專利名稱：平衡活塞感應式氣動減壓閥的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機械工程領域，涉及機械零件與傳動裝置和流體控制技術，尤其 是氣動減壓閥結構。
背景技術：
氣體減壓閥是氣動系統(tǒng)中廣泛使用的一種壓力調節(jié)裝置。它的作用是將高壓氣瓶 內的增壓氣體減壓至下游系統(tǒng)所需的工作壓力。在穩(wěn)定的參數(shù)輸入條件下，該減壓閥能保 持穩(wěn)定的參數(shù)輸出(出口壓力和流量)。在外界干擾情況下，如入口壓力發(fā)生突變，或者出 口流量或管路特性發(fā)生變化時，該減壓閥能在很短的時間內做出反應，使出口壓力和流量 迅速得到穩(wěn)定，使其數(shù)值保持在設計所允許范圍內。隨著各個行業(yè)特別是國防工業(yè)對系統(tǒng)高速度、高壓的要求不斷增加，同時也由于 高壓氣動技術可以有效改善氣動系統(tǒng)動態(tài)性能和剛度，具有功率密度高、瞬間膨脹性大、爆 發(fā)力強、溫度適應范圍廣，可以實現(xiàn)高速化和元件小型化，從而節(jié)省安裝空間等優(yōu)點，高壓 氣動技術越來越受到重視。目前國內、外氣動壓力減壓閥產(chǎn)品主要還是集中于5MPa以下低 壓范圍，在許多有高壓要求的工程系統(tǒng)中的應用受到了限制。因此研制具有調壓范圍寬、控 制性能滿足工程要求的氣動壓力控制元件，具有重要的工程實際意義。氣動減壓閥原先一直應用于國防航空航天領域，而在氫能源汽車上應用則進一步 拓寬了高壓氣動壓力元件的應用范圍，為氫能源汽車的研制解決了一個關鍵的技術難題， 推進氫能源汽車的進一步研究和發(fā)展。不僅可為我國高壓減壓閥民用化產(chǎn)業(yè)化提供技術支 持和借鑒，還可擺脫目前關鍵設備只能依賴進口的現(xiàn)狀，提高我國高壓氣動壓力元件的技 術水平。高壓減壓閥的壓力放大與控制元件的形式主要有膜片式和活塞式。膜片式高壓氣 動壓力調節(jié)閥靈敏性高，控制精度高，而且沒有運動副的摩擦，但抗干擾性差，承受壓力相 對較低。活塞式高壓氣動閥控制精度較低，但抗干擾，抗振能力較強，適用于高壓和超高壓。

實用新型內容本實用新型的主要目的在于提供一種平衡活塞感應式氣動減壓閥，克服現(xiàn)有膜片 式和活塞式控制元件存在的缺點，如膜片式減壓閥工作壓力不高，減壓范圍小，使用壽命 短；普通活塞式減壓閥壓力控制精度不高。本實用新型的目的是通過以下技術方案予以實現(xiàn)的一種平衡活塞感應式氣動減壓閥，包括閥體、閥芯、閥座、復位彈簧、阻尼罩、平衡 活塞、調節(jié)彈簧等部件，由閥體、密封圈、閥芯、密封擋圈構成進口腔；閥體與閥座通過螺紋 連接裝配，并定位環(huán)形密封擋圈；同時閥芯、密封擋圈、閥座也構成環(huán)形的節(jié)流口 ；閥體、閥 芯、阻尼罩、平衡活塞構成反饋腔；閥體、閥芯、閥座、阻尼罩裝配后構成低壓腔；復位彈簧 所在的容腔與出口腔相聯(lián)以改善減壓閥的精度調節(jié)特性；調節(jié)彈簧、旋轉閥蓋、墊片、球體 構成調節(jié)預設出口壓力裝置；阻尼罩固定在閥內，閥體與平衡活塞之間、閥體與閥芯之間通過密封圈密封。進一步，所述的氣動減壓閥入口閥腔的體積小于反饋腔的體積，而出口管道直徑 大于減壓閥出口直徑。