CN109764142A - 一种缓冲阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种缓冲阀，用于对充入液体介质储箱中的气体的压力进行有效控制，降低气体对容器的冲击。本发明的技术方案包括阀体、阀芯及阀芯调节机构，所述阀体上设有介质流通孔和阀芯安装孔，所述阀芯设于阀芯安装孔内，阀芯上设有能够与介质流通孔连通的阀芯孔，阀芯两端各设一组阀芯调节机构，通过两组阀芯调节机构能够使阀芯在阀芯安装孔内轴向运动，以调节阀芯孔和介质流通孔的重合度，实现阀芯对介质流通孔的节流。

Description

一种缓冲阀

技术领域

本发明涉及气体控制技术领域，具体为一种适用于气体的缓冲阀。

背景技术

在液体姿控技术领域，高压储气瓶的高压气体经过减压阀减压后直接充入储箱，给液体介质提供工作的压力。经过减压之后的气压压力还有2～6MPa，该压力下的气体直接快速充入液体介质储箱，该过程对储箱的冲击较大，影响储箱的寿命。加入轻质化的装置，减少气体对储箱的冲击是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种缓冲阀，用于对充入液体介质储箱中的气体的压力进行有效控制，降低气体对容器的冲击。

本发明的技术方案在于：包括阀体、阀芯及阀芯调节机构，所述阀体上设有介质流通孔和阀芯安装孔，所述阀芯设于阀芯安装孔内，阀芯上设有能够与介质流通孔连通的阀芯孔，阀芯两端各设一组阀芯调节机构，通过两组阀芯调节机构能够使阀芯在阀芯安装孔内轴向运动，以调节阀芯孔和介质流通孔的重合度，实现阀芯对介质流通孔的节流。

作为上述方案的优选，所述介质流通孔分为进口段和出口段，分设于阀芯安装孔两侧，且与阀芯安装孔连通，进口段和出口段同轴设置，其轴线与阀芯安装孔轴线垂直。

作为上述方案的优选，所述阀芯安装孔的轴向长度大于阀体的轴向长度，介质流通孔的进口段和出口段侧壁各开设有一组介质导流孔，两组介质导流孔分别与阀芯安装孔的两端连通，且进口段的介质导流孔的孔径大于出口段的介质导流孔孔径，长度小于出口段的介质导流孔的长度。

作为上述方案的优选，所述阀芯安装孔为阶梯孔，包括大径孔段和小径孔段，所述阀芯为阶梯轴，包括大径轴段和小径轴段，分别对应与大径孔段和小径孔段配合，所述阀芯孔贯穿于阀芯的中部区段，其轴线与阀芯垂直。

作为上述方案的优选，所述阀芯调节机构包括弹簧，所述阀芯两端面各设有一组弹簧，阀体上与阀芯大径轴段端面相对的一侧设有将阀芯安装孔和阀体外部连通的调节孔，所述调节孔内设有调节螺钉，所述阀芯大径轴段一侧的弹簧与调节螺钉连接，通过旋动调节螺钉能够调节对应弹簧的伸缩量。

作为上述方案的优选，所述阀体内的阀芯安装孔小径孔段端部中央设有一凹槽，阀芯两端面中央各设有一盲孔，所述弹簧一端置于盲孔内，阀芯小径轴段的弹簧另一端置于所述凹槽内，阀芯大径轴段的弹簧另一端与调节螺钉连接。

作为上述方案的优选，所述阀芯侧壁开设有多个环形凹槽，所述环形凹槽内设有O型密封圈，所述阀体上设有一排气孔，所述排气孔两端分别与阀芯安装孔和阀体外部连通，用于防止阀芯和阀体产生积气。

作为上述方案的优选，所述阀芯安装孔两端面各设有用于防止阀芯端面与阀芯安装孔端面贴合的限位凸台。

作为上述方案的优选，所述调节螺钉包括螺纹轴段和非螺纹轴段，所述调节孔包括螺纹孔段和直孔段，分别与调节螺钉的螺纹轴段和非螺纹轴段配合，所述调节孔的直孔段侧壁设有环形凹槽，环形凹槽内设有O型密封圈，调节螺钉的非螺纹轴段端面与弹簧连接。

