CN104633137B - 改善密封性的气体单层开关阀 - Google Patents

Abstract

改善密封性的气体单层开关阀，包括阀体总成，其设气道入口、出口，总成内设阀芯，还包括动衔铁，阀体总成一端设置电磁铁；还包括电磁铁断电时控制阀门关闭的复位弹簧；其特征是：阀芯至少包括阀杆及阀片；阀片为一个且沿阀杆的轴向平移的运行在阀体总成内；阀体总成内在气道入口、气道出口之间设有与阀片配合以构成阀门机构的阀门固定部分；阀门机构常态为电磁铁不通电时的常闭状态；阀芯还包括一个压力平衡面，其与阀片相对固定，该面连通的附加气道与气道出口之间密封隔离，但与气道入口相连通，且压力平衡面受进气压力方向与阀片受到的进气压力方向相反。该阀高压气体条件下大流量、快速响应喷射，并且阀门关闭时密封性更好。

Description

改善密封性的气体单层开关阀

技术领域

本发明涉及一种气体开关阀。

背景技术

由于气体的密度较低，开关流量较大时需要的阀门的通径尺寸也较大，但是较大的气体工作压力作用在阀门上产生的不平衡力会对阀开闭运动产生阻碍作用，制约响应时间。因此，采用电磁驱动的高速电磁气体开关阀一般仅能适应较小的流量要求和较低的气体压力条件。美国专利US2007089792A1提出了一种解决阀芯受力不平衡的方案,但该发明中的气体开关阀采用双层阀片结构而导致在实际应用中密封性能难以实现。

气体开关阀做为气体喷射阀应用时,其密封性、喷射流量和开关响应时间是衡量其优劣的重要参数。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种改善密封性的气体单层开关阀，该开关阀在实现高压气体条件下大流量、快速响应喷射的同时，能在阀门关闭时保证阀门关闭的密封性更好，关闭更可靠。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：改善密封性的气体单层开关阀，包括阀体总成，阀体总成上设置有气道入口、气道出口，阀体总成内设置有阀芯，还包括动衔铁，所述阀体总成的一端设置静衔铁和电磁线圈构成电磁铁；还包括电磁铁断电时控制阀门关闭的复位弹簧；其特征是：所述阀芯至少包括阀杆及设置在阀杆上的阀片；所述阀片为一个，阀片沿阀杆的轴向平移的运行在所述阀体总成内；

阀体总成内，在气道入口、气道出口之间设有与所述阀片配合以构成阀门机构的阀门固定部分；所述阀门机构常态为所述电磁铁不通电时的常闭状态；

所述阀芯还包括一个压力平衡面，压力平衡面与阀片相对固定，该压力平衡面连通的附加气道与所述气道出口之间密封隔离，且该附加气道与所述气道入口相连通，且压力平衡面受进气压力方向与阀片受到的进气压力方向相反。

作为进一步的技术方案：阀芯包括一滑动塞偶件，滑动塞偶件与所述阀片相对固定，滑动塞偶件与阀体总成之间形成滑动密封结构；阀芯包括的所述压力平衡面为该滑动塞偶件的一个端面，该端面与阀体总成的内表面之间设置有间隙，该间隙为附加气道的进气末端。

进一步的：所述滑动塞偶件、阀片均与阀杆固接为一体。

更进一步的：所述滑动塞偶件为圆柱状，所述阀片为圆盘状，所述滑动塞偶件与所述阀片、所述阀杆三者同轴线。

此外，进一步的技术方案：与阀片配合构成阀门机构的为环形座圈，所述环形座圈包括环形弹性座圈、环形硬质座圈；所述环形弹性座圈的轴线、环形硬质座圈的轴线分别与所述阀杆的轴线平行或重合；所述环形弹性座圈与所述阀片构成第一道阀门机构，所述环形硬质座圈与所述阀片构成第二道阀门机构。

此外，进一步的：所述阀芯的阀杆伸出阀体总成外，位于阀体总成外的阀杆的端部相对固定的连接一动定位附件，所述阀体总成上相对固定的设置静定位附件，沿阀杆的轴向在所述静定位附件与动定位附件之间的间隙为阀杆的行程；所述复位弹簧的一端与阀体总成相对固定，另一端与动定位附件相对固定。