閥座與閥芯的接觸部位形成圓錐環(huán)形節(jié)流口，該節(jié)流口的底部直徑大于頂部直 徑，而氣體從右側入口自下而上流向圓錐環(huán)形節(jié)流口，節(jié)流口面積逐漸減小。旋轉閥蓋對球體的作用力通過墊片間接作用于調節(jié)彈簧上，形成對平衡活塞向下 的作用力，與閥芯和反饋腔內氣體對平衡活塞向上的作用力平衡。閥芯的底端的復位彈簧保持閥芯與其上端接觸的活塞始終處于連接狀態(tài)；且其所 在的復位彈簧腔與出口腔相連以將減壓閥的出口壓力反饋至復位彈簧腔。平衡活塞與閥體之間、閥芯與閥體之間采用0型密封圈密封以保證其氣密性；平 衡活塞與閥體之間的0型密封圈嵌入活塞凹槽內定位，而閥芯與閥體之間的0型密封圈用 兩個環(huán)形密封圈定位。閥座、閥體和平衡活塞可采用不銹鋼材料；球體可采用質量輕、疲勞強度高的塑 料；密封圈材料為丁腈橡膠。換言之，具體來說高壓氣體流經(jīng)閥芯與閥座之間環(huán)形面積，被減壓后進入低壓 腔，然后經(jīng)過阻尼孔進入反饋腔，并相應建立反饋壓力，作用于敏感元件的平衡活塞上，與 復位彈簧和閥芯的作用力相平衡，形成出口壓力，這樣就完成了調節(jié)減壓閥出口壓力，低壓 腔內的氣體經(jīng)節(jié)流口進入低壓出口腔。并且將出口壓力反饋至復位彈簧腔，卸掉入口壓力 作用在閥芯運動系統(tǒng)上的不平衡力，這樣大大改善了減壓閥的精度調節(jié)特性。所述的氣體減壓閥內部的入口腔控制體積小于出口腔的控制體積，出口管道直徑 大于減壓閥出口直徑，能夠延長建壓時間，在啟動過程中不易產(chǎn)生自激振蕩。所述的氣體減壓閥能保證最大工作開度的條件下閥芯機械行程小，這樣可減少高 壓氣流的沖擊，降低啟動壓力峰值，有利于減壓閥的動態(tài)穩(wěn)定。該氣體減壓閥的活動件質量 小，運動時慣性力小，這樣較小的阻尼力就可抑制系統(tǒng)的自激振蕩。閥座與閥體之間采用螺紋連接，并固定其底部的密封橡膠擋圈，使閥芯與閥座的 碰撞為柔性沖擊。閥座與閥芯之間的環(huán)形面積從入口到出口逐漸增大。該氣體減壓閥的節(jié) 流截面處的流道設計能防止渦流的產(chǎn)生，不易發(fā)展為聲頻振蕩。閥芯與阻尼罩上環(huán)形間隙 連同阻尼孔起到阻尼作用，使節(jié)流后的氣體不直接作用于敏感元件平衡活塞，減少對敏感 元件的干擾力，有利于減壓閥的動態(tài)穩(wěn)定。旋轉閥蓋與閥體采用螺紋連接。通過擰轉頂端的旋轉閥蓋來改變調節(jié)彈簧的預壓 縮量，從而得到預定的出口壓力。閥芯受其底端的復位彈簧及出口腔壓力的作用力，從而形 成對平衡活塞向上的作用力。旋轉閥蓋對球體的作用力通過墊片間接作用于調節(jié)彈簧上， 形成對活塞向下的作用力，與閥芯和反饋腔氣體對活塞向上的作用力平衡。閥芯的底端的 復位彈簧保持閥芯與其上端接觸的活塞始終處于連接狀態(tài)，且與出口腔相連。平衡活塞與閥體之間、閥芯與閥體之間采用0型密封圈密封以保證其氣密性；活 塞與閥體之間的0型密封圈嵌入活塞凹槽內定位，而閥芯與閥體之間的0型密封圈用兩個 環(huán)形密封圈定位。 由于采用了上述方案，本實用新型的氣體減壓閥最大進口壓力為35MPa，最小出口 壓力為3MPa。無氣體泄漏，工作溫度范圍為-40°C至+85°C。
