CN112178252B - 一种减压阀卸荷结构以及减压阀 - Google Patents

一种减压阀卸荷结构以及减压阀 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种减压阀卸荷结构以及减压阀，包括壳体、阀座、活动件、反馈孔、卸荷腔、进口高压区、出口低压区以及过渡区；过渡区连通出口低压区，出口低压区通过反馈孔连通卸荷腔；活动件一个端部位于卸荷腔，活动件另一个端部位于过渡区，活动件贯穿进口高压区，活动件能够在卸荷腔、进口高压区、过渡区内往复运动；阀座一端连接进口高压区，阀座另一端连接过渡区，活动件贯穿阀座并能够与阀座配合实现进口高压区与过渡区的连通开度调节。本发明活动件的两端分别设置在通过出口低压区相互连通的卸荷腔和过渡区，使得活动件两端受力相同，活动件的开闭不受进口端压力的影响，能够在小流量甚至锁闭工况下长期稳定工作。

Description

一种减压阀卸荷结构以及减压阀
技术领域
本发明涉及阀门技术领域，具体地，涉及一种减压阀卸荷结构以及减压阀，尤其是一种活塞杆式反向卸荷结构，适用于小型卸荷减压阀。
背景技术
作为空间化学推进系统的补充，电推进系统在航天器上的应用日益广泛。电推进系统常将减压阀安装于高压气瓶下游，用于将高压减为低压。较化学推进系统，减压阀在电推进系统上的应用呈现新特点：第一，由于电推进系统限制，减压阀的重量和外形尺寸被严格限制；第二，电推进系统的工作流量小，要求减压阀能够在小流量甚至锁闭工况下长期稳定工作；第三，对电推进系统而言，减压阀的入口压力范围变化大而出口压力低，减压阀单级拥有大减压比(进口压力/出口压力)是优选方案。因此，电推进系统优先考虑小型卸荷式减压阀方案。
纵观国内外技术现状，不卸荷减压阀的结构简单，有利于缩小阀座口径，容易达到产品小型化目的，但不卸荷减压阀的阀芯会受到入口压力的影响，对于需要长时在轨使用的电推进系统而言，既不利于在小流量和宽入口压力下长期稳定工作，也不利于单级大减压比的实现。即使一些减压阀采用卸荷式方案，因卸荷结构限制，阀座口径无法做到很小，这影响减压阀的重量和外形尺寸。因此，电推进系统用减压阀的卸荷元件是设计重点。
专利文献CN208997058U公开了一种通流能力大、集成度高的一种大流量减压卸荷阀，包括先导式减压阀和设置在先导式减压阀的阀体上的电磁球阀、节流阀、电磁换向阀，先导式减压阀的阀芯设置在高压油进口与工作油出口之间，电磁球阀、节流阀、电磁换向阀依次设置在回油口和高油压进口之间，所述先导式减压阀的阀芯在阀体内滑动设置，阀芯一端设置有弹簧，其另一端设置有先导压力控制腔，丝堵和侧法兰分别设置在阀芯两端的阀体上，先导油口分别与先导压力控制腔、节流阀相连，泄油口与回油口相连。改专利文献先导式减压阀采用滑阀结构，通流能力大，可满足大流量的需求，但是包含先导式减压阀与高低压控制相关阀件等多个阀门元件，难以实现小型化，也不适合小流量和宽入口压力下长期稳定工作。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种减压阀卸荷结构以及减压阀。
根据本发明提供的一种减压阀卸荷结构，包括壳体、阀座、活动件、反馈孔、卸荷腔、进口高压区、出口低压区以及过渡区；
所述壳体内设置有进口高压区、卸荷腔、过渡区以及出口低压区，过渡区连通出口低压区，出口低压区通过反馈孔连通卸荷腔；
所述活动件一个端部位于卸荷腔，活动件另一个端部位于过渡区，活动件贯穿进口高压区，活动件能够在卸荷腔、进口高压区、过渡区内往复运动；
