CN109538798B - 一种减压阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减压阀。减压阀包括位于高压腔和低压腔之间的阀芯和阀座，所述阀芯和所述阀座之间形成阀口，所述阀座内设有位于阀口和低压腔之间的流体通道，所述流体通道包括与阀芯轴向具有夹角的折流通道，所述折流通道的内侧壁上靠近所述阀口的一侧设有凹陷。在折流通道上的凹陷能够容纳通道壁上靠近阀口位置的漩涡区，能够使漩涡区的位置远离流体主流所经过的区域，从而减小漩涡区对流体主流的阻碍，进而减小流体在流动过程中的能量损失，减小减压阀内的流阻。

Description

一种减压阀

技术领域

本发明涉及一种减压阀。

背景技术

减压阀是将进口压力减至某一需要的出口压力的阀门，部分减压阀可依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定。从流体力学的观点看，减压阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，即通过改变节流面积，使流速及流体的动能改变，造成不同的压力损失，从而达到减压的目的。

授权公告号为CN207112022U的中国实用新型专利公开了一种高效的气体减压阀，该减压阀主要包括阀体、调压丝杆、阀体内的阀座和阀芯，以及阀座与阀芯之间的阀口，阀体上分别设有与阀体内高压腔连通的进气口和与阀体内低压腔连通的出气口，通过调压丝杆以调节阀口节流面积、设定出口压力，然后将高压气源经过进气口通入阀体的高压腔，高压腔内气体通过阀口节流减压后沿阀座上的导气通道进入阀体的低压腔，最终由出气口排出，输出稳定的低压气体。

申请公布号为CN105587909A的中国发明专利申请文件中公开了一种多级高压先导式气体减压器，该减压器包括壳体，壳体位于第一级减压系统的上部安装有第一手柄，第一手柄的下侧安装第一调压弹簧，壳体内侧位于第一调压弹簧下部安装膜片，膜片的下部安装顶杆，壳体内位于顶杆处开设流动腔，壳体内侧位于顶杆的下部安装第一阀座，第一阀座的内侧安装第一阀芯。在壳体上还设有向第一级减压系统内通入气体的进气口，通过转动第一手柄，使调压弹簧被压缩，推动膜片，膜片变形顶压顶杆使阀芯向下运动并离开阀座密封面到一定开启高度，从进气口进入的高压气流经过第一阀芯与第一阀座密封面之间的缝隙时，损失一部分压力能，以达到减压的目的。减压后的气流通过流体通道进入流动腔，再由流动腔进入到第二级减压系统内做二级减压。

该减压器第一级减压系统中的流体通道为折弯通道，该折弯通道包括连通第一阀芯与第一阀座密封面之间的缝隙的第一个轴向直流通道和连通流动腔的第二个轴向直流通道，折流通道还包括连通两个轴向直流通道的横向直流通道，气体经第一轴向直流通道与横向直流通道交接处的直角折弯前半段时，朝向折弯侧的气体质点受到离心力的作用，气体压强沿程减小，流速增加，因此在直角折弯处的朝向折弯侧会产生漩涡区，漩涡区的紊流加大了气体在流动过程中的能量损失，使气体在流经直角折弯区时受到较大气阻，影响气体在减压器内的流动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减压阀，用于解决现有技术中减压阀流阻大的技术问题。

为实现上述目的，本发明减压阀的技术方案是：减压阀包括位于高压腔和低压腔之间的阀芯和阀座，所述阀芯和所述阀座之间形成阀口，所述阀座内设有位于阀口和低压腔之间的流体通道，所述流体通道包括与阀芯轴向具有夹角的折流通道，所述折流通道的内侧壁上靠近所述阀口的一侧设有凹陷。

本发明的有益效果是：在折流通道上的凹陷能够容纳通道壁上靠近阀口位置的漩涡区，使漩涡区的位置远离流体主流所经过的区域，从而减小漩涡区对流体主流的阻碍，进而减小流体在流动过程中的能量损失，减小了减压阀内的流阻。

