CN106907505A - 波纹管密封的高压气动比例减压阀 - Google Patents

波纹管密封的高压气动比例减压阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种波纹管密封的高压气动比例减压阀，该高压气动比例减压阀包括三段式的阀体、由金属波纹管密封的两段阀芯、阀体与阀芯之间的三个直线滚珠轴承、两个高速开关阀和控制器。阀芯与阀体之间相对运动同时又需要密封的位置全部采用金属波纹管进行密封，并且阀芯和阀体相对运动且接触的位置全部采用直线滚珠轴承进行导向，使阀芯和阀体之间具有较小的摩擦力和良好的气体密封性能。

Description

波纹管密封的高压气动比例减压阀
技术领域
本发明涉及高压气动比例减压阀，尤其涉及一种波纹管密封的高压气动比例减压阀。
背景技术
高压气动比例减压阀的阀芯和阀体之间既有相对运动又需要密封，较小的摩擦力和良好的密封性能相互矛盾。相对运动摩擦力和密封性能直接影响比例阀的输出压力响应和精度。
为了减小摩擦力，一种周知的方法是通过提高阀体和阀芯的加工精度，使阀体和阀芯相对运动并且需要密封的位置保留一个较小的间隙。这种方法是通过间隙密封来降低摩擦力，在一定程度上减小了阀芯与阀体之间相对运动的摩擦力，但是间隙密封会导致泄漏增加，特别是对于高压气体，很高的气体压力和极低的气体粘性导致很小的间隙就会产生很大的泄漏，影响比例阀的性能。高精度的加工还存在加工困难、成本高、维护困难切寿命短的缺陷。
为了提高密封性能，另外一种周知的方法是在间隙配合的阀体和阀芯之间增加橡胶密封圈进行密封。这种方法采用橡胶密封圈可以得到较好的密封性能，但是橡胶密封圈会使阀芯和阀体相对运动时的摩擦力增大，并且高压气体环境中润滑油膜不容易保持，更加剧了摩擦力。
还有一种周知的方法是采用橡胶膜片进行阀体和阀芯之间一些位置的密封，同时橡胶膜片的变形可以满足阀芯和阀体之间的相对运动。这种方法在膜片位置具有良好的密封性能，同时又基本没有摩擦力，但是橡胶膜片能承受的压力比较小，目前橡胶膜片的结构只适用于常规的低压气动元件，不能用于额定压力达到12MPa的高压比例压力阀。
发明内容
为了克服现有的高压气动比例减压阀存在的问题，本发明提供一种波纹管密封的高压气动比例减压阀，利用金属波纹管进行密封，又满足阀芯与阀体相对运动，该比例减压阀能解决现有高压气动比例减压阀存在的密封和摩擦力矛盾的问题，阀芯与阀体之间具有较小的摩擦力和良好的密封性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种波纹管密封的高压气动比例减压阀，包括阀体、安装在阀体内的上阀芯组件和下阀芯组件、进气开关阀、排气开关阀、控制器；
所述上阀芯组件由第一安装螺母、第一波纹管、第一导向轴、第二波纹管、第二导向轴从上至下依次焊接而成；所述第二波纹管和第二导向轴中穿设有阀芯，阀芯的一端固定在第一导向轴上，阀芯的外壁从上至下具有第一凸台和第二凸台，第一凸台位于第二导向轴的下端部；阀芯中沿轴线开有第一通气孔，阀芯的侧壁开有第二通气孔和第三通气孔，第二通气孔和第三通气孔分别与第一通气孔相通；第二通气孔与第二波纹管相通；
所述下阀芯组件包括法兰端盖、第四波纹管、第三导向轴、第三波纹管、第二安装螺母，所述法兰端盖、第四波纹管、第三导向轴依次焊接，所述第三波纹管和第二安装螺母均套在第三导向轴上，第三波纹管的一端与第三导向轴焊接，第三波纹管的另一端与第二安装螺母焊接，第二安装螺母旋接在阀体内；
在上阀芯组件和下阀芯组件连接处安装有阀座，所述阀座为中空圆柱体，圆柱体侧壁上开有贯通孔；所述第二导向轴和第三导向轴为空心轴；所述第一安装螺母固定连接在阀体上端，所述法兰端盖固定连接在阀体下端，第一安装螺母上开有相交的第一通道和第二通道；
