CN106090403B - 一种大流量气控波纹管式减压阀 - Google Patents

Abstract

一种大流量气控波纹管式减压阀，该阀体内从上至下包括入口腔（2）、出口腔(4)、阻尼腔(6)、控制腔(7)和卸荷腔(9)，其特征在于，从阀门入口腔(2)的前端外置旁通管路(23)与卸荷腔连通(9)，平衡介质对节流阀芯(13)的作用力。本发明与现有技术相比，其显著优点：1）用金属波纹管作为减压阀的敏感元件：刚度小、灵敏度好、有效面积大、质量小，因此该类阀门出口压力控制精度高、压力稳定、流量大、动静压差小、动态特性好等特点；2）卸荷腔可以抵消高压气体介质对节流阀芯的作用力，改善了节流阀芯的开启条件，降低了敏感元件的负荷，提高了金属波纹管的使用寿命。

Description

一种大流量气控波纹管式减压阀

技术领域

本发明涉及气体减压阀领域，具体是一种大流量气控波纹管式减压阀。

背景技术

气体减压阀是通过调节，将进口压力减到系统需要的出口压力，并利用阀门本身弹性元件及流体介质本身的能量，使阀门的出口压力不随进口压力及流量变化而变化，自动保持某一相对稳定值的阀门。从流体力学的观点看，减压阀通过改变阀座部位的节流面积，使介质质点的流速及动能发生改变，造成不同的压降，从而达到并保持出口侧不同的压力。气体管路系统中广泛使用气体减压阀把高压气体减压至所需压力，来满足系统的需要。

目前国内制造的气体减压阀主要有两类：直接作用式减压阀是通过弹簧的预紧力或者杠杆上重锤的重力来平衡出口压力，优点是出口压力不受敏感元件承压能力的影响，但是弹簧的预紧力与重锤的重力提供的平衡力小，阀门的通径不能做大；间接作用式减压阀是通过旁路介质压力来平衡出口压力，优点是提供的平衡力大，敏感性高，但是敏感元件的承压能力差，不适合出口压力高的场合。流量与通径、压力成正比，综上常规气体减压阀的流量小，对于要求气体流量大的场合，常规气体减压阀就不能满足要求。

发明内容

本发明专利解决了常规气体减压阀流量小的问题，提供了一种新型的大流量气控波纹管式减压阀。

这种大流量气控波纹管式减压阀，该阀体内从上至下包括入口腔2、出口腔4、阻尼腔6、控制腔7和卸荷腔9，其特征在于，从阀门入口腔2的前端外置旁通管路23与卸荷腔9连通，平衡介质对节流阀芯13的作用力。

阀体15从上往下依次安装有导流筒11、复位弹簧12、节流阀芯13、节流阀座14，导流筒11上端设有锥形凸台，锥形凸台往外有一圈圆周均布的圆孔，所有圆孔截面积之和大于阀盖10的入口截面积，锥形凸台正下方设有复位弹簧12的定位凸台，导流筒11内下端的圆筒形腔体称为入口腔2，节流阀座14上端有一个凸台，凸台中间开圆孔，节流阀芯13放入圆孔中，沿圆孔作轴向运动，节流阀芯13与节流阀座14之间形成一个大小可调的节流环缝22；节流阀座14中部径向方向开有一圈圆周均布的圆孔，所有圆孔截面积之和大于节流阀座14内部中间直段圆孔截面积；节流阀座14内部下端是一个扩张的锥形孔。

阀体15中部为出口腔4，出口腔4下端设有一个锥形凸台，凸台中心开一个圆孔，活动顶杆16放入圆孔中，沿圆孔作轴向运动；活动顶杆16是一个中空的回转体零件，他将金属波纹管18的动作传递给节流阀芯13；出口腔4左侧中部开一个圆形出口孔5。

阀体15下部为控制腔7，控制腔7中安装有金属波纹管18，控制腔7与金属波纹管18外侧形成的腔体称为阻尼腔6；控制腔7与出口腔4之间设有圆周均布的孔，孔的下端有节流孔板，起阻尼作用；金属波纹管18内侧与控制腔底盖19形成的腔体称为控制腔7，金属波纹管18外侧为阻尼腔6。

本发明专利的工作原理：

当控制腔通入某一压力值的控制气体介质，控制腔压力升高，金属波纹管拉伸推动活动顶杆运动，节流阀芯打开一定高度，入口腔的高压气体通过节流阀芯与节流阀座形成的环缝节流后压力降低。

