CN116293016A - 一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组及其方法，属于减压阀装置领域。高压氢气减压阀组主要包括在进口压力过大时导通的超压导通阀，上下同轴分布的一对一级减压阀和二级减压阀。在高进口压力区间内，上部高压区间减压阀保持导通减压，下部低压区间减压阀在高压作用下自动闭合；在低进口压力区间内，下部低压区间减压阀保持导通减压，上部高压区间减压阀在弹簧作用下自动闭合。一级减压后的气体进入二级减压阀，实现二级减压，以保证出口压力稳定。高压区间减压阀与低压区间减压阀配合，实现分区段减压，进口压力区间得到扩大，保证了减压阀组减压后的氢气压力稳定，以适配高压储氢瓶释放气体前端压力下降的过程。

Description

一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组及其方法

技术领域

本发明涉及减压阀装置领域，尤其是用于燃料电池的供氢系统中的集成二级减压阀组。

背景技术

随着氢能产业的发展，氢气燃料电池汽车领域逐渐成为一个主要的技术发展和市场发展方向，更高压强规格的储氢瓶意味着更高的能量密度，为提升燃料电池汽车的里程，高压氢气的存储压力由35MPa提升至70MPa。

氢燃料电池汽车的供氢系统连接高压储氢瓶和燃料电池电堆系统，实现氢气的减压和保持供给压力稳定的功能，供氢系统后氢气压力过大、过小均会很大程度影响燃料电池的工作效率及寿命，供氢系统的核心部件为减压阀组，其实现储氢瓶的高压氢气(2～70MPa)减压至燃料电池适合压力区间(如0.16MPa左右)，因此，氢燃料电池汽车的性能很大程度上依赖于供氢系统中减压阀组的性能。

目前，车载70MPa规格的高压储氢瓶的进口压力变化区间大，过大的进口压力区间会使得减压性能下降，甚至失效，单个减压阀无法实现全区间的稳定减压，因此，减压阀组往往通过集成两级减压阀实现稳定减压。集成两级减压阀的减压阀组通常是通过一级减压阀承担主要的减压能力，一级减压阀的大进口压力变化区间会造成一级减压阀阀后的压力变化区间较大，最终影响二级减压阀阀后氢气压力控制精度，影响氢燃料电池的工作效率。

综上，有必要进一步设计减压阀组结构，达到提升二级减压阀后氢气压力控制精度的效果，进而提升氢燃料电池的工作效率和使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组及其方法。本发明通过分区间一级减压和二级减压，提高减压阀组后的压力调节精度，并能够保持出口流量和压力的稳定，另外，其应具有超压保护效果。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组，包括安装于阀体上的超压导通阀、高压区间减压阀、低压区间减压阀和第二级减压阀；阀体的一侧开设进口，另一侧开设出口；所述超压导通阀的底部进气口与进口连通，两个出气口分别与高压区间减压阀的两个独立内腔相连，用于根据气压高低控制高压区间减压阀底部进气口的启闭；所述高压区间减压阀用于高压时开启进行一级减压，其底部进气口与进口连通，出气口通过第二级减压阀与出口相连；所述低压区间减压阀用于低压时开启进行一级减压，其两个独立内腔分别与进口相连，能根据气压高低控制启闭，出气口通过第二级减压阀与出口相连。

作为优选，所述超压导通阀包括超压导通阀杆、超压导通阀座、超压导通支座和超压导通阀盖；

所述超压导通阀盖位于顶部且与阀体密封连接；超压导通阀座位于底部，并通过上方压设的超压导通支座与阀体密封连接；超压导通阀盖、阀体和超压导通阀座之间形成第二腔室，第二腔室与调节腔通道连通；所述超压导通阀杆由上至下依次贯穿超压导通支座和超压导通阀座，顶部位于超压导通阀盖底部开设的第一凹槽中，底部设有第一挡肩且位于阀体上开设的第二凹槽中，第二凹槽通过第三进口通道与进口连通；所述超压导通阀杆能上下移动，杆体上开设有能将第二腔室与第三进口通道连通的第一T型通孔流道；阀体、超压导通阀座和所述第一挡肩之间形成第一腔室，第一腔室与超压导通通道连通；位于所述第一腔室中的超压导通阀杆上套设有始终具有竖向弹力的超压导通调节弹簧；通过超压导通阀杆的上下移动，能使第三进口通道与第一腔室或第二腔室连通。

进一步的，所述高压区间减压阀包括高压区间阀座、高压区间阀芯、高压区间顶杆套筒、高压区间顶杆和高压区间阀盖；

所述高压区间阀盖位于顶部且与阀体密封连接，内顶部固定始终具有竖向弹力的高压区间调节弹簧，下方设有与阀体密封连接的高压区间顶杆套筒；所述高压区间顶杆顶部的第二挡肩与高压区间调节弹簧的下端固定，且能在高压区间阀盖内密封上下滑动；高压区间顶杆的第二挡肩、高压区间阀盖和高压区间顶杆套筒之间构成第三腔室，第三腔室通过调节腔通道与第二腔室连通；所述高压区间顶杆的下部贯穿高压区间顶杆套筒且两者之间滑动密封连接，底部固定有始终位于高压区间顶杆套筒下方的高压区间隔板；高压区间隔板与阀体密封滑动连接，下端具有第一推杆结构；所述高压区间顶杆、高压区间顶杆套筒、阀体和高压区间隔板之间构成第四腔室，第四腔室通过超压导通通道与第一腔室连通；所述高压区间隔板下方设有与阀体密封滑动连接的高压区间阀芯，高压区间阀芯与高压区间隔板之间压设有始终具有竖向弹力的高压区间隔板调节弹簧，高压区间隔板、高压区间阀芯和阀体之间共同构成第五腔室，第五腔室与第一出口通道连通；所述高压区间阀芯顶部能与所述第一推杆结构相接触，下部贯穿高压区间阀座且两者之间密封滑动连接；所述高压区间阀座与阀体密封连接，其内腔能通过第一进口通道与进口连通；所述高压区间阀芯的杆体上开设有用于将高压区间阀座内腔与第五腔室连通的第二T型通孔流道，底部设有能控制高压区间阀座内腔是否与第一进口通道连通的第一锥头。

更进一步的，所述低压区间减压阀包括低压区间阀座、低压区间阀芯、低压区间顶杆和低压区间阀盖；

所述低压区间阀盖位于底部且与阀体密封连接，内部固定有始终具有竖向弹力的低压区间调节弹簧；所述低压区间调节弹簧的顶部固定有与阀体密封滑动连接的低压区间顶杆，低压区间顶杆、低压区间阀盖和阀体之间构成第六腔室，第六腔室通过第二进口通道与进口连通；所述低压区间顶杆上方设有与阀体密封滑动连接的低压区间隔板，低压区间顶杆能与低压区间隔板接触并提供向上的作用力；所述低压区间隔板的上端具有第二推杆结构，上方设有与阀体密封滑动连接的低压区间阀芯，低压区间阀芯与低压区间隔板之间压设有始终具有竖向弹力的低压区间隔板调节弹簧，低压区间阀芯、低压区间隔板和阀体之间共同构成第七腔室，第七腔室与第二出口通道连通；所述低压区间阀芯底部能与所述第二推杆结构相接触，上部贯穿低压区间阀座且两者之间密封滑动连接；所述低压区间阀座与阀体密封连接，其内腔能通过第一进口通道与进口连通；所述低压区间阀芯的杆体上开设有用于将低压区间阀座内腔与第七腔室连通的第三T型通孔流道，顶部设有能控制低压区间阀座内腔是否与第一进口通道连通的第二锥头。

再进一步的，所述第二级减压阀包括第二级阀盖、第二级阀壳、第二级阀芯和第二级阀座；

所述第二级阀壳的一端与阀体密封固定连接，另一端与第二级阀盖相连；第二级阀壳内部固定有第二级阀座，第二级阀芯贯穿第二级阀座且能沿水平方向左右移动；所述第二级阀芯中部具有能与第二级阀座锥型开口相匹配的锥面阶梯结构，通过左右移动能调节与所述锥型开口之间流通面积大小，第二级阀芯的左端套设有始终具有水平弹力的第二级复位弹簧；所述第二级复位弹簧的一端压设于阀体上，另一端压设于锥面阶梯结构上；所述第二级阀盖与第二级阀壳的连接处压设有具有弹性的第二级膜片，第二级膜片将第二级减压阀内部分隔为互不连通的两个腔室；所述第二级膜片的一侧与第二级阀盖之间固定有始终具有水平弹力的第二级调节弹簧，另一侧与第二级阀芯的右端侧相抵，第二级调节弹簧与第二级阀芯同轴设置；位于第二级阀座左侧的第二级阀壳上开设有分别与第一出口通道和第二出口通道连通的开口，位于第二级阀座右侧的第二级阀壳上开设有与外界连通的出口。

