CN112762197A - 一种基于高弹性材料的膨胀阻断式流量可调气动阀门 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气动管路及流体控制技术领域，是一种基于高弹性材料的膨胀阻断式流量可调气动阀门，利用材料弹性变形的方法来实现流体的关闭阻断，同时能够实现流量可调功能。本发明包括以阀体12为主要结构的框架；阀体12上方内侧装有上密封圈、上衬套3、上堵头1，其中上堵头1、上衬套3及阀体12通过螺丝连接；阀体12下方内侧装有下密封圈、下衬套10、下堵头9，其中下堵头9、下衬套10及阀体12通过螺丝连接；阀芯11的上端连接在上衬套3与上堵头1之间；阀芯11的下端连接在下衬套10与下堵头9之间；阀芯11位于阀体12的内部中心位置。本发明中的阀门结构简单、可靠性高、成本低。
Description
技术领域
本发明属于气动管路及流体控制技术领域，具体涉及一种基于高弹性材料的膨胀阻断式流量可调气动阀门，主要利用材料弹性变形的方法来实现流体的关闭阻断。
背景技术
目前，在工业及民用领域，大量使用各种气体、流体阻断装置及阀门。气动阀门是借助压缩空气驱动的阀门，可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动，其中流体类气动阀门用途最广泛，其主要优点是：无需电源，能够实现自动化控制，在各种化学、洁净环境中性能优势更佳。传统的气动阀门都使用机械传动和刚性密封方式，长时间运行后容易产生严重的机械磨损，而且一旦阀体内进入颗粒物质，便容易出现卡死、堵塞、微漏等情况，进而导致阀门失效。
针对以上问题，公开号为CN201177061的中国专利文件《一种外箍式气动管夹阀》，公开了一种外箍式气动管夹阀，包含阀体，阀体内固定安装有管夹橡胶管，阀体上设有进气口，阀体上、下端口向外延伸有安装平台，安装平台通过上、下法兰固定安装有与外接管道进行连接的外箍接头。该专利文件提供的外箍式气动管夹阀采用胶管安装在阀体上，通过外箍接头压紧胶管并用法兰固定，解决了目前阀门中传动部件和密封部件长时间使用出现磨损的问题，还解决了刚性密封在控制含颗粒流体时容易堵死的问题。但上述外箍式气动管夹阀阀体结构复杂，生产工艺要求较高，增加了生产成本，且外接法兰占据较大空间，不适用有空间限制的场合，而且也不具备流量调节功能，在各种精密控制设备中无法有效地使用。
授权公告号为CN110296226B的中国专利《一种自清洁式气动阀门》公开了一种自清洁式气动阀门，该发明的目的是为了减少现有熔盐系统用气动阀关断时阀芯上的熔盐液态残留，改善停机时间长或者使用频率高所导致的阀门卡涩、内漏的问题。该发明在整体设计结构上没有重大创新，只是在气动传统隔板阀门的基础上进行了改进和优化。另外，由于结构复杂，存在成本高、故障率高的问题。
公开号为CN111895107A的中国专利《一种空气管道用气动阀门》公开了一种空气管道用气动阀门，发明的内容包括第一管道、第二管道和环形板，环形板的顶部固定连接有固定管，并且环形板的底部固定连接有固定壳，固定壳的内部转动连接有竖杆，竖杆的顶端贯穿环形板和固定管，并延伸至固定管的顶部，竖杆的表面套设有套管。该空气管道用气动阀门通入气体的时候，采用齿牙啮合的方式带动半圆板进行旋转，从而通入气体；不通入气体时，在弹簧的弹力作用下，就会使得半圆板回归原位，对通入的气体进行阻断。阀门在安装时，利用两个环形圈与环形板之间进行固定，从而完成对阀门的固定，环形板上设置有密封圈，可以有效地提高连接的密封性。该发明在整体结构设计上使用机械密封原理，没有重大创新，只是在气动传统隔板阀门的基础上进行了改进和优化，另外由于结构复杂，存在成本高、故障率高的问题。
