CN107829905A - 高压充气阀体及高压充气系统 - Google Patents

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Abstract

一种高压充气阀体,包括筒体、活塞、连接套、第一针阀和第二针阀;活塞的一端设于筒体内,连接套的一端套设于筒体设有活塞的一端,连接套的另一端和活塞通过螺纹连接,活塞在筒体内可旋转移动,活塞和筒体进行动密封配合,第一针阀设于筒体远离活塞的一端的端部,第二针阀设于筒体套设有连接套的一端的侧壁,第一针阀、筒体和第二针阀相互连通。上述高压充气阀体,活塞和连接件采用螺纹配合,可使得活塞旋转运动,还可阻止筒体内高压气体的反作用,将筒体内所有气体全部挤出,准确度高,耐高压、操作灵活,通过设计合适的尺寸可多次连续添加毫克级微量气体,实现气体量的准确测量。此外,还提供一种采用上述高压充气阀体的高压充气系统。

Description

高压充气阀体及高压充气系统
技术领域
本发明涉及充气装置技术领域,尤其涉及一种高压充气阀体及高压充气系统。
背景技术
工程上添加流体的方案一般为高压流体通过流量计后直接充注,流体的充注量一般通过流量计测量,其中在添加气体时,通过气体流量计添加。目前气体流量计具有耐高温、高压等优点,但是不能做到毫克级气体在高温高压条件下进行充注。在具体工程实验需求中,要实现向高压环境中添加毫克级微量气体,因此不能使用现有的流量计对气体的充注量进行测量,必须单独设计一套机械阀体实现向高压环境中单次注入毫克级微量气体,并且能够连续多次准确充注气体,并且实现气体总量测量的目的。
见图1,为研究污染气体对脉冲管制冷机性能的影响,需要微型高压阀体1直接向脉冲管制冷机2在线、连续添加污染气体,单次添加量为2mg,提出脉冲管制冷机污染气体污染的强化加速实验方案,定量研究脉冲管制冷机性能衰减与污染气体量变之间的关系,深入研究污染气体对蓄热式脉冲管制冷机性能影响的规律。
脉冲管制冷机内充满压力为4MPa工作介质氦气,在高压条件下,向正常运行的脉冲管制冷机内在线、连续添加微量污染气体,添加过程应该满足下列相应的要求:
1.可行性要求,脉冲管制冷机内部工作介质氦气高达4MPa,在开机状态下进行添加污染气体,需要克服高压进行充气。
2.为了研究制冷机性能衰减与污染气体量化的关系,每次添加污染气体的量的要求精确、等量、微量。
3.为了增强实验的准确性,可比性,缩短实验周期,要求在制冷机正常运行状态下,在实验过程中向制冷机内连续多次添加气体,直至制冷机制冷性能出现衰减。
4.为了达到研究制冷机制冷性能衰减与污染气体量化之间的关系的实验目的,实现单一变量对结果的影响,要严格控制污染气体的量变为单一变量,避免其他因素的引入,使得实验具有准确性,在添加过程中不能对制冷机性能带来附加的影响。
基于上述描述,目前还没有一种高压阀体能够满足上述要求。
发明内容
鉴于此,有必要提供一种能够准确添加毫克级气体的高压充气阀体及高压充气系统。
一种高压充气阀体,包括筒体、活塞、连接套、第一针阀和第二针阀;
所述活塞的一端设于所述筒体内,所述连接套的一端套设于所述筒体设有所述活塞的一端,所述连接套的另一端和所述活塞通过螺纹连接,所述活塞在所述筒体内可旋转移动,所述活塞和所述筒体进行动密封配合,所述第一针阀设于所述筒体远离所述活塞的一端的端部,所述第二针阀设于所述筒体套设有所述连接套的一端的侧壁,所述第一针阀、所述筒体和所述第二针阀相互连通。
在一个实施例中,所述活塞设于所述筒体的一端设有圆台形凸起,所述筒体设有所述第一针阀的一端设有与所述圆台凸起匹配的容纳腔。
在一个实施例中,所述活塞设于所述筒体的一端的外壁设有环线凹槽,所述环线凹槽内设有O型圈。
