CN111022655B - 一种双向可靠截止密封的气控阀 - Google Patents

一种双向可靠截止密封的气控阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双向可靠截止密封的气控阀，解决现有气控阀介质压力适应性差、密封结构复杂的问题。该气控阀包括壳体、阀芯、阀座、卸荷活塞、驱动活塞、弹簧、锁紧螺钉和气腔外壳；壳体包括进口、出口和中间流道，中间流道包括依次连通的第一流道、第二流道和第三流道，阀芯设置在中间流道内，包括依次设置的第一阻断段、第二阻断段、第三阻断段、第四阻断段和第五阻断段；第一阻断段设置在第一流道内，第二阻断段、第三阻断段设置在第二流道内，第四阻断段和第五阻断段设置在第三流道内；阀座设置在第二流道内；卸荷活塞位于第三流道内；锁紧螺钉位于第三流道内；驱动活塞位于第三流道内；弹簧设置在驱动活塞和卸荷活塞之间。

Description

一种双向可靠截止密封的气控阀
技术领域
本发明涉及气控阀，具体涉及一种双向可靠截止密封的气控阀，特别是一种进出口均可截止密封的气控阀，可作为高可靠打开高压介质的密封阀门。
背景技术
目前，常用的气控阀大多无卸荷结构，或仅在阀门入口或出口设置卸荷结构，随着工作压力增大，阀芯和阀座的密封比压超过非金属材料的需用比压，非金属材料失效，导致阀门的密封泄漏，因此常用气控阀介质压力适应性差、压力范围窄。而现有进出口卸荷阀门均是将进口和出口卸荷部位设置在阀门某一端，均需设置较长的引压孔、外漏和内漏卸荷结构复杂、密封部位较多。同时，现有气控阀的密封非金属均采取冷或热压合、粘接或滚边锁紧，使得其制造工艺复杂，周期长。此外，相同结构尺寸下，现有气控阀结构质量较大，反向密封性差，阀芯生产加工工艺性差，周期长，高压介质下所需控制气压力高。
发明内容
本发明的目的是解决现有气控阀介质压力适应性差、密封结构复杂的问题，提供一种双向可靠截止密封的气控阀。本发明的气控阀将进口和出口卸荷部位分别设置在两端，且采用直接装配非金属塑料密封块的方案，简化卸荷结构，提升密封性能，改进生产装配难度。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种双向可靠截止密封的气控阀，包括壳体、阀芯、阀座、卸荷活塞、驱动活塞、弹簧、锁紧螺钉和气腔外壳；所述壳体包括进口、出口和中间流道，所述中间流道包括依次连通的第一流道、第二流道和第三流道，所述第二流道与进口连通，所述第三流道与出口连通，所述阀芯设置在中间流道内，用于阻断进出口之间的介质，包括依次设置的第一阻断段、第二阻断段、第三阻断段、第四阻断段和第五阻断段；所述第一阻断段设置在第一流道内，所述第二阻断段、第三阻断段设置在第二流道内，所述第四阻断段和第五阻断段设置在第三流道内；所述阀座设置在第二流道内，与第三阻断段配合，实现介质的阻断；所述卸荷活塞位于第三流道内，且套装在第四阻断段和第五阻断段上，其一端设置有连通第二流道和第三流道的多个过流孔；所述锁紧螺钉位于第三流道内，且与第五阻断段固定连接；所述驱动活塞位于第三流道内，且套装在锁紧螺钉上，其能够随着锁紧螺钉轴向移动；所述弹簧设置在驱动活塞和卸荷活塞之间，用于提供阀门关闭的轴向力；所述气腔外壳设置在锁紧螺钉的外侧，且与壳体固定连接，将第三流道封闭，其端面上设置有进气口。
进一步地，所述第二阻断段与第一阻断段、第三阻断段连接的面为锥形面。
进一步地，所述阀座和卸荷活塞之间设置有压环，用于将阀座压紧在壳体上。
