CN201715057U - 平衡活塞感应式气动减压阀 - Google Patents

Abstract

一种平衡活塞感应式气动减压阀，包括阀体、阀芯、阀座、复位弹簧、阻尼罩、平衡活塞、调节弹簧，由阀体、密封圈、阀芯、密封挡圈构成进口腔；阀体与阀座通过螺纹连接装配，并定位环形密封挡圈；同时阀芯、密封挡圈、阀座也构成环形的节流口；阀体、阀芯、阻尼罩、平衡活塞构成反馈腔；阀体、阀芯、阀座、阻尼罩装配后构成低压腔；复位弹簧所在的容腔与出口腔相联以改善减压阀的精度调节特性；调节弹簧、旋转阀盖、垫片、球体构成调节预设出口压力装置；阻尼罩固定在阀内，阀体与平衡活塞之间、阀体与阀芯之间通过密封圈密封。该平衡活塞感应式气动减压阀出口压力精度高、动态特性好、适用范围广。

Description

平衡活塞感应式气动减压阀 

技术领域

本实用新型属于机械工程领域，涉及机械零件与传动装置和流体控制技术，尤其是气动减压阀结构。 

背景技术

气体减压阀是气动系统中广泛使用的一种压力调节装置。它的作用是将高压气瓶内的增压气体减压至下游系统所需的工作压力。在稳定的参数输入条件下，该减压阀能保持稳定的参数输出(出口压力和流量)。在外界干扰情况下，如入口压力发生突变，或者出口流量或管路特性发生变化时，该减压阀能在很短的时间内做出反应，使出口压力和流量迅速得到稳定，使其数值保持在设计所允许范围内。 

随着各个行业特别是国防工业对系统高速度、高压的要求不断增加，同时也由于高压气动技术可以有效改善气动系统动态性能和刚度，具有功率密度高、瞬间膨胀性大、爆发力强、温度适应范围广，可以实现高速化和元件小型化，从而节省安装空间等优点，高压气动技术越来越受到重视。目前国内、外气动压力减压阀产品主要还是集中于5MPa以下低压范围，在许多有高压要求的工程系统中的应用受到了限制。因此研制具有调压范围宽、控制性能满足工程要求的气动压力控制元件，具有重要的工程实际意义。 

气动减压阀原先一直应用于国防航空航天领域，而在氢能源汽车上应用则进一步拓宽了高压气动压力元件的应用范围，为氢能源汽车的研制解决了一个关键的技术难题，推进氢能源汽车的进一步研究和发展。不仅可为我国高压减压阀民用化产业化提供技术支持和借鉴，还可摆脱目前关键设备只能依赖进口的现状，提高我国高压气动压力元件的技术水平。 

高压减压阀的压力放大与控制元件的形式主要有膜片式和活塞式。膜片式高压气动压力调节阀灵敏性高，控制精度高，而且没有运动副的摩擦，但抗干扰性差，承受压力相对较低。活塞式高压气动阀控制精度较低，但抗干扰，抗振能力较强，适用于高压和超高压。 

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种平衡活塞感应式气动减压阀，克服现有膜片式和活塞式控制元件存在的缺点，如膜片式减压阀工作压力不高，减压范围小，使用寿命短；普通活塞式减压阀压力控制精度不高。 

本实用新型的目的是通过以下技术方案予以实现的： 

一种平衡活塞感应式气动减压阀，包括阀体、阀芯、阀座、复位弹簧、阻尼罩、平衡活塞、调节弹簧等部件，由阀体、密封圈、阀芯、密封挡圈构成进口腔；阀体与阀座通过螺纹连接装配，并定位环形密封挡圈；同时阀芯、密封挡圈、阀座也构成环形的节流口；阀体、阀芯、阻尼罩、平衡活塞构成反馈腔；阀体、阀芯、阀座、阻尼罩装配后构成低压腔；复位弹簧所在的容腔与出口腔相联以改善减压阀的精度调节特性；调节弹簧、旋转阀盖、垫片、球体构成调节预设出口压力装置；阻尼罩固定在阀内，阀体与平 衡活塞之间、阀体与阀芯之间通过密封圈密封。 

