CN113137505A - 超高压减压阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高压减压阀，包括阀体，阀体内设置有上阀套、中阀套、下阀套、阀座、滤芯、滑阀、复位弹簧和调压装置，各零部件的中心线在同一轴线上；由于超高压介质进入滑阀与相应孔配合处的环形凹槽中，因而消除了对滑阀的径向不平衡力，极大地减小了滑阀运动时的摩擦力，滑阀表面涂以TiN或CrN，降低了滑阀运动时的摩擦系数，滑阀上段的顶杆与不锈钢膜片采用非固结连接，消除了由于连接不当给滑阀运动带来的附加摩擦力；本发明在结构上使阀的锥孔和锥面的同心度得到保证，并且二者的材料硬度相差较大，因此在超高压下接触面更贴合，密封更可靠；在进口处设置了高精度滤芯，避免较大颗粒杂质进入阀内影响滑阀的运动和阀口的密封。

Description

超高压减压阀

技术领域

本发明涉及阀门技术领域，具体涉及一种超高压减压阀。

背景技术

减压阀是一种将阀前的高压介质降至阀后所需的低压，并且当进出口压力或流量发生波动时，利用自身的构造自动进行调节，保证输出压力基本上保持不变的一种阀门，其工作原理是，当压力或流量发生波动时，利用滑阀的上升或下降，使阀口尺寸增大或减小，致使阀口的节流降压作用增大或减小，来保持输出压力基本上不变，例如当输入压力增大时，滑阀上升，使阀口尺寸变小，节流降压作用增大，阻止输出压力增大，从而保证输出压力基本上不变。但这个“基本上不变”有一个重要条件，即滑阀升降时摩擦力相对于推动其升降的力而言可以忽略不计，对于中低压的普通减压法，由于滑阀与相应配合孔间隙中的介质对滑阀产生的径向不平衡力不大，因此滑阀运动时产生的摩擦力可以忽略不计，尤其是对于采用润滑介质的减压阀。但是，对于超高压减压阀，例如用于氢燃料电池的减压阀，目前压力已达到70MPa，由于滑阀所受的径向不平衡力很大，滑阀运动时产生的摩擦力将会阻碍滑阀的运动，造成动作迟缓，甚至卡死，尤其是对于使用非润滑介质或在外径上套有O型密封圈的滑阀。为了减小径向不平衡力，目前普遍采用的方法是在滑阀表面开若干条均压槽，但在超高压工况下效果不明显，何况径向不平衡力还与滑阀及相应配合孔的形位公差（例如锥度、不圆度、不圆柱度等）、配合间隙及安装偏心等因素有关；此外，普遍减压阀采用的是软密封，对于超高压，密封必须采用硬密封，硬密封抗压、抗磨损，耐擦伤、耐高温，使用寿命长，但必须解决密封可靠性问题。本专利就是为解决普通减压阀上述技术上的不足而设计的。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的超高压减压阀在径向不平衡力很大的工况下，滑阀运动时产生的摩擦力将会阻碍滑阀的运动，造成动作迟缓，甚至卡死的问题及阀口的密封问题，提供一种超高压减压阀，可以有效解决上述问题。

本发明为解决上述技术问题采用的具体技术方案是，一种超高压减压阀，包括阀体，阀体内设置有上阀套、中阀套、下阀套、滤芯、滑阀、复位弹簧及输出压力调节装置，上述零部件的中心线在同一轴线上。滑阀下段的柱塞滑配在下滑套的小孔中，表面涂有TiN或CrN，以降低运动时的摩擦系数，中段锥台的锥角与阀座下方锥孔的锥度相同，二者组成减压阀的阀口,上段顶杆的球头在复位弹簧的推力下，紧顶在连接螺钉的下端面上，下端面中心有一个纵向盲孔，柱塞的上段有四个均布且与纵向盲孔连通的上径向孔，柱塞的中下段有四个均布且与纵向盲孔连通的下径向孔，下径向孔的外口设有环形凹槽；滑阀的材料为不锈钢，阀座的材料为硬度低于滑阀硬度的铜合金、铝合金或树脂；由于超高压介质进入滑阀与相应孔配合处的环形凹槽中，因而消除了对滑阀的径向不平衡力，极大地减小了滑阀运动时的摩擦力；滑阀上段的顶杆与膜片采用非固结连接，消除了由于连接不当给滑阀运动带来的附加摩擦力；由于结构上的合理设计，使阀座的锥孔和滑阀锥面的同心度得到保证，并且二者的材料硬度相差较大，这样在超高压下，由于较软材料的变形，使接触面更贴合，密封更可靠；进口处设置了高精度滤芯，避免较大颗粒杂质进入阀内影响滑阀运动和阀口的密封。

