CN104976404A - 一种气动低温调节阀 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种气动低温调节阀，其包括气动薄膜执行机构及加长型内外同轴式低温阀，低温阀包括外管组件、内管组件、阀盖组件及阀芯组件，所述外管组件的内管和所述外管组件的内管同轴设置，共同构成的整体结构长度大于等于500mm，所述阀盖组件的两端分别连接于所述外管组件和所述气动薄膜执行机构，所述阀芯组件和所述内管组件球面接触。所述气动低温调节阀易于操作、体积较小、便于安装、轴向漏热小、使用寿命长、调节精度高、密封性能优异。本发明另外提供一种低温真空冷箱。

Description

一种气动低温调节阀

技术领域

本发明涉及过程控制技术领域，尤其涉及一种气动低温调节阀。

背景技术

气动低温调节阀是大型低温制冷设备（制冷温度≤20K）中最常用的调节设备，是过程控制中实现低温工质流量、压力等热力参数调节的最重要的执行机构。现有的低温调节阀，工作温区一般在液氮温区（77K），使用填料密封，而且多采用传统的气动执行机构或电动执行机构驱动低温阀工作，操作麻烦，体积较大，密封性能差，控制精度低，漏热较大，使用寿命不高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种易于操作、体积较小、便于安装、轴向漏热小、使用寿命长、调节精度高、密封性能优异、工作在液氢液氦温区的气动低温调节阀。

一种气动低温调节阀，其包括气动薄膜执行机构及加长型内外同轴式低温阀，低温阀包括外管组件、内管组件、阀盖组件及阀芯组件，所述外管组件的内管和所述外管组件的内管同轴设置，共同构成的整体结构长度大于等于500mm，所述阀盖组件的两端分别连接于所述外管组件和所述气动薄膜执行机构，所述阀芯组件和所述内管组件球面接触。

本发明一较佳实施方式中，所述外管组件包括上阀体、下阀体、阀座及所述外管，所述内管组件包括金属波纹管及所述内管，所述阀盖组件包括连接杆和支撑法兰，所述阀芯组件包括阀芯及阀芯座；所述上阀体和所述下阀体相对地设置于所述外管的两端，所述气动低温调节阀通过所述上阀体固定于冷箱，所述下阀体具有容置所述阀芯及所述阀芯座的空腔，所述下阀体和所述阀芯座同轴导向设置，所述阀座具有和所述阀芯配合的通孔，所述阀座和所述下阀体配合，所述通孔通向所述空腔，所述外管和所述内管同轴设置，共同构成的整体结构的长度大于等于500mm，所述金属波纹管套设于所述内管，且和所述外管组件的端面通过O型橡胶圈实现密封，所述内管的两端沿轴向分别和阀芯座及连接杆球面接触连接，所述连接杆和所述支撑法兰分别和所述气动薄膜执行机构的内杆和立柱连接，所述阀芯和所述阀芯座同轴配合，所述阀芯座和所述下阀体同轴配合。

本发明一较佳实施方式中，所述阀芯组件还包括由非金属软材料制成的阀芯密封垫，其夹在所述阀芯和所述阀芯座之间，且和所述阀座实现平面软密封。

本发明一较佳实施方式中，所述阀芯和所述阀芯座螺纹连接。

本发明一较佳实施方式中，所述阀座设有朝向所述阀芯密封垫的凸台，当所述调节阀关闭时，所述凸台的表面和所述阀芯密封垫形成紧密的平面软接触。

本发明一较佳实施方式中，所述阀盖组件还包括由非金属柔性材料制成的导向件，所述导向件套设于所述连接杆进行导向。

本发明一较佳实施方式中，所述低温阀具有分别和低温管道密封连接的进口和出口，所述进口开设于所述阀座，且通向所述通孔，所述出口开设于所述下阀体，且通向所述空腔。

本发明一较佳实施方式中，所述进口和所述出口均和对应的低温管道焊接连接。

本发明一较佳实施方式中，所述阀芯和所述阀芯座螺纹连接。

本发明一较佳实施方式中，所述阀座设有朝向所述阀芯密封垫的凸台，当所述调节阀关闭时，所述凸台的表面和所述阀芯密封垫形成紧密的平面软接触。

本发明一较佳实施方式中，所述下阀体和所述阀芯座相配合的表面为导向面。

本发明一较佳实施方式中，还包括相互连接的过滤减压阀和电气阀门定位器

本发明另外提供一种低温真空冷箱，其包括如上所述的气动低温调节阀。

相较于现有技术，本发明提供的气动低温调节阀易于操作、体积较小、便于安装，且轴向漏热小、使用寿命长，同时调节精度高、密封性能优异。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例提供的气动低温调节阀的示意图；