作为对上述流体通道的进一步限定，所述流体通道包括沿所述阀芯轴向布置的上轴向通道和下轴向通道，所述上轴向通道与低压腔连通，所述下轴向通道与所述阀口连通，所述折流通道设置在两轴向通道之间，并且连通所述上轴向通道和所述下轴向通道。流体通道包括轴向布置的两段，这种沿阀芯轴向布置的通道结构，便于减压阀内构成流体通道的零件的加工和制作。

作为对上述凹陷的进一步限定，所述凹陷的内凹面为弧面。内凹面为弧面结构的凹陷，能够容纳漩涡区的同时，弧面的弧形过渡，能够减小由于通道壁的突变对流体质点产生的作用力，有助于减小流体阻力。

作为对上述凹陷的进一步限定，所述下轴向通道与凹陷之间通过倒圆角平滑过渡。圆角平滑过渡结构对靠近此处的流体具有引导作用，减小下轴向通道与凹陷之间的流体的能量损失。

作为对上述阀座和弧面的的进一步限定，所述阀座为分体式结构，包括上阀座和下阀座，所述上轴向通道设置在上阀座中，所述下轴向通道设置在下阀座中，所述下阀座的上端面上还设有与所述下轴向通道连通的所述球面凹槽，所述球面凹槽的凹面形成折流通道的内壁面。分体式的阀座结构，便于组成流体通道的阀座的加工和制作。

作为对上述减压阀的进一步限定，所述减压阀包括围成所述低压腔的金属膜片，金属膜片的远离高压腔侧设有用于顶推金属膜片以调整所述阀口大小的调整组件，所述调整组件包括驱动金属膜片的弹簧座和设置在弹簧座上的弹性件，所述调整组件还包括顶推弹性件的调整螺母，该调整螺母与所述弹性件之间设有推力轴承，调整螺母压在推力轴承的上片上。推力轴承设在调整螺母与弹性件之间，在对调整螺母调节的过程中，避免调整螺母与弹性件之间产生摩擦，进而影响弹性件的轴向变形，而且推力轴承的设置使调整螺母调节的过程顺滑无噪音，对弹性件轴向压力的调节更准确。

作为对上述弹性件的进一步限定，所述弹性件为碟簧，所述碟簧采用两片并联后两段串联的安装结构。采用上述结构的弹性件，满足弹性件弹力和轴向变形要求的同时，使弹性件体积更小、重量更轻，满足产品轻量化的要求。

作为对上述减压阀的进一步限定，所述高压腔内设有位于阀芯下端的用于与进气口连通的第一进气腔室，还设有在所述阀芯与所述阀座配合处的第二进气腔室，所述阀芯内设有连通第一进气腔室的轴向连通通道，还设有多个连通所述轴向连通通道与第二进气腔室且斜向布置的径向连通通道。上述布置方式的连通通道，增加减压阀内的高压气体的通道面积。

附图说明

图1为本发明减压阀的结构示意图；

图中，1-壳体，2-进气口，3-出气口，4-阀座，41-上阀座，42-下阀座，5-阀芯，51-顶杆，6-第一进气腔室，7-第二进气腔室，8-弹簧，9-顶推件，10-金属膜片，11-弹簧座，12-调整螺母，13-推力轴承，14-碟簧，15-锁紧螺母，16-上轴向通道，17-下轴向通道，18-折流通道，19-支撑环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的减压阀的具体实施例，如图1所示，减压阀包括壳体1和位于壳体1下部与壳体1密封连接的进气口2和出气口3，以及位于壳体1内高压腔和低压腔之间且沿上下方向布置的阀座4和阀芯5，阀芯5整体呈阶梯圆柱形，在高压腔内位于阀芯5的下方设有与进气口2连通的第一进气腔室6，高压腔内位于阀芯5与阀座4配合的阀口处还设有第二进气腔室7，阀芯5内外均设有连通第一进气腔室6和第二进气腔室7的连通通道，具体地，该连通通道包括位于阀芯5中心的轴向连通通道和连通轴向连通通道与第二进气腔室7的多个与阀芯5的轴线呈一定夹角布置的径向连通通道，还包括阀芯5外侧壁与壳体1内侧壁围成的位于阀芯5外的环状连通通道。上述连通通道的布置形式与现有技术中仅设有位于阀芯5外的环状连通通道相比，增加了气体的流通面积。

