CN214699381U - 一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构 - Google Patents

Abstract

一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，包括支撑环一、泛塞一、支撑座和活塞，支撑座内设有介质流道，活塞可在介质流道内往复移动，支撑环一和泛塞一均设置在介质流道靠近高压介质的一端，并且支撑环一位于泛塞一靠近活塞的一端，活塞可穿过支撑环一与泛塞一的外壁贴合。本实用新型采用泛塞一密封效果好，设置的支撑环一能够有效支撑活塞杆，由于支撑环采用特殊耐磨和低摩擦阻力的材料，因此同时可以有效降低活塞杆往复运动时的摩擦阻力。此外，支撑环还可以部分起到降压和迷宫密封的效果，因此可以降低泛塞高压端和低压端两侧的压差，压差降低，从而降低了泛塞外壁材料和支撑座密封配合面之间的摩擦阻力，增加了密封结构的使用寿命。

Description

一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构

技术领域

本实用新型属于流体减压技术领域，具体地，涉及一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，具体应用在阀门、泵、压缩机等多种场合，并且可以应用于制药和食品、以及化工等多种领域。

背景技术

往复式活塞在很多流体机械中都有应用，包括内燃机气缸内活塞、活塞式空气压缩机、活塞泵、调压稳压阀等等。类似活塞泵和压缩机等领域，由于活塞并不要求完全密封，主要是推动流体介质的流动或者增压为目的，因此允许微量泄漏，设计范围内的微量泄漏只会带来能耗方面的一定损失，对于系统功能没有太大的负面影响。

减压阀是一种将输入端高压流体通过节流阀芯减压至低压由输出端输出的阀门，减压阀对于输出的低压流体具有稳压作用。常用的减压阀是采用控制阀体内的启闭件的开度来调节介质的流量，将介质的压力降低，同时，借助阀后压力的反馈作用来调节启闭件的开度，使阀后压力保持在一定设定范围内的阀门。

现有的气体减压阀为单级或者多级减压阀，高压气瓶中的气体内的不稳定气体直接进入气体减压阀内的压力调节活塞进行减压；由于传统的阀体上的活塞与阀座上的密封元件之间在导通或者截止过程中，开度与压力之间往往不是线性关系，因此会导致阀后压力忽高忽低，从而导致活塞大端受力忽高忽低，从而又导致开度大小忽高忽低，开度大小的非线性和不规律，会导致阀后压力的不稳定和不规律，严重的会形成震荡现象，类似于摆锤现象，一直在设定值左右震荡，而无法达成稳定的平衡状态。因此造成减压稳压阀在使用过程中，磨损加剧，寿命降低，输出压力不稳定，无法满足输出定量精准压力和长期可靠耐用的要求。

此外，现有的减压稳压阀，大多采用空心活塞的方式，或者在活塞上开设小孔，通过小孔连接活塞小端和大端的方式，使得流体可以到达活塞大端背部，来为活塞大端背部提供反馈压力。这种方式的弊端是：活塞小端由于限流导致的湍流和压力波动，很容易反馈到活塞大端，从而导致大端压力波动，并导致系统的不稳定。

传统减压稳压阀，在活塞小端大多采用端面密封。

端面密封应用在动态密封工况的弊端：

1. 每次密封需要施加足够压力，才能实现有效密封，因此会在密封件留有压痕，容易导致变形失效。

2. 如果介质中有小颗粒或者异物，容易进入密封接触的压痕，导致产生泄漏和密封失效。

3. 不能实现完全密封，就会导致流体介质泄漏到出口端，导致流体需求端压力超出规定要求，从而强制安全阀打开排泄或者导致系统受损。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，解决了现有技术中的活塞与阀座使用过程中，滑动摩擦阻力大、密封件寿命短、容易发生泄漏、容易出现震荡现象、压力波动范围大、输出精度不稳定等常见问题。

