CN112984153B - 用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器 - Google Patents

用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器，包括外壳、阀芯和压簧，外壳内设有外壳内腔，阀芯置于外壳内腔内，外壳内腔的第一端腔壁与阀芯的第一端之间留有间隙形成压簧内腔，压簧安装于压簧内腔内，外壳内腔的第二端腔壁与阀芯的第二端之间留有间隙形成控制内腔，外壳上设有与外壳内腔相通的主氧进气口、应急氧进气口、主氧出气口和应急氧出气口，应急氧进气口与控制内腔之间设有控制通道，阀芯上设有主氧通道和应急氧通道。本发明通过设计相互配合的外壳和阀芯，确保用户正常吸氧需要；通过设计压簧和控制内腔，实现对阀芯的轴向移动的自动控制；整个控制过程基本不受主氧气压的影响，控制效率高且控制方便、可靠。

Description

用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器
技术领域
本发明涉及一种机载氧气系统的局部设备，尤其涉及一种用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器。
背景技术
机载氧气系统是一种用于飞行器如飞机上供用户吸氧的氧气供气系统，随着机载氧气系统的发展，越来越多的局部设备被开发和应用，比如用于制备高浓度氧气的制氧设备、用于将氧气与空气混合的混合设备、用于用户吸氧使用的吸氧设备等。
目前，机载氧气来源有两个，一个是由制氧设备产生的氧气，这是飞行器上主要的氧气来源，所以一般称为主氧源，另一个是氧气罐等储存好的应急氧气来源，一般称为应急氧源。在大部分正常情况下，用户使用的是主氧源的氧气；而在特别情况下，如主氧源设备或电力故障导致不能产生氧气的情况下，或者在用户身体异常需要吸入高浓度氧气的情况下，用户必须使用应急氧源的氧气。
实际应用中，应急氧源的氧气浓度一般高于主氧源的氧气浓度，所以用户使用时只能使用其中一种氧源的氧气，比如正常情况下用户一般通过肺式供氧部件吸入主氧源的氧气，应急情况下通过持续供氧部件吸入应急氧源的氧气。
目前，用户在需要换用另一种氧源的氧气时，只能采用手动转换的方式来实现，需要先关闭正在使用的氧源，再开启另一个氧源，这个过程不但麻烦，而且在某些情况下可能出现操作失误影响正常吸氧，比如用户误操作同时将两种氧源开启或关闭，则会出现错误混氧和无氧气的问题，所以需要一种自动控制两种氧源中有且只有一种氧源的氧气供给用户的设备来解决这个问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器，该阀芯式氧源分配器能够自动控制主氧源和应急氧源中有且只有一种氧源的氧气供给用户。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器，包括外壳、阀芯和压簧，所述外壳内设有外壳内腔，所述阀芯置于所述外壳内腔内并能够相对于所述外壳移动且设所述阀芯移动的方向为所述外壳、所述阀芯和所述阀芯式氧源分配器的轴向，所述外壳内腔的轴向第一端腔壁与所述阀芯的轴向第一端之间留有间隙形成压簧内腔，所述压簧安装于所述压簧内腔内并对所述阀芯产生轴向推力，所述外壳内腔的轴向第二端腔壁与所述阀芯的轴向第二端之间留有间隙形成控制内腔，所述外壳上设有与所述外壳内腔相通的主氧进气口、应急氧进气口、主氧出气口和应急氧出气口，所述应急氧进气口与所述控制内腔之间设有控制通道，所述阀芯上设有主氧通道和应急氧通道；所述阀芯、所述主氧进气口、所述应急氧进气口、所述主氧出气口和所述应急氧出气口满足以下条件：所述阀芯被所述压簧的压力轴向推动到极限位置时所述主氧进气口与所述主氧出气口通过所述主氧通道连通且同时所述应急氧进气口与所述应急氧出气口隔断，所述阀芯被所述控制内腔内的应急氧气轴向推动到极限位置时，所述应急氧进气口与所述应急氧出气口通过所述应急氧通道连通且同时所述主氧进气口与所述主氧出气口隔断，同时，所述阀芯轴向移动的整个过程中，所述主氧进气口、所述应急氧进气口、所述主氧出气口和所述应急氧出气口均同时与所述控制内腔和所述压簧内腔隔断。
