CN202469116U - 一种高压气体减压阀 - Google Patents

Abstract

一种高压气体减压阀，包括电动气压控制器和主阀，所述电动气压控制器与所述主阀密封连接，所述电动气压控制器分别与一控制终端及出口气体压力传感器连接，所述主阀分别与外接气源及所述出口气体压力传感器连接，所述出口气体压力传感器与外接后端用气管路连接。本实用新型的高压气体减压阀是针对新型运载火箭发射支持系统需求设计的新型自动化气体减压阀，能实现单气源智能远控。具有主气源直控、高压、大流量、集成化程度高等特点。

Description

一种高压气体减压阀

技术领域

本实用新型涉及一种气动控制装置，特别是一种可实现单气源智能远程控制的高压气体减压阀。

背景技术

高压、大流量的自动化气体减压阀是新型运载火箭发射支持系统自动化、集成化必备的关键元件之一，它的各项性能指标及可靠性对系统性能有着非常重要的影响。

目前，国内外采用电控气压加载方式实现自动化的减压阀产品均采用1MPa以下的低压气源作为控制气源。受单位面积加载力所限，这类减压阀在高压下的流量较小，高压减压阀的体积、重量较大，在高压工况下增设低压气源也增加了整个系统的复杂程度。除采用电控气压加载方式之外，还有采用电机驱动实现减压阀自动化的技术方案。这类减压阀控制方式较复杂，且响应较慢。上述减压阀在整体体积、工作模式、压力、流量、性价比等方面均无法同时满足新型运载火箭发射支持系统的要求。

专利号为“ZL200820121790.9”，名称为“气体减压阀”的中国实用新型专利所公开的气体减压阀，虽然其调压范围可达1～25MPa，调压精度可达1％，并且实现了对气体减压阀的远程控制，但是该专利仍然需要人工进行远程控制，其控制精度和稳定性均无法达到新型运载火箭发射支持系统自动化、集成化的要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种解决高压、大流量供气系统在变入口压力、变流量工况下的出口压力远程调控、稳定和监测等问题的可实现单气源智能远程控制的高压气体减压阀。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种高压气体减压阀，其中，包括电动气压控制器和主阀，所述电动气压控制器与所述主阀密封连接，所述电动气压控制器分别与一控制终端及出口气体压力传感器连接，所述主阀分别与外接气源及所述出口气体压力传感器连接，所述出口气体压力传感器与外接后端用气管路连接。

上述的高压气体减压阀，其中，所述电动气压控制器包括控制器本体和安装在所述控制器本体上的控制单元、排气电磁阀和进气电磁阀，所述控制器本体内部形成一控制腔，所述控制器本体上设置有控制腔入口接管嘴、控制腔测压接管嘴和控制腔出口接管嘴，所述控制腔入口接管嘴通过所述控制器本体的气路和所述进气电磁阀的入口连通，所述进气电磁阀通过所述控制器本体的气路和所述控制腔连通，所述控制腔通过所述控制器本体的气路分别和所述控制腔测压接管嘴及所述排气电磁阀的入口连通，所述排气电磁阀的出口通过所述控制器本体的气路和所述控制腔出口接管嘴连通。

上述的高压气体减压阀，其中，所述控制器本体上还设置有电控插座，所述电控插座、所述排气电磁阀及所述进气电磁阀分别与所述控制单元的对应接口连接。

上述的高压气体减压阀，其中，所述电动气压控制器还设置有用于提高抗干扰性能的阻尼板，所述阻尼板安装在所述控制器本体上与所述主阀连接的一端。

上述的高压气体减压阀，其中，所述控制单元包括单片机处理器、通讯电路、开关量输出驱动电路、开关量采集电路、模拟量信号调理电路、A/D采集电路、存储器电路、节点编号电路及电源电路，所述单片机处理器、所述通讯电路、所述开关量采集电路、所述模拟量信号调理电路、所述A/D采集电路、所述存储器电路及所述节点编号电路集成在第一印制板上，所述开关量输出驱动电路和所述电源电路集成在第二印制板上，所述第一印制板和所述第二印制板通过印制板连接器连接。

上述的高压气体减压阀，其中，所述电动气压控制器还包括控制器外盖，所述控制器外盖与所述控制器本体连接，所述控制单元、所述排气电磁阀及所述进气电磁阀容置在所述控制器外盖与所述连接器本体围合的空间内。

上述的高压气体减压阀，其中，所述排气电磁阀、所述进气电磁阀、所述控制器外盖、所述控制腔入口接管嘴、所述控制腔测压接管嘴和所述控制腔出口接管嘴均以螺纹形式和控制器本体连接。

