CN116792511B - 一种高压气体用紧凑轴流式气动阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压气体用紧凑轴流式气动阀，包括气缸壳体、气缸左底板、气缸右底板、入口阀体、出口阀体，入口阀体上设置有气体入口和第一通道，出口阀体上设置有气体出口和第二通道，气缸壳体分别与气缸左底板和气缸右底板连接，所述高压气体用紧凑轴流式气动阀还包括可左右移动的移动阀芯，移动阀芯内贯通设置有第三通道，移动阀芯左端穿过气缸左底板，右端穿过气缸右底板，中间段位于气缸壳体中，与气缸壳体之间形成腔体，气缸左底板上设置有与腔体连通的第四通道，气缸右底板上设置有与腔体连通的第五通道，移动阀芯上安装有活塞，活塞将腔体分隔成左腔体和右腔体。本发明高压气体用紧凑轴流式气动阀积紧凑、阀芯结构简单、流通能力强。

Description

一种高压气体用紧凑轴流式气动阀

技术领域

本发明涉及阀门领域，特别涉及一种高压气体用紧凑轴流式气动阀。

背景技术

现有高压气动阀门（如CN115750834A、CN112066073A）主要采用阀笼式设计，由驱动气缸、阀芯、阀体、导向机构、密封件等结构组成。驱动气缸与阀门采用分体式组合，通过复杂的阀芯结构实现密封及多个腔体之间的气体流动。阀门的密封性主要通过阀芯的侧面密封来实现。现有高压气动阀门存在以下的缺陷：

①阀门的出入口需要引入压力检查且还需要连接额外的三通结构。

②另外，根据工艺需求，很多场景在阀门关闭时需要把管道出口的压力进行放空，需要配置额外的阀门来实现出口压力的放空。

③驱动气缸与阀体分别占据了较大的体积，因此尺寸较大。

④气体通过复杂的流道进行流动，存在压力的衰减，因此流通能力小。

⑤密封性差：需要依靠阀芯的斜面与密封的斜面进行密封，对于加工精度要求高，稍有偏差或者长期使用后密封变形就会引起泄漏。

⑥成本高：阀芯及阀体结构复杂、精度高，加工成本高。

⑦只能是常闭阀（即没有压缩空气的时候阀门处于关闭状态）。

⑧阀门关闭的时候出口需要连接额外的阀门实现：阀门关闭的时候出口连接到放空管道，阀门打开的时候关闭与放空管道的连接。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种高压气体用紧凑轴流式气动阀，该高压气体用紧凑轴流式气动阀体积紧凑、阀芯结构简单、流通能力强、且一种结构能够实现常开与常闭两种模式、阀门关闭时自动连接阀门出口与放空管道的连接，阀门打开时自动关闭阀门出口与放空管道连接。

技术方案是：一种高压气体用紧凑轴流式气动阀，包括气缸壳体、气缸左底板、气缸右底板、入口阀体、出口阀体，入口阀体上设置有气体入口和第一通道，出口阀体上设置有气体出口和第二通道，气缸壳体分别与气缸左底板和气缸右底板连接，所述高压气体用紧凑轴流式气动阀还包括可左右移动的移动阀芯，移动阀芯内贯通设置有第三通道，移动阀芯左端穿过气缸左底板，右端穿过气缸右底板，中间段位于气缸壳体中，与气缸壳体之间形成腔体，气缸左底板上设置有与腔体连通的第四通道，气缸右底板上设置有与腔体连通的第五通道，移动阀芯上安装有活塞，活塞将腔体分隔成左腔体和右腔体。

作为优选，所述第一通道、第二通道、第三通道基本在一条直线上。

作为优选，所述腔体内还设置有弹簧，弹簧一端连接在活塞上，另一端连接在气缸右底板上。

作为优选，所述入口阀体包括外阀体和内阀体，外阀体顺次包括外阀体一段、外阀体二段和外阀体三段，气体入口位于，内阀体安装在外阀体内，内阀体包括外圆环和可移动体，外阀体一段内径>外阀体二段内径>外阀体三段，外圆环与外阀体一段连接，可移动体嵌入在外圆环内，外圆环由外圆环一段和外圆环二段组成，外圆环一段内径>外圆环二段内径，可移动体的外壁设置有可在外圆环二段的内壁上滑动的2个以上的滑动耳，相邻两个滑动耳之间形成通道。

作为优选，所述可移动体包括圆柱段和变形段，滑动耳连接在圆柱段上，变形段临近气体入口处，变形段沿流入气体方向直径渐增。

作为优选，所述变形段的外轮廓曲线方程为y=-0.0005*x^3+0.0056*x^2+0.0022*x -0.0251，其中，轴线方向为y轴，径向方向为x轴，中心点为圆柱段与变形段相交的截面的中心位置。