所述阀座一端连接进口高压区，阀座另一端连接过渡区，活动件贯穿阀座并能够与阀座配合实现进口高压区与过渡区的连通开度调节。
优选地，还包括衬套组件，所述衬套组件包括衬套、O形圈，壳体上靠近卸荷腔一侧设置有凹槽，衬套安装在凹槽内，衬套上设置有凹陷，O形圈安装在凹陷内，活动件贯穿安装在O形圈内。
优选地，所述凹槽设置在卸荷腔的底部，凹陷设置在衬套的一端，衬套上的凹陷与壳体上的凹槽壁面形成密封沟槽，O形圈安装在密封沟槽内。
优选地，所述密封沟槽的加工过程如下：
步骤一：在卸荷腔底部加工凹槽，在衬套的一端加工凹陷；
步骤二：将衬套过盈配合安装在凹槽内，安装后衬套端部表面与卸荷腔底部表面的高度差控制在±0.05mm以内；
第三：通过焊缝将衬套与壳体连接；
步骤四：对衬套和壳体上与活动件接触的位置进行精密加工。
优选地，所述凹陷设置衬套的中部直接形成密封沟槽，O形圈安装在密封沟槽内。
优选地，所述衬套过盈配合安装在凹槽内后通过焊缝连接壳体。
优选地，所述O形圈的外径与内径之差大于衬套上凹陷沿径向的深度；
所述O形圈的内径面与活动件的外径面密封接触，O形圈的外径面与衬套上凹陷的底面密封接触。
优选地，所述活动件包括阀芯、活塞杆，活塞杆靠近阀座处设置有阀芯，阀芯与阀座形成密封副，阀芯开启的方向与工作介质的流动方向相反。
优选地，所述阀芯呈锥形；阀座上设置有活塞杆贯穿孔，活塞杆贯穿孔的直径等于活塞杆的外径。
根据本发明提供的一种减压阀，采用所述的减压阀卸荷结构。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明结构简单，构造紧凑，有利于实现减压卸荷阀的小型化，活动件的两端分别设置在卸荷腔和过渡区，卸荷腔与过渡区均与出口低压区连接，使得活动件两端受力相同，活动件的开闭不受进口端压力的影响，能够在小流量甚至锁闭工况下长期稳定工作。
2、本发明的通过衬套和O形圈实现活动件与卸载腔之间的密封，从而将进口高压区与卸载腔隔断，通过衬套和壳体上凹槽装配得到安装O形圈的密封沟槽，能够效保证密封沟槽的尺寸精度和表面质量，从而提升密封效果。
3、本发明活动件上阀芯的开启方向与工作介质的流动方向相反，有利于减少工作介质对阀芯端面的冲击力，提高阀芯的工作寿命。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中区域A的剖视结构示意图。
图中示出：
壳体1 反馈孔6
衬套2 焊缝7
O形圈3 卸荷腔8
阀座4 进口高压区9
活动件5 出口低压区10
活塞杆501 过渡区11
阀芯502
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种小型减压阀卸荷结构：壳体1、衬套2、O形圈3、阀座4、活动件5、反馈孔6、焊缝7和卸荷腔8；壳体1的进口端为高压区，出口端为低压区；通过反馈孔6，卸荷腔8与低压区相通；活动件5一端为活塞杆502，另一端为锥面阀芯501；衬套2通过焊缝7与壳体1固定连接，形成活塞杆密封沟槽；O形圈3装于活塞杆密封沟槽内；活塞杆与O形圈3配合安装形成一道活塞杆密封；阀芯与阀座4配合形成一道密封副，阀芯开启方向与工作介质流动方向相反。本发明为反向卸荷减压阀的小型化提供一种解决方案，同时取得单级大减压比、小流量工况下长期稳定工作的有益效果。