更进一步的：所述附加气道还包括阀杆伸出阀体总成处的间隙、所述动定位附件与静定位附件之间的间隙。

作为进一步的技术方案，所述阀体总成包括阀体、偶件套；偶件套固设在阀体内，所述气道出口贯穿阀体和偶件套；与所述滑动塞偶件形成滑动密封结构的孔设置在偶件套的一端。

此外，还可进一步的：所述阀体总成上与滑动塞偶件相配合的孔连通有柱塞润滑介质注入通道。

更进一步的：所述柱塞润滑介质注入通道沿该滑动塞偶件的径向设置有多条。

本发明的有益效果是：该喷射阀在实现高压气体条件下大流量、快速响应喷射的同时，能在阀门关闭时保证阀门关闭的密封性更好，关闭更可靠，而且精简了结构；此外该喷射阀还可进一步同时实现定量喷射。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例一中阀芯的结构示意图；

图3为本发明实施例二的结构示意图；

图4为本发明实施例二中阀芯的结构示意图；

图中：

1阀体，

2偶件套，

3气道出口，

4阀芯，41阀片，42滑动塞偶件，43阀杆，44压力平衡面，45轴向通孔，

5动衔铁，

6电磁铁，

7环形硬质座圈，

8柱塞润滑介质注入通道，

9双半圆垫瓦，

10静定位附件，

11气道入口，

12复位弹簧，

13动定位附件，

14锁夹，

15环形弹性座圈，

16阀体总成，

17附加气道,171间隙，172间隙，173间隙，174间隙。

具体实施方式

如图1、2所示，实施例一：该改善密封性的气体单层开关阀包括阀体总成16，阀体总成16上设置有气道入口11、气道出口3。阀体总成16内设置有阀芯4、动衔铁5。所述阀体总成16的一端设置静衔铁和电磁线圈构成电磁铁6。该改善密封性的气体单层开关阀还包括电磁铁6断电时控制阀门关闭的复位弹簧12。

所述阀芯4包括阀杆43及设置在阀杆43上的阀片41。所述阀片41为一个，阀片41沿阀杆43的轴向平移的运行在阀体总成16内。

阀体总成16内，在气道入口11、气道出口3之间设有与阀片41配合以构成阀门机构的阀门固定部分。所述阀门机构常态为所述电磁铁不通电时的常闭状态。

所述阀芯4还包括一个压力平衡面44，压力平衡面44与阀片41相对固定，该压力平衡面44连通的附加气道17与气道出口3之间密封隔离，且该附加气道17与所述气道入口11相连通，且压力平衡面44受进气压力方向与阀片41受到的进气压力方向相反。

其工作原理是：常态下，即电磁铁6不通电时，动衔铁5与电磁铁6分离，阀片41与阀门固定部分构成的阀门机构为关闭状态。通过气道入口11进入到阀体总成16内的高压气体对阀片41形成很大的压力，而且复位弹簧12也同时对阀片41施加同样方向的力。此时，因为附加气道与气道入口是连通的，所以附加气道17内也通入了高压气体，高压气体对压力平衡面44形成一定的压力，该压力为平衡用压力，该平衡用压力与阀片41所受的压力方向相反，从而在阀片41开启时减小所需的开启力，也即高气压条件下，阀门可以快速响应开启，实现大流量喷射。而且单片的阀片比双片的阀片精简了结构，同时还避免了双片阀片不能同时落座导致的阀门关闭后发生密封不好的问题，提高了阀门的可靠性。

该实施例的进一步的技术：阀芯4包括一滑动塞偶件42，滑动塞偶件42与所述阀片41相对固定，滑动塞偶件42与阀体总成16之间形成滑动密封结构。滑动塞偶件与阀体总成之间的滑动装配关系起到了对阀片移动的导向作用。为了进一步精简结构，所述压力平衡面44设置为该滑动塞偶件42的一个端面，该端面与阀体总成的内表面之间设置有间隙171，该间隙171为附加气道17的进气末端。

一般阀体大都采用铸造件，而直接在铸造面上加工精度较高的滑动配合面而且还要实现滑动密封是非常困难的，因此该实施例中，所述阀体总成包括阀体1、偶件套2；偶件套2固设在阀体1内，所述气道出口3贯穿阀体1和偶件套2。与所述滑动塞偶件42形成滑动密封结构的孔设置在偶件套2的一端。这样偶件套2可以更好的材料及精度高的加工工艺制备，以便实现滑动面的加工要求，此外也控制了整体的成本。

为了保证滑动面处的密封及润滑，所述阀体总成上与滑动塞偶件42相配合的孔连通有柱塞润滑介质注入通道8。该实施例中，柱塞润滑介质注入通道8贯穿阀体1和偶件套2。

为了保证滑动塞周围均匀的润滑和可靠的密封，所述柱塞润滑介质注入通道8沿滑动塞偶件42的径向设置有多条且最好绕滑动塞偶件42的轴线均布设置。

该实施例采取的进一步的技术：为进一步的精简阀芯的结构并保证阀芯工作的可靠性，所述滑动塞偶件42、阀片41均与阀杆43固接为一体。而且还更进一步的：所述滑动塞偶件42为圆柱状，所述阀片41为圆盘状，所述滑动塞偶件42与所述阀片41、所述阀杆43三者同轴线。圆柱状的滑动塞偶件形成的圆柱面滑动密封结构，动作更舒畅可靠，且密封更容易实现。