作为优选，所述进口与出口同轴设置，高压区间减压阀和低压区间减压阀同轴设置；所述超压导通阀、高压区间减压阀、低压区间减压阀和第二级减压阀均分别通过圆柱状阶梯凹槽设置于阀体中，以构成整体。

作为优选，所述超压导通阀盖通过螺纹和密封圈与阀体密封固定连接，超压导通支座通过密封圈与阀体固定密封连接，超压导通阀座通过密封圈与阀体密封连接，超压导通阀杆的第一挡肩通过密封圈与阀体密封滑动连接，超压导通阀杆通过密封圈与超压导通阀座密封滑动连接；

所述超压导通调节弹簧的一端固定于超压导通阀座上，另一端固定于超压导通阀杆的第一挡肩上；所述超压导通阀杆、超压导通阀座、超压导通调节弹簧、超压导通支座和超压导通阀盖均同轴设置；所述超压导通阀杆的第一挡肩尺寸小于超压导通阀座内腔的尺寸，使超压导通阀杆上移至完全进入超压导通阀座内腔时，第三进口通道与第一腔室连通。

作为优选，所述高压区间阀盖通过密封圈与阀体密封固定连接，高压区间顶杆套筒通过密封圈与阀体密封固定连接，高压区间顶杆通过密封圈实现与高压区间阀盖和高压区间顶杆套筒的密封滑动连接，高压区间隔板通过密封圈与阀体密封滑动连接，高压区间阀芯通过密封圈实现与阀体和高压区间阀座的密封滑动连接，高压区间阀座通过密封圈与阀体密封固定连接；

所述高压区间调节弹簧的顶端通过螺栓固定于高压区间阀盖上；所述第一推杆结构为周向固定于高压区间隔板底部的若干竖向直杆；所述第三腔室通过高压区间顶杆套筒顶部周向开设的若干直角通孔与调节腔通道连通；所述高压区间阀座、高压区间阀芯、高压区间隔板、高压区间隔板调节弹簧、高压区间顶杆套筒、高压区间顶杆、高压区间调节弹簧和高压区间阀盖均同轴设置。

作为优选，所述低压区间阀盖通过密封圈与阀体密封固定连接，低压区间顶杆通过密封圈与阀体密封滑动连接，低压区间隔板通过密封圈与阀体密封滑动连接，低压区间阀座通过密封圈与阀体密封固定连接，低压区间阀芯通过密封圈实现与阀体和低压区间阀座的密封滑动连接；

所述低压区间隔板与低压区间顶杆之间设有与阀体固定的第一低压区间螺纹挡圈和第二低压区间螺纹挡圈，第一低压区间螺纹挡圈用于对低压区间隔板的下极限位置进行限位，第二低压区间螺纹挡圈用于对低压区间顶杆的上极限位置进行限位；所述低压区间调节弹簧的底端通过螺栓固定于低压区间阀盖上；所述第二推杆结构为周向固定于低压区间隔板顶部的若干竖向直杆；低压区间阀座、低压区间阀芯、低压区间隔板调节弹簧、低压区间隔板、低压区间顶杆、低压区间调节弹簧和低压区间阀盖均同轴设置。

第二方面，本发明提供了一种利用第一方面所述具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组的高压氢气减压方法，具体如下：

S1：当未向所述进口通入氢气时，高压区间减压阀和低压区间减压阀均处于关闭状态，具体如下：

超压导通阀中的超压导通阀杆在超压导通调节弹簧的弹力作用下处于下极限位置，使第三进口通道与第二腔室连通且不与第一腔室连通；高压区间减压阀中的高压区间顶杆在高压区间调节弹簧的弹力作用下，向下推动高压区间隔板，高压区间隔板通过第一推杆结构接触高压区间阀芯并对其产生作用力；高压区间阀芯底部的第一锥头封堵高压区间阀座底部的开口，关闭两者之间的第一狭缝区；同时，低压区间减压阀的低压区间阀芯和低压区间隔板在低压区间隔板调节弹簧的弹力作用下，分别处于其上极限位置和下极限位置；所述低压区间阀芯的上极限位置是指其顶部的第二锥头将低压区间阀座顶部的开口封堵，使两者之间的第二狭缝区关闭；所述第二级减压阀中的第二级阀芯在第二级复位弹簧和第二级调节弹簧的合力下，使其锥面阶梯结构与第二级阀座锥型开口之间的第三狭缝区保持开启；

S2：当从进口处通入的气体压强超过70MPa并达到额定值时，进口达到超压状态，此时，高压区间减压阀和低压区间减压阀均处于关闭状态，具体如下：

超压导通阀中的超压导通阀杆在第三进口通道通入的气体压力作用下上移至完全进入超压导通阀座内腔，使第三进口通道与第一腔室连通；气体从第一腔室中经超压导通通道进入第四腔室，压力直接作用于高压区间隔板；高压区间隔板克服高压区间隔板调节弹簧的弹力，下移至接触高压区间阀芯并对其产生向下的作用力，使高压区间阀芯底部的第一锥头封堵高压区间阀座底部的开口，关闭所述第一狭缝区；同时，气体通过第二进口通道进入第六腔室，气体压力作用于低压区间顶杆下端面使其上移；由于气体压力大于作用于低压区间顶杆上低压区间调节弹簧的弹力，低压区间顶杆继续上移至与低压区间隔板接触，并推动低压区间隔板上移；在低压区间隔板上移的过程中，所述第二推杆结构抵至低压区间阀芯上，所述第二锥头将低压区间阀座顶部的开口封堵，使两者之间的第二狭缝区关闭；

S3：当从进口处通入的气体压强处于40-70MPa的高压区间时，高压区间减压阀处于开启状态，低压区间减压阀处于关闭状态，具体如下：

超压导通阀中的超压导通阀杆在第三进口通道通入的气体压力作用下上移但不完全进入超压导通阀座内腔，第三进口通道与第二腔室连通；气体从第二腔室中经调节腔通道进入第三腔室，压力作用于高压区间顶杆且压力大于高压区间调节弹簧的弹力，高压区间顶杆上移；高压区间隔板在高压区间隔板调节弹簧的弹力作用下也上移，直到与高压区间顶杆套筒相抵处于上极限位置；在高压区间隔板的上移过程中，高压区间顶杆不对其产生作用力；高压区间阀芯顶部受到的弹力逐渐减小直至小于从第一进口通道进入的气体压力，高压区间阀芯向上移动使第一狭缝区开启，产生第一节流窗口；气体通过高压区间阀芯的第二T型通孔流道进入第五腔室，并通过第一出口通道进入第二级减压阀；

在该过程中，当进口处通入的气体压力变大时，作用在高压区间阀芯上端面的作用力变大，高压区间阀芯下移距离变大，第一节流窗口开度减小；当进口处通入的气体压力变小时，作用在高压区间阀芯上端面的作用力变小，高压区间阀芯下移距离变小，第一节流窗口开度增大；

气体通过第二进口通道进入第六腔室，气体压力作用于低压区间顶杆下端面使其上移；由于气体压力大于作用于低压区间顶杆上低压区间调节弹簧的弹力，低压区间顶杆继续上移至与低压区间隔板接触，并推动低压区间隔板上移；在低压区间隔板上移的过程中，所述第二推杆结构抵至低压区间阀芯上，所述第二锥头将低压区间阀座顶部的开口封堵，使两者之间的第二狭缝区关闭；

S4：当从进口处通入的气体压强处于5-40MP的低压区间时，高压区间减压阀处于关闭状态，低压区间减压阀处于开启状态，具体如下：

从第三进口通道进入超压导通阀中的气体压力小于超压导通调节弹簧的弹力，使第三进口通道与第二腔室连通且不与第一腔室连通；气体从第二腔室中经调节腔通道进入第三腔室，压力作用于高压区间顶杆但压力小于高压区间调节弹簧的弹力，高压区间顶杆在合力作用下下移并推动高压区间隔板下移；高压区间隔板通过第一推杆结构接触高压区间阀芯并对其产生作用力，高压区间阀芯底部的第一锥头封堵高压区间阀座底部的开口，关闭两者之间的第一狭缝区；

