CN107420227B - 一种旁通式带浮动阀座的内导向燃气喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种旁通式带浮动阀座的内导向燃气喷射阀，通过浮动阀座结构，实现避免由于燃气喷射阀内外压力不平衡导致的反向泄漏功能，保证了燃气喷射阀工作的可靠性；通过旁通结构和导流腔结构实现进气和导流过程；通过执行器的控制实现阀芯的控制，气路的控制，实现燃气阀喷气的功能；通过内导向结构与压力平衡孔、压力平衡槽相配合，保证阀芯的垂直度，实现气流的稳定工作，可靠工作，实现高响应速度；通过轴向主气槽直接进气和周向补气孔进气的混合进气方式，实现大流量，有效地提高发动机的供气效率，同时可以避免气流干涉，实现气路的稳定；通过阀芯和阀座间的多道环带结构，实现燃气喷射阀的面密封，高可靠性。

Description

一种旁通式带浮动阀座的内导向燃气喷射阀

技术领域

本发明涉及的是一种燃气喷射阀，具体地说是天然气发动机燃气喷射阀。

背景技术

近年来，随着我国石油消耗的快速增长，石油严重依赖进口。天然气燃烧清洁并且在我国储量丰富，使其成为最有可能替代柴油的燃料。天然气发动机作为船舶动力，特别作为内河船的推进动力具有很好的应用前景。作为天然气发动机的燃料供给装置，燃气喷射阀的性能直接决定天然气发动机的经济性与排放性能。目前，天然气发动机在全工况状态下工作时常有燃气量供应不足的情况，导致发动机全工况运行时的转速不稳现象，在大功率发动机上会更加严重，这严重影响着发动机的正常使用和发动机的性能。在发动机工况恶劣的情况下，喷射阀容易出现反向泄漏的情况。因此，需要设计一种具有防反向泄漏功能的喷射阀。同时，需要开发响应速度快、控制精度高、可靠性好的大流量燃气喷射阀，使其流通能力能满足天然气发动机在高负荷状态下正常工作需求。

发明内容

本发明的目的在于提供响应速度快、控制精度高、可靠性高、气压稳定、高效密封、大流量、具有防反向泄漏功能的一种旁通式带浮动阀座的内导向燃气喷射阀。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种旁通式带浮动阀座的内导向燃气喷射阀，其特征是：包括阀体、电磁铁、阀芯组合体、浮动阀座，电磁铁安装在阀体上，浮动阀座安装在阀体里，电磁铁、阀体以及浮动阀座之间形成阀空间，电磁铁里缠绕线圈并设置环形槽；所述阀芯组合体包括衔铁、弹簧座、底板、阀芯，衔铁、底板、阀芯自上而下布置同时通过紧固螺栓连接在一起，弹簧座位于衔铁外部并与衔铁之间形成环形槽，主复位弹簧的两端分别布置在铁芯的环形槽和弹簧座的环形槽内，衔铁中心处安装导向销，导向销通过卡簧和衔铁固定在一起，导向销伸入至铁芯里，铁芯里设置辅复位弹簧，辅复位弹簧的两端分别接触铁芯和导向销，导向销里设置压力平衡孔，底板上设置压力平衡槽，阀芯为中空结构，压力平衡孔、压力平衡槽、阀芯的中空部分相通，阀芯的中空部分里设置阀座复位弹簧，阀芯上设置密封环带和肋片，密封环带形成环腔，阀芯上表面开设轴向主气槽，肋上开有周向补气孔；所述浮动阀座包括导向基座、阀座，导向基座固定在阀体里，阀座位于阀芯下方，导向基座内圈设置有T形结构，阀座外圈通过设置与其配合的T形结构安装在导向基座里，阀座复位弹簧的两端分别固定在阀座和阀芯上，阀座上设置出气环带，出气环带位于环腔下方，出气环带下方设置出气口。

本发明还可以包括：

1、在阀座和导向基座之间设置两重防漏气结构，第一重防漏气结构是在阀座和导向基座连接处上方安装可变形密封圈，可变形密封圈内沿上方加装压紧垫圈，第二重防漏气结构是在阀座和导向基座的T形结构连接处设置两层密封胶圈，在阀座和导向基座之间的T形结构连接处设置弹性垫圈。

2、阀体上设置伸出部分，伸出部分设置进气口，进气口下方的阀体里设置导流腔，进气口、导流腔相通；气体由进气口垂直流入阀体内，沿着导流腔流入充满阀体内部，线圈通电后，衔铁带动阀芯向上运动与阀座表面分离，气路开启，电磁阀开启，气体由轴向主气槽和周向补气孔的混合进气方式流入，通过环腔，由出气口垂直流出；线圈断电后，在主复位弹簧以及辅复位弹簧的作用下，衔铁带动阀芯向下运动，直至阀芯表面与阀座表面贴合，恢复到初始位置，气路关闭，电磁阀关闭。