进一步地，所述锁紧螺钉的上设置有限位凸台，所述驱动活塞的内表面固定设置有环形卡台，所述环形卡台的两侧面分别与第五阻断段、限位凸台的端面相接触。
进一步地，所述锁紧螺钉上设置有盲孔，所述盲孔与气腔外壳进气口连通。
进一步地，所述驱动活塞和卸荷活塞的端面上设置有安装孔，所述弹簧的两端设置在安装孔内。
进一步地，所述第一阻断段与第一流道的配合面上设置有第一密封圈。
进一步地，所述卸荷活塞与第三流道的配合面上设置有第二密封圈，与第五阻断段的配合面上设置有第三密封圈。
进一步地，所述锁紧螺钉与驱动活塞的配合面上设置有第五密封圈，与气腔外壳的配合面上设置有第四密封圈。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明气控阀的进口设置卸荷密封部位，从而减小阀芯沿自身轴向受力，进而减小气控阀打开所需的控制作用力；出口设置卸荷密封部位，增大了气控阀开启状态阀芯沿自身轴向关闭力，减小了气控阀结构尺寸和质量。
2.本发明双向可靠截止密封的气控阀通过在进、出口设置卸荷结构，实现双向可靠截止密封，生产和装配工艺性好。
3.相比传统气控阀的密封非金属冷或热压合、粘接或滚边锁紧结构，本发明气控阀采取直接装配实现密封，减少了密封零部件的生产环节，降低了生产难度，提高了密封性。
附图说明
图1为本发明双向可靠截止密封的气控阀的结构图；
图2为本发明气控阀的入口卸荷结构图；
图3为本发明气控阀的出口卸荷结构图；
图4为本发明气控阀的阀座压合结构图。
附图标记：1-壳体，2-阀芯，3-阀座，4-压环，5-卸荷活塞，6-驱动活塞，7-弹簧，8-锁紧螺钉，9-气腔外壳，10-螺栓，11-第一密封圈，12-第二密封圈，13-第三密封圈，14-第四密封圈，15-第五密封圈，101-第一流道，102-第二流道，103-第三流道，21-第一阻断段，22-第二阻断段，23-第三阻断段，24-第四阻断段，25-第五阻断段，51-过流孔，61-环形卡台，81-限位凸台，82-盲孔，91-进气口。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
本发明提供的双向可靠截止密封的气控阀能够提高现有常见气控阀的压力适应能力，可在较大压力范围内工作，也可实现气控阀的生产加工特性的提升。
如图1至图4所示，本发明提供的双向可靠截止密封的气控阀包括壳体1、阀芯2、阀座3、压环4、卸荷活塞5、驱动活塞6、弹簧7、锁紧螺钉8和气腔外壳9。
壳体1包括进口、出口和中间流道，中间流道包括依次连通的第一流道101、第二流道102和第三流道103，第二流道102与进口连通，第三流道103与出口连通，阀芯2设置在中间流道内，用于阻断进出口之间的介质，包括依次设置的第一阻断段21、第二阻断段22、第三阻断段23、第四阻断段24和第五阻断段25，第二阻断段22与第一阻断段21、第三阻断段23连接的面为锥形面，第四阻断段24与第三阻断段23、第五阻断段25连接的面为锥形面。第一阻断段21设置在第一流道101内，第二阻断段22、第三阻断段23设置在第二流道102内，第四阻断段24和第五阻断段25设置在第三流道103内；阀座3为塑料阀座，其设置在第二流道102内，与第三阻断段23配合，实现介质的阻断。
