CN112856226B - 一种实现智能化控制的气瓶阀门 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种实现智能化控制的气瓶阀门，阀体中设有依次连通的进气孔、截流孔、阀腔孔、螺纹孔、阀芯孔，阀芯安装在阀体内可沿螺纹孔旋转平移，阀腔孔通过出气孔连通阀体外，阀芯前端能向进气孔移动封堵截流孔，也可向阀体后端移动，使阀腔孔连通进气孔，阀芯后端被涡轮驱动，涡轮与蜗杆啮合，蜗杆被减速电机驱动，减速电机与控制器信号连接，通过堵转电流控制减速电机的启停，使阀芯往复移动，本发明能够有效地解决气瓶在机动车上使用安全、可靠，实现自动远程控制。

Description

一种实现智能化控制的气瓶阀门

技术领域

本发明涉及气瓶阀门技术领域，特别是涉及车用气瓶，可以实现智能化控制的气瓶阀门。

背景技术

目前传统的气瓶阀门中，阀门开启和关闭功能基本都是手动、电磁方式实现，需要人员临近阀门操作、难以实现智能化控制，且阀门关闭容易出现误动作，导致阀门没有完全关闭，存在泄漏的安全隐患。传统的气瓶阀门密封方式无补偿结构，在密封圈磨损后会引起阀门泄露。传统的气瓶阀门普遍都是单流道，在需要多流道时要在气瓶上安装多个阀门，既需在气瓶上多开孔，其无形带来一系列安全隐患的问题。

例如，近年来，国家对环保的重视，对节能减排要求更加严格，而其中柴油车的柴油发动机因为采用压燃工作方式，在高温、富氧的燃烧条件会将空气中的氮转化为大量的氮氧化物(NOx)，氮氧化物(NOx)对环境的损害极大，其既是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗臭氧(O₃)的一个重要因子，因氮氧化物(NOx)的处理势在必行，专利202010687135.5公布了直接利用液氨对柴油车尾气中的氮氧化物(NOx)进行处理能很好的达到氮氧化物(NOx)减排的效果。

车用液氨钢瓶盛装于机动车上对尾气进行处理，需通过ECU根据车辆发动机的转速、扭矩持续控制液氨的喷射，若采用电磁阀来持续控制液氨的喷射，由于电磁阀长期维持通电状态会导致线圈过热烧损，而液氨属于有毒危险品，当电磁阀失效后会导致喷氨过量或汽车未使用时也喷氨，有必要开发设计“一种实现智能化控制的气瓶一体化自控阀门”替代电磁阀控制阀芯满足钢瓶内气体的安全稳定供给、防止泄露。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种实现智能化控制的气瓶阀门，能够有效地解决液氨气瓶在机动车上使用安全、可靠，实现自动远程控制。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

一种实现智能化控制的气瓶阀门，包括：

阀体，阀体内自前端到后端设有依次连通的进气孔、截流孔、阀腔孔、螺纹孔、阀芯孔，所述截流孔的直径小于阀腔孔的直径，所述螺纹孔的直径小于阀腔孔和阀芯孔的直径，所述阀腔孔通过出气孔、管道连通至阀体外的反应室，阀体的前端与气瓶阀座连接，使气瓶连通进气孔；

阀芯，该阀芯的前端穿过阀芯孔伸入到阀腔孔，阀芯的前端能封堵截流孔并且阀芯的前端设有与阀腔孔间隙配合的阀杆，阀芯孔内布置有密封组件能阻止进气孔中的介质经阀腔孔、螺纹孔、阀芯孔向外泄露，阀芯的后端露出阀体的后端并套装有涡轮，所述螺纹孔与阀芯螺纹连接，所述涡轮和阀芯后端滑动连接，阀芯后端设有平行于阀芯纵向方向并沿阀芯的外周均匀布置的键、槽，所述涡轮内周设有与所述的键、槽平行并嵌入键、槽的结合部，该结合部的长度小于键、槽的长度，使阀芯能被旋转的涡轮拨动旋转，还能沿螺纹孔的轴向做伸缩运动；