作为优选，为了便于加工控制通道并缩短其长度，所述主氧进气口和所述主氧出气口靠近所述压簧内腔，所述应急氧进气口和所述应急氧出气口靠近所述控制内腔。
作为优选，为了便于加工且利于快速传输氧气，所述主氧通道为设于所述阀芯的外周壁上且靠近所述压簧内腔的第一环形凹槽，所述应急氧通道为设于所述阀芯的外周壁上且靠近所述控制内腔的第二环形凹槽。
作为优选，为了增加第一环形凹槽和第二环形凹槽的总体积以进一步提高氧气传输效率，所述主氧进气口与所述主氧出气口在径向错位排列且两者之间在轴向的距离最大值为L1，所述第一环形凹槽在轴向的宽度不小于L1，所述应急氧进气口与所述应急氧出气口在径向错位排列且两者之间在轴向的距离最大值为L2，所述第二环形凹槽在轴向的宽度不小于L2，L1与L2相差不超过1cm。
作为优选，为了实现第一环形凹槽、第二环形凹槽、压簧内腔和控制内腔之间的高效隔断，所述阀芯上位于所述第一环形凹槽轴向两侧外的外周和所述第二环形凹槽轴向两侧外的外周分别安装有与所述外壳内腔的腔壁密封接触的密封圈。
作为优选，为了降低阀芯与外壳内腔的腔壁之间的接触面积以减小摩擦、有利于阀芯的轴向移动，所述阀芯上位于所述第一环形凹槽和所述第二环形凹槽以外的外周壁上设有第三环形凹槽，所述第三环形凹槽轴向两侧外的外周安装有与所述外壳内腔的腔壁密封接触的密封圈。
作为优选，为了避免阀芯向外壳第二端方向过度移动造成控制内腔太小以及第一环形凹槽与应急氧进气口/应急氧出气口导通或第二环形凹槽与主氧进气口/主氧出气口导通的问题，所述阀芯的轴向第一端设有向外周凸起的阀芯凸环，所述外壳内腔中与所述压簧内腔对应的一段直径大于其它部分直径且在直径变化处形成环形台阶，所述阀芯凸环置于所述压簧内腔内且与所述环形台阶接触，所述环形台阶用于阻止所述阀芯凸环向靠近所述控制内腔的方向移动，所述压簧的两端分别与所述外壳内腔的轴向第一端腔壁与所述阀芯凸环接触。
作为优选，为了稳定安装压簧，所述外壳内腔的轴向第一端腔壁设有向所述阀芯凸环靠近的方向凸起的凸柱，所述压簧的一端套装在所述凸柱上。
作为优选，为了对压簧进行限位以使其具有更加稳定的轴向伸缩功能，所述压簧内腔的中段设有向所述压簧内腔的中心轴向凸起的外壳凸环，所述压簧的中段位于所述外壳凸环内且相互靠近，所述外壳凸环用于对所述压簧进行径向限位。
作为优选，为了便于应用，所述主氧进气口和所述应急氧进气口设于所述外壳的径向一侧，所述主氧出气口和所述应急氧出气口设于所述外壳的径向另一侧。
本发明的有益效果在于：
本发明通过设计相互配合的外壳和阀芯，使主氧和应急氧中有且只有一种氧气能够通过本阀芯式氧源分配器被送至吸氧用户，确保用户正常吸氧需要；通过设计压簧和控制内腔，利用压簧的弹力和应急氧气的压力实现对阀芯的轴向移动的自动控制，当用户正常使用主氧时，应急氧进气口没有应急氧气进入，控制内腔的压力很小，压簧的弹力使阀芯向靠近控制内腔的方向移动至极限位置，此时应急氧进气口和应急氧出气口之间隔断，当用户开启应急氧源使应急氧进气口进气时，应急氧气进入控制内腔，其压力推动阀芯压缩压簧向靠近压簧的方向移动至极限位，此时应急氧进气口和应急氧出气口之间连通，同时主氧进气口和主氧出气口之间隔断，完成氧源更换；整个控制过程中，由于主氧进气口的气压和应急氧进气口的气压均不会对阀芯的轴向移动造成直接压力，所以控制过程基本不受主氧气压的影响，所以控制效率高、反应速度快且控制方便、可靠。