相比于现有技术，本发明采用了全新的密封结构，发明中的阀门结构简单、先进、可靠性高，且成本低，功能作用方面都优于现有技术。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺点和问题，提出了一种基于高弹性材料的膨胀阻断式流量可调气动阀门，该结构利用高弹性材料受到压力会膨胀变大的物理特性，将弹性材料放置于一定体积的腔体内，在腔体上设置两个接口，一个进口，一个出口。当弹性材料没有受到压力时，体积较小，此时阀门打开，阀体内的流体可以在进出口之间流通；当弹性材料受到气体压力时，体积膨胀变大，弹性材料堵塞进出口之间的通道，阀体内的流体不能在进出口之间流通，此时阀门关闭，从而起到控制阀门开关的作用。同时，可以通过调节压缩气体气源的气压大小对阀芯的膨胀体积进行稳定控制，从而控制阀体内部的有效流通面积，有效的实现流量可调功能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于高弹性材料的膨胀阻断式流量可调气动阀门，包括阀体，所述阀体上方内侧装有上密封圈，所述上密封圈上端安装上衬套，所述上衬套上端安装上堵头，其中上堵头、上衬套及阀体通过螺丝连接；所述上堵头的中心位置设有气路接口，用于连接气体控制管路；
所述阀体下方内侧装有下密封圈，所述下密封圈下端安装下衬套，所述下衬套下端安装下堵头，其中下堵头、下衬套及阀体通过螺丝连接；
所述阀体的内部装有阀芯，所述阀芯的上端连接在上衬套与上堵头之间；所述阀芯的下端连接在下衬套与下堵头之间；
所述阀体的一侧设有进口和出口；
所述阀体下方设有阀体固定孔，用于将阀体固定到所需的位置；其中，按照实际使用环境选择阀体的材质，如使用在化学耐腐蚀环境时，一般阀体即各部件选用耐腐蚀工程塑料，阀芯选用硅胶管；
其中，阀芯为高弹性材料，可使用硅胶、橡胶、乳胶等各种弹性材料；
其中，进口、出口设置在阀体的同一侧；
其中，当阀门打开状态时，提供一个稳定的可调节的压缩气体气源，对阀芯的膨胀体积进行稳定控制，控制阀体内部的有效流通面积，实现流量可调功能。
本发明的工作原理为：
利用高弹性材料受到压力会膨胀变大的物理特性，通过调节压缩气体气压大小来控制阀芯的膨胀体积，进而实现阀门的开关功能，并通过提供稳定的可调节的压缩气体气源实现流量可调功能。
将本发明的气动阀门串联到需要控制的流体流通的管路上，与气动阀门的进口和出口相连接。当设置于阀体内部的弹性管状材料即阀芯没有受到压力时，体积较小，阀体内的流体可以在进出口之间流通，此时阀门处于打开状态；当阀芯内冲入压缩气体，受到气体的压力，体积变大，弹性阀芯膨胀后堵塞进出口之间的通道，导致阀体内的流体不能在进出口之间流通，此时阀门处于关闭状态。
当阀门处于打开状态时，可以提供一个稳定的可调节的压缩气体气源，通过调节压缩气体的气压大小对阀芯的膨胀体积进行稳定控制，从而控制阀体内部的有效流通面积，就能够实现流量可调功能。
本发明具有以下有益效果：
⑴结构简单，工作可靠；
⑵成本低，寿命长；
⑶体积小，流量大，流量可调；
⑷使用高性能材料，可以运用到各种耐腐蚀及洁净场所。
附图说明
图1为本发明的一种基于高弹性材料的膨胀阻断式流量可调气动阀门结构示意图；
图2为本发明的一种基于高弹性材料的膨胀阻断式流量可调气动阀门处于打开状态时的结构示意图；
图3为本发明的一种基于高弹性材料的膨胀阻断式流量可调气动阀门处于关闭状态的结构示意图。
其中， 1-上堵头、2-气路接口、3-上衬套、4-上密封圈、5-进口、6-出口、7-下密封圈、8-阀体固定孔、9-下堵头、10-下衬套、11-阀芯、12-阀体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