本发明的优势在于：本发明采用带浮动阀座的结构，其能够有效防止燃气喷射阀出现反向泄漏的情况并具有减震的功能，保证了燃气喷射阀工作的可靠性及安全性；通过旁通结构和导流腔结构实现进气和导流过程；通过电磁铁的控制实现阀芯的控制，气路的控制，实现燃气阀喷气的功能；通过内导向结构与压力平衡孔、压力平衡槽相配合，保证阀芯的垂直度，能够有效抑制燃气喷射阀内部燃气压力的波动，实现气流的稳定工作，可靠工作，实现高响应速度；通过轴向主气槽直接进气和周向补气孔进气的混合进气方式，实现大流量，有效地提高发动机的供气效率，同时可以避免气流干涉，实现气路的稳定；通过阀芯和阀座间的多道环带结构，实现燃气喷射阀的面密封，高可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的阀芯组合体结构示意图；

图3为本发明的气路走向示意图；

图4为阀芯结构俯视图；

图5为阀芯结构三维结构图；

图6为浮动阀座结构放大图；

图7为浮动阀座受力图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-7，图1为本发明旁通式带浮动阀座的内导向燃气喷射阀的整体结构示意图，主要由电磁铁1、线圈2、主复位弹簧3、辅复位弹簧4、阀芯组合体5、阀体7和浮动阀座8组成。电磁铁1通过固定螺栓9固定在阀体7上，线圈2缠绕在电磁铁1内部的环槽内，在电磁铁1下方自上而下依次布置有阀芯组合体5、浮动阀座8。

如图2所示，一种旁通式带浮动阀座的内导向燃气喷射阀的阀芯组合体5主要由导向销11、卡簧19、衔铁12、弹簧座13、紧固螺栓22、垫片20、底板14和阀芯15组成，衔铁12通过紧固螺栓22与底板14、阀芯15连接在一起，衔铁12与底板14之间布置有一层垫片20，弹簧座13安装在底板14的上方，其内部的侧表面与衔铁12的侧表面相接触，主复位弹簧3的两端分别位于电磁铁1与弹簧座13的环形槽内，电磁铁1中心开有一定深度的直槽，电磁铁1与衔铁12之间的导向销11布置在直槽内部，导向销11中心开有压力平衡孔18，底板14上开有一定数量的压力平衡槽21，避免衔铁12受到轴向力，使衔铁12处内外气路压力更易达到平衡，提高衔铁12响应速度，导向销11上方与电磁铁1之间布置有辅复位弹簧4，布置在衔铁12的中心位置，利用卡簧19将导向销11与衔铁12固定起来。导向销11中心处的压力平衡孔18配合底板14上的压力平衡槽21使得阀芯组合体5内部空间与外部空间连通，内外气路达到平衡，阀芯组合体5的内外燃气无压力差，避免自身在运动时受到额外的轴向力，阀芯15由阀芯主体、肋片16和密封环带17组成。阀芯组合体5整体布置在电磁铁1下方。

如图3所示，首先，燃气由进气口24垂直流入阀体7内，沿着进气口25流入充满阀体7内部。燃气喷射阀工作过程中，在线圈2未通电时，在主复位弹簧和辅复位弹簧4的预紧力作用下，阀芯组合体5在初始位置维持不动，阀芯组合体5中的阀芯15的密封环带17的下表面与阀座34的出气环带28的上表面紧密贴合，此时出气环带28与阀体7内部空间尚未连通，燃气充满燃气喷射阀的阀体7内部的整个空间。线圈2通电后，电磁铁1、衔铁12被磁化，电磁铁1与衔铁12之间形成磁回路，衔铁12受到电磁力的作用克服主复位弹簧3及辅复位弹簧4的预紧力后向上运动，带动阀芯15向上运动与阀座34表面分离，直到弹簧座13的上表面与电磁铁1的下表面相接触，整个运动过程中，衔铁12的轴向运动与周向定位均由导向销11与电磁铁1之间的配合来控制实现，此时，气路开启，电磁阀开启，气体迅速由轴向主气槽30和周向补气孔27的混合进气方式流入，通过多道环腔26，最后由出气口29垂直流出；线圈2断电，衔铁12受到的电磁力消失，在电磁铁1与弹簧座13之间的主复位弹簧3和导向销11和电磁铁1之间的辅复位弹簧4的作用下，衔铁12向下运动，带动阀芯15向下运动，直至阀芯15表面与阀座34表面贴合，衔铁12恢复到初始位置，气路关闭，电磁阀关闭。