气体通过第二进口通道进入第六腔室，气体压力作用于低压区间顶杆下端面；由于作用于低压区间顶杆上的气体压力小于低压区间调节弹簧的弹力，低压区间顶杆在合力作用下下移；同时，气体通过第一进口通道作用于低压区间阀芯的第二锥头，由于作用于低压区间阀芯上端的气体压力大于低压区间隔板调节弹簧的弹力，低压区间阀芯向下移动使第二狭缝区开启，产生第二节流窗口；气体从第一进口通道通过低压区间阀芯的第三T型通孔流道进入第七腔室，并通过第二出口通道进入第二级减压阀；

在该过程中，当进口处通入的气体压力变大时，由于第二锥头的横截面积小于低压区间顶杆底部的横截面积，作用在低压区间阀芯下端面的压力变得更大，低压区间阀芯向上移动，第二节流窗口开度减小；当进口处通入的气体压力变小时，作用在低压区间阀芯下端面的压力变小，低压区间阀芯向下移动，第二节流窗口开度增大；

S5：第二级减压阀能实现出口气体压力稳定的动态调节，具体如下：

当气体从第一出口通道或第二出口通道进入第二级阀壳内腔的上游区域后，通过第三狭缝区并形成第三节流窗口，减压后的气体进入第二级阀壳内腔的下游区域，并作用在第二级膜片上，最终从出口流出；

在该过程中，当从第一出口通道或第二出口通道进入的气体压力与流量增大时，下游区域内的气体压力也逐渐增大至大于第二级调节弹簧的弹簧力，第二级调节弹簧被进一步压缩同时带动第二级膜片向右运动，第二级阀芯也向右移动，使第三节流窗口开度减小，下游区域内的气体压力相应降低，以此产生负反馈直至第二级调节弹簧和第二级复位弹簧的弹力与气体压力平衡，使下游区域出口的输出压力实现稳定；当从第一出口通道或第二出口通道进入的气体压力与流量减小时，下游区域内的气体压力也逐渐减小至小于第二级调节弹簧的弹簧力，第二级膜片向左运动同时带动第二级阀芯也向左移动，使第三节流窗口开度增大，下游区域内的气体压力相应回升，以此产生负反馈直至第二级调节弹簧和第二级复位弹簧的弹力与气体压力平衡，使下游区域出口的输出压力实现稳定。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

1)本发明能实现减压阀组结构紧凑，集成于单个阀体，很大程度上减少泄露点，可靠性高。

2)本发明通过第一级减压阀的压力分区减压，保证单个减压阀结构发挥良好减压作用，在大进口压力变化区间的工况下，降低了第一级减压阀的阀后压力变化区间，提高二级减压阀阀后氢气压力控制精度，进而提高了氢燃料电池的工作效率和使用寿命。

3)本发明能实现减压阀组的超压保护，当进口压力过大超过额定压力时，超压导通阀和调节腔能够保证第一级减压阀关闭，保护燃料电池以及提高安全性。

附图说明

图1为本发明高压氢气减压阀组的结构示意图；

图2为超压导通阀的结构示意图；

图3为高压区间减压阀的结构示意图；

图4为低压区间减压阀的结构示意图；

图5为第二级减压阀的结构示意图；

附图标记：阀体1，超压导通阀2，高压区间减压阀3，低压区间减压阀4，第二级减压阀5，进口6，出口7，第一进口通道a1，第二进口通道a2，第三进口通道a3，调节腔通道b1，超压导通通道b2，第一出口通道c1，第二出口通道c2，超压导通阀杆2-1，超压导通阀座2-2，超压导通调节弹簧2-3，超压导通支座2-4，超压导通阀盖2-5，高压区间阀座3-1，高压区间阀芯3-2，高压区间隔板3-3，高压区间隔板调节弹簧3-4，高压区间顶杆套筒3-5，高压区间顶杆3-6，高压区间调节弹簧3-7，高压区间阀盖3-8，低压区间阀座4-1，低压区间阀芯4-2，低压区间隔板调节弹簧4-3，低压区间隔板4-4，第一低压区间螺纹挡圈4-5，第二低压区间螺纹挡圈4-6，低压区间顶杆4-7，低压区间调节弹簧4-8，低压区间阀盖4-9，第二级阀盖5-1，第二级阀壳5-2，第二级复位弹簧5-3，第二级阀芯5-4，第二级阀座5-5，第二级膜片5-6，第二级调节弹簧5-7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，为本发明提供的一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组，该高压氢气减压阀组主要包括在进口压力过大时导通的超压导通阀2，上下分布的一对一级减压阀和设置于出口处的二级减压阀。在高进口压力区间内，上部高压区间减压阀保持导通减压，下部低压区间减压阀在高压作用下自动闭合；在低进口压力区间内，下部低压区间减压阀保持导通减压，上部高压区间减压阀在弹簧作用下自动闭合。一级减压后的气体进入二级减压阀，实现二级减压，以保证出口压力稳定。高压区间减压阀与低压区间减压阀配合，实现分区段减压，进口压力区间得到扩大，保证了减压阀组减压后的氢气压力稳定，以适配高压储氢瓶释放气体前端压力下降的过程。

具体的，超压导通阀2、高压区间减压阀3、低压区间减压阀4和第二级减压阀5均通过圆柱状阶梯凹槽设置于阀体1中并形成一个整体。其中，阀体1的一侧开设进口6，另一侧开设出口7。超压导通阀2底部的进气口与进口6连通，两个出气口分别与高压区间减压阀3的两个独立内腔相连。超压导通阀2能根据气压高低控制高压区间减压阀3底部进气口的启闭。高压区间减压阀3用于高压时开启进行一级减压，其底部进气口与进口6连通，出气口通过第二级减压阀5与出口7相连。低压区间减压阀4用于低压时开启进行一级减压，其两个独立内腔分别与进口6相连，能根据气压高低控制启闭，出气口通过第二级减压阀5与出口7相连。下面将对各阀门的结构和连接方式进行具体说明。

如图2所示，超压导通阀2通过圆柱状阶梯凹槽设置于阀体1中，且超压导通阀2的进口位于圆柱阶梯凹槽的底端，与第三进口通道a3相连。超压导通阀2主要包括超压导通阀杆2-1、超压导通阀座2-2、超压导通支座2-4和超压导通阀盖2-5。超压导通阀盖2-5位于顶部且与阀体1之间密封连接。本实施例中，超压导通阀盖2-5与阀体1之间通过螺纹相连，且两者连接处设有密封圈。超压导通阀座2-2位于超压导通阀2底部，上方压设有超压导通支座2-4，也就是说，超压导通阀座2-2夹持于超压导通支座2-4与阀体1之间，从而实现与阀体1的密封连接。超压导通支座2-4同样与阀体1密封连接。超压导通阀盖2-5、阀体1和超压导通阀座2-2之间形成相对独立的第二腔室，第二腔室与调节腔通道b1连通。

如图2所示，超压导通阀杆2-1由上至下依次贯穿超压导通支座2-4和超压导通阀座2-2，顶部位于超压导通阀盖2-5底部开设的第一凹槽中，底部设有第一挡肩且位于阀体1上开设的第二凹槽中，第二凹槽通过第三进口通道a3与进口6连通。也就是说，超压导通阀座2-2、超压导通支座2-4、超压导通阀盖2-5中央设置滑槽，超压导通阀杆2-1能在该滑槽中轴向相对滑动。超压导通阀杆2-1的杆体上开设有第一T型通孔流道，第一T型通孔流道能将第二腔室与第三进口通道a3连通。具体的，第一T型通孔流道包括横管段和竖直管段，横管段开设于超压导通阀杆2-1上部，能与第二腔室连通；竖直管段的一端与横管段中部连通，另一端位于超压导通阀杆2-1的底部且与第三进口通道a3连通。在本实施例中，超压导通阀杆2-1的纵向横截面为倒T型结构，包括上部的竖直段和底部的水平段(即第一挡肩)，水平段的尺寸小于超压导通阀座2-2内腔尺寸，使水平段能完全进入超压导通阀座2-2内腔中。超压导通阀盖2-5与超压导通阀杆2-1的连接处不用完全密封，具有一定的小缝隙，保证超压导通阀杆2-1上下移动的可行性。

如图2所示，阀体1、超压导通阀座2-2和第一挡肩之间形成相对独立的第一腔室，第一腔室与超压导通通道b2连通。位于第一腔室中的超压导通阀杆2-1上套设有超压导通调节弹簧2-3。超压导通调节弹簧2-3始终具有竖向弹力，其一端与固定于超压导通阀座2-2上，另一端固定于超压导通阀杆2-1的第一挡肩上。通过超压导通阀杆2-1的上下移动，能使第三进口通道a3与第一腔室或第二腔室连通。