一种基于高弹性材料的膨胀阻断式流量可调气动阀门，包括以阀体12为主要结构的框架，阀体12的材料可选用金属或耐腐蚀塑料；
阀体12上方内侧装有上密封圈4，所述上密封圈4上端安装上衬套3，所述上衬套3上端安装上堵头1，其中上堵头1、上衬套3及阀体12通过螺丝固定连接；
阀体12下方内侧装有下密封圈7，所述下密封圈7下端安装下衬套10，所述下衬套10下端安装下堵头9，其中下堵头9、下衬套10及阀体12通过螺丝固定连接；
阀芯11的上端连接在上衬套3与上堵头1之间；
阀芯11的下端连接在下衬套10与下堵头9之间；阀芯11位于阀体12的内部中心位置，阀芯11是一种高弹性材料，可使用硅胶、橡胶、乳胶等各种弹性材料。
进口5和出口6位于阀体12的侧面，且在同一侧。
阀体12下方设有阀体固定孔8，用于将阀体固定到所需位置。
上堵头1的中心位置设有气路接口2，用于连接气体控制管路。
本发明采用了全新的结构设计，与现有技术相比，本发明中的阀门结构简单、先进、可靠性高，且成本低，能够实现流量可调功能，大大提高了气动阀门的质量，因此，本发明具有很大的进步性和优势。
目前运用最广泛的传统隔膜式阀门是采用气动阀芯驱动膜片盖住出口的方式进行工作，在该密封方式中，阀芯和密封接口接触面积非常小，对密封处的平整度、光滑度等要求都很高，稍有磨损、缺口或者存在异物堵塞，阀芯将无法达到密封状态，导致阀门出现无法关门或微漏的问题。而本发明所使用的密封原理完全不同，是通过弹性材料密封进出口之间的所有空间来达到密封效果的，接触面积远远大于传统技术。通过加长阀体长度，大幅提升密封面积，可以无限提高阀门的密封可靠性。在运用过程中，假如有异物进入阀体内，也不会影响密封效果，工作可靠性极高。
另外，采用传统刚性密封方式的阀门，即硬接触密封方式阀门，一旦在密封处受到物理损伤，就会导致阀芯出现缺口、凹陷等问题，由于阀芯的变形是不可逆转的，所以将造成阀门的永久失效。而本发明采用的是弹性材料密封主体，弹性恢复能力非常强，具有很强的自主恢复性，具有耐颗粒、耐异物能力，可靠性高。假如有异物进入阀体内部，由于密封面积大，不会对密封造成影响。另外，在阀门开关过程中，由于流通路径面积大，流量大，故很容易排出异物，异物流出后阀体又能恢复如初。在阀门使用寿命方面，传统气动阀门结构复杂，部件多，设置有弹簧、膜片、导柱、滑动密封件等零件。使用过程中，故障率高，不易修复。而本发明阀体结构设计巧妙，特点是部件少，可靠性高；除弹性管状阀芯损坏后需要更换，其他部件几乎不会损坏；且管状阀芯成本低，更换方便。
实施例1
按照实际使用环境选择阀体的材质，如使用在化学耐腐蚀环境时，一般阀体及各部件选用耐腐蚀工程塑料，阀芯选用硅胶管；在气动阀门阀体固定孔8上通过螺丝将气动阀门固定在设备上，将本发明的气动阀门串联到需要控制的流体流通的管路中，将供液端连接阀门的进口，另一端连接出口。将控制阀门开关的压力气体管路与阀门气路接口2进行连接；将需要控制的流体的流通管路进出口分别与进口5和出口6进行相应的连接，一般在阀门内流通的流体的压力在0.2MPa左右，用于控制阀门关闭的气源压力优选为0.5MPa左右。
请参阅说明书附图2，当控制阀门开关的压力气体没有输入到气动阀芯时，定义为气动阀门打开状态。此时阀芯管路应与大气相通，阀芯内部为大气压力，阀芯没有受到膨胀力，则当流体通入进口后，能够顺利通过阀体内部的空间，流到出口。同时，由于流体压力大于阀芯内部的压力，阀芯也会受到挤压，体积缩小，在阀体内部进一步形成大的流通面积，提高流量。