如图6所示，为了防止燃气反向泄漏，提高燃气喷射阀的可靠性和安全性，本发明采用了浮动阀座8结构。浮动阀座8可以在电磁阀外部气压高与内部气压时将电磁阀锁死，有效地防止了燃气的反向泄漏。浮动阀座8由7部分组成：导向基座32、阀座34、阀座复位弹簧38、密封胶圈33、压紧垫圈31、可变形密封圈36、弹性垫圈37。导向基座32与阀体1是一体式结构，阀座34安装在导向基座32上。导向基座32内圈带有T形结构，与阀座34外圈的T形结构相配合。阀座复位弹簧38两端分别固定在阀座34和阀芯15上，并保持一定的预紧力。

为了防止阀座34和导向基座32之间漏气，在阀座34和导向基座32之间加装了两重防漏气结构，第一重防漏气结构是在阀座34和导向基座32连接处上方安装可变形密封圈36，可变形密封圈36内外沿上方均加装压紧垫圈31，通过螺丝35固定在阀座34上，压紧垫圈31保证受力均匀，增强密封性。可变形密封圈36的材料采用可变形的软塑料，保证其不影响阀座34的运动。第二重密封是在阀座34和导向基座32的T形连接处加装了两层密封胶圈33，进一步增强密封性。在阀座34和导向基座32之间的T形连接处加装了一层弹性垫圈37，减少接触时的振动冲击力，起到了减震的作用。有效地增加了电磁阀的可靠性。

阀座34受阀座复位弹簧38弹力F4、电磁阀外部气体压力F1和F2、电磁阀内部燃气压力F3和阀芯15压紧力的作用。阀芯15受复位弹簧弹力作用。当电磁阀下方气压大于电磁阀内部气压，电磁阀外部气体压力F1、F2分别作用在阀座34下方及出气环带28处，阀座34下方接触面积远大于出气环带28，因此，F1远大于F2，在外部气体压力扩大到导致阀芯15向上运动之前，外部气体压力F1、F2克服复位弹簧7的弹簧预紧力，阀座34连同阀芯15一起向上运动。阀座34向上运动直到弹簧座14与电磁铁相接触。此时即使电磁铁通电，阀芯15也无法向上运动，电磁阀无法开启。电磁阀锁死。

当电磁阀内外气压恢复正常时，阀座34在阀座复位弹簧38的作用下向下运动回到原位。如果此时电磁铁通电，阀芯15仍保持不动，电磁阀正常开启。想要关闭电磁阀时电磁铁断电，阀芯15在复位弹簧的作用下向下运动，电磁阀关闭。如果此时电磁铁未通电，阀座34与阀芯15一起在复位弹簧7的作用下向下运动回到原位，电磁阀保持关闭。想要开启电磁阀时，电磁铁通电，阀芯15在衔铁带动下向上运动，电磁阀正常开启。

由上述工作过程可知，本发明旁通式带浮动阀座的外导向燃气喷射阀采用带浮动阀座8的结构，其能够在喷射阀内外气压异常的情况下有效防止燃气喷射阀出现反向泄漏的情况并具有减震的功能，保证了燃气喷射阀工作的可靠性及安全性；通过旁通结构和进气口25结构实现进气和导流过程；通过电磁铁的控制实现阀芯15的控制，气路的控制，实现喷气功能；通过内导向结构保证阀芯15的垂直度；通过在导向销11中心开压力平衡孔18并在底板14上开有一定数量的压力平衡槽21，避免衔铁12受到轴向力，使衔铁12处内外气路压力更易达到平衡，提高衔铁12响应速度；在阀芯15的肋上开多个周向补气孔27的结构，阀芯15下表面和阀座34上表面开有多道环腔26，增加有效流通面积，减少阀芯15和阀座34的质量，提高可靠性；在阀芯15周向补气孔27处设置一定角度的导流锥角23，减少流动损失，增大流量系数；本发明采用轴向主气槽30直接进气和周向补气孔27进气的混合进气方式，增加进气流量系数，实现大流量，有效地提高了燃气喷射阀的供气效率，同时可以避免气流干涉，实现气路的平衡、稳定；阀芯15和阀座34间采用多道密封环带17和出气环带28结构，实现燃气喷射阀的面密封，稳压平衡，并且较宽的环带面积可减少冲击，提高可靠性。