作为优选，阀体为直径上大下小的阶梯形圆筒，下圆筒的底部具有底墙，底墙下方具有圆形外凸环，外凸环中心具有进口和通孔一，进口的上方设有滤芯，并有挡圈定位；上圆筒一侧具有圆形外凸环，外凸环中心具有出口和通孔二，上圆筒内孔的上端设有内螺纹，下端设有设置O型密封圈二的沟槽；下阀套下部的圆柱与阀体下圆筒的内孔过渡配合，上部锥台的下端面抵靠在相应孔的上端面上，中心有一个直径上大下小的阶梯孔，底墙上设有通孔三；中阀套的外径与阀体上圆筒的内孔滑配，并设有上、下两只O型密封圈一和O型密封圈二，上端具有凹坑，下端具有锥孔，锥孔的上方是一个阶梯孔，锥孔的锥度与下阀套上部锥台的锥度相同；阶梯形孔的大孔中紧配有阀座，阶梯形孔中心的通孔四连通上凹坑，通孔四与滑阀上段的顶杆间形成环形通道，通孔四中央的壁上设有四个均布的径向通孔，径向通孔的外口设有环形凹槽，环形凹槽与通孔二相通；上阀套中段的外螺纹与阀体上圆筒内孔上端的内螺纹旋合，下端的圆柱与阀体上圆筒的内孔滑配，顶盖中设有螺孔；膜片设置在上阀套和中阀套之间，旋紧上阀套，即能使阀体、下阀套、中阀套、膜片和上阀套相互压紧。

作为优选，输出压力调节机构设置在上阀套的内腔中，由调节螺钉、螺母一、上弹簧座、弹簧、下弹簧座、膜片、密封垫、连接螺钉及螺母二组成，各零件的中心线在同一轴线上。调节螺钉旋合在上滑套顶盖的螺孔中，转动调节螺钉调节弹簧的压紧程度，即能调节输出压力的大小，调定后用螺母一锁定。

本发明的有益效果是：本发明的超高压减压阀由于超高压介质进入滑阀与相应孔配合处的环形凹槽中，因而消除了对滑阀的径向不平衡力，极大地减小了滑阀运动时的摩擦力；滑阀表面涂以TiN或CrN，降低了滑阀运动时的摩擦系数；滑阀上段的顶杆与膜片采用非固结连接，消除了由于连接不当给滑阀运动带来的附加摩擦力，解决了超高压工况下产生的摩擦力将会阻碍滑阀的运动，造成动作迟缓，甚至卡死的问题。此外，由于结构上的合理设计，保证了阀座的锥孔和滑阀锥面的同心度，并且二者的材料硬度相差较大，这样在超高压下由于较软材料的变形，使接触面更贴合，解决了阀口的密封问题。

附图说明

图1是本发明超高压减压阀的一种结构剖视图。

图中：1.调节螺钉，2.螺母一，3.上弹簧座，4.上阀套，5.弹簧，6.连接螺钉，7.螺母二，8.下弹簧座，9.膜片，10. O型密封圈一，11.密封垫，12.O型密封圈二，13.中阀套，14.阀座，15.滤芯，16.复位弹簧，17.滑阀，18.下阀套，19.阀体，A1.进口，A2.出口，V.减压阀阀口， a.通孔一，b.通孔二，c.通孔三，d.通孔四，e.径向通孔，f.环形凹槽，g.环形通道，h.纵向盲孔， j.下径向孔，k.环形凹槽，m.上径向孔。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