请参阅说明书附图3，当控制阀门开关的压力气体输入气动阀芯时，定义为气动阀门关闭状态。此时阀芯管路内通入压缩气体，一般使用压缩空气，压力值作为优选一般为0.5MPa，阀芯内部受到压力，由于阀芯是高弹性材料，会受力膨胀，体积变大。该状态下，阀芯外壁与阀体内壁形成挤压接触，阻断了阀体内的通路。当流体通入进口后，不能通过进口和出口之间的空间，即流体无法到达出口，阀芯起到了关闭阻断的作用。此时流体压力小于阀芯内部气体的压力，所以无法压缩阀芯。
实施例2
在本发明的气动阀门处于打开状态时，可以通过给阀芯提供一个稳定的压缩气源，控制阀芯的膨胀体积大小来实现流量调节功能。设阀门内部的空间体积是V,当输入到阀芯的气源压力为0.01MPa时，阀芯受到较小的压力，此时阀芯内部体积为V1,则阀门内部的有效通路空间体积为V通1=V-V1；当输入到阀芯的气源压力为0.02MPa时，对应阀芯受到的压力变大，此时阀芯内部体积为V2,阀门内部的有效通路空间体积为V通2=V-V2，由于此时阀芯受到的气源压力变大，故V2必然略大于V1,则此时阀门内部的有效通路空间体积为V通2必然小于V通1。以此类推，施加于阀芯的压力越大，阀门内部的有效通路空间体积越小，则流通截面积越小。根据流量的方程：Q=sv（s为截面积，v为流速），可得到气动阀门内部的流量随阀芯所受力的大小而改变，阀芯所受压力越大，气动阀门内部的流量越小，从而实现流量控制功能。
尽管已经描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种基于高弹性材料的膨胀阻断式流量可调气动阀门，其特征在于利用材料弹性变形的方法来实现流体的关闭阻断，阀门内弹性阀芯受到压力产生膨胀，导致体积变大，从而阻断阀体内通路形成堵塞，控制流体在进出口之间的流通，实现阀门的开关功能；通过给阀芯提供一个稳定的可调节的压缩气体气源，对阀芯的膨胀体积进行控制，实现流量可调功能，其特征在于，包括以阀体(12)为主要结构的框架；阀体(12)上方内侧装有上密封圈(4)，所述上密封圈(4)上端安装上衬套(3)，所述上衬套(3)上端安装上堵头(1)，其中上堵头(1)、上衬套(3)及阀体(12)通过螺丝固定连接；阀体(12)下方内侧装有下密封圈(7)，所述下密封圈(7)下端安装下衬套(10)，所述下衬套(10)下端安装下堵头(9)，其中下堵头(9)、下衬套(10)及阀体(12)通过螺丝固定连接；阀芯(11)的上端连接在上衬套(3)与上堵头(1)之间；阀芯(11)的下端连接在下衬套(10)与下堵头(9)之间；阀芯(11)位于阀体(12)的内部中心位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于高弹性材料的膨胀阻断式流量可调气动阀门，其特征在于，所述阀体(12)的同一侧设有进口(5)和出口(6)。
3.根据权利要求1所述的一种基于高弹性材料的膨胀阻断式流量可调气动阀门，其特征在于，所述阀芯(11)为高弹性材料，可使用硅胶、橡胶、乳胶等各种弹性材料。
4.根据权利要求1所述的一种基于高弹性材料的膨胀阻断式流量可调气动阀门，其特征在于，所述压缩气体气源的气压具有可调节性，可以通过调节压缩气体的气压大小对阀芯的膨胀体积进行稳定控制，从而控制阀体内部的有效流通面积，实现流量可调功能。
5.根据权利要求1所述的一种基于高弹性材料的膨胀阻断式流量可调气动阀门，其特征在于，当阀芯中不通入压缩气体时，不受压力，体积较小，阀体内的流体可以在进出口之间流通，此时阀门处于打开状态；当阀芯通入压缩气体，受到压力时，体积膨胀变大，阀芯堵塞进出口之间的通道，阀体内的流体不能在进出口之间流通，此时阀门处于关闭状态。
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