阀盖，安装在阀体的后端，在阀盖与阀体的后端之间形成容设涡轮的空间，阀盖面对阀体的一侧内凹，使阀芯被涡轮驱动能向阀盖移动至截流孔不被阀芯前端封堵，蜗杆安装在该空间内并与涡轮啮合，所述蜗杆被减速电机驱动；

所述的减速电机与控制器信号连接，在阀芯完全封堵截流孔、或阀芯接触阀盖，控制器接收到减速电机瞬间产生的堵转大电流时控制减速电机停止转动。

进一步地，所述反应室为含氮氧化物气体的尾气的排气管。

进一步地，所述蜗杆背向减速电机的一端设有异形孔，阀盖上设有正对异形孔的通孔。

优选地，所述阀芯孔自阀体后端到阀体前端被分为直径依次递减的阀芯孔后段、阀芯孔前段，所述密封组件包括：布置在阀芯孔前段并套在阀芯外的O型密封圈、在阀芯孔后段将O型密封圈压紧的压盖，压盖与阀芯孔后段通过螺纹紧固连接。

进一步地，所述O型密封圈与压盖、O型密封圈与螺纹孔之间垫有环形垫片。

现在常用的电动阀门为电动球阀，电动球阀开闭过程中密封面的摩擦力大，而且容易损耗，球面加工精度要求高，制造维修成本贵，本发明的电动截止阀比相对常规电动球阀在阀门开闭过程中密封面之间的摩擦力小，更加耐用，制造容易，维修方便。

本发明设计合理，结构简单，使用方便，适合于各种气瓶使用，特别是车用气瓶可以实现智能化控制的气瓶阀门。

根据本发明一种实现智能化控制的气瓶阀门的结构设计，采用减速电机驱动蜗轮蜗杆实现阀芯沿轴向转动使进气孔-出气孔之间的截流孔被封闭或开启；阀门可通过在通孔内插入异形钥匙扭动蜗杆，在减速电机不能正常工作时能实现手动关闭和开启；阀盖、环形垫片、O型密封圈形成密封补偿装置，在O型密封圈磨损后与阀芯之间产生缝隙，可以通过扭紧压盖挤压环形垫片减少缝隙，达到密封补偿作用，使阀门密封性达到最佳，防止气瓶内介质泄露，来实现气瓶的安全可靠供给；阀体的出气孔布置多个，能实现同时供给；本阀体的前端的出气孔通过管道连通至阀体外进行介质的使用和充装，而进气孔通过气瓶阀座连通气瓶。由于阀芯与螺纹孔螺纹连接，减速电机在驱动阀门移动一定距离后可在工况稳定，不需调节时断电，阀芯也不会被进气孔内施加向阀芯的压力推动，因此本阀门替代了电磁阀作为调节阀的常规控制手段，避免了因电磁阀频繁开关和长时间通电烧损的问题。解决了常规的电磁阀可靠性低的难题。

O型密封圈和前后的环形垫片组成密封结构，当O型密封圈磨损时，通过拧紧压盖挤压能减少磨损O型密封圈与阀体和阀芯之间的缝隙，达到密封效果，防止泄露，环形垫片能避免拧动压盖或阀芯时O型密封圈相对螺纹孔的端面或压盖的端面磨损。

由于减速电机正常转动时，定子产生的旋转磁场带动着转子跟随磁场旋转方向转动，因此转子转动过程中，切割磁感线而产生感应电流，感应电流产生的磁场随着转子转动，也在定子中产生反向的感应电流，从而抑制定子绕组的电流，若阀芯在开启完成(接触阀盖)或者关闭紧密(封堵截流孔)之后，减速电机停止转动，减速电机堵转，定子中无法产生反向的感应电流，即作用于绕组线圈中的电压大大增加，为输入电压，因此绕组中的电流大大增加，当减速电机与控制器信号连接，控制器可根据减速电机反馈的感应电流，判定阀芯是完全打开或者完全关闭状态，能实现本发明的阀门的自动控制，不用再安装阀芯行程的监测传感器。