实心活塞组件主要受到以下几种力：活塞大端流体低压力导致的推力、活塞小端流体高压力导致的推力、弹簧力、与缸壁的滑动摩擦力以及重力。由于重力影响较小，下文将不再赘述重力的影响。当实心活塞组件所受合力等于零时，实心活塞组件处于平衡状态。而实际工作系统中，系统流体介质会有压力波动，波动源可能来自入口，比如上游输出压力值大小变化。波动源也可能来自下游出口，比如流体使用端增加消耗或者减少消耗，甚至关机使得流体为零消耗状态。所有波动都会导致压力和流量产生波动，从而使得活塞合力不为零。以下游出口突然增加流体消耗为例，由于机械系统需要响应时间来达到新的平衡，活塞大端处的压力会瞬间下降，从而导致活塞大端推力下降，使得活塞会向着大端移动，从而活塞小端向着离开导流锥形面的方向移动，从而使得有效流通开度增加。则有更多流体供应到出口，因此使得出口处压力上升，活塞大端压力推力增加，直到活塞所受合力重新达到平衡，则系统重新处于平衡，输出压力和流量达到新的平衡值。反之，如果出口端流体需求降低，则出口端流体压力瞬间会有上升，导致大端压力增加，活塞向小端移动，使得有效开度减小，从而降低流体供给，使得出口压力下降并趋于平衡值。在整个系统工作中，随着上下游各种压力波动，系统内部也会不断的做出响应并动态的趋于新平衡。系统响应时间越短，则系统越灵敏；出口端压力波动区间越窄，越接近设定值，则输出压力精度越高，稳压效果越好。

本实用新型中活塞大端的反馈压力信号采集源，设置在远离出口的平缓通道中，由于该处区域流体压力比较稳定，从而使得反馈压力信号避免了进口和节流减压区域流体急剧变化导致的压力波动与湍流影响，从而使得整个减压稳压过滤掉了压力扰动杂音，可以实现更高的压力和流量控制精度。

技术方案：本实用新型提供了一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，包括支撑环一、泛塞一、支撑座和活塞，所述支撑座内设有介质流道、流体通道和压力反馈通道，所述活塞设置在介质流道内，并且活塞可在介质流道内往复移动，所述支撑环一和泛塞一均设置在介质流道靠近高压介质的一端，并且支撑环一位于泛塞一靠近活塞的一端，所述活塞可穿过支撑环一与泛塞一的外壁贴合，所述流体出口与流体通道连通，所述活塞大端背后的腔体通过压力反馈通道与流体通道相连通。本实用新型的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，采用泛塞一密封效果好，设置的支撑环一采用摩擦阻力小的材料，可以有效降低活塞杆往复移动时的摩擦阻力，同时支撑环也可以部分起到迷宫密封和降压的效果，使得泛塞高低压两侧的压差减小，从而可以有效降低泛塞外壁材料和支撑座密封面之间的摩擦阻力，从而有效增加了密封结构的使用寿命，另外此密封结构具有良好的操作性和可靠性，非常适合于减压稳压阀的活塞杆密封。本实用新型采用了独特的支撑环和U型泛塞密封，改变了传统的减压稳压阀的在有效开度处的密封结构，可以有效降低摩擦阻力，提高响应速度并保证高精度的稳压效果，同时可以保证良好密封及其耐久性。当实心活塞杆与导流锥形面，二者不断靠近，直到内外嵌套重叠，有效流通开度变成一条间隙配合的微小缝隙，流量近似于零。实心活塞杆与导流锥形面之间非常接近零流量，但无法实现真正可靠的零泄漏密封。而实心活塞杆与U型泛塞，则一起配合可以形成可靠且有效密封。因此当系统处于关机状态或者输出端对于流体零需求时，活塞大端或者出口的压力增加，从而推动活塞向小端移动，直至最终实心活塞杆外圆面与泛塞密封件的内侧唇相接触，并实现良好密封，防止流体缓慢渗漏到出口并导致出口压力接近或者超过安全设定值，引起不必要的安全事故或者流体泄压排放造成的浪费。

进一步的，上述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，所述泛塞一远离支撑环一的另一端设有泛塞二。泛塞一的作用是动密封：当活塞小端完全接触泛塞一内侧形成密封效果，则进口与支撑座之间的流体通道被关闭。活塞二的作用是静密封，用于进口和支撑座之间的密封效果。

进一步的，上述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，所述支撑座和活塞的外壁之间设有密封组件，所述密封组件位于介质流道内。