在一个实施例中,所述第一针阀和所述筒体焊接连接。
在一个实施例中,所述第二针阀和所述筒体焊接连接。
在一个实施例中,所述活塞远离所述筒体的一端设有手柄。
在一个实施例中,还包括夹持基座,所述筒体安装于所述夹持基座上。
一种高压充气系统,包括高压充气阀体、真空装置、进气装置和三通管;
所述高压充气阀体包括筒体、活塞、连接套、第一针阀和第二针阀,所述活塞的一端设于所述筒体内,所述连接套的一端套设于所述筒体设有所述活塞的一端,所述连接套的另一端和所述活塞通过螺纹连接,所述活塞在所述筒体内可旋转移动,所述活塞和所述筒体进行动密封配合,所述第一针阀设于所述筒体远离所述活塞的一端的端部,所述第二针阀设于所述筒体套设有所述连接套的一端的侧壁,所述第一针阀、所述筒体和所述第二针阀相互连通;
所述真空装置和所述三通管的第一进口连通,所述进气装置和所述三通管的第二进口连通,所述第二针阀和所述三通管的出口连通。
在一个实施例中,所述活塞设于所述筒体的一端的外侧设有环线凹槽,所述环线凹槽内设有O型圈。
在一个实施例中,所述活塞设于所述筒体的一端设有圆台形凸起,所述筒体设有所述第一针阀的一端设有与所述圆台凸起匹配的容纳腔。
上述高压充气阀体,活塞和连接件采用螺纹配合,不仅可以使得活塞旋转运动,还可以阻止筒体内高压气体的反作用,可将筒体内所有气体全部挤出,准确度高,防止活塞反弹而导致气体加注失败。且活塞运动灵活,寿命长。该高压充气阀体,具有耐高压、操作灵活、计量准确等优点,通过设计合适的尺寸可以添加毫克级微量气体,例如单次气体充注的量为2毫克,且可多次连续添加气体,实现气体量的准确测量。从而克服气体流量计不能测量毫克级气体的缺点,在“污染气体对脉冲管制冷机性能的研究”的实验中,可以验证污染气体量和脉冲管制冷机性能衰减之间的关系。
上述高压充气系统,高压充气阀体结构紧凑,无死体积,单次气体添加量准确,且可实现气体连续多次添加。高压充气阀体通过连接真空系统,可以将筒体内气体抽干净,且保证每次加入的气体量准确,还能使筒体内存储的气体纯净无杂质,而且因筒体内气体密度变化而引起的误差极小,纯度高。
附图说明
图1为采用高压阀体往脉冲管制冷机中加注污染气体的结构示意图;
图2为一实施方式的高压充气阀体的结构示意图;
图3为一实施方式的高压充气系统的剖面结构示意图;
图4为图3所示的高压充气系统的立体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图2所示,一实施方式的高压充气系统,包括高压充气阀体100、真空装置、进气装置和三通管200。
如图3和图4所示,高压充气阀体100包括筒体10、活塞20、连接套30、第一针阀40和第二针阀50。
活塞20的一端设于筒体10内,连接套30的一端套设于筒体10设有活塞20的一端,连接套30的另一端和活塞20通过螺纹连接,活塞20在筒体10内可旋转移动,活塞20和筒体10进行动密封配合,第一针阀40设于筒体10远离活塞20的一端的端部,第二针阀50设于筒体10套设有连接套30的一端的侧壁,第一针阀40、筒体10和第二针阀50相互连通。
在如图2所示的实施例中,高压充气阀体100用于在高压条件下,向正常运行的脉冲管制冷机内在线、连续添加微量污染气体,定量研究脉冲管制冷机性能衰减与污染气体量变之间的关系,深入研究污染气体对蓄热式脉冲管制冷机性能影响的规律。在本实施例中,脉冲管制冷机内充满压力为4MPa工作介质氦气。在本实施例中,污染气体为氮气。高压充气阀体100的尺寸设计为能够完成单次向脉冲管制冷机内添加毫克级气体。