本实施例中，如图1所示，阀芯5外套设有弹簧8，弹簧8的一端顶压在壳体1上，另一端顶推在阀芯5朝向下方的台阶面上。在阀座4的下端面上设有环形的凸起，该凸起的端面与阀芯5的顶部端面配合以实现减压阀的开闭。阀座4上，在凸起的外侧还设有弧形凹部，该弧形凹部用于对移动的阀芯5进行避让，同时能够减少阀芯5对阀座4上的密封面的冲击，保护阀座4的密封面结构。

在阀芯5上设有用于伸入阀座4内的顶杆51，该顶杆51上方设有用于与顶杆51顶压配合的顶推件9，顶推件9上与顶杆51配合段的直径大于顶杆51的直径。该顶推件9的上方伸入到低压腔内，并与位于低压腔内的金属膜片10接触。在金属膜片10的上方设有用于顶压金属膜片10以调整阀口大小的调整组件，本实施例中，该调整组件包括与金属膜片10顶压配合的弹簧座11和套装在弹簧座11上的弹性件，调整组件还包括与壳体1螺纹配合且用于顶推弹性件的调整螺母12，该调整螺母12与弹性件之间设有推力轴承13和位于推力轴承13与弹性件之间的支撑环19。本实施例中，该弹性件具体为采用两片并联后两段串联的结构形成的碟簧14，这种弹性件的结构满足弹力要求和轴向变形要求的同时，使弹性件的重量最轻，有助于整个减压阀结构的轻量化。其他实施例中，该弹性件也可为螺旋弹簧结构。本实施例中，在对调整螺母12调节的过程中，调整螺母12压在推力轴承13的上片上，推力轴承13的设置可使调整螺母12调节的过程中顺滑无噪音，避免调整螺母12与弹性件之间的摩擦，使调整螺母12对弹性件轴向压力的调节更为准确。

本实施例中，通过旋转调整螺母12，使调整螺母12轴向移动，进而驱动碟簧14形变压缩，使顶推件9推动阀芯5下移，调节阀芯5与阀座4之间阀口的节流面积，设定低压腔和出气口3处的压力。在调整螺母12上还设有与调整螺母12螺纹配合的锁紧螺母15，用于锁定调整螺母12的位置，避免调整螺母12相对壳体1的松脱。

在阀座4内还设有位于阀口和低压腔之间的流体通道，具体地，阀座4为分体式结构，包括上阀座41和下阀座42，下阀座42顶压在壳体1内的台阶面上，上阀座41与壳体1螺纹配合，顶压在下阀座42上。阀芯5上的顶杆51穿过下阀座42，并与穿过上阀座41的顶推件9顶压配合，顶杆51与顶推件9的顶压接触面位于上阀座41与下阀座42之间。其他实施例中，阀座也可采用整体式结构。本实施例中，流体通道包括位于上阀座41内连通低压腔的上轴向通道16和位于下阀座42内的下轴向通道17，上轴向通道16在上阀座41内绕其轴线间隔布置，下轴向通道17由位于下阀座42内顶杆51的外侧壁和下阀座42的内侧壁围成，在下阀座42与上阀座41之间还设有连通上轴向通道16和下轴向通道17且与阀芯5的轴线具有夹角的折流通道18，在下阀座42的上端面上设有球面凹槽，该球面凹槽与下轴向通道17连通，本实施例中，上述球面凹槽的内凹面和顶推件9的下端部分、顶杆51上端部分以及上阀座41的下端面形成整个折流通道18。上述球面凹槽即为折流通道18的内侧壁上靠近阀口一侧的凹陷。本实施例中，上述凹陷由内凹面为弧面的球面凹槽形成，其他实施例中，上述凹陷可以由平直面构成。

当气流经过下轴向通道17进入折流通道18时，受通道壁的影响，下轴向通道17与折流通道18交接段的后半段，即折流通道18整体的前半段上，折流通道18内靠近阀口侧的气体质点产生离心力，由于此处折流通道18相对下轴向通道17上的通道壁转角较大，再加上气体惯性力的作用，在该处的气体会形成漩涡区，漩涡区的形成加大了折流通道18上能量的损失。漩涡区内不断产生着漩涡，其能量来自气体主流，因而不断消耗着气体主流的能量，形成对气体主流的阻碍；在漩涡区及其附近，由于流速的降低和流速梯度的增加，也使气体主流能量损失有所增加，在漩涡不断被气体主流带走并扩散的过程中，加剧了下游一定范围内的紊流脉动，从而加大了折流通道18段上的能量损失。在折流通道18内靠近阀口位置上设置凹陷，能够容纳上述折流通道18前半段内侧壁上形成的漩涡，使漩涡区的位置远离气体主流所经过的区域，从而减小漩涡区对气体主流的阻碍，进而减小整个折流通道18上能量的损失，减小减压阀气阻。