在本实施例中，超压导通阀盖2-5通过螺纹和密封圈与阀体1密封固定连接，超压导通支座2-4通过密封圈与阀体1固定密封连接，超压导通阀座2-2通过密封圈与阀体1密封连接，超压导通阀杆2-1的第一挡肩通过密封圈与阀体1密封滑动连接(在本发明中，若无特殊说明，“密封滑动连接”均指两者之间的连接处密封且能够相对滑动)，超压导通阀杆2-1通过密封圈与超压导通阀座2-2密封滑动连接。超压导通阀杆2-1、超压导通阀座2-2、超压导通调节弹簧2-3、超压导通支座2-4和超压导通阀盖2-5均同轴设置。

如图3所示，高压区间减压阀3通过圆柱状阶梯凹槽设置于阀体1中，且高压区间减压阀3进口位于圆柱阶梯凹槽的底端，与第一进口通道a1相连。高压区间减压阀3主要包括高压区间阀座3-1、高压区间阀芯3-2、高压区间顶杆套筒3-5、高压区间顶杆3-6和高压区间阀盖3-8。高压区间阀盖3-8位于顶部且与阀体1密封连接，内顶部固定始终具有竖向弹力的高压区间调节弹簧3-7。在本实施例中，高压区间阀盖3-8与阀体1螺纹连接，且连接处通过密封圈实现密封；高压区间调节弹簧3-7通过紧定螺钉与高压区间阀盖3-8相连，紧定螺钉与高压区间阀盖3-8的连接处具有小缝隙，保证高压区间顶杆3-6上下移动的可行性。高压区间阀盖3-8的下方设有高压区间顶杆套筒3-5，高压区间顶杆套筒3-5与阀体1密封连接。高压区间顶杆3-6顶部的第二挡肩位于高压区间阀盖3-8内，且与高压区间调节弹簧3-7的下端固定，高压区间顶杆3-6能在高压区间阀盖3-8内密封上下滑动。高压区间顶杆3-6的第二挡肩、高压区间阀盖3-8和高压区间顶杆套筒3-5之间构成相对独立的第三腔室，第三腔室通过调节腔通道b1与第二腔室连通。在本实施例中，第三腔室通过高压区间顶杆套筒3-5顶部周向开设的若干直角通孔与调节腔通道b1连通。

如图3所示，高压区间顶杆3-6的下部贯穿高压区间顶杆套筒3-5，高压区间顶杆3-6与高压区间顶杆套筒3-5之间滑动密封连接，高压区间顶杆3-6底部固定有高压区间隔板3-3。高压区间隔板3-3位于高压区间顶杆套筒3-5下方且与阀体1密封滑动连接，高压区间隔板3-3在上下滑动时始终位于高压区间顶杆套筒3-5下方，即高压区间隔板3-3的上极限位置是与高压区间顶杆套筒3-5底部接触。为了实现这一效果，本实施例中将高压区间顶杆套筒3-5的横截面设置的大于高压区间隔板3-3横截面，从而实现对高压区间隔板3-3的限位。高压区间隔板3-3下端具有第一推杆结构。在本实施例中，第一推杆结构为周向固定于高压区间隔板3-3底部的若干竖向直杆。高压区间顶杆3-6、高压区间顶杆套筒3-5、阀体1和高压区间隔板3-3之间构成相对独立的第四腔室，第四腔室通过超压导通通道b2与第一腔室连通。

如图3所示，高压区间隔板3-3下方设有高压区间阀芯3-2，高压区间阀芯3-2与阀体1密封滑动连接。高压区间阀芯3-2与高压区间隔板3-3之间压设有高压区间隔板调节弹簧3-4，高压区间隔板调节弹簧3-4始终具有竖向弹力。高压区间隔板3-3、高压区间阀芯3-2和阀体1之间共同构成相对独立的第五腔室，第五腔室与第一出口通道c1连通。高压区间阀芯3-2顶部能与第一推杆结构相接触，下部贯穿高压区间阀座3-1，高压区间阀芯3-2能在高压区间阀座3-1的限位下竖向密封滑动。高压区间阀座3-1与阀体1密封连接，其内腔能通过第一进口通道a1与进口6连通。高压区间阀芯3-2的杆体上开设有用于将高压区间阀座3-1内腔与第五腔室连通的第二T型通孔流道，底部设有能控制高压区间阀座3-1内腔是否与第一进口通道a1连通的第一锥头。

也就是说，高压区间阀座3-1设置于高压区间阀芯3-2下端，通过螺纹与阀体1相连接，且中央设置滑槽；高压区间阀芯3-2底部的第一锥头在该滑槽中轴向相对滑动；高压区间阀芯3-2第一锥头的锥面能与第一进口通道a1形成狭缝。具体的，高压区间顶杆3-6为T型结构，包括上部的水平段(即第二挡肩)和下部的竖直段，水平段周向密封连接于高压区间阀盖3-8内壁，竖直段贯穿高压区间顶杆套筒3-5且底部与高压区间隔板3-3相连。第二T型通孔流道包括横管段和竖直管段，横管段开设于高压区间阀芯3-2下部邻近第一锥头处；竖直管段的一端与横管段中部连通，另一端位于高压区间阀芯3-2顶部且与第五腔室连通。

在本实施例中，高压区间阀盖3-8通过密封圈与阀体1密封固定连接，高压区间顶杆套筒3-5通过密封圈与阀体1密封固定连接，高压区间顶杆3-6通过密封圈实现与高压区间阀盖3-8和高压区间顶杆套筒3-5的密封滑动连接，高压区间隔板3-3通过密封圈与阀体1密封滑动连接，高压区间阀芯3-2通过密封圈实现与阀体1和高压区间阀座3-1的密封滑动连接，高压区间阀座3-1通过密封圈与阀体1密封固定连接。高压区间调节弹簧3-7的顶端通过螺栓固定于高压区间阀盖3-8上，螺栓与高压区间阀盖3-8的连接处不用完全密封，具有一定的小缝隙，保证高压区间顶杆3-6上下移动的可行性。

如图4所示，低压区间减压阀4通过圆柱阶梯凹槽设置于阀体1中，且低压区间减压阀4进口位于圆柱阶梯凹槽的高端，与第一进口通道a1相连。低压区间减压阀4主要包括低压区间阀座4-1、低压区间阀芯4-2、低压区间顶杆4-7和低压区间阀盖4-9。低压区间阀盖4-9位于底部且与阀体1密封连接，内部固定有低压区间调节弹簧4-8，低压区间调节弹簧4-8始终具有竖向弹力。在本实施例中，低压区间调节弹簧4-8的底端通过螺栓固定于低压区间阀盖4-9上。低压区间调节弹簧4-8的顶部固定有低压区间顶杆4-7，低压区间顶杆4-7与阀体1密封滑动连接。低压区间顶杆4-7、低压区间阀盖4-9和阀体1之间构成相对独立的第六腔室，第六腔室通过第二进口通道a2与进口6连通。低压区间顶杆4-7上方设有低压区间隔板4-4，低压区间隔板4-4与阀体1密封滑动连接，低压区间顶杆4-7能与低压区间隔板4-4接触并提供向上的作用力。低压区间隔板4-4的上端具有第二推杆结构，上方设有低压区间阀芯4-2，低压区间阀芯4-2与阀体1密封滑动连接。在本实施例中，第二推杆结构为周向固定于低压区间隔板4-4顶部的若干竖向直杆。低压区间阀芯4-2与低压区间隔板4-4之间压设有低压区间隔板调节弹簧4-3，低压区间隔板调节弹簧4-3始终具有竖向弹力。低压区间阀芯4-2、低压区间隔板4-4和阀体1之间共同构成相对独立的第七腔室，第七腔室与第二出口通道c2连通。低压区间阀芯4-2底部能与第二推杆结构相接触，上部贯穿低压区间阀座4-1，低压区间阀芯4-2能在低压区间阀座4-1的限位下上下密封滑动。低压区间阀座4-1与阀体1密封连接，其内腔能通过第一进口通道a1与进口6连通。低压区间阀芯4-2的杆体上开设有用于将低压区间阀座4-1内腔与第七腔室连通的第三T型通孔流道，顶部设有能控制低压区间阀座4-1内腔是否与第一进口通道a1连通的第二锥头。

在本实施例中，第三T型通孔流道包括横管段和竖直管段，横管段开设于低压区间阀芯4-2上部邻近第二锥头处，且连通低压区间阀座4-1内腔；竖直管段的一端与横管段中部连通，另一端位于低压区间阀芯4-2底部且与第七腔室连通。