上述的高压气体减压阀，其中，所述主阀包括阀体及安装在所述阀体内且依次同轴设置的敏感活塞、复位弹簧、阀芯、阀座、弹簧座、压紧弹簧及压盖，所述阀体上还设置有控制气源接管嘴、入口接管嘴和出口接管嘴，所述控制气源接管嘴与所述入口接管嘴连通，所述入口接管嘴分别与所述阀体的入口腔及所述外接气源连通，所述出口接管嘴分别与所述阀体的出口腔及所述出口气体压力传感器连通。

上述的高压气体减压阀，其中，所述敏感活塞、所述压盖、所述控制器本体及所述阀体之间分别设置有用于实现不同气腔的密封的密封圈。

上述的高压气体减压阀，其中，所述控制器本体、所述压盖、所述入口接管嘴、所述出口接管嘴及所述控制气源接管嘴均以螺纹形式和所述阀体连接。

本实用新型的有益功效在于：本实用新型的高压气体减压阀是针对新型运载火箭发射支持系统需求设计的新型自动化气体减压阀，能实现单气源智能远控。具有主气源直控、高压、大流量、集成化程度高等特点。其入口压力高达40MPa表压，出口压力可在不超过25MPa表压的大范围内调节，最大流量能够达到1kg/s，在最大流量下的稳压精度可以达到2％。集成智能电控功能后，具备了根据指令完成自动调压、稳压、卸荷工作过程的能力，简化了人工操作，减压阀调压和测压的精度和一致性都有所提高。其装入气路系统，并连接控制终端后，经过密封性能、工作性能、稳态压力偏差、动静压差、高温、低温及寿命等试验的综合验证，产品的动态性能稳定，工作可靠，自动调压、稳压和卸荷效果良好。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的立体结构图；

图2为图1的剖视图；

图3为图1的后视图；

图4为本实用新型的系统使用原理图。

其中，附图标记

100电动气压控制器  200主阀

101控制终端        102外接气源

103外接后端用气管路

1控制单元          2排气电磁阀

3进气电磁阀        4控制器本体

5控制器外盖        6连接件

7电控插座          8阀体

9敏感活塞          10复位弹簧

11阀芯             12阀座

13弹簧座           14压紧弹簧

15压盖             16密封圈

17密封圈           18密封垫

19密封圈           20入口接管嘴

21出口接管嘴       22控制气源接管嘴

23控制腔入口接管嘴 24控制腔测压接管嘴

25控制腔出口接管嘴 26阻尼板

27挡圈             S2出口气体压力传感器

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1及图4，图1为本实用新型一实施例的立体结构图，图4为本实用新型的系统使用原理图。本实用新型的高压气体减压阀，包括电动气压控制器100和主阀200，所述电动气压控制器100与所述主阀200密封连接，所述电动气压控制器100分别与一控制终端101及一出口气体压力传感器S2连接，所述主阀200分别与外接气源102及所述出口气体压力传感器S2连接，所述出口气体压力传感器S2与外接后端用气管路103连接。

参见图2及图3，图2为图1的剖视图，图3为图1的后视图。本实用新型的电动气压控制器100位于高压气体减压阀的上部。包括：排气电磁阀2、进气电磁阀3、控制器外盖5、控制腔入口接管嘴23、控制腔测压接管嘴24和控制腔出口接管嘴25均以螺纹形式和控制器本体4连接。所述控制器本体4内部形成一控制腔，控制腔入口接管嘴23通过控制器本体4的气路和进气电磁阀3的入口连通，进气电磁阀3通过控制器本体4的气路和控制腔连通，控制腔通过控制器本体4的气路分别和控制腔测压接管嘴24、排气电磁阀2的入口连通，排气电磁阀2的出口通过控制器本体4的气路和控制腔出口接管嘴25连通。

控制单元1由单片机处理器、通讯电路、开关量输出驱动电路、开关量采集电路、模拟量信号调理电路、A/D采集电路、存储器电路、节点编号电路及电源电路等组成，通过连接件6安装固定在控制器本体4上。排气电磁阀2、进气电磁阀3和电控插座7通过导线分别和控制单元1的对应接口连接。阻尼板26通过挡圈27安装在控制器本体4上，提高减压阀的抗干扰性能。

本实用新型的主阀200位于高压气体减压阀的下部。包括阀体8及依次安装在所述阀体8内且同轴设置的敏感活塞9、复位弹簧10、阀芯11、阀座12、弹簧座13、压紧弹簧14及压盖15，所述阀体8上还设置有控制气源接管嘴22、入口接管嘴20和出口接管嘴21，所述控制气源接管嘴22与所述入口接管嘴20连通，所述入口接管嘴20分别与所述阀体8的入口腔及所述外接气源102连通，所述出口接管嘴21分别与所述阀体8的出口腔及所述出口气体压力传感器S2连通。控制器本体4、压盖15、入口接管嘴20、出口接管嘴21、控制气源接管嘴22均以螺纹形式和阀体8连接。压盖15和压紧弹簧14接触，在弹簧力作用下推动弹簧座13，使阀芯11压紧阀座12。压盖15使阀座12、密封垫18和阀体8压紧。复位弹簧10推动敏感活塞9复位。敏感活塞9、压盖15、控制器本体4和阀体8之间分别装有密封圈17、19、16以实现不同气腔的密封。

