CN113958743B - 一种对入口压力不敏感的气体比例调节阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对入口压力不敏感的气体比例调节阀。本发明中的阀座下部通过密封圈密封，阀座上部与上盖紧紧夹着反馈膜的边缘区域；阀芯与阀芯连接件一端相连，阀芯连接件另一端通过反馈膜的中心区域与推杆连接，阀芯位于阀座、密封盖和上盖构成的空腔内部；弹簧安装在推杆内部的凹槽中，穿过反馈膜、阀芯连接件上的通孔，与阀座上凹槽底部相接触，处于受压状态；反馈膜两面分别承受空腔内部的气体压力和外界大气压力，且反馈膜通过阀芯连接件将受到的合力反馈传递给阀芯。本发明结构简单，不需要增设前置稳压器或者额外的入口压力反馈控制装置；且能够较好的消除气阀入口压力变化对流量的影响。

Description

一种对入口压力不敏感的气体比例调节阀
技术领域
本发明涉及一种气体比例调节阀，具体是一种对入口压力不敏感的气体比例调节阀。
背景技术
气体比例调节阀主要用于各种需要对气体的流量或压力进行比例调节的装置中，对气动系统的精确控制具有重要意义。如今，气体的比例调节技术已经十分成熟，已广泛应用于医疗、化工等领域中。
由于气体流量由节流面积和出、入口压力比同时决定，因此对于入口压力存在波动的场合，气体的比例调节大都采用先导阀控制入口压力，随后通过调节开度来实现流量或出口压力的调节；或者增设反馈控制系统，对入口压力的变化做出反馈，调节开度使流量保持参考流量不变。因此，这两种方式结构上往往都比较复杂，需要额外增加控制装置。
发明内容
本发明旨在提出一种具有结构简单、尺寸较小，能够利用气体本身对入口压力变化做出反馈调节的气体比例调节阀。
本发明包括橡胶垫、密封圈、阀芯、上盖、反馈膜、推杆、弹簧、阀芯连接件、阀座、密封盖和比例电磁铁；
所述阀座下部通过密封圈密封，由密封盖将密封圈压紧在阀座上，阀座上部与上盖紧紧夹着反馈膜的边缘区域；
所述阀芯与阀芯连接件一端相连，阀芯连接件另一端通过所述反馈膜的中心区域与所述推杆连接，阀芯位于阀座、密封盖和上盖构成的空腔内部；
所述弹簧安装在推杆内部的凹槽中，穿过反馈膜、阀芯连接件上的通孔，与阀座上凹槽底部相接触，处于受压状态；
所述比例电磁铁作用于推杆，可产生与比例电磁铁输入电流成正比的推力；
所述的阀座一端开有进气口，另一端开有出气口，进气口通过流道Ⅴ与阀流道Ⅲ连通，通过阀流道Ⅲ将气体导入空腔；所述的出气口通过流道Ⅰ上的反馈孔Ⅱ与所述空腔连通；
所述反馈膜两面分别承受空腔内部的气体压力和外界大气压力，且反馈膜通过阀芯连接件将受到的合力反馈传递给阀芯。
本发明具有以下有益效果：
1、结构简单，不需要增设前置稳压器或者额外的入口压力反馈控制装置。
2、能够较好的消除气阀入口压力变化对流量的影响。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是本发明的各关键气体流域示意图。
图3是本发明的爆炸示意图。
图4是本发明的侧视示意图。
图5是本发明的三维局部剖视图。
图6~10是本发明的工作流程图。
具体实施方式
本发明提供一种对入口压力不敏感的气体比例调节阀，包括橡胶垫、密封圈、阀芯、上盖、反馈膜、推杆、弹簧、阀芯连接件、阀座、密封盖和比例电磁铁。
阀座下部通过密封圈密封，由密封盖将密封圈压紧在阀座上，阀座上部与上盖紧紧夹着反馈膜的边缘区域。密封盖、阀座、反馈膜、上盖通过螺钉连接在一起。