根据本发明提供的一种减压阀卸荷结构，如图2所示，包括壳体1、阀座4、活动件5、反馈孔6、卸荷腔8、进口高压区9、出口低压区10以及过渡区11；所述壳体1内设置有进口高压区9、卸荷腔8、过渡区11以及出口低压区10，过渡区11连通出口低压区10，出口低压区10通过反馈孔6连通卸荷腔8；所述活动件5一个端部位于卸荷腔8，活动件5另一个端部位于过渡区11，活动件5贯穿进口高压区9，活动件5能够在卸荷腔8、进口高压区9、过渡区11内往复运动；所述阀座4一端连接进口高压区9，阀座4另一端连接过渡区11，活动件5贯穿阀座4并能够与阀座4配合实现进口高压区9与过渡区11的连通开度调节，优选地，阀座4通过螺纹与壳体1固定连接。本发明适用于小型卸荷减压阀，实现对进口压力完全卸荷，达到单级大减压比，有利于在小流量甚至锁闭工况下长期稳定工作。
还包括衬套组件，所述衬套组件包括衬套2、O形圈3，壳体1上靠近卸荷腔8一侧设置有凹槽，衬套2安装在凹槽内，衬套2上设置有凹陷，O形圈3安装在凹陷内，活动件5贯穿安装在O形圈3内。
在一个实施例中，所述凹槽设置在卸荷腔8的底部，凹陷设置在衬套2的一端，衬套2上的凹陷与壳体1上的凹槽壁面形成密封沟槽，O形圈3安装在密封沟槽内。所述密封沟槽的加工过程如下：
步骤一：在卸荷腔8底部加工凹槽，在衬套2的一端加工凹陷，加工主要包括沟槽的深度、宽度、倒角及相关表面粗糙度的加工；
步骤二：将衬套2过盈配合安装在凹槽内，安装后衬套2端部表面与卸荷腔8底部表面的高度差控制在±0.05mm以内；
第三：通过焊缝7将衬套2与壳体1连接，焊缝7用于封堵壳体1与衬套2之间的泄漏通道；
步骤四：对衬套2和壳体1上与活动件接触的位置进行精密加工，即对与活动件5的活塞杆502配合的内孔进行精密加工，保证内孔尺寸、表面粗糙度及相关形位公差，有利于提高活动件5的阀芯501与阀座4的对中效果。
减压阀卸荷结构有两个关键部位：用于与活动件5的活塞杆实现密封的密封沟槽、用于与活动件5活塞杆502配合的内孔。本发明的设计和加工方法可以保证关键部位的加工质量：虽然活塞杆密封沟槽尺寸较小且位于深孔内，常规方法较难实现深孔内凹槽的精确加工，本发明密封沟槽不是通过机加直接形成，而是通过壳体1和衬套2装配间接得到密封沟槽，可在装配前进行加工，有效保证沟槽的尺寸精度和表面质量。对与活塞杆配合的内孔在焊缝7完成后再进行精加工处理，可保证内孔的尺寸精度和形位公差，提高出口压力调整精度。
在另一个实施例中，所述凹陷设置衬套2的中部直接形成密封沟槽，O形圈3安装在密封沟槽内。
所述衬套2过盈配合安装在凹槽内后通过焊缝7连接壳体1，焊缝7用于封堵壳体1与衬套2之间的泄漏通道。所述O形圈3的外径与内径之差大于衬套2上凹陷沿径向的深度；所述O形圈3的内径面与活动件5的外径面密封接触，O形圈3的外径面与衬套2上凹陷的底面密封接触。
所述活动件5包括阀芯501、活塞杆502，活塞杆502靠近阀座4处设置有阀芯501，阀芯501与阀座4形成密封副，阀芯501开启的方向与工作介质的流动方向相反。所述阀芯501呈锥形；阀座4上设置有活塞杆贯穿孔，活塞杆贯穿孔的直径等于活塞杆502的外径。本发明有利于实现减压阀卸荷结构的小型化，关键部位加工质量方法可以避免因尺寸限制而对活塞杆502密封性能的影响，活塞杆502可以根据需要选择小尺寸外径，并相应缩小阀座4的口径。
本发明减压阀卸荷结构的工作原理为：工作时，卸荷腔8压力施加于活塞杆502端部的作用力为F1，过渡区11施加于活塞杆502和/或阀芯501的作用力为F2；卸荷腔8与过渡区11均连通出口低压区10，因此不存在压力差，并且活塞杆502外径与阀座4口径相等，因此F1＝F2且方向相反，活动件5不受进口端压力对其的影响，实现完全卸荷。图2为一种活塞杆式反向卸荷结构，适用于小型卸荷减压阀，其活塞杆502外径和阀座4口径可以根据需要控制尺寸。