作为优选，所述变形段的外轮廓与外阀体二段的内壁之间的间距为6mm。

作为优选，所述出口阀体上还开设有出口检测通道，出口检测通道与第二通道连通，外阀体上开设有入口检测通道，入口检测通道与第一通道连通。

作为优选，所述出口阀体上开设有放空通道，放空通道与第二通道连通；移动阀芯上左右两侧均设置了用于安装活塞的安装位。

作为优选，所述高压气体用紧凑轴流式气动阀还设置有进口密封环和出口密封环，进口密封环设置在入口阀体与气缸右底板之间，出口密封环设置在出口阀体与气缸左底板之间；所述高压气体用紧凑轴流式气动阀还设置有右导向环和左导向环，右导向环设置在进口密封环与气缸右底板之间，左导向环设置在出口密封环与气缸左底板之间。

作为优选，所述高压气体用紧凑轴流式气动阀还设置有右密封泄漏排气通道和左密封泄漏排气通道，右密封泄漏排气通道分别在入口阀体、右导向环和气缸右底板上开设，左密封泄漏排气通道分别在出口阀体、左导向环和气缸左底板上开设。

附图说明

图1为本发明正视图示意图；

图2为本发明右视图示意图；

图3为本发明俯视图示意图；

图4为图1 C-C向示意图；

图5为图2 A-A向示意图；

图6为图3 B-B向示意图；

图7为本发明移动阀芯结构示意图；

图8为本发明外阀体结构示意图；

图9为本发明内阀体结构示意图；

图中：1、气缸壳体，2、出口阀体，3、移动阀芯，4、气缸左底板，5、气缸右底板，6、腔体，7、第一通道，8、气体入口，9、气体出口，10、第二通道，11、第三通道，12、第四通道，13、第五通道，14、活塞，15、弹簧，16、锁紧螺母，17、进口密封环，18、出口密封环，19、右导向环，20、左导向环，21、右密封泄漏排气通道，22、左密封泄漏排气通道，23、外阀体，231、外阀体一段，232、外阀体二段，233、外阀体三段，24、内阀体，241、外圆环，2411、外圆环一段，2412、外圆环二段，2413、通道，242，可移动体，2421、变形段，2422、滑动耳，25、安装位，26、放空通道，27、出口检测通道，28、入口检测通道。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接 ，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1-图9，其中图1为本发明正视图示意图，图2为本发明右视图示意图，图3为本发明俯视图示意图，图4为图1 C-C向示意图，图5为图2 A-A向示意图，图6为图3 B-B向示意图；图7为本发明移动阀芯结构示意图，图8为本发明外阀体结构示意图，图9为本发明内阀体结构示意图。

图1-图7的高压气体用紧凑轴流式气动阀，包括气缸壳体1、气缸左底板4、气缸右底板5、入口阀体、出口阀体2和可左右移动的移动阀芯3，入口阀体上设置有气体入口8和第一通道7，出口阀体2上设置有气体出口9和第二通道10，移动阀芯3内贯通设置有第三通道11，气缸壳体1分别与气缸左底板4和气缸右底板5连接，移动阀芯3左端穿过气缸左底板4，右端穿过气缸右底板5，中间段位于气缸壳体1中，与气缸壳体1之间形成腔体6，气缸左底板4上设置有与腔体6连通的第四通道12，气缸右底板5上设置有与腔体6连通的第五通道13，移动阀芯3上安装有活塞14，活塞14将腔体6分隔成左腔体和右腔体。

通过将移动阀芯3作为活塞杆，实现了接触密封及脱离打开密封。且移动阀芯3作为活塞杆，节约了阀空间，其尺寸相对于传统的阀大幅降低。

在本发明的一个或多个具体实施方式中，第一通道7、第二通道10、第三通道11基本在一条直线上，由于第一通道7、第二通道10、第三通道11基本在一条直线上，形成直通流通，相对于传统阀门的2次以上流动方向变化，其流通能力大幅提升，降低了压力的衰减。

在本发明的一个或多个具体实施方式中，腔体6内还设置有弹簧15，弹簧15一端连接在活塞14上，另一端连接在气缸右底板5上。通过弹簧15的压缩与恢复推动移动阀芯3做往复式气缸运动。

在本发明的一个或多个具体实施方式中，移动阀芯3上穿有锁紧螺母16，锁紧螺母16将活塞14锁紧在移动阀芯3上。

在本发明的一个或多个具体实施方式中，高压气体用紧凑轴流式气动阀还设置有进口密封环17和出口密封环18，进口密封环17设置在入口阀体与气缸右底板5之间，出口密封环18设置在出口阀体2与气缸左底板4之间。