降压后的高压气体进入出口腔建立出口压力，并输出额定流量。另外出口腔的压力通过节流孔板传递到阻尼腔，阻尼腔内的气体压力作用在敏感元件金属波纹管外侧，与金属波纹管内侧即控制腔的压力相平衡，这就完成了调节减压阀出口压力的工作，随着气体消耗，储罐压力不断降低，若节流阀芯开度不变，则出口压力将随进口压力降低而降低，这样作用在金属波纹管外侧的力就相应减小，力的平衡破坏，结果使金属波纹管拉伸更长，节流阀芯开度增加，出口压力随之升高，从而保持出口压力稳定在调整值。如果下游流量增大，则导致减压阀流出的流量大于流入减压阀的流量，出口压力将会降低，作用在金属波纹管外侧的力相应减小，结果使节流阀芯开度增加，出口压力随之升高，反之出口压力随之降低，从而保持出口压力稳定在调整值。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1）结构简单，零件少，工作可靠；

2）用金属波纹管作为减压阀的敏感元件：刚度小、灵敏度好、有效面积大、质量小，因此该类阀门出口压力控制精度高、压力稳定、流量大、动静压差小、动态特性好等特点；

3）所有活动件均为间隙配合，需要安置密封圈的位置少，降低了运动件的摩擦系数，迟滞小；

4）卸荷腔可以抵消高压气体介质对节流阀芯的作用力，改善了节流阀芯的开启条件，降低了敏感元件的负荷，提高了金属波纹管的使用寿命；

5）启动过程不产生自激振荡，工作稳定，使用寿命长；

6）活动件质量轻，运动时惯性力小，动作响应速度快，调节精度高；

7）对零部件的加工精度要求低，工艺性与经济性较好；

8）在气体管路系统应用中，因为具备通径大、压力高、流量大的特点，可以用一个大管路替代多个小管路，在系统施工时可以节省空间，缩短工期，降低成本，符合节能环保的要求。

附图说明

图1是本发明的结构原理图

图2是本发明的剖面图

图中，1：高压气体入口；2：入口腔；3：活门组件（是导流筒11和复位弹簧12的总称）；4：出口腔；5：整定气体出口；6：阻尼腔；7：控制腔；8：控制气入口；9：卸荷腔；10：阀盖；11：导流筒；12：复位弹簧；13：节流阀芯；14：节流阀座15：阀体；16：活动顶杆；17：节流孔板；18：金属波纹管；19：控制腔底盖；20：安装支座，21、定位导杆，22、节流环缝，23、旁通管路。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明专利的技术方案作进一步说明。

在图1中：高压气体从高压气体入口1流入，经活门组件3减压与稳压后从整定气体出口5流出，出口通径大于入口通径。

阀体由入口腔2、出口腔4、阻尼腔6、控制腔7、卸荷腔9组成，这些腔体对高压气体介质起积存缓冲的作用，入口腔2积存减压阀上游的高压气体介质；出口腔4积存节流降压后的气体介质；阻尼腔6积存经出口腔节流过来的气体介质，阻尼腔6与出口腔4的气体压力相等，但建压时间比出口腔滞后一些，这就增加阻尼，改善动态特性；控制腔7积存控制气体介质，控制腔7与出口腔4的压力相当，一般用惰性气体作为控制气，主要是因为惰性气体稳定；卸荷腔9积存减压阀上游的高压气体介质，卸荷腔9与入口腔2的气体压力相等；

高压气体通过外置管路引到阀门底部的卸荷腔9产生向上的作用力，抵消高压气体介质对活门组件3向下的作用力，改善活门组件3的开启条件，使控制气体压力与整定气体压力更接近，降低了敏感元件的负荷，提高了使用寿命。

在图2中：当控制腔底盖19与金属波纹管18间通入某一压力值的控制气，金属波纹管18内侧压力升高，金属波纹管18拉伸推动活动顶杆16向上运动，节流阀芯13打开，阀体15上腔的高压气体通过节流阀芯13与节流阀座14形成的环缝节流后压力降低，降压后的气体流入阀体15中腔分成两路：一路由节流孔板17进入阀体15的下腔，此时金属波纹管18内、外压力形成动态平衡，降压后的气体得到稳压；另一路由阀体15中腔左侧中部的圆形出口孔流出，系统得到压力稳定的气体。

Claims (2)

1.一种大流量气控波纹管式减压阀，该阀体内从上至下包括入口腔（2）、出口腔(4)、阻尼腔(6)、控制腔(7)和卸荷腔(9)，其特征在于，从阀门入口腔(2)的前端外置旁通管路(23)与卸荷腔连通(9)，平衡介质对节流阀芯(13)的作用力；