圖1是本實用新型實施例的氣動減壓閥的結構剖視圖。圖2是本實用新型的原理圖。圖1中標號1為閥體，2為復位彈簧，3為密封圈1，4為密封圈2，5為密封圈3，6 為閥芯，7為密封擋圈，8為閥座，9為阻尼罩，10為密封圈4，11為平衡活塞，12為調節(jié)彈簧， 13為旋轉閥蓋，14為墊片，15為球體。圖2中Ps為入口壓力，Op為入口流量，V2為閥腔體積，PL為出口壓力，QL為出 口流量，Pl為反饋壓力，A為活塞面積，Vl為反饋腔體積，Ql為反饋流量，K為彈簧剛度。
具體實施方式
以下結合附圖所示實施例對本實用新型作進一步的說明。圖1是本實用新型的實施例的平衡活塞感應式氣動減壓閥的剖視圖。如圖所示， 由閥體1，密封圈5，閥芯6，密封擋圈7構成進口腔，高壓氣體由此進入。閥體1與閥座8通 過螺紋連接裝配，并定位環(huán)形密封擋圈7。閥芯6，密封擋圈7，閥座8構成環(huán)形面積的節(jié)流 口，高壓氣體經(jīng)過此處時壓力降低，起減壓作用。在此過程中，氣體分子間以及通道壁面之 間發(fā)生碰撞、摩擦和渦流現(xiàn)象，氣體處于不平衡狀態(tài)，是一個不可逆過程。閥體1，閥芯6，阻 尼罩9，平衡活塞11構成反饋腔，節(jié)流減壓后的氣體經(jīng)過阻尼罩上的阻尼孔進入反饋腔，對 活塞形成向上的作用力，起反饋作用。閥體1，閥芯6，閥座8，阻尼罩9等零件裝配后，自然 地構成低壓腔。復位彈簧2所在的容腔與出口腔相聯(lián)，改善減壓閥的精度調節(jié)特性。調節(jié) 彈簧12，旋轉閥蓋13，墊片14，球體15構成調節(jié)預設出口壓力裝置，通過擰轉旋轉閥蓋13 移動球體15，推動墊片14移動，從而改變調節(jié)彈簧12和復位彈簧2的預壓縮量，調定出口 壓力。阻尼罩9固定在閥內，位置不動。閥體1與平衡活塞11之間過密封圈10來密封，閥 體1與閥芯6之間通過密封圈3、4和5來密封，防止氣體泄漏。本實用新型的工作原理是所述的氣體減壓閥為常開式，未工作前，通過擰轉旋轉 閥蓋來設定調定輸出壓力。工作時，若無氣流通過，閥芯通過調節(jié)彈簧和復位彈簧及反饋腔 內剩余氣體對活塞作用力平衡達到某一位置，使閥芯與閥座之間脫離形成一開口。當高壓 氣體從進氣口進入時，當進口壓力低于預設壓力時，閥芯不動，出口壓力升高。當進口壓力 高于預設壓力并逐漸升高時，出口壓力也逐漸升高，活塞感受到的向上的反饋壓力增大，使 調節(jié)彈簧的壓縮量增大，活塞上移，使閥口的開度逐漸變小，通過改變調節(jié)彈簧和復位彈簧 的壓縮量保持活塞的受力平衡，開口減小到一定程度后不再變化，減壓閥出口壓力便穩(wěn)定 下來。達到平衡狀態(tài)后，若進口壓力減小，則反饋腔內氣體壓力隨之減小，敏感元件活塞感 受到的向上的反饋壓力將減小，導致調節(jié)彈簧的壓縮量減少，閥芯下移，開口變大，壓力損 失減小，出口壓力逐漸增大到調定值；若進口壓力升高，則反饋腔內氣體壓力隨之升高，敏 感元件活塞感受到的向上的反饋壓力將升高，導致調節(jié)彈簧的壓縮量增加，閥芯上移，開口 減小，壓力損失變大，出口壓力逐漸減小到調定值。如此周而復始，基于上述原理，減壓閥的 出口壓力基本保持不變，穩(wěn)定于某一范圍內。以上實施例僅供說明本實用新型之用，而非對實用新型的限制。有關技術領域的 技術人員，顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到
5其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，可 以做出各種變換或變型，因此所有等同的技術方案也應該屬于本實用新型的范疇。