所述阀体上开有进气口、出气口和溢流口，所述进气口与第三波纹管相通，进气开关阀的进气端与进气口相连通，进气开关阀的出气端和第一通道的一端相通，第一通道的另一端与排气开关阀的进气口相通，第二通道的一端通过第一压力传感器封堵，第二通道的另一端与第一波纹管相通，所述出气口处安装有第二压力传感器；第三通气孔与出气口相通，第一通气孔与第三导向轴相通；
所述第一压力传感器、第二压力传感器、进气开关阀和排气开关阀均与控制器相连。
进一步的，所述第一导向轴穿设在第一直线滚珠轴承上，所述第二导向轴穿设在第二直线滚珠轴承上，所述第三导向轴穿设在第三直线滚珠轴承上，所述第一直线滚珠轴承、第二直线滚珠轴承和第三直线滚珠轴承均固定安装在阀体内。
进一步的，所述阀座与阀体过盈配合，阀座的中空圆柱体外壁两端附近具有两个安装橡胶密封圈的沟槽。
本发明的有益效果如下：在每个阀芯与阀体相对运动又需要密封的位置，阀芯两端各焊接一段金属波纹管，阀体内部只有进气口、出气口和溢流口的位置有高压气体流过，其余部分高压气体完全被限制在金属波纹管密封的阀芯内部，阀芯与阀体之间只有通过进气阀口和溢流阀口才有气体流动。在相对运动又需要密封的位置，阀芯与阀体之间高压气体完全被金属波纹管隔绝，阀芯两端的金属波纹管一端收缩、另一端伸长，满足阀芯阀体的相对运动，同时在阀芯与阀体相对运动的位置安装直线滚珠轴承进行导向，这样就极大的减小了摩擦力，同时获得良好的密封性能。并且利用波纹管自身的弹性产生进气阀口和出气阀口关闭时的预紧力，无需弹簧以及额外的润滑和密封。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
图1是本发明的原理图；
图2是根据本发明制成的高压气动比例减压阀的剖视图；
图3是阀座部位的局部剖视图。
图4是上部波纹管密封阀芯组件的剖视图；
图5是下部波纹管密封阀芯组件的剖视图；
图中：第一波纹管1、第二波纹管2、第三波纹管3、第四波纹管4、第一导向轴5、第二导向轴6、第三导向轴7、第一直线滚珠轴承8、第二直线滚珠轴承9、第三直线滚珠轴承10、第一安装螺母11、第二安装螺母12、法兰端盖13、进气口14、出气口15、进气开关阀16、排气开关阀17、上阀体18、中阀体19、下阀体20、阀座21、溢流口22、第一通气孔23、第二通气孔24、第三通气孔25、压力传感器26、控制器27、阀芯28、第一凸台29、第二凸台30、限位螺母31。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种利用金属波纹管进行密封的额定压力达到12MPa的高压气动比例减压阀，包括阀体、安装在阀体内的上阀芯组件和下阀芯组件、进气开关阀16、排气开关阀17、控制器；
如图4所示，所述上阀芯组件由第一安装螺母11、第一波纹管1、第一导向轴5、第二波纹管2、第二导向轴6从上至下依次焊接而成；所述第二波纹管2和第二导向轴6中穿设有阀芯28，阀芯28的一端固定在第一导向轴5上，阀芯28的外壁从上至下具有第一凸台29和第二凸台30，第一凸台29位于第二导向轴6的下端部，用于限制第二导向轴6的轴向移动；阀芯28中沿轴线开有第一通气孔23，阀芯28的侧壁开有第二通气孔24和第三通气孔25，第二通气孔24和第三通气孔25分别与第一通气孔23相通；第二通气孔24与第二波纹管2相通；