阀芯和反馈膜通过阀芯连接件相连，阀芯被反馈膜支撑，悬浮在阀座、密封盖和上盖构成的空腔内部。橡胶垫嵌在阀芯上与阀座上流道Ⅲ正对的凹槽中；推杆被安装在正对阀芯连接件反馈膜的另一侧，推杆、反馈膜、阀芯连接件、阀芯通过螺钉连接在一起。弹簧安装在推杆下端的凹槽中，穿过反馈膜、阀芯连接件上的通孔，与阀座上凹槽底部相接触。比例电磁铁作用于推杆，可产生与比例电磁铁输入电流成正比的推力，其中反馈膜两端分别空腔内部的气体压力和外界大气压力，且反馈膜通过阀芯连接件将气体压力传递给阀芯。
在本发明中，阀芯受到电磁铁力、入口气压力、摩擦力、阻尼力、反馈气压力和弹簧弹力的作用。其中电磁铁力、入口气压力的方向为使阀芯打开的方向；反馈气压力和弹簧弹力的方向为使阀芯关闭的方向。摩擦力的方向与运动趋势的方向有关，阻尼力正比于阀芯运动速度。当电磁铁由初始位置通入一定电流时，合力朝向使阀芯打开的方向，驱使阀芯打开并产生流量，随着流量的逐步增大，反馈气压力也随之增大，机械能在摩擦力和阻尼力的消耗下逐渐减小，直至动能为零，最终使阀芯稳定在平衡位置。在相对稳定的气阀入口压力情况下，通过调节比例电磁铁的输入电流，即可调节阀芯平衡位置，从而实现流量的调节。
当气阀入口压力发生波动时，会使流量发生变化。入口压力增大时，流量随之增大，在出口反馈孔的作用下，空腔内压力也跟着增大，反馈膜受到的反馈力增大，反馈膜通过阀芯连接件与阀芯相连，将增大的反馈力传递到阀芯上，使阀芯原有的受力平衡被打破，阀芯将向关闭的方向运动，使流量减小，从而抵消入口气压增大对流量的影响。同理，入口压力减小时，阀芯将向打开的方向运动，抵消入口气压变化的影响。阀芯、上盖、推杆、阀芯连接件、阀座、密封盖都由黄铜制造，弹簧采用不锈钢材料制造，可用于具有一定腐蚀性气体的流量调节。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
图1 ~图10 结合给出了一种对入口压力不敏感的气体比例调节阀，图1为气阀总体结构图，图2为气阀关键结构示意图，图3和图4分别为气阀爆炸图和侧视图。图5是气阀的三维局部剖视图，6~10结合给出了对入口压力不敏感的气体比例调节阀工作原理。
实施例，如图1至图5所示，本实施例包括橡胶垫1、密封圈2、阀芯3、上盖4、反馈膜5、推杆6、弹簧7、阀芯连接件8、阀座9、密封盖10。阀芯3和反馈膜5通过阀芯连接件8相连，橡胶垫1被嵌在阀芯上与阀座9流道Ⅲ正对的凹槽中，推杆6被安装在正对阀芯连接件反馈膜的另一侧，推杆6、反馈膜5、阀芯连接件8、阀芯3通过螺钉连接在一起。阀座下侧通过密封圈2密封，由密封盖10将密封圈压紧在阀座上，阀座与上盖紧紧夹着反馈膜的边缘区域。密封盖10、阀座9、反馈膜5、上盖4通过螺钉连接在一起。弹簧7被安装在推杆下端的凹槽中，穿过反馈膜、阀芯连接件上的通孔，与阀座9上凹槽底部相接触。阀座9上圆柱形阀腔Ⅳ的直径为25.5mm，中间流道Ⅲ的直径为0.7mm，阀座上气体出口处设有反馈孔Ⅱ，反馈孔直径为2.4mm，阀座9上的进气口通过流道Ⅴ与中间流道Ⅲ连通，所述的出气口通过流道Ⅰ上的反馈孔Ⅱ与所述空腔连通，其中空腔由阀腔Ⅳ和阀腔VI贯通组成，由于反馈孔的节流作用，阀腔Ⅳ内气压与大气压间会形成一定的压差。反馈膜5两端分别承受阀腔Ⅳ的气压力和外界大气压力，且反馈膜通过阀芯连接件8将气体反馈压力传递给阀芯3。
对本实施例的工作原理说明如下：