阀体(15)从上往下依次安装有导流筒(11)、复位弹簧(12)、节流阀芯(13)、节流阀座(14)，导流筒(11)上端设有锥形凸台，锥形凸台往外有一圈圆周均布的圆孔，所有圆孔截面积之和大于阀盖(10)的入口截面积，锥形凸台正下方设有复位弹簧(12)的定位凸台，导流筒(11)内下端的圆筒形腔体称为入口腔（2），节流阀座（14）上端有一个凸台，凸台中间开圆孔，节流阀芯（13）放入圆孔中，沿圆孔作轴向运动，节流阀芯（13）与节流阀座（14）之间形成一个大小可调的节流环缝(22)；节流阀座(14)中部径向方向开有一圈圆周均布的圆孔，所有圆孔截面积之和大于节流阀座(14)内部中间直段圆孔截面积；节流阀座(14)内部下端是一个扩张的锥形孔；

阀体(15)中部为出口腔(4)，出口腔(4)下端设有一个锥形凸台，凸台中心开一个圆孔，活动顶杆(16)放入圆孔中，沿圆孔作轴向运动；活动顶杆（16）是一个中空的回转体零件，它将金属波纹管（18）的动作传递给节流阀芯（13）；出口腔（4）左侧中部开一个圆形出口孔（5）；

阀体（15）下部为控制腔（7），控制腔（7）中安装有金属波纹管（18），控制腔（7）与金属波纹管（18）外侧形成的腔体称为阻尼腔（6）；控制腔（7）与出口腔（4）之间设有圆周均布的孔，孔的下端有节流孔板（17），起阻尼作用；金属波纹管（18）内侧与控制腔底盖（19）形成的腔体称为控制腔（7），金属波纹管（18）外侧为阻尼腔（6）。

2.根据权利要求1所述的一种大流量气控波纹管式减压阀的调压方法，其特征在于，当控制腔通入某一压力值的控制气体介质，控制腔压力升高，金属波纹管拉伸推动活动顶杆运动，节流阀芯打开一定高度，入口腔的高压气体通过节流阀芯与节流阀座形成的环缝节流后压力降低；降压后的高压气体进入出口腔建立出口压力，并输出额定流量；另外出口腔的压力通过节流孔板传递到阻尼腔，阻尼腔内的气体压力作用在敏感元件金属波纹管外侧，与金属波纹管内侧即控制腔的压力相平衡，这就完成了调节减压阀出口压力的工作，随着气体消耗，储罐压力不断降低，若节流阀芯开度不变，则出口压力将随进口压力降低而降低，这样作用在金属波纹管外侧的力就相应减小，力的平衡破坏，结果使金属波纹管拉伸更长，节流阀芯开度增加，出口压力随之升高，从而保持出口压力稳定在调整值；如果下游流量增大，则导致减压阀流出的流量大于流入减压阀的流量，出口压力将会降低，作用在金属波纹管外侧的力相应减小，结果使节流阀芯开度增加，出口压力随之升高，反之出口压力随之降低，从而保持出口压力稳定在调整值；

阀体由入口腔（2）、出口腔（4）、阻尼腔（6）、控制腔（7）、卸荷腔（9）组成，这些腔体对高压气体介质起积存缓冲的作用，入口腔（2）积存减压阀上游的高压气体介质；出口腔（4）积存节流降压后的气体介质；阻尼腔（6）积存经出口腔节流过来的气体介质，阻尼腔（6）与出口腔（4）的气体压力相等，但建压时间比出口腔滞后一些，这就增加阻尼，改善动态特性；控制腔（7）积存控制气体介质，控制腔（7）与出口腔（4）的压力相当，用惰性气体作为控制气，因为惰性气体稳定；卸荷腔（9）积存减压阀上游的高压气体介质，卸荷腔（9）与入口腔（2）的气体压力相等；高压气体通过外置管路引到阀门底部的卸荷腔（9）产生向上的作用力，抵消高压气体介质对活门组件（3）向下的作用力，改善活门组件（3）的开启条件，使控制气体压力与整定气体压力更接近；

当控制腔底盖（19）与金属波纹管（18）间通入某一压力值的控制气，金属波纹管（18）内侧压力升高，金属波纹管（18）拉伸推动活动顶杆（16）向上运动，节流阀芯（13）打开，阀体（15）上腔的高压气体通过节流阀芯（13）与节流阀座（14）形成的环缝节流后压力降低，降压后的气体流入阀体（15）中腔分成两路：一路由节流孔板（17）进入阀体（15）的下腔，此时金属波纹管（18）内、外压力形成动态平衡，降压后的气体得到稳压；另一路由阀体（15）中腔左侧中部的圆形出口孔流出，系统得到压力稳定的气体。