如图5所示，所述下阀芯组件包括法兰端盖13、第四波纹管4、第三导向轴7、第三波纹管3、第二安装螺母12，所述法兰端盖13、第四波纹管4、第三导向轴7依次焊接，所述第三波纹管3和第二安装螺母12均套在第三导向轴7上，第三波纹管3的一端与第三导向轴7焊接，第三波纹管3的另一端与第二安装螺母12焊接，第二安装螺母12旋接在阀体内；
如图3所示，在上阀芯组件和下阀芯组件连接处安装有阀座21，所述阀座21与阀体过盈配合，所述阀座21为中空圆柱体，圆柱体侧壁上开有贯通孔，所述第二导向轴6和第三导向轴7为空心轴；所述第一安装螺母11固定连接在阀体上端，所述法兰端盖13固定连接在阀体下端，第一安装螺母11上开有相交的第一通道和第二通道；所述阀座21的中空圆柱体外壁两端附近具有两个安装橡胶密封圈的沟槽。
如图2所示，所述阀体上开有进气口14、出气口15和溢流口22，所述进气口14与第三波纹管3相通，进气开关阀16的进气端与进气口14相连通，进气开关阀16的出气端和第一通道的一端相通，第一通道的另一端与排气开关阀17的进气口相通，第二通道的一端通过第一压力传感器封堵，第二通道的另一端与第一波纹管1相通，所述出气口15处安装有第二压力传感器；第三通气孔25与出气口15相通，第一通气孔23与第三导向轴7相通，所述第一压力传感器、第二压力传感器、进气开关阀16和排气开关阀17均与控制器相连。
如图2所示，为了方便安装，所述阀体由上阀体18、中阀体19、下阀体20依次固定连接而成，第一导向轴5穿设在第一直线滚珠轴承8上，所述第二导向轴6穿设在第二直线滚珠轴承9上，所述第三导向轴7穿设在第三直线滚珠轴承10上，所述第一直线滚珠轴承8安装在上阀体18内，第二直线滚珠轴承9安装在中阀体19内，第三直线滚珠轴承10安装在下阀体20内。
本实施例中进气开关阀16和排气开关阀17采用常闭的两位一通电磁阀，但不限于此；所述控制器采用意法半导体公司的STM32F103VCT6微控制器，但不限于此。
该高压气动比例减压阀的工作过程为：
初始状态时，第三导向轴7的上端抵住阀座21的下端，将进气口14和出气口15隔断，第一凸台29抵住第二导向轴6的下端部，出气口15和溢流口22相通。
当进气口14进气后，同时出气口15的气体压力通过压力传感器26检测，压力传感器26将检测到的压力信号传递给控制器27，控制器27将该压力信号与输入的参考信号进行比较，当出气口15的气体压力低于参考压力时，进气开关阀16打开，排气开关阀17关闭，进气口14的气体通入到第一波纹管1内，使得第一波纹管1内的气体压力升高，从而推动第一导向轴5向下运动，第二导向轴6和阀芯28跟随第一导向轴5一起向下运动，接着第二导向轴6的下端抵住阀座21的上端，使出气口15和溢流口22断开，阀芯28继续向下运动，其下端的第二凸台30抵住第三导向轴7的上端，并使第三导向轴7向下运动，此时，进气口14和出气口15连通，从而使得出气口15的气体压力开始升高；同时，出气口15的气体部分依次进入第三通气孔25、第一通气孔23、第二通气孔24、第二波纹管2，和第三通气孔25、第一通气孔23、第三导向轴7、第四波纹管4两条气路，使得第二波纹管2和第四波纹管4内均具有高压气体，该高压气体作用在第一导向轴5的下端，另外第一波纹管1内的高压气体作用在第一导向轴5的上端，当第一导向轴5的上、下端气体作用力平衡时，第一导向轴5停止轴向移动，从而使得出气口15的压力稳定，此时出气口15的压力和参考压力相同。