本实施例中，在上轴向通道16的侧壁面与折流通道18上形成球形凹槽的弧面之间通过倒圆角平滑过渡，该倒圆角平滑过渡段可对进入折流通道18的气体主流起引导作用，而且倒圆角平滑过渡段的设置，有助于减小此处气体主流的能量损失。

本实施例中的流体通道由两段轴向通道和位于轴向通道之间的折流通道组成，其他实施例中，流体通道也可以由与低压腔连通的轴向通道与靠近阀口位置的折流通道组成，折流通道的内侧壁上靠近阀口一侧设有凹陷。

其他实施例中，阀芯上的顶杆可以穿过阀座伸入到低压腔内，折流通道也可以由设在阀座上的斜向通孔形成，如授权公告号为CN207112022U的实用新型专利中减压阀阀座上的的导气孔所示。此时凹陷可以设在斜向通孔的外侧壁上以容纳在斜向通孔内形成的漩涡区。

其他实施中，阀芯上不设置顶杆结构，顶推件的下端面顶压在阀芯的上端面上，折流通道由球面凹槽的凹面、顶推件的外周面以及上阀座的下端面形成。

需要说明的是，本发明中的减压阀还可用于液体的减压。

Claims (8)

1.一种减压阀，包括位于高压腔和低压腔之间的阀芯和阀座，所述阀芯和所述阀座之间形成阀口，所述阀座内设有位于阀口和低压腔之间的流体通道，所述流体通道包括与阀芯轴向具有夹角的折流通道，其特征在于：所述折流通道的内侧壁上靠近所述阀口的一侧设有凹陷，凹陷能够容纳通道壁上靠近阀口位置的漩涡区，使漩涡区的位置远离流体主流所经过的区域。

2.根据权利要求1所述的减压阀，其特征在于：所述流体通道包括沿所述阀芯轴向布置的上轴向通道和下轴向通道，所述上轴向通道与低压腔连通，所述下轴向通道与所述阀口连通，所述折流通道设置在两轴向通道之间，并且连通所述上轴向通道和所述下轴向通道。

3.根据权利要求2所述的减压阀，其特征在于：所述凹陷的内凹面为弧面。

4.根据权利要求3所述的减压阀，其特征在于：所述下轴向通道与凹陷之间通过倒圆角平滑过渡。

5.根据权利要求3或4所述的减压阀，其特征在于：所述阀座为分体式结构，包括上阀座和下阀座，所述上轴向通道设置在上阀座中，所述下轴向通道设置在下阀座中，所述下阀座的上端面上还设有与所述下轴向通道连通的球面凹槽，所述球面凹槽的凹面形成折流通道的内侧壁。

6.根据权利要求1所述的减压阀，其特征在于：所述减压阀包括围成所述低压腔的金属膜片，金属膜片的远离高压腔侧设有用于顶推金属膜片以调整所述阀口大小的调整组件，所述调整组件包括驱动金属膜片的弹簧座和设置在弹簧座上的弹性件，所述调整组件还包括顶推弹性件的调整螺母，该调整螺母与所述弹性件之间设有推力轴承，调整螺母压在推力轴承的上片上。

7.根据权利要求6所述的减压阀，其特征在于：所述弹性件为碟簧，所述碟簧采用两片并联后两段串联的安装结构。

8.根据权利要求1所述的减压阀，其特征在于：所述高压腔内设有位于阀芯下端的用于与进气口连通的第一进气腔室，还设有在所述阀芯与所述阀座配合处的第二进气腔室，所述阀芯内设有连通第一进气腔室的轴向连通通道，还设有多个连通所述轴向连通通道与第二进气腔室且斜向布置的径向连通通道。

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