在本发明的一个或多个具体实施方式中，高压气体用紧凑轴流式气动阀还设置有右导向环19和左导向环20，右导向环19设置在进口密封环17与气缸右底板5之间，左导向环20设置在出口密封环18与气缸左底板4之间。

在本发明的一个或多个具体实施方式中，高压气体用紧凑轴流式气动阀还设置有右密封泄漏排气通道21和左密封泄漏排气通道22，右密封泄漏排气通道21分别在入口阀体、右导向环19和气缸右底板5上开设，左密封泄漏排气通道22分别在出口阀体2、左导向环20和气缸左底板4上开设。右密封泄漏排气通道21和左密封泄漏排气通道22用于在密封泄漏后排气，避免高压气体串到低压的气缸中。

在本发明的一个或多个具体实施方式中，移动阀芯3上左右两侧均设置了用于安装活塞14的安装位25，便于气缸左右两个方向的任意安装，实现一种结构通过不同的方式实现常开与常闭两种功能。

在本发明的一个或多个具体实施方式中，入口阀体包括外阀体23和内阀体24，外阀体23顺次包括外阀体一段231、外阀体二段232和外阀体三段233，气体入口8位于，内阀体24安装在外阀体23内，内阀体24包括外圆环241和可移动体242，外阀体一段231内径>外阀体二段232内径>外阀体三段233，外圆环241与外阀体一段231连接，可移动体242嵌入在外圆环241内，外圆环241由外圆环一段2411和外圆环二段2412组成，外圆环一段2411内径>外圆环二段2412内径，可移动体242的外壁设置有可在外圆环二段2412的内壁上滑动的2个以上的滑动耳2422，相邻两个滑动耳2422之间形成通道2413。在移动阀芯3及高压气体的推动下在外圆环二段2412的内壁上往复移动，完成开启与封闭。

在本发明的一个或多个具体实施方式中，可移动体242包括圆柱段和变形段2421，滑动耳2422连接在圆柱段上，变形段2421临近气体入口8处，变形段2421沿流入气体方向直径渐增。

在本发明的一个或多个具体实施方式中，变形段2421的外轮廓曲线方程为y=-0.0005*x^3+0.0056*x^2+0.0022*x -0.0251，其中，轴线方向为y轴，径向方向为x轴，中心点为圆柱段与变形段2421相交的截面的中心位置。该变形段2421的外轮廓与外阀体二段232形成的进气道结构对于进入的气体可以很好的导流，可以有效抑制漩涡与紊流，提升流通能力。通过有限元仿真测试表明，在不同的气体温度（0-50摄氏度）、压力（2-20Mpa）、前后压差工况下，相对于不设计变形段导流及基础的三角形导流，其流通能力提升了9.1-23.7%。同时该设计的进气道能够有效的防止气体的冲击，且在20Mpa的压力，30摄氏度的时候，气体的最大流速低于15m/s，使得该阀门可以适用于氧气等助燃气体的高压充装过程。

在本发明的一个或多个具体实施方式中，变形段2421的外轮廓与外阀体二段232的内壁之间的间距为6mm左右。间距太小会导致流通能力受到限制，太大会导致流场紊乱且削弱阀体的强度。同时保持持间距的均匀，引导气体顺利的通过流道，最大限度的提高流通能力。

在本发明的一个或多个具体实施方式中，出口阀体2上开设有放空通道26，放空通道26与第二通道10连通，放空通道26的出口用于连接放空管道（图中未画出），实现了将放空阀与截止阀集成为一体。实现了阀门打开的时候切断与放空管道的连接，阀门关闭的时候打开与放空管道的连接。

在本发明的一个或多个具体实施方式中，出口阀体2上还开设有出口检测通道27，出口检测通道27与第二通道10连通，外阀体23上开设有入口检测通道28，入口检测通道28与第一通道7连通。在不增加三通接头的情况下，实现阀门出入口与测量仪表管道或其余管道的互通连接。

工作过程：

【常开型】

1、仪表气接入：以0.4-0.6mpa的压缩空气（或氮气）做为仪表气，通过两位五通电磁阀接入第四通道12与第五通道13。

2、管道及仪表连接：将进气管道连接到气体入口8，出气管道连接到第一通道7。放空管道连接到放空通道26，入口压力传感器连接到入口检测通道28，出口压力传感器连接到出口检测通道27。