本发明的密封结构具有防爆功能，相比一般普通电动阀门接触易燃易爆介质会有爆炸风险，本阀门隔绝减速电机和外部接触，避免爆炸危险，使气瓶更加安全可靠的使用。

附图说明

图1为一种实现智能化控制的气瓶阀门外形立体图；

图2为一种实现智能化控制的气瓶阀门剖视结构示意图；

图3为一种实现智能化控制的气瓶阀门剖视流道结构示意图；

图4为一种实现智能化控制的气瓶阀门多流道出口均布示意图；

图5为一种实现智能化控制的气瓶阀门蜗轮蜗杆连接示意图；

其中：1-阀体、2-阀芯、20-进气孔、21-截流孔、22-阀腔孔、23-螺纹孔、24-阀芯孔、25-出气孔、26-阀杆、27-阀芯孔后段、28-阀芯孔前段、3-O型密封圈、31-环形垫片、4-压盖、6-通孔、7-蜗轮、71-键、72-槽、8－蜗杆、81-异形孔、9-阀盖、10-减速电机、11-阀体的前端、12-阀体的后端、100-防爆护套。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应该理解为对本发明的限制。

实施例1：

如图1，一种实现智能化控制的气瓶阀门，包括：阀体1、阀盖9，阀盖9上装有电机10，电机10外套有防爆护套100，如图2-图3，阀体1内自阀体前端11到后端12设有依次连通的进气孔20、截流孔21、阀腔孔22、螺纹孔23、阀芯孔24，截流孔21的直径小于阀腔孔22的直径，螺纹孔23的直径小于阀腔孔22和阀芯孔24的直径，阀腔孔22通过出气孔25连接外部管道，阀体1的前端与气瓶阀座相连接，使气瓶内部连通进气孔20；

阀芯2的前端穿过阀芯孔24伸入到阀腔孔22，阀芯2的前端能封堵截流孔21并且阀芯2的前端设有与阀腔孔22间隙配合的阀杆26，阀芯孔24内布置有密封组件能阻止进气孔20中的介质经阀腔孔22、螺纹孔23、阀芯孔24向外泄露，阀芯2的后端露出阀体1的后端并套装有涡轮7，螺纹孔23与阀芯2螺纹连接，如图5，涡轮7和阀芯1后端通过键71、槽72滑动连接，键71、槽72平行于阀芯2纵向方向并沿涡轮7的内周和阀芯2的外周均匀布置，且阀芯1后端的键、槽的长度大于涡轮内周的键、槽的长度，涡轮内周的键、槽长度与涡轮厚度相等，使阀芯2能被旋转的涡轮7拨动旋转，还能沿螺纹孔23的轴向做伸缩运动；本实施例中涡轮内周和阀芯外周的键、槽的方案并不是唯一的选择，只要保证涡轮内周设有与阀芯外周的键、槽平行并嵌入键、槽的结合部，该结合部的长度小于键、槽的长度，阀芯后端设有的键、槽平行于阀芯纵向方向并沿阀芯的外周均匀布置即可。

阀盖9安装在阀体1的后端，在阀盖9与阀体1的后端之间形成容设涡轮7的空间，阀盖9面对阀体1的一侧内凹，使阀芯2被涡轮7驱动能向阀盖9移动，蜗杆8安装在该空间内并与涡轮7啮合，蜗杆8被减速电机10驱动。

阀体1的出气孔25通过管道连通外端，可以是介质使用单元，也可以是对气瓶装卸介质的进出口。

根据图1可知，阀体前端11的外螺纹可连通气瓶阀座进行密封连接，使气瓶内部进行介质输送。

如图2，蜗杆8背向减速电机10的一端设有异形孔81，阀盖9上设有正对异形孔81的通孔6。阀芯孔24自阀体1后端到阀体1前端被分为直径依次递减的阀芯孔后段27、阀芯孔前段28，密封组件包括：布置在阀芯孔前段28并套在阀芯2外的O型密封圈3、在阀芯孔后段27将O型密封圈3压紧的压盖4，压盖4与阀芯孔后段27通过螺纹紧固连接，O型密封圈3与压盖4、O型密封圈3与螺纹孔23之间垫有环形垫片31。

减速电机10与控制器信号连接，在阀芯2完全封堵截流孔21、或阀芯2接触阀盖9，控制器接收到减速电机瞬间产生的堵转大电流时控制减速电机停止转动。

当在车用气瓶上作为阀门应用时，阀门控制器信号连接机动车的电动控制单元ECU，在机动车驾驶室能实现自动和远程控制，当想关闭气瓶时在机动车驾驶室就能实现，而且本阀门和气瓶共用独立电源，就算车辆故障无电源时候也能正常工作，保证气瓶的安全可靠。