在本实施例中，低压区间阀盖4-9通过密封圈与阀体1密封固定连接，低压区间顶杆4-7通过密封圈与阀体1密封滑动连接，低压区间隔板4-4通过密封圈与阀体1密封滑动连接，低压区间阀座4-1通过密封圈与阀体1密封固定连接，低压区间阀芯4-2通过密封圈实现与阀体1和低压区间阀座4-1的密封滑动连接。低压区间隔板4-4与低压区间顶杆4-7之间设有与阀体1固定的第一低压区间螺纹挡圈4-5和第二低压区间螺纹挡圈4-6，第一低压区间螺纹挡圈4-5用于对低压区间隔板4-4的下极限位置进行限位，第二低压区间螺纹挡圈4-6用于对低压区间顶杆4-7的上极限位置进行限位。低压区间阀座4-1、低压区间阀芯4-2、低压区间隔板调节弹簧4-3、低压区间隔板4-4、低压区间顶杆4-7、低压区间调节弹簧4-8和低压区间阀盖4-9均同轴设置。

如图5所示，第二级减压阀5主要包括第二级阀盖5-1、第二级阀壳5-2、第二级阀芯5-4和第二级阀座5-5。第二级阀壳5-2通过圆柱阶梯凹槽设置于阀体1中，且通过螺钉与阀体1紧固。第二级阀壳5-2窄端(即图5中左端)两侧设置通孔，分别与第一出口通道c1和第二出口通道c2相连通，第二级阀壳5-2窄端内底部设置凹孔滑槽。第二级阀壳5-2的宽端(即图5中右端)与第二级阀盖5-1相连，第二级阀盖5-1与第二级阀壳5-2通过螺栓螺母连接。第二级阀壳5-2内部固定有第二级阀座5-5，第二级阀座5-5与第二级阀壳5-2通过螺纹相连，且中央开通孔，通孔内部具有锥面。第二级阀芯5-4贯穿第二级阀座5-5且能沿水平方向左右移动。第二级阀芯5-4左侧插设于第二级阀壳5-2的凹孔滑槽中，中部具有能与第二级阀座5-5锥型开口相匹配的锥面阶梯结构，通过左右移动能调节与锥型开口之间流通面积大小，第二级阀芯5-4的左端套设有始终具有水平弹力的第二级复位弹簧5-3。第二级复位弹簧5-3的一端压设于阀体1上，另一端压设于锥面阶梯结构上。第二级阀盖5-1与第二级阀壳5-2的连接处夹持有第二级膜片5-6，第二级膜片5-6具有弹性，第二级膜片5-6将第二级减压阀5内部分隔为互不连通的两个腔室。第二级膜片5-6的一侧与第二级阀盖5-1之间固定有始终具有水平弹力的第二级调节弹簧5-7，另一侧设有垫片与第二级阀芯5-4的右端侧相抵，第二级调节弹簧5-7与第二级阀芯5-4同轴设置。第二级调节弹簧5-7设置于第二级膜片5-6右端，且与第二级阀盖5-1通过紧定螺钉连接。位于第二级阀座5-5左侧的第二级阀壳5-2上开设有分别与第一出口通道c1和第二出口通道c2连通的开口，位于第二级阀座5-5右侧的第二级阀壳5-2上开设有与外界连通的出口7。

在本实施例中，进口6与出口7同轴设置，高压区间减压阀3和低压区间减压阀4同轴设置。超压导通阀2、高压区间减压阀3、低压区间减压阀4和第二级减压阀5均分别通过圆柱状阶梯凹槽设置于阀体1中，以构成整体。

实际使用时，第二级减压阀5通过选用不同规格的第二级调节弹簧5-7，或通过改变第二级阀盖5-1的紧定螺钉旋进量，能调节第二级减压阀3的出口压力和流量。超压导通阀2通过选用不同规格的超压导通调节弹簧2-3，能够实现不同额定进口压力的超压导通功能。高压区间减压阀3通过选用不同规格的高压区间调节弹簧3-7，或通过改变高压区间阀盖3-8的紧定螺钉旋进量，能改变高压区间减压阀3的工作区间下限。低压区间减压阀4通过选用不同规格的低压区间调节弹簧4-8，或通过改变低压区间阀盖4-9的紧定螺钉旋进量，能够改变低压区间减压阀4的工作区间上限。

利用上述高压氢气减压阀组的高压氢气减压方法，具体如下：

S1：当未向进口6通入氢气时，高压区间减压阀3和低压区间减压阀4均处于关闭状态，具体如下：

超压导通阀2中的超压导通阀杆2-1在超压导通调节弹簧2-3的弹力作用下处于下极限位置，使第三进口通道a3与第二腔室连通且不与第一腔室连通。高压区间减压阀3中的高压区间顶杆3-6在高压区间调节弹簧3-7的弹力作用下，向下推动高压区间隔板3-3，高压区间隔板3-3通过第一推杆结构接触高压区间阀芯3-2并对其产生作用力。高压区间阀芯3-2底部的第一锥头封堵高压区间阀座3-1底部的开口，关闭两者之间的第一狭缝区。同时，低压区间减压阀4的低压区间阀芯4-2和低压区间隔板4-4在低压区间隔板调节弹簧4-3的弹力作用下，分别处于其上极限位置和下极限位置。低压区间阀芯4-2的上极限位置是指其顶部的第二锥头将低压区间阀座4-1顶部的开口封堵，使两者之间的第二狭缝区关闭。第二级减压阀5中的第二级阀芯5-4在第二级复位弹簧5-3和第二级调节弹簧5-7的合力下，使其锥面阶梯结构与第二级阀座5-5锥型开口之间的第三狭缝区保持开启。

S2：当从进口6处通入的气体压强超过70MPa并达到额定值时，进口6达到超压状态，此时，高压区间减压阀3和低压区间减压阀4均处于关闭状态，具体如下：

超压导通阀2中的超压导通阀杆2-1在第三进口通道a3通入的气体压力作用下上移至完全进入超压导通阀座2-2内腔，使第三进口通道a3与第一腔室连通。气体从第一腔室中经超压导通通道b2进入第四腔室，压力直接作用于高压区间隔板3-3。高压区间隔板3-3克服高压区间隔板调节弹簧3-4的弹力，下移至接触高压区间阀芯3-2并对其产生向下的作用力，使高压区间阀芯3-2底部的第一锥头封堵高压区间阀座3-1底部的开口，关闭第一狭缝区。同时，气体通过第二进口通道a2进入第六腔室，气体压力作用于低压区间顶杆4-7下端面使其上移。由于气体压力大于作用于低压区间顶杆4-7上低压区间调节弹簧4-8的弹力，低压区间顶杆4-7继续上移至与低压区间隔板4-4接触，并推动低压区间隔板4-4上移。在低压区间隔板4-4上移的过程中，第二推杆结构抵至低压区间阀芯4-2上，第二锥头将低压区间阀座4-1顶部的开口封堵，使两者之间的第二狭缝区关闭。

S3：当从进口6处通入的气体压强处于40-70MPa的高压区间时，高压区间减压阀3处于开启状态，低压区间减压阀4处于关闭状态，具体如下：

超压导通阀2中的超压导通阀杆2-1在第三进口通道a3通入的气体压力作用下上移但不完全进入超压导通阀座2-2内腔，第三进口通道a3与第二腔室连通。气体从第二腔室中经调节腔通道b1进入第三腔室，压力作用于高压区间顶杆3-6且压力大于高压区间调节弹簧3-7的弹力，高压区间顶杆3-6上移。高压区间隔板3-3在高压区间隔板调节弹簧3-4的弹力作用下也上移，直到与高压区间顶杆套筒3-5相抵处于上极限位置。在高压区间隔板3-3的上移过程中，高压区间顶杆3-6不对其产生作用力。高压区间阀芯3-2顶部受到的弹力逐渐减小直至小于从第一进口通道a1进入的气体压力，高压区间阀芯3-2向上移动使第一狭缝区开启，产生第一节流窗口。气体通过高压区间阀芯3-2的第二T型通孔流道进入第五腔室，并通过第一出口通道c1进入第二级减压阀5。

在该过程中，当进口压力波动时，高压区间隔板3-3下端空腔下游通道压力也相应波动，具体如下：当进口6处通入的气体压力变大时，作用在高压区间阀芯3-2上端面的作用力变大，高压区间阀芯3-2下移距离变大，第一节流窗口开度减小，实现更强节流效果。当进口6处通入的气体压力变小时，作用在高压区间阀芯3-2上端面的作用力变小，高压区间阀芯3-2下移距离变小，第一节流窗口开度增大，实现较小节流效果，以实现动态调节。