进一步的，上述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，所述介质流道连接有进口和出口，所述进口位于高压介质的一端，所述出口位于低压介质的一端，所述活塞可截断或导通进口和出口之间的介质流道，所述支撑环一、泛塞一和泛塞二均位于进口处，所述泛塞二设置在支撑座和进口之间，所述支撑环一和泛塞一设置在进口靠近活塞的一端。活塞往复移动过程中，插入支撑环一和泛塞一时，能够将介质流道阻断。

进一步的，上述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，所述泛塞一优先选择U型泛塞，泛塞二由于用作静密封，因此可以为U型泛塞，也可以是其它结构的泛塞，所述泛塞一的U型开口端朝向高压介质的一端，所述泛塞二的U型开口和泛塞一的U型开口相对设置，并且泛塞一和泛塞二之间连通。上述结构的设置，使得高压介质端的压力能够作用在泛塞二和泛塞一的U型开口处，利用压力张开泛塞高分子唇，并压紧在配合的密封面上，从而可以提高密封性能。

进一步的，上述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，所述支撑环一靠近活塞一端的内壁上设有导流锥形面，所述导流锥形面靠近活塞的一端为大端。设置的导流锥形面可以有效降低高速流体流经这一区域时的流体扰动，从而可以有效降低湍流度，是的流经此处的流体压力相对稳定，从而有助于提高减压稳压阀的稳定性和精确度，降低流体波动“噪音”。

进一步的，上述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，所述密封组件包括泛塞三和支撑环二，所述泛塞三和支撑环二均套设在活塞上，并且泛塞三位于支撑环二靠近支撑环一的一端。泛塞三和支撑环二提供一定密封性能的同时，通过支撑环二提供辅助支撑力，避免活塞较大压力压制在泛塞三上，造成泛塞的损坏。

进一步的，上述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，所述支撑座上设有限位环，所述限位环固定设置在介质流道的内壁上，所述限位环位于泛塞三远离支撑环二的另一端，并且泛塞三可与限位环相接触。设置的限位环进行支撑环的阻挡，放置活塞往复移动过程中，带动泛塞三和支撑环二从活塞上脱离。

进一步的，上述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，所述泛塞三为U型泛塞，并且泛塞三的U型开口朝向支撑环一的一端。泛塞三贴合在活塞的外壁上，在活塞往复移动的过程中，能够提供活塞两端之间良好的密封性能。

上述技术方案可以看出，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型所述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，通过实心管结构的活塞和导流锥面之间间隙的改变，既可以调节流道的流量大小，同时可以进行流道的截止，通过实心活塞杆向导流锥面靠近或者远离，流道截面积呈线性变化，提高了减压稳压过程中，流体的稳定性；调节流体压力时，只需调节导流锥面和阀座的相对位置，即可使得导流锥面与实心火活塞之间的位置发生变化，从而能够进行实心活塞杆背压面承受压力的调节，其调压过程简单，不仅能够提供良好的密封性能，并且具有一定的压力微调功能。另外此密封结构具有良好的操作性和可靠性，非常适合于减压稳压阀的活塞杆密封。

本结构在活塞小端采用的带有U型泛塞的密封结构，具有如下优点：

1. 密封可靠而且寿命持久；

2. 摩擦阻力小，泛塞外侧的高分子材料，不但耐磨而且摩擦系数非常小，具备自润滑性能；

3. 密封压力从最小几公斤到最高可达90MPa以上，在允许的压力范围大，压力越大，泛塞高分子唇压在活塞外圆面的压力越大，从而密封效果更好；

4. 背部安装，维修和更换简单；

5. 由于寿命持久，计算下来使用成本非常低。

附图说明

图1为本实用新型所述一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构的整体结构示意图；

图2为本实用新型所述一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构导通时的结构示意图；

图3为本实用新型所述一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构截断时的结构示意图。

图中：支撑环一1、导流锥形面11、泛塞一2、支撑座3、介质流道31、限位环32、活塞4、泛塞二5、密封组件6、泛塞三61、支撑环二62、进口7、出口8、流体通道100、压力反馈通道200。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