根据图3可知，当件阀芯2与O型密封圈3磨损时，会产生间隙，对阀体1的整体密封性会有影响，可能导致泄漏等风险产生，这时候就可以通过压盖4、O型密封圈3、环形垫片31组成的密封补偿装置挤压O型密封圈3进行密封补偿，这样就能在阀芯密封磨损之后进行很好的密封补偿，达到更好的密封性，这样阀门就更加安全可靠。

根据图4可知，本阀体出气孔25采用多流道供给，这样在需要进行多个单元供给的时候本阀门能同时实现供给，不需要在气瓶体增加阀门或者改装拼接外管道，实现减少气瓶开孔管道拼接，气瓶整体安全可靠性增加。

根据图2可知，电动阀门在减速电机10损坏或者其他一些极端情况不能实现电动控制后阀门不能正常使用，本阀门可以使用专用工具插入异形孔81对阀门蜗杆8进行手动的开启关闭。

当气瓶装载介质为易燃易爆介质时，防爆护套100能隔离易燃易爆介质和电动减速电机10的接触避免减速电机火花引起气体爆炸的风险。

以上所述本发明的实施方法，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其相关的技术领域，均同理包含在本发明的专利保护范围内。本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种实现智能化控制的气瓶阀门，其特征在于，包括：

阀体，阀体内自前端到后端设有依次连通的进气孔、截流孔、阀腔孔、螺纹孔、阀芯孔，所述截流孔的直径小于阀腔孔的直径，所述螺纹孔的直径小于阀腔孔和阀芯孔的直径，所述阀腔孔通过出气孔、管道连通至阀体外的反应室，阀体的前端与气瓶阀座连接，使气瓶连通进气孔；

阀芯，该阀芯的前端穿过阀芯孔伸入到阀腔孔，阀芯的前端能封堵截流孔并且阀芯的前端设有与阀腔孔间隙配合的阀杆，阀芯孔内布置有密封组件能阻止进气孔中的介质经阀腔孔、螺纹孔、阀芯孔向外泄露，阀芯的后端露出阀体的后端并套装有涡轮，所述螺纹孔与阀芯螺纹连接，所述涡轮和阀芯后端滑动连接，阀芯后端设有平行于阀芯纵向方向并沿阀芯的外周均匀布置的键、槽，所述涡轮内周设有与所述的键、槽平行并嵌入键、槽的结合部，该结合部的长度小于键、槽的长度，使阀芯能被旋转的涡轮拨动旋转，还能沿螺纹孔的轴向做伸缩运动；

阀盖，安装在阀体的后端，在阀盖与阀体的后端之间形成容设涡轮的空间，阀盖面对阀体的一侧内凹，使阀芯被涡轮驱动能向阀盖移动至截流孔不被阀芯前端封堵，蜗杆安装在该空间内并与涡轮啮合，所述蜗杆被减速电机驱动；

所述的减速电机与控制器信号连接，在阀芯完全封堵截流孔、或阀芯接触阀盖，控制器接收到减速电机瞬间产生的堵转大电流时控制减速电机停止转动。

2.根据权利要求1所述的实现智能化控制的气瓶阀门，其特征在于，所述反应室为含氮氧化物气体的尾气的排气管。

3.根据权利要求1所述的实现智能化控制的气瓶阀门，其特征在于，所述蜗杆背向减速电机的一端设有异形孔，阀盖上设有正对异形孔的通孔。

4.根据权利要求1所述的实现智能化控制的气瓶阀门，其特征在于，所述阀芯孔自阀体后端到阀体前端被分为直径依次递减的阀芯孔后段、阀芯孔前段，所述密封组件包括：布置在阀芯孔前段并套在阀芯外的O型密封圈、在阀芯孔后段将O型密封圈压紧的压盖，压盖与阀芯孔后段通过螺纹紧固连接。

5.根据权利要求4所述的实现智能化控制的气瓶阀门，其特征在于，所述O型密封圈与压盖、O型密封圈与螺纹孔之间垫有环形垫片。

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