参见图4，高压气体减压阀的入口接管嘴20连接外接气源102，出口接管嘴21连接外接后端用气管路103，外接后端用气管路103上设置出口压力传感器S2，将P2信号传给电动气压控制器100；控制腔测压接管嘴24也可根据需要外接压力传感器，或用堵头堵死(图未示)。下面结合图4说明本实用新型的高压气体减压阀的工作原理：

1.待机：在未接到控制终端工作指令的状态下，排气电磁阀2、进气电磁阀3均不动作，控制腔无气体进入或排出，阀芯11在入口腔压力P1和弹簧14的共同作用下实现密封，控制单元1持续采集S2测得的P2压力信号。

2.模式选择：操作者可通过控制终端切换减压阀自动模式的开关。自动模式开启的情况下，调压、稳压或卸荷的数值及信号由控制终端发出，各工作过程由减压阀控制单元1按智能控制程序自动完成，精度由控制单元1的设置精度决定；自动模式关闭的情况下，控制单元1只采集S2测得的P2压力信号，不对排气电磁阀2、进气电磁阀3进行动作控制。

3.调压：控制终端发出P2目标值及调压信号，控制单元1接到指令后，将S2实测的P2值和目标值进行比较，当P2实测值低于目标值时，控制单元1根据二者的差值控制进气电磁阀3开启时长，给控制腔充气，Pk升高。敏感活塞9在气压力的作用下向下运动，推动阀芯11开启，入口腔的高压气体经阀芯11和阀座12形成的环形节流缝隙进入到出口腔，出口腔压力逐渐升高。当控制单元1判断实测的P2值达到目标值时，关闭进气电磁阀3，完成调压过程。

4.稳压：气体流动工况下，当控制单元1测得P2实测值低于目标值时，控制单元1控制进气电磁阀3开启，给控制腔充气，Pk升高，敏感活塞9在气压力的作用下向下运动，推动阀芯11增加开度，出口腔压力升高；当控制单元1测得P2实测值高于目标值时，控制单元1控制排气电磁阀2开启，给控制腔放气，Pk降低，敏感活塞9在气压力和弹簧10的共同作用下向上运动，阀芯11减小开度，通过减压阀后的阀门排气可使出口腔压力降低。

5.卸荷：控制终端发出卸荷信号，控制单元1接到指令后，控制排气电磁阀2开启，给控制腔放气，Pk降低。敏感活塞9在气压力和弹簧10的共同作用下向上运动至极限位置。阀芯11和敏感活塞9分离，在入口腔压力P1和弹簧14的共同作用下实现密封。出口腔气体通过减压阀后的阀门排出。

本实用新型具有以下特点：

1.主减压阀和电动气压控制器分为两大模块，通过螺纹连接，实现了功能集成化和小型化；操作者可通过现场或远程控制终端发出指令，通过减压阀内置的身份标识，监测或分别调节多个单气源智能远控高压气体减压阀的工作状态和压力值；

2.减压阀内部流道、运动系统和阻尼等重要参数通过仿真进行了优化和匹配设计，以提升精度、减小动静压差，优化综合性能；在不调压状态下，Pk等于0表压，阀芯11在压紧弹簧14的作用下处于关闭密封状态，压力为P1的入口气体被截止；

3.主减压阀结构上设置气源出口，电动气压控制器设置控制气入口，单气源提供主气路用气和控制用气；主减压阀采用了反向非卸荷式结构，简化结构，节约成本，同时匹配高压工况；主密封副采用锥面形式，非金属和金属配对，选取合适的材料，在大小压差下均可实现可靠密封；主减压阀设置了2个弹簧，用于运动部件的复位、提高工作的稳定性和可靠性；

4.电动气压控制器本体内部进行了控制气路的设置，两个小型高压高频电磁阀通过螺纹和本体连接并通过端面密封；其中，进气电磁阀设置在控制气输入气路和控制腔之间，排气电磁阀设置在控制腔和排放气路之间，二者受电控系统控制，对控制腔的压力可以进行多种模式的调节；

5.主气路接口和控制气路接口通过锥形直通接头提供两种接口形式的选择，便于系统匹配；对重要的零部件进行了强度及稳定性分析，保证设计安全系数不小于3；电控印制板和电动气压控制器本体外侧的2个插座连接，形成信号接口和电源接口，2个插座采用不同规格，杜绝了误装；