图2为图1所示气动低温调节阀中区域II的放大示意图；

图3为图1所示气动低温调节阀中区域III的放大示意图；

图4为图1所示气动低温调节阀中区域IV的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

请一并参阅图1和图2，本发明一实施例提供一种应用于液氢液氦温区（≤20K）的气动低温调节阀100，其包括过滤减压阀10、电气阀门定位器20、气动薄膜执行机构30和低温阀40，压缩空气（或者氮气）经过滤减压阀10过滤加压，向电气阀门定位器20供应一定压力的干净空气（氮气）。通过4-20mA信号控制电气阀门定位器20，改变气动薄膜执行机构30的行程，从而驱动低温阀40的阀芯轴向运动，进而改变阀芯与阀座之间的流通截面积，达到调节流量、压力等热工参数的目的。

过滤减压阀10和电气阀门定位器20相连接，用于对压缩空气（或者氮气）进行过滤减压；电气阀门定位器20和气动薄膜执行机构30相连接，用于根据控制信号改变气动薄膜执行机构30的行程；气动薄膜执行机构30和低温阀40相连接，用于驱动低温阀40的阀芯轴向运动，进而改变阀芯与阀座之间的流通截面积，达到调节流量、压力等热工参数的目的。本实施例中，气动薄膜执行机构30采用截面直径小、轴向行程大的精小型多弹簧立柱式薄膜执行机构，其体积较小、质量较轻、承压高、便于安装。

低温阀40包括外管组件41、内管组件42、阀盖组件43及和阀芯组件44。外管组件41包括上阀体411、下阀体412、阀座413及外管414；内管组件42包括金属波纹管421及内管422；阀盖组件43包括连接杆431和支撑法兰432；阀芯组件44包括阀芯441及阀芯座442。

上阀体411和下阀体412相对地设置于外管414的两端，且分别和外管414的两端密封连接，气动低温调节阀100通过上阀体411固定于相应的设备，如冷箱，下阀体412具有容置阀芯441及阀芯座442的空腔416，下阀体412和阀芯座442同轴导向设置，阀座413具有和阀芯441配合的通孔417，阀座413和下阀体412配合，通孔417通向空腔416，外管414和内管422同轴设置，外管414套设于内管422；金属波纹管421套设于内管422，且和上阀体411的端面通过O型橡胶圈423实现密封，内管422的两端沿轴向分别和阀芯座442及连接杆431球面接触连接；连接杆431和支撑法兰432分别和气动薄膜执行机构30的内杆31和立柱32连接；阀芯441和阀芯座442同轴配合，阀芯座442和下阀体412同轴配合。

优选地，阀芯座442和下阀体412同轴导向配合，以保证阀芯441和阀芯座442同轴，同时，阀芯座442和下阀体412之间的导向外表面均化学镀镍或镀司泰莱合金，以增加相互之间的耐磨性。

本实施例中，低温阀40具有分别和低温管道密封连接的进口46和出口47，进口46开设于阀座413，且通向通孔417，出口47开设于下阀体412，且通向空腔416。

气动低温调节阀100主要应用在真空低温冷箱内，其中低温阀40置于真空低温冷箱内，过滤减压阀10、电气阀门定位器20及气动薄膜执行机构30置于真空低温冷箱外，工作在常温环境，通过上阀体411与真空低温冷箱的法兰焊接，低温阀40的进口46和出口47均与低温管道焊接，从而保证真空低温冷箱的真空度以及低温工质流通管道系统的密封性能。

本实施例中，低温阀40中的阀盖组件43通过连接杆431和支撑法兰432分别和气动薄膜执行机构30的内杆31和立柱32连接，由此实现气动薄膜执行机构30驱动低温阀40的内管组件42轴向运动。

本实施例中，阀盖组件43通过双头螺柱434与外管组件41的外管414连接，同时，内管组件42和外管组件41之间通过O型橡胶圈423进行密封，具体地，即金属波纹管421套设于内管422，且和上阀体411的端面通过O型橡胶圈423实现密封，进而实现内管组件42和外管组件41之间的动密封。

本实施例中，外管组件41和内管组件42为同轴结构，且外管414和内管422构成的整体结构长度L在500mm以上，即上阀体411和真空低温冷箱的安装表面到出口47的轴线的距离大于等于500mm，以降低轴向漏热。

本实施例中，内管组件42采用三段式球型柔性接头相连，上下段设置同心导向结构，以防止低温阀40应力变形而造成内管422和外管414不同轴、阀芯组件44卡塞的问题。内管组件42与阀芯组件44通过不锈钢球426和压缩弹簧427实现球面接触，进而保证内管组件422具有一定的轴向偏移角度，具体地，阀芯座442和内管422相对的端面均设有共同容置不锈钢球426的凹槽（图未标示），由此，内管组件42中的内管42和阀芯组件44中的阀芯座442即可实现球面接触，如图3所示。

本实施例中，内管组件42与阀盖组件43球面接触连接，并通过非金属柔性材料制成的导向件428对连接杆431进行导向，以消除气动薄膜执行机构30的内杆31轴向运动的不同轴问题，具体地，内管422的端面为外凸形球面，其和连接杆431的端面实现球面接触，如图4所示。