附图说明
图1是本发明所述用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器的主视剖视图。
图中，1-外壳，2-凸柱，3-外壳凸环，4-压簧，5-环形台阶，6-阀芯凸环，7-压簧内腔，8-主氧出气口，9-第一环形凹槽，10-应急氧出气口，11-阀芯，13-第三环形凹槽，14-主氧进气口，15-第二环形凹槽，16-密封圈，17-应急氧进气口，18-控制内腔，19-控制通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明所述用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器包括外壳1、阀芯11和压簧4，外壳1内设有外壳内腔（图中未标记），阀芯11置于所述外壳内腔内并能够相对于外壳1移动且设阀芯11移动的方向为外壳1、阀芯11和所述阀芯式氧源分配器的轴向（图中左右方向），所述外壳内腔的轴向第一端（图中左端）腔壁与阀芯11的轴向第一端之间留有间隙形成压簧内腔7，压簧4安装于压簧内腔7内并对阀芯11产生轴向推力，所述外壳内腔的轴向第二端（图中右端）腔壁与阀芯11的轴向第二端之间留有间隙形成控制内腔18，外壳1上设有与所述外壳内腔相通的主氧进气口14、应急氧进气口17、主氧出气口8和应急氧出气口10，应急氧进气口17与控制内腔18之间设有控制通道19，阀芯11上设有主氧通道和应急氧通道；阀芯11、主氧进气口14、应急氧进气口17、主氧出气口8和应急氧出气口10满足以下条件：阀芯11被压簧4的压力轴向推动到极限位置即阀芯11向靠近控制内腔18的方向移动到不能再移动的位置时，主氧进气口14与主氧出气口8通过所述主氧通道连通且同时应急氧进气口17与应急氧出气口10隔断，阀芯11被控制内腔18内的应急氧气轴向推动到极限位置即阀芯11向靠近压簧内腔7的方向移动到不能再移动的位置时，应急氧进气口17与应急氧出气口10通过所述应急氧通道连通且同时主氧进气口14与主氧出气口8隔断，同时，阀芯11轴向移动的整个过程中，主氧进气口14、应急氧进气口17、主氧出气口8和应急氧出气口10均同时与控制内腔18和压簧内腔7隔断，该条件通过设定好主氧进气口14、应急氧进气口17、主氧出气口8和应急氧出气口10所处的位置，以及阀芯11上的主氧通道和应急氧通道的轴向宽度和位置，以及压簧4的弹性系数即可实现。
如图1所示，本发明还公开了以下多种更加优化的具体结构，根据实际需要可以将上述结构和下述一种或多种结构进行叠加组合形成新的更加优化的技术方案。
为了便于加工控制通道19并缩短其长度，主氧进气口14和主氧出气口8靠近压簧内腔7，应急氧进气口17和应急氧出气口10靠近控制内腔18。
为了便于加工且利于快速传输氧气，所述主氧通道为设于阀芯11的外周壁上且靠近压簧内腔7的第一环形凹槽9，所述应急氧通道为设于阀芯11的外周壁上且靠近控制内腔18的第二环形凹槽15。
为了增加第一环形凹槽9和第二环形凹槽15的总体积以进一步提高氧气传输效率，主氧进气口14与主氧出气口8在径向错位排列且两者之间在轴向的距离最大值为L1，第一环形凹槽9在轴向的宽度不小于L1，应急氧进气口17与应急氧出气口10在径向错位排列且两者之间在轴向的距离最大值为L2，第二环形凹槽15在轴向的宽度不小于L2，L1与L2相差不超过1cm ，优选L1等于L2。
为了实现第一环形凹槽9、第二环形凹槽15、压簧内腔7和控制内腔18之间的高效隔断，阀芯11上位于第一环形凹槽9的轴向两侧外的外周和第二环形凹槽15的轴向两侧外的外周分别安装有与所述外壳内腔的腔壁密封接触的密封圈16，优选将密封圈16置于阀芯11的外周壁上的密封环槽内。