權利要求一種平衡活塞感應式氣動減壓閥，包括閥體、閥芯、閥座、復位彈簧、阻尼罩、平衡活塞、調節(jié)彈簧，其特征在于由閥體、密封圈、閥芯、密封擋圈構成進口腔；閥體與閥座通過螺紋連接裝配，并定位環(huán)形密封擋圈；同時閥芯、密封擋圈、閥座也構成環(huán)形的節(jié)流口；閥體、閥芯、阻尼罩、平衡活塞構成反饋腔；閥體、閥芯、閥座、阻尼罩裝配后構成低壓腔；復位彈簧所在的容腔與出口腔相聯(lián)以改善減壓閥的精度調節(jié)特性；調節(jié)彈簧、旋轉閥蓋、墊片、球體構成調節(jié)預設出口壓力裝置；阻尼罩固定在閥內，閥體與平衡活塞之間、閥體與閥芯之間通過密封圈密封。
2.根據(jù)權利要求1所述的氣動減壓閥，其特征在于所述的氣動減壓閥入口閥腔的體 積小于反饋腔的體積，而出口管道直徑大于減壓閥出口直徑。
3.根據(jù)權利要求1所述的氣動減壓閥，其特征在于閥座與閥芯的接觸部位形成圓錐 環(huán)形節(jié)流口，該節(jié)流口的底部直徑大于頂部直徑，而氣體從右側入口自下而上流向圓錐環(huán) 形節(jié)流口，節(jié)流口面積逐漸減小。
4.根據(jù)權利要求1所述的氣動減壓閥，其特征在于旋轉閥蓋對球體的作用力通過墊 片間接作用于調節(jié)彈簧上，形成對平衡活塞向下的作用力，與閥芯和反饋腔內氣體對平衡 活塞向上的作用力平衡。
5.根據(jù)權利要求1所述的氣動減壓閥，其特征在于閥芯的底端的復位彈簧保持閥芯 與其上端接觸的活塞始終處于連接狀態(tài)；且其所在的復位彈簧腔與出口腔相連以將減壓閥 的出口壓力反饋至復位彈簧腔。
6.根據(jù)權利要求1所述的氣動減壓閥，其特征在于平衡活塞與閥體之間、閥芯與閥體 之間采用O型密封圈密封以保證其氣密性；平衡活塞與閥體之間的O型密封圈嵌入活塞凹 槽內定位，而閥芯與閥體之間的O型密封圈用兩個環(huán)形密封圈定位。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一所述的氣動減壓閥，其特征在于閥座、閥體和平衡活塞 采用不銹鋼材料；球體采用質量輕、疲勞強度高的塑料；密封圈材料為丁腈橡膠。
專利摘要一種平衡活塞感應式氣動減壓閥，包括閥體、閥芯、閥座、復位彈簧、阻尼罩、平衡活塞、調節(jié)彈簧，由閥體、密封圈、閥芯、密封擋圈構成進口腔；閥體與閥座通過螺紋連接裝配，并定位環(huán)形密封擋圈；同時閥芯、密封擋圈、閥座也構成環(huán)形的節(jié)流口；閥體、閥芯、阻尼罩、平衡活塞構成反饋腔；閥體、閥芯、閥座、阻尼罩裝配后構成低壓腔；復位彈簧所在的容腔與出口腔相聯(lián)以改善減壓閥的精度調節(jié)特性；調節(jié)彈簧、旋轉閥蓋、墊片、球體構成調節(jié)預設出口壓力裝置；阻尼罩固定在閥內，閥體與平衡活塞之間、閥體與閥芯之間通過密封圈密封。該平衡活塞感應式氣動減壓閥出口壓力精度高、動態(tài)特性好、適用范圍廣。
文檔編號F16K27/02GK201715057SQ20102023229
公開日2011年1月19日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權日2010年6月18日
發(fā)明者訚耀保, 黃偉達 申請人:同濟大學