在本实施例中,高压充气阀体100的第一针阀40和脉冲管制冷机连接。高压充气阀体100的第二针阀50和三通管200的出口连接。真空装置和三通管200的第一进口连通。进气装置和三通管200的第二进口连通。真空系统200用于给高压充气阀体100进行抽真空操作。进气系统300用于往高压充气阀体100内充入气体。
具体在图2所示的实施例中,真空装置通过第一阀门300和三通管200的第一进口连通。进气装置通过第二阀门400和三通管200的第二进口连通。高压充气阀体100的第一针阀40和脉冲管制冷机之间通过第三阀门500连接。高压充气阀体100的第二针阀50和三通管200的出口之间通过第四阀门600连接。
请参考图3,在一个实施例中,连接套30和筒体10通过螺纹连接。可以理解,连接套30和筒体10也可以通过其他方式连接。连接套30起到限位活塞20的作用。且连接套30用于将活塞20的一端密封在筒体10内。
进一步的,活塞20设于筒体10的一端设有圆台形凸起22,筒体10设有第一针阀40的一端设有与圆台凸起22匹配的容纳腔12。通过设置圆台形凸起22,可以将整个高压充气阀体100的筒体10内的死体积减少至零,将筒体10内的气体挤压排尽,从而将筒体10内的所有气体完全加注到制冷机系统内,误差极小。如果没有此圆台凸起22,当活塞20运动到筒体10远离连接套30的一端时,在第一针阀40的阀针和活塞20之间存有一小部分高压氦气和氮气的混合气体,在抽真空时,混合气体被抽走不仅造成制冷机制冷工质氦气的减少还造成污染气体的添加量小于理论添加量。
进一步的,活塞20设于筒体10的一端的外壁设有环线凹槽,环线凹槽内设有O型圈24。如图3所示的实施例中,O型圈24有两个。通过设置O型圈24能够增加活塞20与筒体10内壁的密封性。
在一个实施例中,第一针阀40和筒体10可以通过焊接连接。具体的,第一针阀40和筒体10的充气口焊接连接。第二针阀50和筒体10可以通过焊接连接。进一步的,第一针阀40为直角针阀,第二针阀50为直通针阀。第一针阀40用于连接脉冲管制冷机。第二针阀50用于连接三通管200的出口。即第二针阀50用于连接真空装置和进气装置。
在一个实施例中,活塞20远离筒体10的一端设有手柄60。旋转手柄60可以使活塞20在筒体10内旋转向前移动或旋转向后移动。
在一个实施例中,还包括夹持基座,筒体10安装于夹持基座上。夹持基座通过螺栓固定在试验台上。
上述高压充气阀体100,活塞20和连接件30采用螺纹配合,不仅可以使得活塞20旋转运动,还可以阻止筒体10内高压气体的反作用,可将筒体10内所有气体全部挤出,准确度高,防止活塞20反弹而导致气体加注失败。且活塞20运动灵活,寿命长。该高压充气阀体100,具有耐高压、操作灵活、计量准确等优点,通过设计合适的尺寸可以添加毫克级微量气体,例如单次气体充注的量为2毫克,且可多次连续添加气体,实现气体量的准确测量。从而克服气体流量计不能测量毫克级气体的缺点,在“污染气体对脉冲管制冷机性能的研究”的实验中,可以验证污染气体量和脉冲管制冷机性能衰减之间的关系。
上述高压充气系统以单次充注2毫克氮气为例进行设计:
氮气在温度T=300K,压力P=0.1MPa条件下,其密度ρ=1.1233×10-3mg/(mm)3
通过设计计算第一针阀40、筒体10、活塞20组成的气体存储腔恰好容纳2毫克氮气。
将旋转作用力作用在手柄60上,力矩传递到活塞20上,活塞20在筒体10内旋转运动、前后移动。
在第二针阀50关闭时,会有极少量氮气存在第二针阀50的充气管路中,活塞20做旋进运动时,存储腔内的氮气压力变大,密度随之变大,同时与第二针阀50连接的充气管路气体密度也变大,当活塞20越过筒体10的充气口时,第二针阀50的充气管路内的气体密度不再变大,在此过程中会导致存储腔内2毫克氮气质量向第二针阀50的充气管路偏移,理论误差0.004毫克,可忽略不计。