气体通过第二进口通道a2进入第六腔室，气体压力作用于低压区间顶杆4-7下端面使其上移。由于气体压力大于作用于低压区间顶杆4-7上低压区间调节弹簧4-8的弹力，低压区间顶杆4-7继续上移至与低压区间隔板4-4接触，并推动低压区间隔板4-4上移。在低压区间隔板4-4上移的过程中，第二推杆结构抵至低压区间阀芯4-2上，第二锥头将低压区间阀座4-1顶部的开口封堵，使两者之间的第二狭缝区关闭。

S4：当从进口6处通入的气体压强处于5-40MP的低压区间时，高压区间减压阀3处于关闭状态，低压区间减压阀4处于开启状态，具体如下：

从第三进口通道a3进入超压导通阀2中的气体压力小于超压导通调节弹簧2-3的弹力，使第三进口通道a3与第二腔室连通且不与第一腔室连通。气体从第二腔室中经调节腔通道b1进入第三腔室，压力作用于高压区间顶杆3-6但压力小于高压区间调节弹簧3-7的弹力，高压区间顶杆3-6在合力作用下下移并推动高压区间隔板3-3下移。高压区间隔板3-3通过第一推杆结构接触高压区间阀芯3-2并对其产生作用力，高压区间阀芯3-2底部的第一锥头封堵高压区间阀座3-1底部的开口，关闭两者之间的第一狭缝区。

气体通过第二进口通道a2进入第六腔室，气体压力作用于低压区间顶杆4-7下端面。由于作用于低压区间顶杆4-7上的气体压力小于低压区间调节弹簧4-8的弹力，低压区间顶杆4-7在合力作用下下移。同时，气体通过第一进口通道a1作用于低压区间阀芯4-2的第二锥头，由于作用于低压区间阀芯4-2上端的气体压力大于低压区间隔板调节弹簧4-3的弹力，低压区间阀芯4-2向下移动使第二狭缝区开启，产生第二节流窗口。气体从第一进口通道a1通过低压区间阀芯4-2的第三T型通孔流道进入第七腔室，并通过第二出口通道c2进入第二级减压阀5。

在该过程中，下游通道压力作用于低压区间阀芯4-2下端面产生动态调节同上述高压区间减压阀的调节情况，具体如下：当进口6处通入的气体压力变大时，由于第二锥头的横截面积小于低压区间顶杆4-7底部的横截面积，作用在低压区间阀芯4-2下端面的压力变得更大，低压区间阀芯4-2向上移动，第二节流窗口开度减小，实现更强节流效果。当进口6处通入的气体压力变小时，作用在低压区间阀芯4-2下端面的压力变小，低压区间阀芯4-2向下移动，第二节流窗口开度增大，实现较小节流效果。

S5：第二级减压阀5能实现出口7气体压力稳定的动态调节，具体如下：

当气体从第一出口通道c1或第二出口通道c2进入第二级阀壳5-2内腔的上游区域后，通过第三狭缝区并形成第三节流窗口，减压后的气体进入第二级阀壳5-2内腔的下游区域，并作用在第二级膜片5-6上，最终从出口7流出。

在该过程中，当从第一出口通道c1或第二出口通道c2进入的气体压力与流量增大时，下游区域内的气体压力也逐渐增大至大于第二级调节弹簧5-7的弹簧力，第二级调节弹簧5-7被进一步压缩同时带动第二级膜片5-6向右运动，第二级阀芯5-4也向右移动，使第三节流窗口开度减小，实现更强节流效果，下游区域内的气体压力相应降低，以此产生负反馈直至第二级调节弹簧5-7和第二级复位弹簧5-3的弹力与气体压力平衡，使下游区域出口7的输出压力实现稳定。当从第一出口通道c1或第二出口通道c2进入的气体压力与流量减小时，下游区域内的气体压力也逐渐减小至小于第二级调节弹簧5-7的弹簧力，第二级膜片5-6向左运动同时带动第二级阀芯5-4也向左移动，使第三节流窗口开度增大，实现较小节流效果，下游区域内的气体压力相应回升，以此产生负反馈直至第二级调节弹簧5-7和第二级复位弹簧5-3的弹力与气体压力平衡，使下游区域出口7的输出压力实现稳定。另外，通过调节紧定螺钉的旋进量，可以改变弹簧力，依照输出压力、流量需求获取相应平衡状态。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组，其特征在于，包括安装于阀体(1)上的超压导通阀(2)、高压区间减压阀(3)、低压区间减压阀(4)和第二级减压阀(5)；阀体(1)的一侧开设进口(6)，另一侧开设出口(7)；所述超压导通阀(2)的底部进气口与进口(6)连通，两个出气口分别与高压区间减压阀(3)的两个独立内腔相连，用于根据气压高低控制高压区间减压阀(3)底部进气口的启闭；所述高压区间减压阀(3)用于高压时开启进行一级减压，其底部进气口与进口(6)连通，出气口通过第二级减压阀(5)与出口(7)相连；所述低压区间减压阀(4)用于低压时开启进行一级减压，其两个独立内腔分别与进口(6)相连，能根据气压高低控制启闭，出气口通过第二级减压阀(5)与出口(7)相连。

2.根据权利要求1所述的一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组，其特征在于，所述超压导通阀(2)包括超压导通阀杆(2-1)、超压导通阀座(2-2)、超压导通支座(2-4)和超压导通阀盖(2-5)；

所述超压导通阀盖(2-5)位于顶部且与阀体(1)密封连接；超压导通阀座(2-2)位于底部，并通过上方压设的超压导通支座(2-4)与阀体(1)密封连接；超压导通阀盖(2-5)、阀体(1)和超压导通阀座(2-2)之间形成第二腔室，第二腔室与调节腔通道(b1)连通；所述超压导通阀杆(2-1)由上至下依次贯穿超压导通支座(2-4)和超压导通阀座(2-2)，顶部位于超压导通阀盖(2-5)底部开设的第一凹槽中，底部设有第一挡肩且位于阀体(1)上开设的第二凹槽中，第二凹槽通过第三进口通道(a3)与进口(6)连通；所述超压导通阀杆(2-1)能上下移动，杆体上开设有能将第二腔室与第三进口通道(a3)连通的第一T型通孔流道；阀体(1)、超压导通阀座(2-2)和所述第一挡肩之间形成第一腔室，第一腔室与超压导通通道(b2)连通；位于所述第一腔室中的超压导通阀杆(2-1)上套设有始终具有竖向弹力的超压导通调节弹簧(2-3)；通过超压导通阀杆(2-1)的上下移动，能使第三进口通道(a3)与第一腔室或第二腔室连通。

3.根据权利要求2所述的一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组，其特征在于，所述高压区间减压阀(3)包括高压区间阀座(3-1)、高压区间阀芯(3-2)、高压区间顶杆套筒(3-5)、高压区间顶杆(3-6)和高压区间阀盖(3-8)；

所述高压区间阀盖(3-8)位于顶部且与阀体(1)密封连接，内顶部固定始终具有竖向弹力的高压区间调节弹簧(3-7)，下方设有与阀体(1)密封连接的高压区间顶杆套筒(3-5)；所述高压区间顶杆(3-6)顶部的第二挡肩与高压区间调节弹簧(3-7)的下端固定，且能在高压区间阀盖(3-8)内密封上下滑动；高压区间顶杆(3-6)的第二挡肩、高压区间阀盖(3-8)和高压区间顶杆套筒(3-5)之间构成第三腔室，第三腔室通过调节腔通道(b1)与第二腔室连通；所述高压区间顶杆(3-6)的下部贯穿高压区间顶杆套筒(3-5)且两者之间滑动密封连接，底部固定有始终位于高压区间顶杆套筒(3-5)下方的高压区间隔板(3-3)；高压区间隔板(3-3)与阀体(1)密封滑动连接，下端具有第一推杆结构；所述高压区间顶杆(3-6)、高压区间顶杆套筒(3-5)、阀体(1)和高压区间隔板(3-3)之间构成第四腔室，第四腔室通过超压导通通道(b2)与第一腔室连通；所述高压区间隔板(3-3)下方设有与阀体(1)密封滑动连接的高压区间阀芯(3-2)，高压区间阀芯(3-2)与高压区间隔板(3-3)之间压设有始终具有竖向弹力的高压区间隔板调节弹簧(3-4)，高压区间隔板(3-3)、高压区间阀芯(3-2)和阀体(1)之间共同构成第五腔室，第五腔室与第一出口通道(c1)连通；所述高压区间阀芯(3-2)顶部能与所述第一推杆结构相接触，下部贯穿高压区间阀座(3-1)且两者之间密封滑动连接；所述高压区间阀座(3-1)与阀体(1)密封连接，其内腔能通过第一进口通道(a1)与进口(6)连通；所述高压区间阀芯(3-2)的杆体上开设有用于将高压区间阀座(3-1)内腔与第五腔室连通的第二T型通孔流道，底部设有能控制高压区间阀座(3-1)内腔是否与第一进口通道(a1)连通的第一锥头。