上述技术方案相比于现有技术的有益效果在于以下方面：

1、采用上述结构的缓冲阀，在通入气体的初始阶段，能够有效降低进入液体介质储箱中的气体的压力，避免高压气体对箱体侧壁的冲击，提高箱体的使用寿命。

2、上述结构的缓冲阀能够根据液体介质储箱内气压的变化自动调节阀芯与阀体的开度，从而改变缓冲阀对气体的节流作用。

3、该缓冲装置结构简单、易装配拆卸、体积小、质量轻，使用范围广。

附图说明

图1和图2为本发明的整体结构剖视图图。

图3为初始状态下阀芯在阀芯安装孔内的位置示意图。

图4为缓冲阀进口段通入压力为PⅠ的介质后，阀芯在阀芯安装孔内的位置示意图。

图5为液体介质储箱的压力PⅡ与进口压力PⅠ逐渐接近时，阀芯孔与介质流通孔同轴的示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的实施例。

如图1所示，本实施例的结构包括阀体1、阀芯2及阀芯调节机构，所述阀体1上设有介质流通孔和阀芯安装孔6，所述阀芯2设于阀芯安装孔6内，阀芯2上设有能够与介质流通孔连通的阀芯孔4，阀芯2两端各设一组阀芯调节机构，通过两组阀芯调节机构能够使阀芯2在阀芯安装孔6内轴向运动，以调节阀芯孔4和介质流通孔的重合度，实现阀芯2对介质流通孔的节流。

在本实施例中，所述介质流通孔分为进口段3和出口段11，分设于阀芯安装孔6两侧，且与阀芯安装孔6连通，进口段3和出口段11同轴设置，其轴线与阀芯安装孔6轴线垂直。

在本实施例中，所述阀芯安装孔6的轴向长度大于阀体1的轴向长度，介质流通孔的进口段3和出口段11侧壁各开设有一组介质导流孔，两组介质导流孔分别与阀芯安装孔6的两端连通，且进口段3的介质导流孔14的孔径大于出口段11的介质导流孔10的孔径，长度小于出口段11的介质导流孔10的长度。

在本实施例中，所述阀芯安装孔6为阶梯孔，包括大径孔段和小径孔段，所述阀芯2为阶梯轴，包括大径轴段和小径轴段，分别对应与大径孔段和小径孔段配合，所述阀芯孔4贯穿于阀芯2的中部区段，其轴线与阀芯2垂直。

在本实施例中，所述阀芯调节机构包括弹簧(弹簧Ⅰ13和弹簧Ⅱ9)，所述阀芯2两端面各设有一组弹簧，阀体1上与阀芯2大径轴段端面相对的一侧设有将阀芯安装孔6和阀体1外部连通的调节孔，所述调节孔内设有调节螺钉8，所述阀芯2大径轴段一侧的弹簧与调节螺钉8连接，通过旋动调节螺钉8能够调节对应弹簧的伸缩量。

在本实施例中，所述阀体1内的阀芯安装孔6小径孔段端部中央设有一凹槽，阀芯2两端面中央各设有一盲孔，所述弹簧一端置于盲孔内，阀芯2小径轴段的弹簧另一端置于所述凹槽内，阀芯2大径轴段的弹簧另一端与调节螺钉8连接。

在本实施例中，所述阀芯2侧壁开设有多个环形凹槽，所述环形凹槽内设有O型密封圈，所述阀体1上设有一排气孔5，所述排气孔5两端分别与阀芯安装孔6和阀体1外部连通，用于防止阀芯2和阀体1产生积气。

在本实施例中，所述阀芯安装孔6两端面各设有用于防止阀芯2端面与阀芯安装孔6端面贴合的限位凸台7。

在本实施例中，所述调节螺钉8包括螺纹轴段和非螺纹轴段，所述调节孔包括螺纹孔段和直孔段，分别与调节螺钉8的螺纹轴段和非螺纹轴段配合，所述调节孔的直孔段侧壁设有环形凹槽，环形凹槽内设有O型密封圈12，调节螺钉8的非螺纹轴段端面与弹簧连接。

上述结构的缓冲阀的阀体1设置介质流通孔，同时在介质流通孔垂直方向设置阀芯安装孔6，用于安装阀芯2、弹簧Ⅰ和弹簧Ⅱ等，阀体1介质流通孔被阀芯安装孔6隔开为进口段3和出口段11，进口段3和出口段11分别各有一个介质导流孔与阀芯安装孔6导通，分布于介质流通孔轴线的两侧。