本实施例中，阀芯组件44还包括由非金属软材料制成的阀芯密封垫445，其夹在阀芯441和阀芯座441之间，且和阀座413实现平面软密封。

优选地，阀座413设有朝向阀芯密封垫445的凸台418，当调节阀40关闭时，凸台418的表面和阀芯密封垫445形成紧密的平面软接触,达到密封的效果。

可以理解的是，通过改变阀座413与阀芯441之间的流通截面积，即可调节流量。

阀芯密封垫445夹在阀芯441和阀芯座441之间，阀芯441和阀芯座441通过螺纹连接，从而紧密夹持阀芯密封垫445。通过改变接触面积或者密封压力，可以调整平面软密封密封比压，改变密封性能。

优选地，阀芯密封垫445采用非金属高分子聚合物，具有较好的软密封及压缩回弹性能，如PTFE，PCTFE，HD-PE，PI，PEEK等。聚合物材料的适用温区直接决定了密封结构的适用温区，如PCTFE、PTFE、PEEK等高分子聚合物均可以应用到液氦温区（4.2K）。

进一步地，下阀体412和阀芯座441相配合的表面为导向面，阀芯座441和下阀体412通过导向面保证同轴。

本实施例中，阀芯441与阀芯座441之间、阀座413与下阀体412之间分别同轴配合，从而保证阀芯441与阀座413之间的同轴性，进而保证密封面的密封迹线不变，提高密封结构的使用寿命。

本发明第二实施例提供一种真空低温冷箱，其包括所述气动低温调节阀100，其中低温阀40置于真空低温冷箱内，过滤减压阀10、电气阀门定位器20及气动薄膜执行机构30置于真空低温冷箱外，通过上阀体411与真空低温冷箱的法兰焊接，低温阀40的进口46和出口47均与低温管道焊接，从而保证真空低温冷箱的真空度以及低温工质流通管道系统的密封性能。

相较于现有技术，所述气动低温调节阀100易于操作、体积较小、便于安装，且轴向漏热小、使用寿命长，同时调节精度高、密封性能优异。

以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种气动低温调节阀，其特征在于，包括 

气动薄膜执行机构；及 

加长型内外同轴式低温阀，其包括外管组件、内管组件、阀盖组件及阀芯组件，所述外管组件的内管和所述外管组件的内管同轴设置，共同构成的整体结构长度大于等于500mm，所述阀盖组件的两端分别连接于所述外管组件和所述气动薄膜执行机构，所述阀芯组件和所述内管组件球面接触。 

2.如权利要求1所述的气动低温调节阀，其特征在于，所述外管组件包括上阀体、下阀体、阀座及所述外管，所述内管组件包括金属波纹管及所述内管，所述阀盖组件包括连接杆和支撑法兰，所述阀芯组件包括阀芯及阀芯座；所述上阀体和所述下阀体相对地设置于所述外管的两端，所述气动低温调节阀通过所述上阀体固定于冷箱，所述下阀体具有容置所述阀芯及所述阀芯座的空腔，所述下阀体和所述阀芯座同轴导向设置，所述阀座具有和所述阀芯配合的通孔，所述阀座和所述下阀体配合，所述通孔通向所述空腔，所述外管和所述内管同轴设置，共同构成的整体结构的长度大于等于500mm，所述金属波纹管套设于所述内管，且和所述外管组件的端面通过O型橡胶圈实现密封，所述内管的两端沿轴向分别和阀芯座及连接杆球面接触连接，所述连接杆和所述支撑法兰分别和所述气动薄膜执行机构的内杆和立柱连接，所述阀芯和所述阀芯座同轴配合，所述阀芯座和所述下阀体同轴配合。 

3.如权利要求2所述的气动低温调节阀，其特征在于，所述阀芯组件还包括由非金属软材料制成的阀芯密封垫，其夹在所述阀芯和所述阀芯座之间，且和所述阀座实现平面软密封。 

4.如权利要求3所述的气动低温调节阀，其特征在于，所述阀芯和所述阀芯座螺纹连接。 

5.如权利要求3所述的气动低温调节阀，其特征在于，所述阀座设有朝向所述阀芯密封垫的凸台，当所述调节阀关闭时，所述凸台的表面和所述阀芯密封垫形成紧密的平面软接触。 

6.如权利要求2所述的气动低温调节阀，其特征在于，所述阀盖组件还包括由非金属柔性材料制成的导向件，所述导向件套设于所述连接杆进行导向。 

7.如权利要求2所述的气动低温调节阀，其特征在于，所述低温阀具有分别和低温管道密封连接的进口和出口，所述进口开设于所述阀座，且通向所述通孔，所述出口开设于所述下阀体，且通向所述空腔。 

8.如权利要求7所述的气动低温调节阀，其特征在于，所述进口和所述出口均和对应的低温管道焊接连接。 

9.如权利要求2所述的气动低温调节阀，其特征在于，所述下阀体和所述阀芯座相配合的表面为导向面。 

10.如权利要求1所述的气动低温调节阀，其特征在于，还包括相互连接的过滤减压阀和电气阀门定位器 。

11.一种低温真空冷箱，其特征在于，所述低温真空冷箱包括如权利要求1～10任一项所述的气动低温调节阀。