如图6，在推杆未施加力时，弹簧的预压力使阀芯被紧紧压在阀座上，并堵住流道Ⅲ。当电磁铁产生一定的推力时，如图7和图8推杆将推动阀芯运动到力平衡位置，在出入口基本恒定的压差作用下，气体流动，出口输出气体流量，通过调节推杆上施加的电磁铁力即可实现流量的比例调节。在反馈孔的作用下，腔内和外界大气存在压差，反馈膜受到腔内的气压力作用。如图9所示，当入口压力增大时，将导致气体流量的增大，在出口反馈孔的节流作用下，阀腔Ⅳ内的气体压力也会增大。从而使反馈膜作用在阀芯上的反馈力产生一定增加量，这部分反馈力的增加量使阀芯向开度减小的方向运动，阻碍流量的增大，最终使流量偏差保持在较小的范围内。同理，如图10，当入口气体压力减小时，导致气体流量减小，这又使反馈力减小，从而迫使阀芯向开度增大的方向运动，阻碍流量的减小。基于以上两种情况，本实施例利用气体本身的压力实现了通过自动调节阀芯开度来抵抗入口压力变化对流量的影响，使流量偏差控制在较小的范围内。
最后，还需要注意的是，以上列举的近是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种对入口压力不敏感的气体比例调节阀，包括橡胶垫（1）、密封圈（2）、阀芯（3）、上盖（4）、反馈膜（5）、推杆（6）、弹簧（7）、阀芯连接件（8）、阀座（9）、密封盖（10）、比例电磁铁（11），其特征在于：
所述阀座（9）下部通过密封圈（2）密封，由密封盖（10）将密封圈压紧在阀座（9）上，阀座（9）上部与上盖（4）紧紧夹着反馈膜（5）的边缘区域；
所述阀芯（3）与阀芯连接件（8）一端相连，阀芯连接件（8）另一端通过所述反馈膜（5）的中心区域与推杆（6）连接，阀芯（3）位于阀座（9）、密封盖（10）和上盖（4）构成的空腔内部；
所述弹簧（7）安装在推杆（6）内部的凹槽中，穿过反馈膜（5）、阀芯连接件（8）上的通孔，与阀座（9）上凹槽底部相接触，处于受压状态；
所述比例电磁铁（11）作用于推杆（6），可产生与比例电磁铁输入电流成正比的推力；
所述的阀座（9）一端开有进气口，另一端开有出气口，进气口通过流道Ⅴ与阀流道Ⅲ连通，阀流道Ⅲ与阀芯上的凹槽正对，所述的橡胶垫（1）被嵌在阀芯上与阀流道Ⅲ正对的凹槽中；通过所述阀流道Ⅲ将气体导入阀座（9）的空腔内，所述的出气口通过流道Ⅰ上的反馈孔Ⅱ与所述空腔连通；其中空腔由阀腔Ⅳ和阀腔VI贯通组成，由于反馈孔Ⅱ的节流作用，阀腔Ⅳ内气压与大气压间会形成一定的压差；
所述反馈膜（5）两面分别承受空腔内部的气体压力和外界大气压力，且反馈膜（5）通过阀芯连接件（8）将受到的合力反馈传递给阀芯（3）；
在推杆（6）未施加力时，弹簧（7）的预压力使阀芯（3）被紧紧压在阀座（9）上，并堵住阀流道Ⅲ，当电磁铁产生一定的推力时，推杆（6）将推动阀芯（3）运动到力平衡位置，在出入口基本恒定的压差作用下，气体流动，出口输出气体流量，通过调节推杆（6）上施加的电磁铁力即可实现流量的比例调节；
当入口压力增大时，将导致气体流量的增大，在出口反馈孔Ⅱ的节流作用下，阀腔Ⅳ内的气体压力也会增大；从而使反馈膜（5）作用在阀芯（3）上的反馈力产生一定增加量，这部分反馈力的增加量使阀芯（3）向开度减小的方向运动，阻碍流量的增大，最终使流量偏差保持在较小的范围内；当入口气体压力减小时，导致气体流量减小，这又使反馈力减小，从而迫使阀芯向开度增大的方向运动，阻碍流量的减小。
2.根据权利要求1所述的一种对入口压力不敏感的气体比例调节阀，其特征在于：所述的密封盖（10）、阀座（9）、反馈膜（5）、上盖（4）通过螺钉连接在一起。
3.根据权利要求1所述的一种对入口压力不敏感的气体比例调节阀，其特征在于：所述的推杆（6）、反馈膜（5）、阀芯连接件（8）、阀芯（3）通过螺钉连接在一起。
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