CN113251172B - 具有保压和防翻转泄漏功能的无浮子式机械阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有保压和防翻转泄漏功能的无浮子式机械阀，包括底盖、顶盖、钢球及笼子；在顶盖上设置有上排气口，在底盖上设置有下排气口；笼子设置于壳体结构内，笼子的上端面设置有上密封结构，笼子的下端面设置有下密封结构，上密封结构与上排气口配合，下密封结构与下排气口配合；钢球设置于笼子内。本技术方案的阀门，具有稳健的压力保持功能，灵敏的动态响应，稳定的性能表现，以及优异的重新开启性能。

Description

具有保压和防翻转泄漏功能的无浮子式机械阀
技术领域
本发明属于燃油箱阀门技术领域，特别是指一种具有保压和防翻转泄漏功能的无浮子式机械阀。
背景技术
目前，适用于燃油箱的阀门都是配备有浮子的，且需要为浮子配备一个支撑弹簧，阀门内的浮子的工作状态如图1所示，其中位置1为浮子02处于阀门最下端的位置，此时，浮力加弹簧02力小于浮子重力，此时浮子处于阀门的底座上保持静止；位置2为燃油液位达到某一高度，此时浮子的受力平衡被打破，将要开始上浮，是因为此时，向上的弹簧力和阀门空腔内气体产生的力，两者之和大于浮子向下的重力，此时浮子仍然保持静止，但是只要液位继续上升，平衡将会被打破，浮子就会上浮；位置3为液位继续上升，浮子的受力平衡被打破，浮子开始上浮，一直到浮子上端接触到排气口03而停止，随之，液位也会跟着停止上升，在此过程中，也就是浮子开始上浮到浮子关闭而停止的过程，浮子上浮的距离和液位上升的距离是对应的；位置4为浮子关闭了排气口，此时液位处在一个位置。
上述的四个位置的描述均为理想状态，浮子关闭的过程中，受到的影响因素较多，比如燃油箱的晃动或气体物理影响(比如稳定和压力的变化)，阀体空腔内气体的体积无法保证为不变的常量。假如空腔内气体的体积变少(比如温度降低)，浮子的受力情况同理想状态相比就会发生变化，比如关闭液位提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有保压和防翻转泄漏功能的无浮子式机械阀，以解决现技术的阀门的关闭过程因浮子空腔结构而带来的不稳定问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种具有保压和防翻转泄漏功能的无浮子式机械阀，包括底盖、顶盖、钢球及笼子；所述底盖与所述顶盖之间连接形成壳体结构，在所述顶盖上设置有上排气口，在所述底盖上设置有下排气口；所述底盖上所述的下排气口四周设置有一定高度的间隔的圆周状台阶，所述台阶和所述笼子配合；
所述笼子设置于所述壳体结构内，所诉笼子内部设置有钢球，通过钢球在所诉台阶上的运动，从而驱动笼子产生上下移动；所述笼子的上端面设置有上密封结构，所述笼子的下端面设置有下密封结构，所述上密封结构与所述上排气口配合，所述下密封结构与所述下排气口配合。
进一步的，所述底盖包括底板及侧墙，所述下排气口设置于底板上。
进一步的，所述笼子包括顶板、下板及立柱，所述顶板与所述下板通过立柱连接，在所述下板上设置有开口槽，所述开口槽与所述圆周状台阶相配合。
进一步的，在所述顶板及所述下板上均设置有通孔。
进一步的，所述底盖与所述顶盖之间设置有密封圈。
本发明的有益效果是：
1、稳健的压力保持功能：本技术方案不使用浮子，阀门的关闭和开启十分稳定。
2、灵敏的动态响应：本申请使用钢球的阀门在存在水平方向的加速度时，钢球就会关闭阀门不会引起泄漏。
3、无浮子结构，稳定的性能表现：本技术方案使用钢球的阀门不会受到温度和压力变化的影响。而相对应的，传统浮子内部空腔易受到稳定和压力的影响，进而影响浮子的关闭特性。
5、优异的重新开启性能：本技术方案使用钢球的阀门，具有较高的重新开启性能。
附图说明
图1为现技术带浮子阀门工作状态示意图；
图2为本发明无浮子式机械阀的正面剖视图；
图3为钢球与底盖的配合示意图；
图4为钢球所受的通过质心的合力不指向侧翻点的受力示意图；
图5为在倾斜情况下，钢球受力示意图；
图6为在倾斜情况下，钢球侧翻受力示意图；
图7为在加速度产生时，钢球受力示意图；
图8为在加速度产生后，钢球侧翻受力示意图；
图9为钢球离开圆周状台阶后的高度变化示意图；
图10为钢球及笼子移动示意图；
图11为笼子结构示意图；
图12为钢球离开圆周状台阶后笼子的位置变化示意图；
图13为钢球从高位回到底部后的位置变化示意图；
图14为钢球停留在底部时的下部密封结构与底部排气口配合示意图；
图15为钢球从圆周台阶顶部翻出时的底部排气口位置示意图；
图16为钢球从顶部返回底部时的下部密封结构位置变化示意图；