4.根据权利要求3所述的一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组，其特征在于，所述低压区间减压阀(4)包括低压区间阀座(4-1)、低压区间阀芯(4-2)、低压区间顶杆(4-7)和低压区间阀盖(4-9)；

所述低压区间阀盖(4-9)位于底部且与阀体(1)密封连接，内部固定有始终具有竖向弹力的低压区间调节弹簧(4-8)；所述低压区间调节弹簧(4-8)的顶部固定有与阀体(1)密封滑动连接的低压区间顶杆(4-7)，低压区间顶杆(4-7)、低压区间阀盖(4-9)和阀体(1)之间构成第六腔室，第六腔室通过第二进口通道(a2)与进口(6)连通；所述低压区间顶杆(4-7)上方设有与阀体(1)密封滑动连接的低压区间隔板(4-4)，低压区间顶杆(4-7)能与低压区间隔板(4-4)接触并提供向上的作用力；所述低压区间隔板(4-4)的上端具有第二推杆结构，上方设有与阀体(1)密封滑动连接的低压区间阀芯(4-2)，低压区间阀芯(4-2)与低压区间隔板(4-4)之间压设有始终具有竖向弹力的低压区间隔板调节弹簧(4-3)，低压区间阀芯(4-2)、低压区间隔板(4-4)和阀体(1)之间共同构成第七腔室，第七腔室与第二出口通道(c2)连通；所述低压区间阀芯(4-2)底部能与所述第二推杆结构相接触，上部贯穿低压区间阀座(4-1)且两者之间密封滑动连接；所述低压区间阀座(4-1)与阀体(1)密封连接，其内腔能通过第一进口通道(a1)与进口(6)连通；所述低压区间阀芯(4-2)的杆体上开设有用于将低压区间阀座(4-1)内腔与第七腔室连通的第三T型通孔流道，顶部设有能控制低压区间阀座(4-1)内腔是否与第一进口通道(a1)连通的第二锥头。

5.根据权利要求4所述的一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组，其特征在于，所述第二级减压阀(5)包括第二级阀盖(5-1)、第二级阀壳(5-2)、第二级阀芯(5-4)和第二级阀座(5-5)；

所述第二级阀壳(5-2)的一端与阀体(1)密封固定连接，另一端与第二级阀盖(5-1)相连；第二级阀壳(5-2)内部固定有第二级阀座(5-5)，第二级阀芯(5-4)贯穿第二级阀座(5-5)且能沿水平方向左右移动；所述第二级阀芯(5-4)中部具有能与第二级阀座(5-5)锥型开口相匹配的锥面阶梯结构，通过左右移动能调节与所述锥型开口之间流通面积大小，第二级阀芯(5-4)的左端套设有始终具有水平弹力的第二级复位弹簧(5-3)；所述第二级复位弹簧(5-3)的一端压设于阀体(1)上，另一端压设于锥面阶梯结构上；所述第二级阀盖(5-1)与第二级阀壳(5-2)的连接处压设有具有弹性的第二级膜片(5-6)，第二级膜片(5-6)将第二级减压阀(5)内部分隔为互不连通的两个腔室；所述第二级膜片(5-6)的一侧与第二级阀盖(5-1)之间固定有始终具有水平弹力的第二级调节弹簧(5-7)，另一侧与第二级阀芯(5-4)的右端侧相抵，第二级调节弹簧(5-7)与第二级阀芯(5-4)同轴设置；位于第二级阀座(5-5)左侧的第二级阀壳(5-2)上开设有分别与第一出口通道(c1)和第二出口通道(c2)连通的开口，位于第二级阀座(5-5)右侧的第二级阀壳(5-2)上开设有与外界连通的出口(7)。

6.根据权利要求1所述的一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组，其特征在于，所述进口(6)与出口(7)同轴设置，高压区间减压阀(3)和低压区间减压阀(4)同轴设置；所述超压导通阀(2)、高压区间减压阀(3)、低压区间减压阀(4)和第二级减压阀(5)均分别通过圆柱状阶梯凹槽设置于阀体(1)中，以构成整体。

7.根据权利要求2所述的一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组，其特征在于，所述超压导通阀盖(2-5)通过螺纹和密封圈与阀体(1)密封固定连接，超压导通支座(2-4)通过密封圈与阀体(1)固定密封连接，超压导通阀座(2-2)通过密封圈与阀体(1)密封连接，超压导通阀杆(2-1)的第一挡肩通过密封圈与阀体(1)密封滑动连接，超压导通阀杆(2-1)通过密封圈与超压导通阀座(2-2)密封滑动连接；

所述超压导通调节弹簧(2-3)的一端固定于超压导通阀座(2-2)上，另一端固定于超压导通阀杆(2-1)的第一挡肩上；所述超压导通阀杆(2-1)、超压导通阀座(2-2)、超压导通调节弹簧(2-3)、超压导通支座(2-4)和超压导通阀盖(2-5)均同轴设置；所述超压导通阀杆(2-1)的第一挡肩尺寸小于超压导通阀座(2-2)内腔的尺寸，使超压导通阀杆(2-1)上移至完全进入超压导通阀座(2-2)内腔时，第三进口通道(a3)与第一腔室连通。

8.根据权利要求3所述的一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组，其特征在于，所述高压区间阀盖(3-8)通过密封圈与阀体(1)密封固定连接，高压区间顶杆套筒(3-5)通过密封圈与阀体(1)密封固定连接，高压区间顶杆(3-6)通过密封圈实现与高压区间阀盖(3-8)和高压区间顶杆套筒(3-5)的密封滑动连接，高压区间隔板(3-3)通过密封圈与阀体(1)密封滑动连接，高压区间阀芯(3-2)通过密封圈实现与阀体(1)和高压区间阀座(3-1)的密封滑动连接，高压区间阀座(3-1)通过密封圈与阀体(1)密封固定连接；

所述高压区间调节弹簧(3-7)的顶端通过螺栓固定于高压区间阀盖(3-8)上；所述第一推杆结构为周向固定于高压区间隔板(3-3)底部的若干竖向直杆；所述第三腔室通过高压区间顶杆套筒(3-5)顶部周向开设的若干直角通孔与调节腔通道(b1)连通；所述高压区间阀座(3-1)、高压区间阀芯(3-2)、高压区间隔板(3-3)、高压区间隔板调节弹簧(3-4)、高压区间顶杆套筒(3-5)、高压区间顶杆(3-6)、高压区间调节弹簧(3-7)和高压区间阀盖(3-8)均同轴设置。

9.根据权利要求4所述的一种具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组，其特征在于，所述低压区间阀盖(4-9)通过密封圈与阀体(1)密封固定连接，低压区间顶杆(4-7)通过密封圈与阀体(1)密封滑动连接，低压区间隔板(4-4)通过密封圈与阀体(1)密封滑动连接，低压区间阀座(4-1)通过密封圈与阀体(1)密封固定连接，低压区间阀芯(4-2)通过密封圈实现与阀体(1)和低压区间阀座(4-1)的密封滑动连接；

所述低压区间隔板(4-4)与低压区间顶杆(4-7)之间设有与阀体(1)固定的第一低压区间螺纹挡圈(4-5)和第二低压区间螺纹挡圈(4-6)，第一低压区间螺纹挡圈(4-5)用于对低压区间隔板(4-4)的下极限位置进行限位，第二低压区间螺纹挡圈(4-6)用于对低压区间顶杆(4-7)的上极限位置进行限位；所述低压区间调节弹簧(4-8)的底端通过螺栓固定于低压区间阀盖(4-9)上；所述第二推杆结构为周向固定于低压区间隔板(4-4)顶部的若干竖向直杆；低压区间阀座(4-1)、低压区间阀芯(4-2)、低压区间隔板调节弹簧(4-3)、低压区间隔板(4-4)、低压区间顶杆(4-7)、低压区间调节弹簧(4-8)和低压区间阀盖(4-9)均同轴设置。

