴套、23进气通道、24出气通道、30出气管、31流体配比混合装置、32输入气管、33球阀、34过滤器、35减压稳压阀、36温度传感器、37压力传感器、38单向阀、39驱动电机。

具体实施方式

实施例一

流体配比混合装置，包括三通状阀体13、筒状阀芯10，三通状阀体由筒状腔体、设置在筒状腔体左右对称位置的两个进气通道23、位于筒状腔体底部的出气通道24和筒状腔体顶部的壳体21组成，筒状阀芯置于筒状腔体内，筒状阀芯外壁与筒状腔体内表面贴合，筒状阀芯设有阀腔20。筒状阀芯的底部通过弹簧11置于阀体出气通道处，筒状阀芯的顶部与阀体内壁之间设有密封条12。

两个进气通道与筒状腔体的连接处分别设有阀体配气孔16、阀体主气孔19，筒状阀芯10在与阀体主气孔、阀体配气孔对应位置分别设有阀芯主气孔18、阀芯配气孔17。阀体主气孔、阀体配气孔大小相等，其形状为正方体和圆柱面相贯，正投影均为正方形。阀芯主气孔的形状为长方体和圆柱面相贯，正投影为长方形，长方形长度为阀体主气孔正投影边长的2.1-2.4倍，长度方向沿筒状阀芯圆周方向，宽度为阀体主气孔正投影边长的1.1-1.3倍。阀芯配气孔的形状为正方体和圆柱面相贯，正投影为正方形，正方形边长为阀体配气孔正投影边长的1.1-1.3倍。阀体配气孔、阀体主气孔、阀芯主气孔、阀芯配气孔的孔中心轴向位置位于同一个垂直于三通状阀体中心线的剖面上，阀芯配气孔开度全部范围内，阀体主气孔全开。

壳体上部设有端盖15，壳体与端盖通过螺栓14连接，壳体与端盖内设有轴向移动调整部件、转动调整部件。轴向移动调整部件设有流量调节轴1和球体9，流量调节轴位于筒状阀芯上方，流量调节轴通过螺纹穿插连接在壳体上部端盖内，流量调节轴一端插入筒状阀芯端部设置的轴套22内，流量调节轴与筒状阀芯之间通过球体接触连接。转动调整部件设有蜗轮6、蜗杆5、齿轮8、齿轮轴3，齿轮通过键7与筒状阀芯端部的轴套连接，蜗轮通过键4安装在齿轮轴上，齿轮轴两端通过轴承2分别与端盖、壳体安装连接，齿轮和齿轮轴上的齿轮相匹配啮合，蜗杆与蜗轮相匹配。

通过调节筒状阀芯位置，可改变阀芯配气孔和阀体配气孔的重叠面积。转动蜗轮蜗杆使齿轮轴与齿轮传动从而带动筒状阀芯周向转动，如图4、图5所示，阀芯配气孔开度正投影面积为m×a（m为阀芯配气孔开度投影的长度，a为阀体配气孔正投影的边长）。而阀芯主气孔投影形状为长方形，可以保证在阀芯配气孔开度全部范围内，阀芯主气孔不遮挡阀体主气孔，即主气孔开度投影面积始终为a×a。二元流体流量的比例为m×a：a×a=m：a，而m可在0-a内连续变化，从而实现配比比例在0-100%连续调整，最终实现连续调整混合流体比例，所配比流体进入阀腔20，在阀腔中心碰撞，实现均匀混合。

筒状阀芯可在三通状阀体内上下移动，实现改变配比流体的总流量，而配比比例不变。如图4、图5所示，在图示位置时，二元流体流量的比例为m×a: a×a=m:a；如图6、图7所示，向右旋转流量调节轴，通过阀体端盖上的螺纹，流量调节轴轴向移动，通过球体推动筒状阀芯下移，阀芯主气孔上边和阀体主气孔上边相距n，同样，阀芯配气孔上边和阀体配气孔上边相距n，则配比气和主导气比例为m×（a-n）: a×（a-n）=m:a，配比比例不变，而总流量减小。反之总流量增加。通过球体可以减少流量调节轴和阀芯之间的摩擦，弹簧可保持筒状阀芯始终与流量调节轴接触，所配比流体周向180°进入阀腔，在阀腔中心碰撞，实现均匀混合。

实施例二

本实施例以本发明在灯泡充填充二元气体混合配比中的应用为例，其气路系统原理如图8所示。本实施例的相关功能参数的具体如下：

配比气体： Ar（主导气）、N₂（配比气）；配比比例：Ar为总流量的85%（标况）、N₂为总流量的15%（标况）；调整方式：自动。

两路输入Ar（主导气，85%，标况）、N₂（配比气，15%，标况），单路分别由储气钢瓶到输入气管32，经由球阀33、过滤器34、减压稳压阀35、温度传感器36、压力传感器37、单向阀38，周向180°连接到本发明装置31中的阀体主气孔19、阀体配气孔16。其中Ar（主导气）接阀体主气孔19，N₂（配比气）接阀体配气孔16。在阀腔20配比混合均与后，由出气通道24到出气管30输出混合气。