6.可通过控制终端切换手动控制和自动控制模式。手动模式下，调压或卸荷过程由操作者目测和手控完成，稳压精度由减压阀的机械部分决定；自动模式下，调压或卸荷过程由减压阀自动完成，稳压精度由电控系统决定；

7.当收到自动调压指令后，单气源智能远控高压气体减压阀可通过S2回传P2信号至控制单元1(例如印刷电路板)，判断出口实际压力P2和设定压力的差值，从而控制进气电磁阀3和排气电磁阀2的动作和时间，控制腔压力Pk随之升至所需值，并推动敏感活塞9，对阀芯11加载，自动调节出口压力P2至设定压力，并在P1或后端用户的用气流量发生变化时通过机电联调保持出口压力P2的稳定；当收到自动卸荷指令后，单气源智能远控高压气体减压阀可以自动排空控制腔气体，直至Pk等于0表压；

8.用内置自编程序实现出口压力的误差判断和自动调节，机电结合实现大范围调压和高精度稳压。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高压气体减压阀，其特征在于，包括电动气压控制器和主阀，所述电动气压控制器与所述主阀密封连接，所述电动气压控制器分别与一控制终端及出口气体压力传感器连接，所述主阀分别与外接气源及所述出口气体压力传感器连接，所述出口气体压力传感器与外接后端用气管路连接。

2.如权利要求1所述的高压气体减压阀，其特征在于，所述电动气压控制器包括控制器本体和安装在所述控制器本体上的控制单元、排气电磁阀和进气电磁阀，所述控制器本体内部形成一控制腔，所述控制器本体上设置有控制腔入口接管嘴、控制腔测压接管嘴和控制腔出口接管嘴，所述控制腔入口接管嘴通过所述控制器本体的气路和所述进气电磁阀的入口连通，所述进气电磁阀通过所述控制器本体的气路和所述控制腔连通，所述控制腔通过所述控制器本体的气路分别和所述控制腔测压接管嘴及所述排气电磁阀的入口连通，所述排气电磁阀的出口通过所述控制器本体的气路和所述控制腔出口接管嘴连通。

3.如权利要求2所述的高压气体减压阀，其特征在于，所述控制器本体上还设置有电控插座，所述电控插座、所述排气电磁阀及所述进气电磁阀分别与所述控制单元的对应接口连接。

4.如权利要求2所述的高压气体减压阀，其特征在于，所述电动气压控制器还设置有用于提高抗干扰性能的阻尼板，所述阻尼板安装在所述控制器本体上与所述主阀连接的一端。

5.如权利要求2所述的高压气体减压阀，其特征在于，所述控制单元包括单片机处理器、通讯电路、开关量输出驱动电路、开关量采集电路、模拟量信号调理电路、A/D采集电路、存储器电路、节点编号电路及电源电路，所述单片机处理器、所述通讯电路、所述开关量采集电路、所述模拟量信号调理电路、所述A/D采集电路、所述存储器电路及所述节点编号电路集成在第一印制板上，所述开关量输出驱动电路和所述电源电路集成在第二印制板上，所述第一印制板和所述第二印制板通过印制板连接器连接。

6.如权利要求2所述的高压气体减压阀，其特征在于，所述电动气压控制器还包括控制器外盖，所述控制器外盖与所述控制器本体连接，所述控制单元、所述排气电磁阀及所述进气电磁阀容置在所述控制器外盖与所述连接器本体围合的空间内。

7.如权利要求2所述的高压气体减压阀，其特征在于，所述排气电磁阀、所述进气电磁阀、所述控制器外盖、所述控制腔入口接管嘴、所述控制腔测压接管嘴和所述控制腔出口接管嘴均以螺纹形式和控制器本体连接。

8.如权利要求1～7中任意一项所述的高压气体减压阀，其特征在于，所述主阀包括阀体及安装在所述阀体内且依次同轴设置的敏感活塞、复位弹簧、阀芯、阀座、弹簧座、压紧弹簧及压盖，所述阀体上还设置有控制气源接管嘴、入口接管嘴和出口接管嘴，所述控制气源接管嘴与所述入口接管嘴连通，所述入口接管嘴分别与所述阀体的入口腔及所述外接气源连通，所述出口接管嘴分别与所述阀体的出口腔及所述出口气体压力传感器连通。

9.如权利要求8所述的高压气体减压阀，其特征在于，所述敏感活塞、所述压盖、所述控制器本体及所述阀体之间分别设置有用于实现不同气腔的密封的密封圈。

10.如权利要求8所述的高压气体减压阀，其特征在于，所述控制器本体、所述压盖、所述入口接管嘴、所述出口接管嘴及所述控制气源接管嘴均以螺纹形式和所述阀体连接。

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