10.一种利用权利要求5所述具有高压力调节精度的高压氢气减压阀组的高压氢气减压方法，其特征在于，具体如下：

S1：当未向所述进口(6)通入氢气时，高压区间减压阀(3)和低压区间减压阀(4)均处于关闭状态，具体如下：

超压导通阀(2)中的超压导通阀杆(2-1)在超压导通调节弹簧(2-3)的弹力作用下处于下极限位置，使第三进口通道(a3)与第二腔室连通且不与第一腔室连通；高压区间减压阀(3)中的高压区间顶杆(3-6)在高压区间调节弹簧(3-7)的弹力作用下，向下推动高压区间隔板(3-3)，高压区间隔板(3-3)通过第一推杆结构接触高压区间阀芯(3-2)并对其产生作用力；高压区间阀芯(3-2)底部的第一锥头封堵高压区间阀座(3-1)底部的开口，关闭两者之间的第一狭缝区；同时，低压区间减压阀(4)的低压区间阀芯(4-2)和低压区间隔板(4-4)在低压区间隔板调节弹簧(4-3)的弹力作用下，分别处于其上极限位置和下极限位置；所述低压区间阀芯(4-2)的上极限位置是指其顶部的第二锥头将低压区间阀座(4-1)顶部的开口封堵，使两者之间的第二狭缝区关闭；所述第二级减压阀(5)中的第二级阀芯(5-4)在第二级复位弹簧(5-3)和第二级调节弹簧(5-7)的合力下，使其锥面阶梯结构与第二级阀座(5-5)锥型开口之间的第三狭缝区保持开启；

S2：当从进口(6)处通入的气体压强超过70MPa并达到额定值时，进口(6)达到超压状态，此时，高压区间减压阀(3)和低压区间减压阀(4)均处于关闭状态，具体如下：

超压导通阀(2)中的超压导通阀杆(2-1)在第三进口通道(a3)通入的气体压力作用下上移至完全进入超压导通阀座(2-2)内腔，使第三进口通道(a3)与第一腔室连通；气体从第一腔室中经超压导通通道(b2)进入第四腔室，压力直接作用于高压区间隔板(3-3)；高压区间隔板(3-3)克服高压区间隔板调节弹簧(3-4)的弹力，下移至接触高压区间阀芯(3-2)并对其产生向下的作用力，使高压区间阀芯(3-2)底部的第一锥头封堵高压区间阀座(3-1)底部的开口，关闭所述第一狭缝区；同时，气体通过第二进口通道(a2)进入第六腔室，气体压力作用于低压区间顶杆(4-7)下端面使其上移；由于气体压力大于作用于低压区间顶杆(4-7)上低压区间调节弹簧(4-8)的弹力，低压区间顶杆(4-7)继续上移至与低压区间隔板(4-4)接触，并推动低压区间隔板(4-4)上移；在低压区间隔板(4-4)上移的过程中，所述第二推杆结构抵至低压区间阀芯(4-2)上，所述第二锥头将低压区间阀座(4-1)顶部的开口封堵，使两者之间的第二狭缝区关闭；

S3：当从进口(6)处通入的气体压强处于40-70MPa的高压区间时，高压区间减压阀(3)处于开启状态，低压区间减压阀(4)处于关闭状态，具体如下：

超压导通阀(2)中的超压导通阀杆(2-1)在第三进口通道(a3)通入的气体压力作用下上移但不完全进入超压导通阀座(2-2)内腔，第三进口通道(a3)与第二腔室连通；气体从第二腔室中经调节腔通道(b1)进入第三腔室，压力作用于高压区间顶杆(3-6)且压力大于高压区间调节弹簧(3-7)的弹力，高压区间顶杆(3-6)上移；高压区间隔板(3-3)在高压区间隔板调节弹簧(3-4)的弹力作用下也上移，直到与高压区间顶杆套筒(3-5)相抵处于上极限位置；在高压区间隔板(3-3)的上移过程中，高压区间顶杆(3-6)不对其产生作用力；高压区间阀芯(3-2)顶部受到的弹力逐渐减小直至小于从第一进口通道(a1)进入的气体压力，高压区间阀芯(3-2)向上移动使第一狭缝区开启，产生第一节流窗口；气体通过高压区间阀芯(3-2)的第二T型通孔流道进入第五腔室，并通过第一出口通道(c1)进入第二级减压阀(5)；

在该过程中，当进口(6)处通入的气体压力变大时，作用在高压区间阀芯(3-2)上端面的作用力变大，高压区间阀芯(3-2)下移距离变大，第一节流窗口开度减小；当进口(6)处通入的气体压力变小时，作用在高压区间阀芯(3-2)上端面的作用力变小，高压区间阀芯(3-2)下移距离变小，第一节流窗口开度增大；

气体通过第二进口通道(a2)进入第六腔室，气体压力作用于低压区间顶杆(4-7)下端面使其上移；由于气体压力大于作用于低压区间顶杆(4-7)上低压区间调节弹簧(4-8)的弹力，低压区间顶杆(4-7)继续上移至与低压区间隔板(4-4)接触，并推动低压区间隔板(4-4)上移；在低压区间隔板(4-4)上移的过程中，所述第二推杆结构抵至低压区间阀芯(4-2)上，所述第二锥头将低压区间阀座(4-1)顶部的开口封堵，使两者之间的第二狭缝区关闭；

S4：当从进口(6)处通入的气体压强处于5-40MP的低压区间时，高压区间减压阀(3)处于关闭状态，低压区间减压阀(4)处于开启状态，具体如下：

从第三进口通道(a3)进入超压导通阀(2)中的气体压力小于超压导通调节弹簧(2-3)的弹力，使第三进口通道(a3)与第二腔室连通且不与第一腔室连通；气体从第二腔室中经调节腔通道(b1)进入第三腔室，压力作用于高压区间顶杆(3-6)但压力小于高压区间调节弹簧(3-7)的弹力，高压区间顶杆(3-6)在合力作用下下移并推动高压区间隔板(3-3)下移；高压区间隔板(3-3)通过第一推杆结构接触高压区间阀芯(3-2)并对其产生作用力，高压区间阀芯(3-2)底部的第一锥头封堵高压区间阀座(3-1)底部的开口，关闭两者之间的第一狭缝区；

气体通过第二进口通道(a2)进入第六腔室，气体压力作用于低压区间顶杆(4-7)下端面；由于作用于低压区间顶杆(4-7)上的气体压力小于低压区间调节弹簧(4-8)的弹力，低压区间顶杆(4-7)在合力作用下下移；同时，气体通过第一进口通道(a1)作用于低压区间阀芯(4-2)的第二锥头，由于作用于低压区间阀芯(4-2)上端的气体压力大于低压区间隔板调节弹簧(4-3)的弹力，低压区间阀芯(4-2)向下移动使第二狭缝区开启，产生第二节流窗口；气体从第一进口通道(a1)通过低压区间阀芯(4-2)的第三T型通孔流道进入第七腔室，并通过第二出口通道(c2)进入第二级减压阀(5)；

在该过程中，当进口(6)处通入的气体压力变大时，由于第二锥头的横截面积小于低压区间顶杆(4-7)底部的横截面积，作用在低压区间阀芯(4-2)下端面的压力变得更大，低压区间阀芯(4-2)向上移动，第二节流窗口开度减小；当进口(6)处通入的气体压力变小时，作用在低压区间阀芯(4-2)下端面的压力变小，低压区间阀芯(4-2)向下移动，第二节流窗口开度增大；

S5：第二级减压阀(5)能实现出口(7)气体压力稳定的动态调节，具体如下：

当气体从第一出口通道(c1)或第二出口通道(c2)进入第二级阀壳(5-2)内腔的上游区域后，通过第三狭缝区并形成第三节流窗口，减压后的气体进入第二级阀壳(5-2)内腔的下游区域，并作用在第二级膜片(5-6)上，最终从出口(7)流出；

在该过程中，当从第一出口通道(c1)或第二出口通道(c2)进入的气体压力与流量增大时，下游区域内的气体压力也逐渐增大至大于第二级调节弹簧(5-7)的弹簧力，第二级调节弹簧(5-7)被进一步压缩同时带动第二级膜片(5-6)向右运动，第二级阀芯(5-4)也向右移动，使第三节流窗口开度减小，下游区域内的气体压力相应降低，以此产生负反馈直至第二级调节弹簧(5-7)和第二级复位弹簧(5-3)的弹力与气体压力平衡，使下游区域出口(7)的输出压力实现稳定；当从第一出口通道(c1)或第二出口通道(c2)进入的气体压力与流量减小时，下游区域内的气体压力也逐渐减小至小于第二级调节弹簧(5-7)的弹簧力，第二级膜片(5-6)向左运动同时带动第二级阀芯(5-4)也向左移动，使第三节流窗口开度增大，下游区域内的气体压力相应回升，以此产生负反馈直至第二级调节弹簧(5-7)和第二级复位弹簧(5-3)的弹力与气体压力平衡，使下游区域出口(7)的输出压力实现稳定。

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