图17为钢球位于低位时的结构示意图；
图18为钢球在高位时的笼子位置示意图；
图19为钢球处于中间位置时，笼子的位置示意图；
图20为阀体压力区域示意图；
图21a和图21b为压力差产生作用时的下密封结构位置变化示意图。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
如图2和图3所示，本申请提供一种具有保压和防翻转泄漏功能的无浮子式机械阀，包括底盖(9)、顶盖(5)、钢球(8)及笼子(7)；所述底盖与所述顶盖之间连接形成壳体结构，在所述顶盖上设置有上排气口，在所述底盖上设置有下排气口。
所述笼子设置于所述壳体结构内，所述笼子的上端面设置有上密封结构，所述笼子的下端面设置有下密封结构，所述上密封结构与所述上排气口配合，所述下密封结构与所述下排气口配合；所述钢球设置于所述笼子内。所述底盖包括底板及侧墙，所述下排气口设置于底板上，在所述下排气口周围的底板上设置有间隔的圆周状台阶，所述钢球落于所述圆周状台阶内。所述笼子包括顶板、下板及立柱，所述顶板与所述下板通过立柱连接，所述上密封结构设置于所述顶板的上端面，所述下密封结构设置于所述下板的下端面，在所述下板上设置有开口槽，所述开口槽与所述圆周状台阶相配合。在所述顶板及所述下板上均设置有通孔。
如图3所示，钢球设置在底盖上，四周被特定高度的圆周状台阶包围，钢球落在圆周状台阶所形成的空间内。钢球所受的重力是通过钢球质心的力，只要重力的方向在扇形区域内，如图4所示，该扇形区别由第一侧翻点(10.2)和第二侧翻点(10.1)所形成的区域，钢球就会停留在由圆周状台阶(10)所形成的空间内。
能够影响钢球位置变化的有两个因素，一个是倾斜，因为倾斜角度的变化会导致合力方向的变化，另一个是外力，因为合力的向量方向会受到外力大小的影响。
如图5所示，假如在倾斜角度下，钢球会通过第一侧翻点(10.2)而翻出由圆周状台阶所形成区域。发生这种运动的前提条件是：通过质心(13)的重力(14)指向扇形区域(20)的外侧。然而，钢球(8)的移动被侧墙(12)所限制，如图6所示，钢球(8)将会停留在新的位置，在这个位置上，钢球所受的合力为0，钢球被底盖上面的侧墙和圆周状台阶所共同支撑着。
如图7所示，当附加的加速度作用在钢球(8)上，就会产生一个通过质心(13)的力(15)。当加速度产生的力(15)和钢球(8)的重力(14)的合力的向量(16)指向扇形区域(20)以外时，钢球(8)就会从第一侧翻点或者第二侧翻点通过圆周状台阶(10)翻出。
然而，底盖上面的侧墙(12)会对钢球(8)产生反作用力(15)，钢球(8)会有一个新的可停留的位置，如图8所示，在这个位置上，钢球(8)所受的合力为0，该位置被底盖上的侧墙(12)和圆周状台阶(10)所限制。
独立于倾斜、加速度或者两者的组合，当钢球(8)离开圆周状台阶(10)所包围的区域时，钢球(8)将会停留在圆周状台阶(10)的顶部。这就意味着，钢球(8)不仅仅是发生了侧向的位移，还发生了从低位(17)向高位(18)的向上位移，如图9所示。这个高度方向的位移高度差(19)用于实现本申请的技术方案的驱动源。
如图10和图11所示，钢球(8)被笼子(7)包围，笼子(7)由三个部件组成，包括顶板(22)，该顶板(22)上部有上密封结构(23)，下板(28)，以及连接顶板(22)和下板(28)的立柱(29)。顶板(22)上面的上密封结构(23)能够关闭顶部排气口(21)。
具体如图10中的实线部分所示，钢球(8)在低位(17)时，停留在位于圆周状台阶(10)的底板(11)里面。笼子(7)在低位(24)时，里面包围着钢球(8)，此时，笼子(7)距离顶部排气口(21)存在一定间距，因此，顶部排气口(21)是打开的。
钢球从圆周状台阶顶部翻出，如图12所示，钢球(8)运动到高位(18)达到圆周状台阶(10)顶部。钢球(8)的位移对笼子(7)产生影响，推动笼子(7)从其低位(24)向高位(25)的向上移动。笼子(7)的理论上只能够允许存在上下移动)。笼子(7)所对应的低位(24)和高位(25)的高度差等于需要关闭顶部排气口(21)所需要移动的距离。
如图13所示，钢球(8)运动到高位(18)达到圆周状台阶(10)顶部，同时当出现加速或者倾斜时，钢球(8)将会翻转回并停留在钢球的低位(17)，该低位(17)位于圆周状台阶(10)的内部。由于笼子(7)包围着钢球(8)，所以，钢球(8)会推动笼子(7)从高位(25)向低位(24)移动。理论上笼子(7)只能够存在上下移动)。