卸荷活塞5位于第三流道103内，且套装在第四阻断段24和第五阻断段25上，其一端设置有连通第二流道102和第三流道103的多个过流孔51；锁紧螺钉8位于第三流道103内，且与第五阻断段25固定连接；驱动活塞6位于第三流道103内，且套装在锁紧螺钉8上，其能够随着锁紧螺钉8轴向移动，具体通过以下设置实现轴向移动，锁紧螺钉8的上设置有限位凸台81，驱动活塞6的内表面固定设置有环形卡台61，环形卡台61的两侧面分别与第五阻断段25、限位凸台81的端面相接触，当锁紧螺钉8轴向移动时，通过轴向推动环形卡台61实现驱动活塞6的轴向移动。
弹簧7设置在驱动活塞6和卸荷活塞5之间，用于提供阀门关闭的轴向力；具体的，驱动活塞6和卸荷活塞5的端面上设置有安装孔，弹簧7的两端设置在安装孔内。阀座3和卸荷活塞5之间设置有压环4，用于将阀座3压紧在壳体1上，使得壳体1和阀座3的密封更加可靠。
气腔外壳9设置在锁紧螺钉8的外侧，且与壳体1固定连接，将第三流道103封闭，其端面上设置有进气口91，锁紧螺钉8上设置有盲孔82，盲孔82与气腔外壳9进气口91连通，外部气源通入高压气体，推动锁紧螺钉8轴向移动。
第一阻断段21与第一流道101的配合面上设置有第一密封圈11，卸荷活塞5与第三流道103的配合面上设置有第二密封圈12，与第五阻断段25的配合面上设置有第三密封圈13；锁紧螺钉8与驱动活塞6的配合面上设置有第五密封圈15，驱动活塞6与气腔外壳9的配合面上设置有第四密封圈14。
本发明气控阀中，阀芯2和驱动活塞6通过锁紧螺钉8连接，在阀门启闭过程中是核心运动部件；气腔外壳9通过卸荷活塞5、压环4，并借助螺栓10将塑料阀座压合在壳体1内槽上；第一密封圈11、阀芯2、壳体1、塑料阀座共同组成的入口的卸荷结构；卸荷活塞5、阀芯2、塑料阀座共同组成的出口卸荷结构；塑料阀座3和压环4共同组成了阀座3压合结构。
图2所示为入口卸荷结构，通过调整阀芯2密封直径D和入口卸荷直径D1的相互大小关系，设计出满足要求的密封力，和弹簧7力进行匹配，可实现控制气的设计和密封性能设计。本发明气控阀的阀芯2贯穿布置于进出口流道，通过在介质进口设置略小于阀芯2密封直径的卸荷密封部位，入口介质压力沿阀芯2轴向表现为密封力，利于气控阀的密封。由于卸掉了大部分介质压力，气控阀打开时所需的控制气作用力减小，控制气腔作用面积减小，实现控制气腔结构和质量的减小。
图3所示为出口卸荷结构，通过调整阀芯2密封直径D和出口卸荷直径D2的相互大小关系，设计出满足出口介质密封的作用力，和弹簧7力进行匹配，可实现反向截止密封的能力。本发明气控阀通过在介质出口设置约等于阀芯2密封直径的卸荷密封部位，大幅增加介质压力沿阀芯2轴向的关闭力，由于介质压力利于关闭，同时减小了用于关闭的弹簧力，减小弹簧7结构尺寸，实现气控阀结构尺寸和质量的减小。
图4为阀座3压合结构示意图，它由塑料阀座3、压环4和壳体环槽组成。阀座3塑料需要根据介质压力考虑是否设置一定过盈量，密封时依靠壳体1和气腔外壳9、螺栓10拧紧时提供密封力。气控阀采用塑料阀座3压合结构，保证密封的前提下，提高了生产加工工艺。
本发明双向可靠截止密封的气控阀主要由入口卸荷结构、出口卸荷结构、塑料阀座3压合结构等组成。该气控阀的工作原理为当控制气腔无压力时，入口介质压力和弹簧7力共同作用，使气控阀维持关闭状态；当控制气腔压力增大时，气腔压力驱动活塞6克服入口介质压力和弹簧力，带动阀芯2运动，使阀芯2和阀座3脱离，打开介质流道，控制气作用力、介质压力共同作用维持气控阀处于打开状态。