进一步，所述的气动减压阀入口阀腔的体积小于反馈腔的体积，而出口管道直径大于减压阀出口直径。 

阀座与阀芯的接触部位形成圆锥环形节流口，该节流口的底部直径大于顶部直径，而气体从右侧入口自下而上流向圆锥环形节流口，节流口面积逐渐减小。 

旋转阀盖对球体的作用力通过垫片间接作用于调节弹簧上，形成对平衡活塞向下的作用力，与阀芯和反馈腔内气体对平衡活塞向上的作用力平衡。 

阀芯的底端的复位弹簧保持阀芯与其上端接触的活塞始终处于连接状态；且其所在的复位弹簧腔与出口腔相连以将减压阀的出口压力反馈至复位弹簧腔。 

平衡活塞与阀体之间、阀芯与阀体之间采用O型密封圈密封以保证其气密性；平衡活塞与阀体之间的O型密封圈嵌入活塞凹槽内定位，而阀芯与阀体之间的O型密封圈用两个环形密封圈定位。 

阀座、阀体和平衡活塞可采用不锈钢材料；球体可采用质量轻、疲劳强度高的塑料；密封圈材料为丁腈橡胶。 

换言之，具体来说：高压气体流经阀芯与阀座之间环形面积，被减压后进入低压腔，然后经过阻尼孔进入反馈腔，并相应建立反馈压力，作用于敏感元件的平衡活塞上，与复位弹簧和阀芯的作用力相平衡，形成出口压力，这样就完成了调节减压阀出口压力，低压腔内的气体经节流口进入低压出口腔。并且将出口压力反馈至复位弹簧腔，卸掉入口压力作用在阀芯运动系统上的不平衡力，这样大大改善了减压阀的精度调节特性。 

所述的气体减压阀内部的入口腔控制体积小于出口腔的控制体积，出口管道直径大于减压阀出口直径，能够延长建压时间，在启动过程中不易产生自激振荡。 

所述的气体减压阀能保证最大工作开度的条件下阀芯机械行程小，这样可减少高压气流的冲击，降低启动压力峰值，有利于减压阀的动态稳定。该气体减压阀的活动件质量小，运动时惯性力小，这样较小的阻尼力就可抑制系统的自激振荡。 

阀座与阀体之间采用螺纹连接，并固定其底部的密封橡胶挡圈，使阀芯与阀座的碰撞为柔性冲击。阀座与阀芯之间的环形面积从入口到出口逐渐增大。该气体减压阀的节流截面处的流道设计能防止涡流的产生，不易发展为声频振荡。阀芯与阻尼罩上环形间隙连同阻尼孔起到阻尼作用，使节流后的气体不直接作用于敏感元件平衡活塞，减少对敏感元件的干扰力，有利于减压阀的动态稳定。 

旋转阀盖与阀体采用螺纹连接。通过拧转顶端的旋转阀盖来改变调节弹簧的预压缩量，从而得到预定的出口压力。阀芯受其底端的复位弹簧及出口腔压力的作用力，从而形成对平衡活塞向上的作用力。旋转阀盖对球体的作用力通过垫片间接作用于调节弹簧上，形成对活塞向下的作用力，与阀芯和反馈腔气体对活塞向上的作用力平衡。阀芯的底端的复位弹簧保持阀芯与其上端接触的活塞始终处于连接状态，且与出口腔相连。 

平衡活塞与阀体之间、阀芯与阀体之间采用O型密封圈密封以保证其气密性；活塞与阀体之间的O型密封圈嵌入活塞凹槽内定位，而阀芯与阀体之间的O型密封圈用两个环形密封圈定位。 

由于采用了上述方案，本实用新型的气体减压阀最大进口压力为35MPa，最小出口压力为3MPa。无气体泄漏，工作温度范围为-40℃至+85℃。 

附图说明

图1是本实用新型实施例的气动减压阀的结构剖视图。 

图2是本实用新型的原理图。 

图1中标号：1为阀体，2为复位弹簧，3为密封圈1，4为密封圈2，5为密封圈3，6为阀芯，7为密封挡圈，8为阀座，9为阻尼罩，10为密封圈4，11为平衡活塞，12为调节弹簧，13为旋转阀盖，14为垫片，15为球体。 

图2中：Ps为入口压力，Op为入口流量，V2为阀腔体积，PL为出口压力，QL为出口流量，P1为反馈压力，A为活塞面积，V1为反馈腔体积，Q1为反馈流量，K为弹簧刚度。 