为了降低阀芯11与外壳内腔的腔壁之间的接触面积以减小摩擦、有利于阀芯11的轴向移动，阀芯11上位于第一环形凹槽9和第二环形凹槽15以外的外周壁上设有第三环形凹槽13，第三环形凹槽13的轴向两侧外的外周安装有与所述外壳内腔的腔壁密封接触的密封圈16，如此使每个密封圈16所在的阀芯11的局部凸环的轴向宽度都比较小，利于阀芯11的轴向移动。
为了避免阀芯11向外壳1的第二端方向过度移动造成控制内腔18太小以及第一环形凹槽9与应急氧进气口17/应急氧出气口10导通或第二环形凹槽15与主氧进气口14/出气口8导通的问题，阀芯11的轴向第一端设有向外周凸起的阀芯凸环6，所述外壳内腔中与压簧内腔7对应的一段直径大于其它部分直径且在直径变化处形成环形台阶5，阀芯凸环6置于压簧内腔7内且与环形台阶5接触，环形台阶5用于阻止阀芯凸环6向靠近控制内腔18的方向移动，压簧4的两端分别与所述外壳内腔的轴向第一端腔壁与阀芯凸环6接触。
为了稳定安装压簧4，所述外壳内腔的轴向第一端腔壁设有向阀芯凸环6靠近的方向凸起的凸柱2，压簧4的一端套装在凸柱2上。
为了对压簧4进行限位以使其具有更加稳定的轴向伸缩功能，压簧内腔7的中段设有向压簧内腔7的中心轴向凸起的外壳凸环3，压簧4的中段位于外壳凸环3内且相互靠近，外壳凸环3用于对压簧4进行径向限位。
为了便于应用，主氧进气口14和应急氧进气口17设于外壳1的径向一侧，主氧出气口8和应急氧出气口10设于外壳1的径向另一侧。
另外，外壳1的轴向两端一般设计为端盖结构，以便于内部部件的安装，但图中未示出具体端盖结构，因为根据实际应用需要也可以设计为对称两个开口壳体相互连接等结构，只要能够满足便于装拆内部部件的需求即可。
结合图1，本发明所述用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器的工作原理如下：
使用时将主氧进气口14与主氧源设备连接，将应急氧进气口17与应急氧源设备连接，将主氧出气口8与正常吸氧使用的肺式供氧部件连接，将应急氧出气口10与应急吸氧使用的持续供氧部件连接，应急氧进气口17前侧设有用于用户控制的阀门；正常吸氧时，应急氧进气口17没有进气，控制内腔18内气压很低，阀芯11在压簧4的作用下移动到靠近控制内腔18的极限位置，主氧通过第一环形凹槽9与肺式供氧部件连通，同时应急氧进气口17与应急氧出气口10隔断；在应急情况下，用户开启应急氧进气口17前侧的阀门，应急氧气进入控制内腔18内推动阀芯11克服压簧4的弹力向靠近压簧4的方向移动到极限位置，应急氧气通过第二环形凹槽15与持续供氧部件接通，同时主氧进气口14与主氧出气口8隔断；当用户关闭应急氧进气口17前侧的阀门时，阀芯11又在压簧4的作用下移动到靠近控制内腔18的极限位置。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器，其特征在于：包括外壳、阀芯和压簧，所述外壳内设有外壳内腔，所述阀芯置于所述外壳内腔内并能够相对于所述外壳移动且设所述阀芯移动的方向为所述外壳、所述阀芯和所述阀芯式氧源分配器的轴向，所述外壳内腔的轴向第一端腔壁与所述阀芯的轴向第一端之间留有间隙形成压簧内腔，所述压簧安装于所述压簧内腔内并对所述阀芯产生轴向推力，所述外壳内腔的轴向第二端腔壁与所述阀芯的轴向第二端之间留有间隙形成控制内腔，所述外壳上设有与所述外壳内腔相通的主氧进气口、应急氧进气口、主氧出气口和应急氧出气口，所述应急氧进气口与所述控制内腔之间设有控制通道，所述阀芯上设有主氧通道和应急氧通道；所述阀芯、所述主氧进气口、所述应急氧进气口、所述主氧出气口和所述应急氧出气口满足以下条件：所述阀芯被所述压簧的压力轴向推动到极限位置时所述主氧进气口与所述主氧出气口通过所述主氧通道连通且同时所述应急氧进气口与所述应急氧出气口隔断，所述阀芯被所述控制内腔内的应急氧气轴向推动到极限位置时，所述应急氧进气口与所述应急氧出气口通过所述应急氧通道连通且同时所述主氧进气口与所述主氧出气口隔断，同时，所述阀芯轴向移动的整个过程中，所述主氧进气口、所述应急氧进气口、所述主氧出气口和所述应急氧出气口均同时与所述控制内腔和所述压簧内腔隔断。