如图1-3所示的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，包括支撑环一1、泛塞一2、支撑座3和活塞4，所述支撑座3内设有介质流道31、流体通道100和压力反馈通道200，所述活塞4设置在介质流道31内，并且活塞4可在介质流道31内往复移动，所述支撑环一1和泛塞一2均设置在介质流道31靠近高压介质的一端，并且支撑环一1位于泛塞一2靠近活塞4的一端，所述活塞4可穿过支撑环一1与泛塞一2的外壁贴合，所述流体出口8与流体通道100连通，所述活塞4大端背后的腔体通过压力反馈通道200与流体通道100相连通。

此密封结构改变了传统的活塞压紧在密封圈上的结构，上述密封结构由于活塞的压紧，容易造成密封圈的疲劳损坏。本专利申请中活塞4为实心的结构，活塞4在支撑座3内往复移动过程中，能够与泛塞一2的高分子材料外壁接触而起到密封效果。支撑环一1与泛塞一2贴合在一起，支撑环一1起到支撑作用，能够防止活塞4压紧在泛塞一2的端面上，反而是改为活塞4的外壁与泛塞一2的内壁贴合，从而起到密封作用。

此外，支撑环一1靠近活塞4一端的内壁上设有导流锥形面11，所述导流锥形面11靠近活塞4的一端为大端。由于活塞4向高压一侧移动的过程中，由于活塞4的移动造成高压进气一端的气体流量发生变化，设置的导流锥形面11能够使得流体顺畅的进行流动，减小了流体扰动的发生，尤其在减压稳压阀上应用时，由于流体扰动的减小能够提高减压稳压的准确性，大大提高阀体的性能。

本实用新型所述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，改变了传统的活塞压紧密封圈的密封结构，采用支撑环配合泛塞进行密封，其中支撑环用来稳定支撑泛塞，与活塞之间没有密封关系，但是可以起到迷宫降压的效果，通过泛塞高分子外圈与活塞之间的连接，进行密封，并且上诉密封过程中，由于高压介质的存在，使得U型泛塞处于撑开的状态，从而与活塞之间的密封性能更佳，由于活塞和泛塞之间的密封是压紧贴合的性能，因此在具有良好密封性能的同时，此密封结构具有更长的使用寿命。

实施例二

基于实施例一结构的基础上，所述泛塞一2远离支撑环一1的另一端设有泛塞二5。通过泛塞二5和泛塞一2的配合，能够提高活塞4与高压进气端的密封性能。

此外，泛塞一2和泛塞二5均为U型泛塞，所述泛塞一2的U型开口端朝向高压介质的一端，所述泛塞二5的U型开口和泛塞一2的U型开口相对设置，并且泛塞一2和泛塞二5之间连通。

上述泛塞一2和泛塞二5的U型开口结构设计，进行密封的原理为，泛塞一2由于U型开口朝向高压的一侧，因此活塞4插入支撑环一1与泛塞一2时，由于高压侧的进口气压较大，使得泛塞一2的开口被撑开，从而使得泛塞一2的高分子材料外壁与活塞4的外壁相抵，从而起到第一重密封作用；由于泛塞二5和泛塞一2的U型开口相对扣合在一起，因此高压介质同样作用在于泛塞二5的内部，使得于泛塞二5和高压介质进口贴合在一起，从而起到第二重密封的作用。

实施例三

在减压稳压阀使用此密封结构的同时，由于活塞4远离高压介质的一侧为背压侧，因此活塞4需要设置良好的密封结构，放置活塞4背压侧气体泄漏至介质流道31。基于实施例一或者二结构的基础上，支撑座3和活塞4的外壁之间设有密封组件6，所述密封组件6位于介质流道31内。所述密封组件6包括泛塞三61和支撑环二62，所述泛塞三61和支撑环二62均套设在活塞4上，并且泛塞三61位于支撑环二62靠近支撑环一1的一端。

此外，所述支撑座3上设有限位环32，所述限位环32固定设置在介质流道31的内壁上，所述限位环32位于泛塞三61远离支撑环二62的另一端，并且泛塞三61可与限位环32相接触。