3、阀门打开：通过控制电磁阀将第四通道12接入大气，仪表气接入第五通道13或者不接均可，利用弹簧推力及仪表气压力将移动阀芯3推动到左侧，实现阀门打开。

4、阀门关闭：通过控制电磁阀将第五通道13接入大气，仪表气接入第四通道12，仪表气推动活塞14带动移动阀芯3向右侧移动，实现阀门的关闭，

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压气体用紧凑轴流式气动阀，包括气缸壳体（1）、气缸左底板（4）、气缸右底板（5）、入口阀体、出口阀体（2），入口阀体上设置有气体入口（8）和第一通道（7），出口阀体（2）上设置有气体出口（9）和第二通道（10），气缸壳体（1）分别与气缸左底板（4）和气缸右底板（5）连接，其特征在于，所述高压气体用紧凑轴流式气动阀还包括可左右移动的移动阀芯（3），移动阀芯（3）内贯通设置有第三通道（11），移动阀芯（3）左端穿过气缸左底板（4），右端穿过气缸右底板（5），中间段位于气缸壳体（1）中，与气缸壳体（1）之间形成腔体（6），气缸左底板（4）上设置有与腔体（6）连通的第四通道（12），气缸右底板（5）上设置有与腔体（6）连通的第五通道（13），移动阀芯（3）上安装有活塞（14），活塞（14）将腔体（6）分隔成左腔体和右腔体；所述入口阀体包括外阀体（23）和内阀体（24），外阀体（23）顺次包括外阀体一段（231）、外阀体二段（232）和外阀体三段（233），气体入口（8）位于外阀体三段（233）上，内阀体（24）安装在外阀体（23）内，内阀体（24）包括外圆环（241）和可移动体（242），外阀体一段（231）内径>外阀体二段（232）内径>外阀体三段（233）内径，外圆环（241）与外阀体一段（231）连接，可移动体（242）嵌入在外圆环（241）内，外圆环（241）由外圆环一段（2411）和外圆环二段（2412）组成，外圆环一段（2411）内径>外圆环二段（2412）内径，可移动体（242）的外壁设置有可在外圆环二段（2412）的内壁上滑动的2个以上的滑动耳（2422），相邻两个滑动耳（2422）之间形成通道（2413）。

2.根据权利要求1所述的高压气体用紧凑轴流式气动阀，其特征在于，所述第一通道（7）、第二通道（10）、第三通道（11）基本在一条直线上。

3.根据权利要求1所述的高压气体用紧凑轴流式气动阀，其特征在于，所述腔体（6）内还设置有弹簧（15），弹簧（15）一端连接在活塞（14）上，另一端连接在气缸右底板（5）上。

4.根据权利要求1所述的高压气体用紧凑轴流式气动阀，其特征在于，所述可移动体（242）包括圆柱段和变形段（2421），滑动耳（2422）连接在圆柱段上，变形段（2421）临近气体入口（8）处，变形段（2421）沿流入气体方向直径渐增。

5. 根据权利要求4所述的高压气体用紧凑轴流式气动阀，其特征在于，所述变形段（2421）的外轮廓曲线方程为y=-0.0005*x^3+0.0056*x^2+0.0022*x -0.0251，其中，轴线方向为y轴，径向方向为x轴，中心点为圆柱段与变形段（2421）相交的截面的中心位置。

6.根据权利要求4-5任一所述的高压气体用紧凑轴流式气动阀，其特征在于，所述变形段（2421）的外轮廓与外阀体二段（232）的内壁之间的间距为6mm。

7.根据权利要求1所述的高压气体用紧凑轴流式气动阀，其特征在于，所述出口阀体（2）上还开设有出口检测通道（27），出口检测通道（27）与第二通道（10）连通，外阀体（23）上开设有入口检测通道（28），入口检测通道（28）与第一通道（7）连通。

8.根据权利要求1所述的高压气体用紧凑轴流式气动阀，其特征在于，所述出口阀体（2）上开设有放空通道（26），放空通道（26）与第二通道（10）连通；移动阀芯（3）上左右两侧均设置了用于安装活塞（14）的安装位（25）。

9.根据权利要求1所述的高压气体用紧凑轴流式气动阀，其特征在于，所述高压气体用紧凑轴流式气动阀还设置有进口密封环（17）和出口密封环（18），进口密封环（17）设置在入口阀体与气缸右底板（5）之间，出口密封环（18）设置在出口阀体（2）与气缸左底板（4）之间；所述高压气体用紧凑轴流式气动阀还设置有右导向环（19）和左导向环（20），右导向环（19）设置在进口密封环（17）与气缸右底板（5）之间，左导向环（20）设置在出口密封环（18）与气缸左底板（4）之间。

10.根据权利要求9所述的高压气体用紧凑轴流式气动阀，其特征在于，所述高压气体用紧凑轴流式气动阀还设置有右密封泄漏排气通道（21）和左密封泄漏排气通道（22），右密封泄漏排气通道（21）分别在入口阀体、右导向环（19）和气缸右底板（5）上开设，左密封泄漏排气通道（22）分别在出口阀体（2）、左导向环（20）和气缸左底板（4）上开设。