阀体1进口段3的介质导流孔的直径ФⅡ比出口段11介质导流孔直径ФⅢ大，流通距离比出口段11介质导流孔流通距离短。

阀芯2由两段直径不同的圆柱构成，安装在阀体1的阀芯安装孔6内，阀芯2上有3道环形凹槽用于安装O型圈，密封阀芯2和阀体1之间的间隙，确保介质按照设计要求流通。

所述阀芯2和阀体1有相对定位结构(阀芯台阶面和阀芯安装孔台阶面贴合)，确保阀体1的介质流通孔和阀芯2的介质流通孔的轴线始终平行。

所述的阀芯2的大径轴段(直径为ФⅤ)一端安装有刚度为KⅡ的弹簧Ⅱ9，小径轴段(直径为ФⅣ)一端安装有刚度为KⅠ的弹簧Ⅰ13，弹簧Ⅱ9的另一端安装有调节螺钉8，通过调整调节螺钉8的旋合量，可以控制弹簧Ⅰ13的初始压缩量△L₁₁和弹簧Ⅱ9的初始压缩量△L₂₁，进而控制弹簧Ⅰ13的初始作用力F₁₁和弹簧Ⅱ9的初始作用力F₂₁，实现阀芯2安装到预定的位置。

缓冲阀初始状态通过调节调节螺钉8，使阀芯2的阀芯孔4轴线与阀体1的介质流通孔的轴线存在一定距离△Ⅰ(如图3所示)，使得阀芯2与阀体1实际流通面积小于通径为ФⅠ的截面积，具备减压和节流功能。

此时阀芯2受力F₁为：

F₁＝F₁₁-F₂₁

其中F₁₁＝KⅠ﹡△L₁₁

F₂₁＝KⅡ﹡△L₂₁

当进口段3通入压力为PⅠ介质后，介质通过阀体1介质流通孔进口段3和阀芯孔4流向下游的出口段11，下游介质压力为PⅡ，同时通过阀体1进口段3的介质导流孔流向阀芯2直径为ФⅣ的一端，形成对阀芯2的作用力F₃₁，在介质作用力F₃₁的推动下，阀芯2向大径轴段一侧运动，初始运动时阀芯2受力(F₃₁+F₁₁-F₂₁),使弹簧Ⅰ13的压缩变小，压缩量减至△L₁₂，对应作用力为F₁₂,弹簧Ⅱ9的压缩量增大，压缩量增至△L₂₂,对应作用力为F₂₂，同时介质通过阀体1出口段11的介质导流孔进入安装弹簧Ⅱ9一端的密封腔内，对阀芯2形成作用力，阀芯2两端同时受介质作用力，形成合力F₃₂，此时阀芯2受力F₂，使阀芯2的介质流通孔轴线与阀体1的介质流通孔的轴线距离增大至△Ⅱ(如图4所示)，缓冲阀开度继续减小，节流作用增加，实现缓冲，确保对通向出口的气体对液体介质储箱的冲击在许可范围内，同时通过结构限位，阀芯2运动只能使轴线距离增至△Ⅱ，该距离根据设计计算设置。

此时阀芯2受力F₂为：

F₂＝F₁₂+F₃₁-F₂₂

其中：F₃₁＝(∏*ФⅣ*ФⅣ/4)*PⅠ

F₃₂＝(∏*ФⅣ*ФⅣ/4)*PⅠ-(∏*ФⅤ*ФⅤ/4)*PⅡ

F₁₂＝＝KⅠ﹡△L₁₂

F₂₂＝KⅡ﹡△L₂₂

当随着出口的气体增多，液体介质储箱的压力PⅡ与进口压力PⅠ逐渐接近时，由于出口段11介质导流孔导通气体作用于阀芯2的面积比进口段3介质导流孔作用在阀芯2的面积大，介质对阀芯2的作用力合力的方向会逐渐转变向相反的反向，阀芯2会向和初始运动方向相反的方向运动，会使阀芯2运动至阀芯孔4和阀体1介质流通孔的轴线重合(如图图5所示)，此时气体通过缓冲阀时几乎没有流阻。考虑到介质气体存在波动，因此出口压力比进口压力略小时，出口的气体对阀芯2的作用力就可推动阀芯2运动至阀芯孔4和阀体1的介质流通孔轴线重合，同时阀体1上的阀芯安装孔6两端都设有限位凸台，随着出口压力PⅡ继续增大时，当阀芯孔4和阀体1的介质流通孔轴线重合时，阀芯2不会再继续运动使阀芯2与阀体1产生节流。此时弹簧Ⅰ13的压缩量变大至△L₁₃，弹力为F₁₃,弹簧Ⅱ9的压缩量减少至△L₂₃，弹力为F₂₃。