根据本发明提供的一种减压阀，如图1所示，采用所述的减压阀卸荷结构。工作时减压阀进口端通入高压工作介质，减压后出口端输出低压工作介质，活动件5的开启方向与流道方向相反。本发明的一种减压阀，其活动件5不受到进口高压影响，不仅适应小流量下长期稳定工作，而且单级减压比可达到30以上；此外，活塞杆502外径和阀座4口径可实现较小尺寸(在一个实施例中小于Φ2mm)，使得减压阀具备重量轻和外形小的特点。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种减压阀卸荷结构，其特征在于，包括壳体（1）、阀座（4）、活动件（5）、反馈孔（6）、卸荷腔（8）、进口高压区（9）、出口低压区（10）以及过渡区（11）；
所述壳体（1）内设置有进口高压区（9）、卸荷腔（8）、过渡区（11）以及出口低压区（10），过渡区（11）连通出口低压区（10），出口低压区（10）通过反馈孔（6）连通卸荷腔（8）；
所述活动件（5）一个端部位于卸荷腔（8），活动件（5）另一个端部位于过渡区（11），活动件（5）贯穿进口高压区（9），活动件（5）能够在卸荷腔（8）、进口高压区（9）、过渡区（11）内往复运动；
所述阀座（4）一端连接进口高压区（9），阀座（4）另一端连接过渡区（11），活动件（5）贯穿阀座（4）并能够与阀座（4）配合实现进口高压区（9）与过渡区（11）的连通开度调节；
衬套组件包括衬套（2）、O形圈（3），壳体（1）上靠近卸荷腔（8）一侧设置有凹槽，衬套（2）安装在凹槽内，衬套（2）上设置有凹陷，O形圈（3）安装在凹陷内，活动件（5）贯穿安装在O形圈（3）内；
所述凹槽设置在卸荷腔（8）的底部，凹陷设置在衬套（2）的一端，衬套（2）上的凹陷与壳体（1）上的凹槽壁面形成密封沟槽，O形圈（3）安装在密封沟槽内；
所述活动件（5）包括阀芯（501）、活塞杆（502），活塞杆（502）靠近阀座（4）处设置有阀芯（501），阀芯（501）与阀座（4）形成密封副，阀芯（501）开启的方向与工作介质的流动方向相反；
所述阀芯（501）呈锥形；阀座（4）上设置有活塞杆贯穿孔，活塞杆贯穿孔的直径等于活塞杆（502）的外径。
2.根据权利要求1所述的减压阀卸荷结构，其特征在于，所述密封沟槽的加工过程如下：
步骤一：在卸荷腔（8）底部加工凹槽，在衬套（2）的一端加工凹陷；
步骤二：将衬套（2）过盈配合安装在凹槽内，安装后衬套（2）端部表面与卸荷腔（8）底部表面的高度差控制在±0.05mm以内；
步骤三：通过焊缝（7）将衬套（2）与壳体（1）连接；
步骤四：对衬套（2）和壳体（1）上与活动件接触的位置进行精密加工。
3.根据权利要求1所述的减压阀卸荷结构，其特征在于，所述凹陷设置衬套（2）的中部直接形成密封沟槽，O形圈（3）安装在密封沟槽内。
4.根据权利要求1所述的减压阀卸荷结构，其特征在于，所述衬套（2）过盈配合安装在凹槽内后通过焊缝（7）连接壳体（1）。
5.根据权利要求1所述的减压阀卸荷结构，其特征在于，所述O形圈（3）的外径与内径之差大于衬套（2）上凹陷沿径向的深度；
所述O形圈（3）的内径面与活动件（5）的外径面密封接触，O形圈（3）的外径面与衬套（2）上凹陷的底面密封接触。
6.一种减压阀，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的减压阀卸荷结构。
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