并且，泛塞三61为U型泛塞，并且泛塞三61的U型开口朝向支撑环一1的一端。

支撑环二62起到支撑的作用，泛塞三61的外壁紧贴在活塞4的外壁上，从而起到良好的密封作用。

实施例四

基于实施例三结构的基础上，介质流道31连接有进口7和出口8，所述进口7位于高压介质的一端，所述出口8位于低压介质的一端，所述活塞4可截断或导通进口7和出口8之间的介质流道31，所述支撑环一1、泛塞一2和泛塞二5均位于进口7处，所述泛塞二5设置在支撑座3和进口7之间，所述支撑环一1和泛塞一2设置在进口7靠近活塞4的一端。

上述流体的流动路径为，当活塞4处于导通状态时，进口7进气，通过介质流道31从出口8将介质导出。

在减压稳压过程中，活塞4的背压大端面的压力大于活塞4正压小端面的压力时，推动活塞4向进口7方向移动，随着活塞4不断靠近进口7，使得活塞4和进口7之间的截面积逐渐减小，从而使得进口7进入的气体减少，这个过程中，进口7进入的高压介质将泛塞一2和泛塞二5撑开，从而在活塞4、泛塞二5和支撑座3支撑形成稳定的密封结构。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，其特征在于：包括支撑环一（1）、泛塞一（2）、支撑座（3）和活塞（4），所述支撑座（3）内设有介质流道（31）、流体通道（100）和压力反馈通道（200），所述活塞（4）设置在介质流道（31）内，并且活塞（4）可在介质流道（31）内往复移动，所述支撑环一（1）和泛塞一（2）均设置在介质流道（31）靠近高压介质的一端，并且支撑环一（1）位于泛塞一（2）靠近活塞（4）的一端，所述活塞（4）可穿过支撑环一（1）与泛塞一（2）的外壁贴合，所述流体出口（8）与流体通道（100）连通，所述活塞（4）大端背后的腔体通过压力反馈通道（200）与流体通道（100）相连通。

2.根据权利要求1所述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，其特征在于：所述泛塞一（2）远离支撑环一（1）的另一端设有泛塞二（5）。

3.根据权利要求1或2所述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，其特征在于：所述支撑座（3）和活塞（4）的外壁之间设有密封组件（6），所述密封组件（6）位于介质流道（31）内。

4.根据权利要求2所述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，其特征在于：所述介质流道（31）连接有进口（7）和出口（8），所述进口（7）位于高压介质的一端，所述出口（8）位于低压介质的一端，所述活塞（4）可截断或导通进口（7）和出口（8）之间的介质流道（31），所述支撑环一（1）、泛塞一（2）和泛塞二（5）均位于进口（7）处，所述泛塞二（5）设置在支撑座（3）和进口（7）之间，所述支撑环一（1）和泛塞一（2）设置在进口（7）靠近活塞（4）的一端。

5.根据权利要求2所述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，其特征在于：所述泛塞一（2）和泛塞二（5）均为U型泛塞，所述泛塞一（2）的U型开口端朝向高压介质的一端，所述泛塞二（5）的U型开口和泛塞一（2）的U型开口相对设置，并且泛塞一（2）和泛塞二（5）之间连通。

6.根据权利要求1或5所述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，其特征在于：所述支撑环一（1）靠近活塞（4）一端的内壁上设有导流锥形面（11），所述导流锥形面（11）靠近活塞（4）的一端为大端。

7.根据权利要求3所述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，其特征在于：所述密封组件（6）包括泛塞三（61）和支撑环二（62），所述泛塞三（61）和支撑环二（62）均套设在活塞（4）上，并且泛塞三（61）位于支撑环二（62）靠近支撑环一（1）的一端。

8.根据权利要求7所述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，其特征在于：所述支撑座（3）上设有限位环（32），所述限位环（32）固定设置在介质流道（31）的内壁上，所述限位环（32）位于泛塞三（61）远离支撑环二（62）的另一端，并且泛塞三（61）可与限位环（32）相接触。

9.根据权利要求7或8所述的一种可以线性调节流量和压力的实心活塞杆减压结构，其特征在于：所述泛塞三（61）为U型泛塞，并且泛塞三（61）的U型开口朝向支撑环一（1）的一端。

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