本发明气控阀通过入口设置卸荷结构降低了阀门打开所需控制气腔压力，进而降低控制气腔的结构尺寸和质量，通过出口设置卸荷结构，减小阀门关闭时对弹簧力的需求，并有效提高气控阀关闭状态对出口介质压力波动的应对能力，密封出口介质，防止反窜入口。塑料阀座压合结构，装配简单可靠，提高气控阀的装配效率。本发明具有对介质压力大小不敏感，结构紧促、加工制造方便、装配简单等优点，其中各要素均可以作为各型气控阀应用，本发明可以应用高压介质管路中的通断控制。

Claims (2)

1.一种双向可靠截止密封的气控阀，其特征在于：包括壳体(1)、阀芯(2)、阀座(3)、卸荷活塞(5)、驱动活塞(6)、弹簧(7)、锁紧螺钉(8)和气腔外壳(9)；
所述壳体(1)包括进口、出口和中间流道，所述中间流道包括依次连通的第一流道(101)、第二流道(102)和第三流道(103)，所述第二流道(102)与进口连通，所述第三流道(103)与出口连通，所述阀芯(2)设置在中间流道内，用于阻断进、出口之间的介质，包括依次设置的第一阻断段(21)、第二阻断段(22)、第三阻断段(23)、第四阻断段(24)和第五阻断段(25)；所述第一阻断段(21)设置在第一流道(101)内，所述第二阻断段(22)、第三阻断段(23)设置在第二流道(102)内，所述第四阻断段(24)和第五阻断段(25)设置在第三流道(103)内；
所述阀座(3)为塑料阀座，设置在第二流道(102)内，与第三阻断段(23)配合，实现介质的阻断；
所述卸荷活塞(5)位于第三流道(103)内，且套装在第四阻断段(24)和第五阻断段(25)上，其一端设置有连通第二流道(102)和第三流道(103)的多个过流孔(51)；
所述第一阻断段(21)与第一流道(101)的配合面上设置有第一密封圈(11)；所述第一密封圈(11)的密封直径小于第三阻断段(23)和阀座(3)的密封直径；
所述卸荷活塞(5)与第三流道(103)的配合面上设置有第二密封圈(12)，与第五阻断段(25)的配合面上设置有第三密封圈(13)；所述第三密封圈(13)的密封直径等于阀芯(2)和阀座(3)的密封直径；
所述锁紧螺钉(8)位于第三流道(103)内，且与第五阻断段(25)固定连接；
所述驱动活塞(6)位于第三流道(103)内，且套装在锁紧螺钉(8)上，其能够随着锁紧螺钉(8)轴向移动；
所述弹簧(7)设置在驱动活塞(6)和卸荷活塞(5)之间，用于提供阀门关闭的轴向力；
所述气腔外壳(9)设置在锁紧螺钉(8)的外侧，且与壳体(1)固定连接，将第三流道(103)封闭，其端面上设置有进气口(91)；
所述第二阻断段(22)与第一阻断段(21)、第三阻断段(23)连接的面为锥形面；
所述阀座(3)和卸荷活塞(5)之间设置有压环(4)，用于将阀座(3)压紧在壳体(1)上；
所述锁紧螺钉(8)的上设置有限位凸台(81)，所述驱动活塞(6)的内表面固定设置有环形卡台(61)，所述环形卡台(61)的两侧面分别与第五阻断段(25)、限位凸台(81)的端面相接触；
所述锁紧螺钉(8)上设置有盲孔(82)，所述盲孔(82)与气腔外壳(9)进气口(91)连通；
所述驱动活塞(6)和卸荷活塞(5)的端面上设置有安装孔，所述弹簧(7)的两端设置在安装孔内。
2.根据权利要求1所述的双向可靠截止密封的气控阀，其特征在于：所述锁紧螺钉(8)与驱动活塞(6)的配合面上设置有第五密封圈(15)，所述驱动活塞(6)与气腔外壳(9)的配合面上设置有第四密封圈(14)。
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