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。 

图1是本实用新型的实施例的平衡活塞感应式气动减压阀的剖视图。如图所示，由阀体1，密封圈5，阀芯6，密封挡圈7构成进口腔，高压气体由此进入。阀体1与阀座8通过螺纹连接装配，并定位环形密封挡圈7。阀芯6，密封挡圈7，阀座8构成环形面积的节流口，高压气体经过此处时压力降低，起减压作用。在此过程中，气体分子间以及通道壁面之间发生碰撞、摩擦和涡流现象，气体处于不平衡状态，是一个不可逆过程。阀体1，阀芯6，阻尼罩9，平衡活塞11构成反馈腔，节流减压后的气体经过阻尼罩上的阻尼孔进入反馈腔，对活塞形成向上的作用力，起反馈作用。阀体1，阀芯6，阀座8，阻尼罩9等零件装配后，自然地构成低压腔。复位弹簧2所在的容腔与出口腔相联，改善减压阀的精度调节特性。调节弹簧12，旋转阀盖13，垫片14，球体15构成调节预设出口压力装置，通过拧转旋转阀盖13移动球体15，推动垫片14移动，从而改变调节弹簧12和复位弹簧2的预压缩量，调定出口压力。阻尼罩9固定在阀内，位置不动。阀体1与平衡活塞11之间过密封圈10来密封，阀体1与阀芯6之间通过密封圈3、4和5来密封，防止气体泄漏。 

本实用新型的工作原理是：所述的气体减压阀为常开式，未工作前，通过拧转旋转阀盖来设定调定输出压力。工作时，若无气流通过，阀芯通过调节弹簧和复位弹簧及反馈腔内剩余气体对活塞作用力平衡达到某一位置，使阀芯与阀座之间脱离形成一开口。当高压气体从进气口进入时，当进口压力低于预设压力时，阀芯不动，出口压力升高。当进口压力高于预设压力并逐渐升高时，出口压力也逐渐升高，活塞感受到的向上的反馈压力增大，使调节弹簧的压缩量增大，活塞上移，使阀口的开度逐渐变小，通过改变调节弹簧和复位弹簧的压缩量保持活塞的受力平衡，开口减小到一定程度后不再变化，减压阀出口压力便稳定下来。达到平衡状态后，若进口压力减小，则反馈腔内气体压力随之减小，敏感元件活塞感受到的向上的反馈压力将减小，导致调节弹簧的压缩量减少，阀芯下移，开口变大，压力损失减小，出口压力逐渐增大到调定值；若进口压力升高，则反馈腔内气体压力随之升高，敏感元件活塞感受到的向上的反馈压力将升高，导致调节弹簧的压缩量增加，阀芯上移，开口减小，压力损失变大，出口压力逐渐减小到调定值。如此周而复始，基于上述原理，减压阀的出口压力基本保持不变，稳定于某一范围内。 

以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对实用新型的限制。有关技术领域的技术人员，显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以做出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴。 

Claims (7)

1.一种平衡活塞感应式气动减压阀，包括阀体、阀芯、阀座、复位弹簧、阻尼罩、平衡活塞、调节弹簧，其特征在于：由阀体、密封圈、阀芯、密封挡圈构成进口腔；阀体与阀座通过螺纹连接装配，并定位环形密封挡圈；同时阀芯、密封挡圈、阀座也构成环形的节流口；阀体、阀芯、阻尼罩、平衡活塞构成反馈腔；阀体、阀芯、阀座、阻尼罩装配后构成低压腔；复位弹簧所在的容腔与出口腔相联以改善减压阀的精度调节特性；调节弹簧、旋转阀盖、垫片、球体构成调节预设出口压力装置；阻尼罩固定在阀内，阀体与平衡活塞之间、阀体与阀芯之间通过密封圈密封。

2.根据权利要求1所述的气动减压阀，其特征在于：所述的气动减压阀入口阀腔的体积小于反馈腔的体积，而出口管道直径大于减压阀出口直径。

3.根据权利要求1所述的气动减压阀，其特征在于：阀座与阀芯的接触部位形成圆锥环形节流口，该节流口的底部直径大于顶部直径，而气体从右侧入口自下而上流向圆锥环形节流口，节流口面积逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的气动减压阀，其特征在于：旋转阀盖对球体的作用力通过垫片间接作用于调节弹簧上，形成对平衡活塞向下的作用力，与阀芯和反馈腔内气体对平衡活塞向上的作用力平衡。

5.根据权利要求1所述的气动减压阀，其特征在于：阀芯的底端的复位弹簧保持阀芯与其上端接触的活塞始终处于连接状态；且其所在的复位弹簧腔与出口腔相连以将减压阀的出口压力反馈至复位弹簧腔。

6.根据权利要求1所述的气动减压阀，其特征在于：平衡活塞与阀体之间、阀芯与阀体之间采用O型密封圈密封以保证其气密性；平衡活塞与阀体之间的O型密封圈嵌入活塞凹槽内定位，而阀芯与阀体之间的O型密封圈用两个环形密封圈定位。

7.根据权利要求1至6中任一所述的气动减压阀，其特征在于：阀座、阀体和平衡活塞采用不锈钢材料；球体采用质量轻、疲劳强度高的塑料；密封圈材料为丁腈橡胶。

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