请参考图2,采用上述高压充气系统向脉冲管制冷机高压环境内单次加注2毫克气体,连续多次加气步骤如下所示:
1、脉冲管制冷机正常运行,图2中第一阀门300、第二阀门400、第三阀门500和第四阀门600全部关闭,活塞位于A,筒体10内部为空。
2、接着,打开第四阀门600和第一阀门300,活塞运动到B,对筒体10抽真空,抽至1.0×10-3Pa,压力平衡后,关闭第一阀门300。
3、打开第二阀门400,开始充装2mg氮气,压力为0.1Mpa,压力平衡后,关闭阀第二阀门400和第四阀门600。
4、转动手柄60,活塞20从B运动到A,2mg氮气充入脉冲管制冷机,加气完毕,关闭第三阀门500。
5、进行下一个循环。
通过上述操作,就可以不断向蓄热式脉冲制冷压机高环境中连续不断的添加2毫克微量气体,污染气体在脉冲管制冷机内不断积累影响制冷性能,使制冷性能恶化,从而实现实验目的。
上述高压充气系统,高压充气阀体100结构紧凑,无死体积,单次气体添加量准确,且可实现气体连续多次添加。高压充气阀体100通过连接真空系统200,可以将筒体10内气体抽干净,且保证每次加入的气体量准确,还能使筒体10内存储的气体纯净无杂质,而且因筒体10内气体密度变化而引起的误差极小,纯度高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高压充气阀体,其特征在于,包括筒体、活塞、连接套、第一针阀和第二针阀;
所述活塞的一端设于所述筒体内,所述连接套的一端套设于所述筒体设有所述活塞的一端,所述连接套的另一端和所述活塞通过螺纹连接,所述活塞在所述筒体内可旋转移动,所述活塞和所述筒体进行动密封配合,所述第一针阀设于所述筒体远离所述活塞的一端的端部,所述第二针阀设于所述筒体套设有所述连接套的一端的侧壁,所述第一针阀、所述筒体和所述第二针阀相互连通。
2.如权利要求1所述的高压充气阀体,其特征在于,所述活塞设于所述筒体的一端设有圆台形凸起,所述筒体设有所述第一针阀的一端设有与所述圆台凸起匹配的容纳腔。
3.如权利要求1所述的高压充气阀体,其特征在于,所述活塞设于所述筒体的一端的外壁设有环线凹槽,所述环线凹槽内设有O型圈。
4.如权利要求1所述的高压充气阀体,其特征在于,所述第一针阀和所述筒体焊接连接。
5.如权利要求1所述的高压充气阀体,其特征在于,所述第二针阀和所述筒体焊接连接。
6.如权利要求1所述的高压充气阀体,其特征在于,所述活塞远离所述筒体的一端设有手柄。
7.如权利要求1所述的高压充气阀体,其特征在于,还包括夹持基座,所述筒体安装于所述夹持基座上。
8.一种高压充气系统,其特征在于,包括高压充气阀体、真空装置、进气装置和三通管;
所述高压充气阀体包括筒体、活塞、连接套、第一针阀和第二针阀,所述活塞的一端设于所述筒体内,所述连接套的一端套设于所述筒体设有所述活塞的一端,所述连接套的另一端和所述活塞通过螺纹连接,所述活塞在所述筒体内可旋转移动,所述活塞和所述筒体进行动密封配合,所述第一针阀设于所述筒体远离所述活塞的一端的端部,所述第二针阀设于所述筒体套设有所述连接套的一端的侧壁,所述第一针阀、所述筒体和所述第二针阀相互连通;
所述真空装置和所述三通管的第一进口连通,所述进气装置和所述三通管的第二进口连通,所述第二针阀和所述三通管的出口连通。
9.如权利要求8所述的高压充气系统,其特征在于,所述活塞设于所述筒体的一端的外侧设有环线凹槽,所述环线凹槽内设有O型圈。
10.如权利要求8所述的高压充气系统,其特征在于,所述活塞设于所述筒体的一端设有圆台形凸起,所述筒体设有所述第一针阀的一端设有与所述圆台凸起匹配的容纳腔。
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