此外，该实施例中，与阀片配合构成阀门机构的为环形座圈，该实施例中的环形座圈包括环形弹性座圈15、环形硬质座圈7。所述环形弹性座圈15的轴线、环形硬质座圈7的轴线分别与所述阀杆43的轴线重合(当然也可以是平行，只是为了减少制作过程中的繁杂及尽量减小机构体积和节省制备用材料，而优选重合)。所述环形弹性座圈15与所述阀片41构成第一道阀门机构，所述环形硬质座圈7与所述阀片41构成第二道阀门机构。阀门关闭时，阀片41先于环形弹性座圈15接触，进一步的紧密密封，第一道阀门机构关闭。阀片41继续沿同一方向移动，对环形弹性座圈15挤压，最终阀片41再与环形硬质座圈7紧密贴合，第二道阀门机构关闭。阀门开启时，顺序反之，阀片41首先与环形硬质座圈7脱离，即第二道阀门机构打开，然后再与环形弹性座圈15脱离，即第一道阀门机构打开。软硬座圈相结合，提高了阀门关闭的密封性。而且采用环形硬质座圈，使得两道环形座圈都不会发生位移，从而降低了阀门发生故障的几率。

此外，该实施例为了实现高压下定量喷射，进一步的采取了以下技术：其阀杆43伸出阀体总成外，位于阀体总成外的阀杆43的端部相对固定的连接一动定位附件13，所述阀体总成上相对固定的设置静定位附件10；所述复位弹簧12的一端与阀体总成相对固定，另一端与动定位附件相对固定。

沿阀杆43的轴向在静定位附件10与动定位附件13之间的间隙为阀杆43的行程，由于该实施例中阀片41与阀杆43固定为一体，因此最终该间隙是阀片41的行程，此间隙限于毫米级别。

该实施例中，为了阀杆43的端部先安装锁夹14，锁夹14外再安装动定位附件13，锁夹14与动定位附件13之间是通过锥面配合装配在一起。阀门打开时阀芯4左移动，带动锁夹14左移，锁夹14利用其锥度带动动定位附件13左移，复位弹簧12受到压缩。电磁铁6断电后，所以复位弹簧12的张力驱动动定位附件13右移，动定位附件13即带动通过锁夹14带动阀杆43右移，从而阀杆43带动阀片41右移，实现阀门的关闭。

该实施例中为了方便安装复位弹簧12且对复位弹簧有导向支持作用，将静定位附件10设置为管状，间隙的套装在阀杆43外，同时将其作为复位弹簧的静弹簧座，实现复位弹簧的一端与阀体总成的相对固定。

而对于动定位附件、锁夹，由于锥面配合的原因，安装时只能先将动定位附件套装在阀杆上，然后再装配锁夹。而为了方便锁夹的安装需要先将动定位装置向左移动一段距离，才能锁夹安装到阀杆上，而这段距离是远大于阀杆的定位行程，即如果静定位附件是固定在阀体总成上的，则锁夹无法完成安装，因此在静定位附件的左端与阀体之间设置了方便拆装的双半圆垫瓦9，两片半圆柱垫瓦在外部阀座(附图未示出)配合下与阀体1紧固为一个整体。双半圆垫瓦9也可采用其他机械连接方式与阀体1紧固为一体。因此不画出阀座，本领域技术人员也可根据公知常识及常规技术手段得出具体的连接方式及结构关系。

拆掉双半圆垫瓦9，将静定位附件10向左移动，动定位附件13获得足够的运动空间而保证锁夹14的装配逻辑。动定位附件13也向左移动，安装锁夹14后，再将动定位附件13右移、静定位附件10右移，最后重新安装好双半圆垫瓦9即可。

该实施例中，动定位附件13与静定位附件10之间的间隙174、静定位附件与阀杆之间的间隙173、阀杆与阀体之间的间隙172、压力平衡面44与阀体总成的内表面之间的间隙171连通构成附加气道17。

附加气道的进气端为动定位附件13与静定位附件10之间的间隙174。该间隙174可以通过一管道或设置有气道的阀座与气道入口11实现连通，或者只要保证气道入口、间隙174在同样高气压的环境下即可，以实现该附加气道17内也冲入高压气体，从而使压力平衡面能受到方向相反的力，以部分或全部抵消阀片受到的高压气体的力。与气道入口11的连通方式不拘于上述形式，附加气道17的构成也不拘于上述形式，还可以采用其他实质等同的技术手段来实现，在此不一一列举。