钢球(8)在低位(17)时，停留在圆周式台阶(10)的底部(11)，配备有下密封结构(26)的笼子(7)在其低位(24)将钢球(8)包围。钢球(8)的重力(14)保证底部排气口(27)处于关闭状态，如图14所示。
钢球(8)运动到高位(18)达到圆周状台阶(10)顶部。钢球(8)的位移对配备有下密封结构(26)的笼子(7)产生影响，推动笼子(7)从其低位(24)向高位(25)的向上移动。笼子(7)所对应的低位(24)和高位(25)的高度差需足够开启底部排气口(27)，如图15所示。
钢球(8)运动到高位(18)达到圆周状台阶(10)顶部，同时当出现加速或者倾斜时，钢球(8)将会翻转回并停留在钢球的低位(17)，该低位(17)位于圆周状台阶(10)的内部。由于笼子(7)包围着钢球(8)，所以，钢球(8)会推动笼子(7)从高位(25)向低位(24)移动，如图16所示。
因为笼子具有上密封结构和下密封结构，因此，顶部排气口和底部排气口的开启和关闭就可以通过一个部件实现。钢球在其低位时，可以保证底部排气口关闭，而顶部排气口开启，笼子在其低位将钢球包围，如图17所示。
钢球在其高位时，可以保证底部排气口开启，而顶部排气口关闭，笼子在其高位将钢球包围，如图18所示。
如图19所示，钢球在中间位置时，顶部排气口(21)和底部排气(27)都开启。这种情况会在钢球(8)向上移动时发生，比如倾斜或者加速时，正好当油箱内压足够高而推开被笼子(7)包围的钢球(8)进行泄压时。
当钢球(8)处于中间位置(32)时，笼子(7)会随之发生上下移动)，最终导致笼子(7)也相应的处于中间位置(31)。这个功能十分重要，可以实现油箱压力从高压释放至低压，这个指定的压力释放一般被称之为压力保持功能。
如图20所示，区域A和区域B的物理条件可能不一样，此处所说的物理条件是压力。两边的压力差值被称为压力差，假如区域A的压力大于区域B的压力，压力差作用在底部排气口(27)上。假如区域B的压力大于区域A，压力差产生的作用力(35)的方向为向上，作用在顶部排气口上。和压力差产生的作用力(35)的相反的力是通过钢球(8)质心(13)的重力(14)。
如图20所示，底部排气口(27)的开启和关闭，取决于重力(14)和压力差产生的作用力(35)的关系。只要压力差产生的作用力(35)等于或者小于重力(14)，下密封结构(26)就会关闭底部排气口(27)。当压力差产生的作用力(35)大于重力(14)，笼子(7)就会被推动而向上移动，而打开底部排气口(27)进行压力的释放。此时笼子(7)处于中间位置(32)，此时底部排气口(27)和顶部排气口(21)都开启。只要压力差产生的作用力(35)超过了重力(14)就会出现中间位置(32)。
如图21a和图21b所示，为压力差产生作用的两种不同情况时，底部排气口是处于开启状态还是关闭状态。其中第一种情况图21a为压力差产生的作用力小于或者等于重力，底部排气口关闭；第二种情况图21b为压力差产生的作用力超过重力，底部排气口开启。
以上的描述仅为本发明的一个优选的实施例，本发明不受上诉实施例的限制，任何基于本发明所描述的实施例的修改、等同替换和改进等，都应落入本发明的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.具有保压和防翻转泄漏功能的无浮子式机械阀，其特征在于，包括底盖、顶盖、钢球及笼子；所述底盖与所述顶盖之间连接形成壳体结构，在所述顶盖上设置有上排气口，在所述底盖上设置有下排气口；所述底盖上所述的下排气口四周设置有一定高度的间隔的圆周状台阶，所述台阶和所述笼子配合；
所述笼子设置于所述壳体结构内，所述笼子内部设置有钢球，通过钢球在所述台阶上的运动，从而驱动笼子产生上下移动；所述笼子的上端面设置有上密封结构，所述笼子的下端面设置有下密封结构，所述上密封结构与所述上排气口配合，所述下密封结构与所述下排气口配合；
所述笼子包括顶板、下板及立柱，所述顶板与所述下板通过立柱连接，在所述下板上设置有开口槽，所述开口槽与所述圆周状台阶相配合。
2.根据权利要求1所述的具有保压和防翻转泄漏功能的无浮子式机械阀，其特征在于，所述底盖包括底板及侧墙，所述下排气口设置于底板上。
3.根据权利要求1所述的具有保压和防翻转泄漏功能的无浮子式机械阀，其特征在于，在所述顶板及所述下板上均设置有通孔。
4.根据权利要求1所述的具有保压和防翻转泄漏功能的无浮子式机械阀，其特征在于，所述底盖与所述顶盖之间设置有密封圈。
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GR01 Patent grant
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