本发明的技术方案：一种旁通式带浮动阀座的内导向燃气喷射阀，它主要由电磁铁、线圈、主复位弹簧、辅复位弹簧、阀芯组合体、阀体和浮动阀座组成。电磁铁通过固定螺栓固定在阀体上，线圈缠绕在电磁铁内部的环槽内，在电磁铁下方自上而下依次布置有阀芯组合体、浮动阀座；阀芯组合体由导向销、衔铁、弹簧座、垫片、底板、卡簧、紧固螺栓和阀芯组成，衔铁通过紧固螺栓与底板、阀芯连接在一起，衔铁与底板之间布置有一层垫片，弹簧座安装在底板的上方，其内部的侧表面与衔铁的侧表面相接触，主复位弹簧的两端分别位于电磁铁与弹簧座的环形槽内，电磁铁中心开有一定深度的直槽，电磁铁与衔铁之间的导向销布置在直槽内部，导向销中心开有压力平衡孔，底板上开有一定数量的压力平衡槽，导向销上方与电磁铁之间布置有辅复位弹簧，布置在衔铁的中心位置，利用卡簧将导向销与衔铁固定起来，阀芯由阀芯主体、肋片、密封环带组成，在阀芯的肋片上开周向补气孔并在补气孔处设置导流锥角，阀芯和浮动阀座之间采用密封环带和出气环带，面密封，稳压平衡，并且具有较宽的环带面积。浮动阀座由导向基座、阀座、阀座复位弹簧、密封胶圈、压紧垫圈、可变形密封圈、弹性垫圈组成。其特征是：导向基座与阀体是一体的，阀座安装在导向基座上。导向基座内圈带有T形结构，与阀座外圈的T形结构相配合。阀座复位弹簧两端分别固定在阀座和阀芯上，并保持一定的预紧力。在阀座和导向基座之间加装了两重防漏气结构，第一重防漏气结构是在阀座和导向基座连接处上方安装可变形密封圈，可变形密封圈内外沿上方加装压紧垫圈，通过螺丝固定在阀座上。可变形密封圈的材料采用可变形的软塑料，保证其不影响阀座的运动。第二重密封是在阀座和导向基座的T形连接处加装了两层密封胶圈。

Claims (3)

1.一种旁通式带浮动阀座的内导向燃气喷射阀，其特征是：包括阀体、电磁铁、阀芯组合体、浮动阀座，电磁铁安装在阀体上，浮动阀座安装在阀体里，电磁铁、阀体以及浮动阀座之间形成阀空间，电磁铁里缠绕线圈并设置环形槽；所述阀芯组合体包括衔铁、弹簧座、底板、阀芯，衔铁、底板、阀芯自上而下布置同时通过紧固螺栓连接在一起，弹簧座位于衔铁外部并与衔铁之间形成环形槽，主复位弹簧的两端分别布置在电磁铁的环形槽和弹簧座的环形槽内，衔铁中心处安装导向销，导向销通过卡簧和衔铁固定在一起，导向销伸入至电磁铁里，电磁铁里设置辅复位弹簧，辅复位弹簧的两端分别接触电磁铁和导向销，导向销里设置压力平衡孔，底板上设置压力平衡槽，阀芯为中空结构，压力平衡孔、压力平衡槽、阀芯的中空部分相通，阀芯的中空部分里设置阀座复位弹簧，阀芯上设置密封环带和肋片，密封环带形成环腔，阀芯上表面开设轴向主气槽，肋片上开有周向补气孔；所述浮动阀座包括导向基座、阀座，导向基座固定在阀体里，阀座位于阀芯下方，导向基座内圈设置有T形结构，阀座外圈通过设置与其配合的T形结构安装在导向基座里，阀座复位弹簧的两端分别固定在阀座和阀芯上，阀座上设置出气环带，出气环带位于环腔下方，出气环带下方设置出气口。

2.根据权利要求1所述的一种旁通式带浮动阀座的内导向燃气喷射阀，其特征是：在阀座和导向基座之间设置两重防漏气结构，第一重防漏气结构是在阀座和导向基座连接处上方安装可变形密封圈，可变形密封圈内沿上方加装压紧垫圈，第二重防漏气结构是在阀座和导向基座的T形结构连接处设置两层密封胶圈，在阀座和导向基座之间的T形结构连接处设置弹性垫圈。

3.根据权利要求1或2所述的一种旁通式带浮动阀座的内导向燃气喷射阀，其特征是：阀体上设置伸出部分，伸出部分设置进气口，进气口下方的阀体里设置导流腔，进气口、导流腔相通；气体由进气口垂直流入阀体内，沿着导流腔流入充满阀体内部，线圈通电后，衔铁带动阀芯向上运动与阀座表面分离，气路开启，电磁阀开启，气体由轴向主气槽和周向补气孔的混合进气方式流入，通过环腔，由出气口垂直流出；线圈断电后，在主复位弹簧以及辅复位弹簧的作用下，衔铁带动阀芯向下运动，直至阀芯表面与阀座表面贴合，恢复到初始位置，气路关闭，电磁阀关闭。

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