如图3、4所示，实施例二：该实施例与实施例一主要区别之处是：该实施例中滑动塞偶件42直接与阀片41是一体化设置，向压力平衡面44一侧通入高压气体的附加气道设置在阀体总成内，具体是直接在阀片、滑动塞偶件上设置轴向通孔45，气道入口与该轴向通孔连通。高压气体从气道入口进入后，一部分通过阀片及滑动偶件上的轴向通孔进入到滑动塞偶件的另一侧，使得阀片及滑动塞偶件两侧的气压相等，从而达到开启阀门省力的效果。其余主要技术均与实施例一相同，且从附图中也都可以直接毫无意义的确定，不再细述。

本发明中的“左”、“右”均是为了方便描述而采用的相对位置，不能作为绝对位置理解而构成对本发明保护范围的限制。

上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，本发明的保护范围不能被理解为仅局限于上述实施方式。

Claims (10)

1.改善密封性的气体单层开关阀，包括阀体总成，阀体总成上设置有气道入口、气道出口，阀体总成内设置有阀芯，还包括动衔铁，所述阀体总成的一端设置静衔铁和电磁线圈构成电磁铁；还包括电磁铁断电时控制阀门关闭的复位弹簧；其特征是：所述阀芯至少包括阀杆及设置在阀杆上的阀片；所述阀片为一个，阀片沿阀杆的轴向平移的运行在所述阀体总成内；

阀体总成内，在气道入口、气道出口之间设有与所述阀片配合以构成阀门机构的阀门固定部分；所述阀门机构常态为所述电磁铁不通电时的常闭状态；

所述阀芯还包括一个压力平衡面，压力平衡面与阀片相对固定，该压力平衡面连通的附加气道与所述气道出口之间密封隔离，且该附加气道与所述气道入口相连通，且压力平衡面受进气压力方向与阀片受到的进气压力方向相反。

2.根据权利要求1所述的改善密封性的气体单层开关阀，其特征是：阀芯包括一滑动塞偶件，滑动塞偶件与所述阀片相对固定，滑动塞偶件与阀体总成之间形成滑动密封结构；阀芯包括的所述压力平衡面为该滑动塞偶件的一个端面，该端面与阀体总成的内表面之间设置有间隙，该间隙为附加气道的进气末端。

3.根据权利要求2所述的改善密封性的气体单层开关阀，其特征是：所述滑动塞偶件、阀片均与阀杆固接为一体。

4.根据权利要求3所述的改善密封性的气体单层开关阀，其特征是：所述滑动塞偶件为圆柱状，所述阀片为圆盘状，所述滑动塞偶件与所述阀片、所述阀杆三者同轴线。

5.根据权利要求1-4任一所述的改善密封性的气体单层开关阀，其特征是：与阀片配合构成阀门机构的为环形座圈，所述环形座圈包括环形弹性座圈、环形硬质座圈；所述环形弹性座圈的轴线、环形硬质座圈的轴线分别与所述阀杆的轴线平行或重合；所述环形弹性座圈与所述阀片构成第一道阀门机构，所述环形硬质座圈与所述阀片构成第二道阀门机构。

6.根据权利要求3或4所述的改善密封性的气体单层开关阀，其特征是：所述阀芯的阀杆伸出阀体总成外，位于阀体总成外的阀杆的端部相对固定的连接一动定位附件，所述阀体总成上相对固定的设置静定位附件，沿阀杆的轴向在所述静定位附件与动定位附件之间的间隙为阀杆的行程；所述复位弹簧的一端与阀体总成相对固定，另一端与动定位附件相对固定。

7.根据权利要求6所述的改善密封性的气体单层开关阀，其特征是：所述附加气道还包括阀杆伸出阀体总成处的间隙、所述动定位附件与静定位附件之间的间隙。

8.根据权利要求2所述的改善密封性的气体单层开关阀，其特征是：所述阀体总成包括阀体、偶件套；偶件套固设在阀体内，所述气道出口贯穿阀体和偶件套；与所述滑动塞偶件形成滑动密封结构的孔设置在偶件套的一端。

9.根据权利要求2所述的改善密封性的气体单层开关阀，其特征是：所述阀体总成上与滑动塞偶件相配合的孔连通有柱塞润滑介质注入通道。

10.根据权利要求9所述的改善密封性的气体单层开关阀，其特征是：所述柱塞润滑介质注入通道沿该滑动塞偶件的径向设置有多条。