实施例1

本发明超高压减压阀如图1所示，超高压减压阀由阀体19、上阀套4、中阀套13、下阀套18、滑阀17、阀座14、输出压力调节装置、滤芯15及复位弹簧16等零部件组成，各零部件的中心线在同一轴线上。阀体19具有直径上大下小的阶梯形圆筒，下圆筒具有底墙，底墙下方具有圆形外凸环，外凸环中心具有进口A1和通孔一a，进口A1的上方设有滤芯15，并由挡圈定位，以免杂质进入阀内影响滑阀17的运动和减压阀阀口V的密封；上圆筒的一侧具有圆形外凸环，外凸环中心具有出口A2和通孔二b；内孔的上端车有内螺纹，下端车有设置O型密封圈二12的沟槽。下阀套18下部的圆柱与阀体19下圆筒的内孔过渡配合。上部是一个锥台，锥台的下端面抵靠在相应孔的上端面上，中心有一个直径上大下小的阶梯孔，底墙上具有通孔三c。中阀套13的外径与阀体19上圆筒中的内孔滑配，并设有O型密封圈一10和O型密封圈二12，上端具有凹坑，下端具有锥孔，锥孔的锥度与下阀套18上部锥台的锥度相同，锥孔的上方是一个阶梯孔，大孔中紧配有阀座14，中心的通孔四d联通上、下凹坑，通孔四d的中央壁上钻有四个均布的径向通孔e，径向通孔e外口的外径上车有环形凹槽f，与通孔二b相通；阀座14的下端面具有锥孔。上阀套4中段的外螺纹与阀体19上圆筒的内孔上端的内螺纹旋合，下端短圆筒的外径与阀体19上圆筒的内孔滑配，上端小圆筒的两侧有两个相互平行的平面（图中未画出），用以用扳手旋紧上阀套4，顶盖中央具有螺孔；膜片9（材料为316L不锈钢）设置在上阀套4和中阀套13之间，旋紧上阀套4即能使下阀套18、中阀套13、膜片9压紧在阀体19下圆筒内孔的上端面上，并压紧膜片9；输出压力调节机构设置在上阀套4的内腔中，由调节螺钉1、螺母一2、上弹簧座3、弹簧5、下弹簧座8、膜片9、连接螺钉6、密封垫11及螺母二7等零件组成，各零件的中心线与阀体19的中心线一致，调节螺钉1旋合在上滑套4顶盖的螺孔中，用于调节弹簧5的压紧程度；滑阀17下段的柱塞滑配在下滑套18的小孔中，中段锥台的锥角与阀座14下方锥孔的锥度相同，二者组成减压阀阀口V，由于下滑套18上方的锥台与中阀套13下方锥孔的密合，因此能保证减压阀阀口V的两个锥面完全贴合，上段顶杆的球头在复位弹簧16的推力下紧顶在连接螺钉6的下端面上，由于滑阀17 不与膜片9等连成一体，因此消除了由于连接或安装不当，给滑阀17运动带来的附加摩擦力，顶杆的外径与通孔四d之间形成环形通道g，滑阀17下端面的中心有一个纵向盲孔h，柱塞的上段有4个均布的上径向孔m，二孔相通，以将高压介质引入减压阀阀口V的前腔，柱塞的中下段有4个均布的下径向孔j，下径向孔j的外口车有较宽的环形凹槽k，使环形凹槽k与纵向盲孔h相通，以将高压介质引向柱塞与相应孔的配合间隙处，柱塞外径与环形凹槽k内径的中心线在同一直线上，由此消除了滑阀17所受的径向不平衡力，为进一步降低摩擦系数，柱塞表面与相应孔的接触部分涂以TiN或CrN。

为了保证减压阀阀口V关闭时的密封性，除了保证阀座14的锥孔与滑阀17中段锥台锥面的同心度外，二者的锥面还进行配对研磨，表面粗糙度≤0.1μm，并且二者中有一个是比较软的材料，例如滑阀17的材料是不锈钢316L,阀座14 的材料是铜合金或铝合金或合成树脂（例如聚酰亚胺树脂或特氟龙），这样，在高压下，由于较软材料的变形，使结合面更贴合。