系统在输入气管处32处，输入气压为0.7-1Mpa，然后经过减压稳压阀35后气压降低为0.35-0.4Mpa，保证两路气体气压一致，同时保持气压的稳定。系统采用计算机控制，自动调整。按照标况下所配比的比例（Ar:N₂=85:15），根据两路输入气体工况的压力和温度，进行换算，从而确定阀芯输入气孔开口面积。假设压力和温度补偿后两路气体开口面积比Ar:N₂=85.1:14.9，计算机输出信号给驱动电机39，带动齿轮8、齿轮轴3，周向旋转筒状阀芯10，使得阀芯配气孔17开度尺寸m=0.17509a，从而保证标况下配比比例Ar:N₂=85:15。两路气体经阀芯配气孔17、阀芯主气孔18，呈180°射入阀体，在阀腔中心碰撞，混合均匀，由出气通道24到出气管30输出配比的均匀混合气。

Claims

1.一种流体配比混合装置，包括阀体、设置在阀体上的进气通道和出气通道、置于阀体内的阀芯，其特征是，所述阀体为三通状阀体（13），三通状阀体由筒状腔体、设置在筒状腔体左右对称位置的两个进气通道（23）、位于筒状腔体底部的出气通道（24）和筒状腔体顶部的壳体（21）组成，两个进气通道与筒状腔体的连接处分别设有阀体配气孔（16）、阀体主气孔（19）；所述阀芯为筒状阀芯（10），置于筒状腔体内，筒状阀芯设有阀腔(20)，筒状阀芯外壁与筒状腔体内表面贴合，筒状阀芯在与阀体主气孔、阀体配气孔对应位置分别设有阀芯主气孔（18）、阀芯配气孔（17）；所述壳体上部设有端盖（15），壳体与端盖通过螺栓（14）连接，壳体与端盖内设有轴向移动调整部件、转动调整部件，所述轴向移动调整部件、转动调整部件均与筒状阀芯顶部连接，转动调整部件周向转动筒状阀芯，改变阀芯配气孔的开度，从而连续调整输入流体的比例，轴向移动调整部件轴向移动筒状阀芯，从而改变配比流体的总流量。

2.根据权利要求1所述的流体配比混合装置，其特征是，所述轴向移动调整部件设有流量调节轴（1）和球体（9），流量调节轴位于筒状阀芯上方，流量调节轴通过螺纹穿插连接在壳体上部端盖内，流量调节轴一端插入筒状阀芯端部设置的轴套（22）内，流量调节轴与筒状阀芯之间通过球体接触连接。

3.根据权利要求1或2所述的流体配比混合装置，其特征是，所述转动调整部件设有蜗轮（6）、蜗杆（5）、齿轮（8）、齿轮轴（3），齿轮通过键（7）与筒状阀芯端部的轴套连接，蜗轮通过键（4）安装在齿轮轴上，齿轮轴两端通过轴承（2）分别与端盖、壳体安装连接，齿轮和齿轮轴上的齿轮相匹配啮合，蜗杆与蜗轮相匹配。

4.根据权利要求1所述的流体配比混合装置，其特征是，所述阀体主气孔、阀体配气孔大小相等，其形状为正方体和圆柱面相贯，正投影均为正方形。

5.根据权利要求1或4所述的流体配比混合装置，其特征是，所述阀芯主气孔的形状为长方体和圆柱面相贯，正投影为长方形，长方形长度为阀体主气孔正投影边长的2.1-2.4倍，长度方向沿筒状阀芯圆周方向，宽度为阀体主气孔正投影边长的1.1-1.3倍。

6.根据权利要求1或4所述的流体配比混合装置，其特征是，所述阀芯配气孔的形状为正方体和圆柱面相贯，正投影为正方形，正方形边长为阀体配气孔正投影边长的1.1-1.3倍。

7.根据权利要求1所述的流体配比混合装置，其特征是，所述筒状阀芯的底部通过弹簧（11）置于阀体出气通道处，筒状阀芯的顶部与阀体内壁之间设有密封条（12）。

8.根据权利要求1所述的流体配比混合装置，其特征是，所述阀体配气孔、阀体主气孔、阀芯主气孔、阀芯配气孔的孔中心轴向位置位于同一个垂直于三通状阀体中心线的剖面上，阀芯配气孔开度全部范围内，阀体主气孔全开。