当出气口15的气体压力高于参考压力时，进气开关阀16关闭，排气开关阀17打开，使得第一波纹管1内的气体压力降低，第一导向轴5向上运动，第二导向轴6和阀芯28跟随第一导向轴5一起向上运动，第二凸台30与第三导向轴7的上端分离，第三导向轴7的上端抵住阀座21的下端，进气口14和出气口15断开，第一导向轴5继续向上运动，第一凸台29带动第二导向轴6向上运动，使出气口15和溢流口22连通，此时，出气口15的压力开始下降，同时，出气口15的气体部分依次进入第三通气孔25、第一通气孔23、第二通气孔24、第二波纹管2，和第三通气孔25、第一通气孔23、第三导向轴7、第四波纹管4两条气路，使得第二波纹管2和第四波纹管4内均具有高压气体，该高压气体作用在第一导向轴5的下端，另外第一波纹管1内的高压气体作用在第一导向轴5的上端，当第一导向轴5的上、下端气体作用力平衡时，第一导向轴5停止轴向移动，从而使得出气口15的压力稳定，此时出气口15的压力和参考压力相同。

Claims (3)

1.一种波纹管密封的高压气动比例减压阀，其特征在于，包括阀体、安装在阀体内的上阀芯组件和下阀芯组件、进气开关阀(16)、排气开关阀(17)、控制器(27)等；
所述上阀芯组件由第一安装螺母(11)、第一波纹管(1)、第一导向轴(5)、第二波纹管(2)、第二导向轴(6)从上至下依次焊接而成；所述第二波纹管(2)和第二导向轴(6)中穿设有阀芯(28)，阀芯(28)的一端固定在第一导向轴(5)上，阀芯(28)的外壁从上至下具有第一凸台(29)和第二凸台(30)，第一凸台(29)位于第二导向轴(6)的下端部；阀芯(28)中沿轴线开有第一通气孔(23)，阀芯(28)的侧壁开有第二通气孔(24)和第三通气孔(25)，第二通气孔(24)和第三通气孔(25)分别与第一通气孔(23)相通；第二通气孔(24)与第二波纹管(2)相通；
所述下阀芯组件包括法兰端盖(13)、第四波纹管(4)、第三导向轴(7)、第三波纹管(3)、第二安装螺母(12)，所述法兰端盖(13)、第四波纹管(4)、第三导向轴(7)依次焊接，所述第三波纹管(3)和第二安装螺母(12)均套在第三导向轴(7)上，第三波纹管(3)的一端与第三导向轴(7)焊接，第三波纹管(3)的另一端与第二安装螺母(12)焊接，第二安装螺母(12)旋接在阀体内；
在上阀芯组件和下阀芯组件连接处安装有阀座(21)，所述阀座(21)为中空圆柱体，圆柱体侧壁上开有贯通孔；所述第二导向轴(6)和第三导向轴(7)为空心轴；所述第一安装螺母(11)固定连接在阀体上端，所述法兰端盖(13)固定连接在阀体下端，第一安装螺母(11)上开有相交的第一通道和第二通道；
所述阀体上开有进气口(14)、出气口(15)和溢流口(22)，所述进气口(14)与第三波纹管(3)相通，进气开关阀(16)的进气端与进气口(14)相连通，进气开关阀(16)的出气端和第一通道的一端相通，第一通道的另一端与排气开关阀(17)的进气口相通，第二通道的一端通过第一压力传感器封堵，第二通道的另一端与第一波纹管(1)相通，所述出气口(15)处安装有第二压力传感器；第三通气孔(25)与出气口(15)相通，第一通气孔(23)与第三导向轴(7)相通；
所述第一压力传感器、第二压力传感器、进气开关阀(16)和排气开关阀(17)均与控制器(27)相连。
2.根据权利要求1所述的波纹管密封的高压气动比例减压阀，其特征在于，所述第一导向轴(5)穿设在第一直线滚珠轴承(8)上，所述第二导向轴(6)穿设在第二直线滚珠轴承(9)上，所述第三导向轴(7)穿设在第三直线滚珠轴承(10)上，所述第一直线滚珠轴承(8)、第二直线滚珠轴承(9)和第三直线滚珠轴承(10)均固定安装在阀体内。
3.根据权利要求1所述的波纹管密封的高压气动比例减压阀，其特征在于，所述阀座(21)与阀体过盈配合，阀座(21)的中空圆柱体外壁两端附近具有两个安装橡胶密封圈的沟槽。
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