本减压阀的工作原理如下：当阀后截止阀关闭，停止供应介质时，减压阀阀口V的出口腔，即膜片9下腔的压力升高，膜片9克服弹簧5的压力上升，滑阀17在复位弹簧16的推动下同步上升，直至将减压阀阀口V关闭，减压阀阀口V关闭后，出口腔的压力不再升高，并始终保持与设定压力相当的低压；当阀后截止阀打开提供介质时，膜片9下腔的压力降低，在弹簧5的推动下，克服复位弹簧16的顶力，滑阀17向下运动，随着减压阀阀口V的逐渐打开，膜片9下腔的压力逐渐升高，当与弹簧5的设定压力平衡时，减压阀阀口V的开度大小一定，减压阀便有了一定大小的压力输出，因此通过螺钉1调节弹簧5的松紧程度即能调节输出压力的大小，调定后用螺母一2锁定。一旦输出压力调定后，如果输入、输出压力或流量发生变化，那么减压阀会利用自身的构造，自动进行调节，使输出压力基本保持不变。如果输入压力降低（或升高），在降低（或升高）的瞬间，输出压力也必然降低（或升高），滑阀17在弹簧5的推动下向下（或向上）运动，减压阀阀口V的开度增大（或减小），节流降压作用减小（或增大），使输出压力回升（或降低）到原设定压力；如果流量增大（或减少），流经减压阀阀口V的流速也增大（或减小），压力损失也增大（或减小），造成输出压力的降低（或升高），从而在弹簧5（或复位弹簧16）的推动下滑阀17下移（或上升），减压阀阀口V的开度增大（或关小），节流降压作用减小（或增大），使输出压力回升（或降低）至原设定值。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征或技术数据可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施方式，这些本发明没有详细描述的实施方式是本领域技术人员无需创造性劳动就可以轻易实现的，因此这些未详细描述的实施方式也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种超高压减压阀，包括阀体（19），其特征在于：阀体（19）内设置有上阀套（4）、中阀套（13）、下阀套（18）、滤芯（15）滑阀（17）、复位弹簧（16）及输出压力调节装置，上述零部件的中心线在同一轴线上；滑阀（17）下段的柱塞滑配在下滑套（18）的小孔中，表面涂有TiN或CrN，中段锥台的锥角与阀座（14）下方锥孔的锥度相同，二者组成减压阀阀口（V）,上段顶杆的球头在复位弹簧（16）的推力下，紧顶在连接螺钉（6）的下端面上，滑阀（17）下端面中心有一个纵向盲孔（h），柱塞的上段有四个均布且与纵向盲孔（h）连通的上径向孔（m），柱塞的中下段有四个均布且与纵向盲孔（h）连通的下径向孔（j），下径向孔（j）的外口设有环形凹槽（k）；滑阀（17）的材料为不锈钢，阀座（14）的材料为硬度低于滑阀硬度的铜合金、铝合金或树脂。

2.根据权利要求1所述的超高压减压阀，其特征在于：阀体（19）为直径上大下小的阶梯形圆筒，下圆筒的底部具有底墙，底墙下方具有圆形外凸环，外凸环中心具有进口（A1）和通孔一（a），进口（A1）的上方设有滤芯（15），并有挡圈定位，上圆筒一侧具有圆形外凸环，外凸环中心具有出口（A2）和通孔二（b），上圆筒内孔的上端设有内螺纹，下端设有设置O型密封圈二（12）的沟槽；下阀套（18）下部的圆柱与阀体（19）下圆筒的内孔过渡配合，上部锥台的下端面抵靠在相应孔的上端面上，中心有一个直径上大下小的阶梯孔，底墙上设有通孔三（c）；中阀套（13）的外径与阀体（19）上圆筒的内孔滑配，并设有上、下两只O型密封圈一（10）和O型密封圈二（12），上端具有凹坑，下端具有锥孔，锥孔的锥度与下阀套（18）上部锥台的锥度相同；锥孔的上方是一个阶梯孔，阶梯孔中的大孔中紧配有阀座（14），阶梯孔中的小孔，即通孔四（d）连通上凹坑，通孔四（d）与滑阀（17）上段的顶杆间形成环形通道（g），通孔四（d）中央的壁上设有四个均布的径向通孔（e），径向通孔（e）的外口设有环形凹槽（f），环形凹槽（f）与通孔二（b）相通；上阀套（4）中段的外螺纹与阀体（19）上圆筒内孔上端的内螺纹旋合，下端的圆柱与阀体（19）上圆筒的内孔滑配，顶盖中设有螺孔；膜片（9）设置在上阀套（4）和中阀套（13）之间，旋紧上阀套（4），即能使阀体（19）、下阀套（18）、中阀套（13）、膜片（9）和上阀套（4）相互压紧。

3.根据权利要求1或2所述的超高压减压阀，其特征在于：输出压力调节机构设置在上阀套（4）的内腔中，由调节螺钉（1）、螺母一（2）、上弹簧座（3）、弹簧（5）、下弹簧座（8）、膜片（9）、密封垫（11）、连接螺钉（6）及螺母二（7）组成，各零件的中心线在同一轴线上，调节螺钉（1）旋合在上滑套（4）顶盖的螺孔中，转动调节螺钉（1）调节弹簧（5）的压紧程度，即能调节输出压力的大小，调定后用螺母一（2）锁定。

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