此时阀芯2受力F₃(此力方向与F₁和F₂相反)为：

F₃＝F₂₃+F₃₃-F₁₃

F₃₃＝(∏*ФⅤ*ФⅤ/4)*PⅡ-(∏*ФⅣ*ФⅣ/4)*PⅠ

F₁₃＝KⅠ﹡△L₁₃

F₂₃＝KⅡ﹡△L₂₃

根据设计需要，调整两个弹簧刚度KⅠ、KⅡ、压缩量、介质导流孔直径ФⅡ、ФⅢ，阀芯2两端的直径ФⅣ、ФⅤ，可以控制节流的大小，满足系统使用需求。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种缓冲阀，其特征在于：包括阀体、阀芯及阀芯调节机构，所述阀体上设有介质流通孔和阀芯安装孔，所述阀芯设于阀芯安装孔内，阀芯上设有能够与介质流通孔连通的阀芯孔，阀芯两端各设一组阀芯调节机构，通过两组阀芯调节机构能够使阀芯在阀芯安装孔内轴向运动，以调节阀芯孔和介质流通孔的重合度，实现阀芯对介质流通孔的节流。

2.根据权利要求1所述的缓冲阀，其特征在于：所述介质流通孔分为进口段和出口段，分设于阀芯安装孔两侧，且与阀芯安装孔连通，进口段和出口段同轴设置，其轴线与阀芯安装孔轴线垂直。

3.根据权利要求2所述的缓冲阀，其特征在于：所述阀芯安装孔的轴向长度大于阀体的轴向长度，介质流通孔的进口段和出口段侧壁各开设有一组介质导流孔，两组介质导流孔分别与阀芯安装孔的两端连通，且进口段的介质导流孔的孔径大于出口段的介质导流孔孔径，长度小于出口段的介质导流孔的长度。

4.根据权利要求3所述的缓冲阀，其特征在于：所述阀芯安装孔为阶梯孔，包括大径孔段和小径孔段，所述阀芯为阶梯轴，包括大径轴段和小径轴段，分别对应与大径孔段和小径孔段配合，所述阀芯孔贯穿于阀芯的中部区段，其轴线与阀芯垂直。

5.根据权利要求4所述的缓冲阀，其特征在于：所述阀芯调节机构包括弹簧，所述阀芯两端面各设有一组弹簧，阀体上与阀芯大径轴段端面相对的一侧设有将阀芯安装孔和阀体外部连通的调节孔，所述调节孔内设有调节螺钉，所述阀芯大径轴段一侧的弹簧与调节螺钉连接，通过旋动调节螺钉能够调节对应弹簧的伸缩量。

6.根据权利要求5所述的缓冲阀，其特征在于：所述阀体内的阀芯安装孔小径孔段端部中央设有一凹槽，阀芯两端面中央各设有一盲孔，所述弹簧一端置于盲孔内，阀芯小径轴段的弹簧另一端置于所述凹槽内，阀芯大径轴段的弹簧另一端与调节螺钉连接。

7.根据权利要求6所述的缓冲阀，其特征在于：所述阀芯侧壁开设有多个环形凹槽，所述环形凹槽内设有O型密封圈，所述阀体上设有一排气孔，所述排气孔两端分别与阀芯安装孔和阀体外部连通，用于防止阀芯和阀体产生积气。

8.根据权利要求6所述的缓冲阀，其特征在于：所述阀芯安装孔两端面各设有用于防止阀芯端面与阀芯安装孔端面贴合的限位凸台。

9.根据权利要求6所述的缓冲阀，其特征在于：所述调节螺钉包括螺纹轴段和非螺纹轴段，所述调节孔包括螺纹孔段和直孔段，分别与调节螺钉的螺纹轴段和非螺纹轴段配合，所述调节孔的直孔段侧壁设有环形凹槽，环形凹槽内设有O型密封圈，调节螺钉的非螺纹轴段端面与弹簧连接。