2.根据权利要求1所述的用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器，其特征在于：所述主氧进气口和所述主氧出气口靠近所述压簧内腔，所述应急氧进气口和所述应急氧出气口靠近所述控制内腔。
3.根据权利要求2所述的用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器，其特征在于：所述主氧通道为设于所述阀芯的外周壁上且靠近所述压簧内腔的第一环形凹槽，所述应急氧通道为设于所述阀芯的外周壁上且靠近所述控制内腔的第二环形凹槽。
4.根据权利要求3所述的用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器，其特征在于：所述主氧进气口与所述主氧出气口在径向错位排列且两者之间在轴向的距离最大值为L1，所述第一环形凹槽在轴向的宽度不小于L1，所述应急氧进气口与所述应急氧出气口在径向错位排列且两者之间在轴向的距离最大值为L2，所述第二环形凹槽在轴向的宽度不小于L2，L1与L2相差不超过1cm。
5.根据权利要求4所述的用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器，其特征在于：所述阀芯上位于所述第一环形凹槽轴向两侧外的外周和所述第二环形凹槽轴向两侧外的外周分别安装有与所述外壳内腔的腔壁密封接触的密封圈。
6.根据权利要求5所述的用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器，其特征在于：所述阀芯上位于所述第一环形凹槽和所述第二环形凹槽以外的外周壁上设有第三环形凹槽，所述第三环形凹槽轴向两侧外的外周安装有与所述外壳内腔的腔壁密封接触的密封圈。
7.根据权利要求1-6中任何一项所述的用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器，其特征在于：所述阀芯的轴向第一端设有向外周凸起的阀芯凸环，所述外壳内腔中与所述压簧内腔对应的一段直径大于其它部分直径且在直径变化处形成环形台阶，所述阀芯凸环置于所述压簧内腔内且与所述环形台阶接触，所述环形台阶用于阻止所述阀芯凸环向靠近所述控制内腔的方向移动，所述压簧的两端分别与所述外壳内腔的轴向第一端腔壁与所述阀芯凸环接触。
8.根据权利要求7所述的用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器，其特征在于：所述外壳内腔的轴向第一端腔壁设有向所述阀芯凸环靠近的方向凸起的凸柱，所述压簧的一端套装在所述凸柱上。
9.根据权利要求8所述的用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器，其特征在于：所述压簧内腔的中段设有向所述压簧内腔的中心轴向凸起的外壳凸环，所述压簧的中段位于所述外壳凸环内且相互靠近，所述外壳凸环用于对所述压簧进行径向限位。
10.根据权利要求1-6中任何一项所述的用于机载氧气系统的阀芯式氧源分配器，其特征在于：所述主氧进气口和所述应急氧进气口设于所述外壳的径向一侧，所述主氧出气口和所述应急氧出气口设于所述外壳的径向另一侧。
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