一种气动高压阀门

技术领域

本发明属于高压气体充装和应用技术领域，具体涉及一种气动高压阀门。

背景技术

在工业生产，常会运用到各种工业纯气、高纯气以及混合气，在各种工业纯气、高纯气以及混合气的生产、运输以及应用场景，均必然会涉及到对气体进行压缩、以减少气体的运输和存储成本。

而为了减少人工劳动强度和提高作业安全，在现有技术中，高压气体的自动化控制，包括：充装、输送、使用和调压，成为气体工业应用的必须方法。目前现有的阀门一方面是需要一个较大的驱动气缸来实现高压阀门的启闭(这带来了阀门体积的庞大)，另一方面缺少可靠的高压氧气阀门。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气动高压阀门，通过采用阀笼式设计，大幅减少阀门所需零件，减少阀门的体积，降低制造成本，并且使用平衡式阀芯保证高压环境的可靠运行，同时减少仪表气的使用和压力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案具体为：

一种气动高压阀门，包括并列设置的阀体组件和气缸组件；所述阀体组件包括阀体件、阀笼件、气动阀门轴，所述阀笼件设置在阀体件与气缸组件之间；且所述气动阀门轴分别穿过阀体件和阀笼件连接到气缸组件，并在所述阀体件两侧分别设置有气口，且其中一个气口连通到阀笼件，且所述气动阀门轴上设置有与阀笼件适配的堵头。

进一步地，所述气缸组件包括气缸缸体、气缸底座和气缸上盖，所述气缸缸体内设置有气缸活塞。

进一步地，所述气缸底座和气缸上盖内均设置有充气口，且气缸底座和气缸活塞之间，气缸上盖和气缸活塞支架均形成有密封舱，且气缸底座和气缸上盖内的充气口分别连通到密封舱。

进一步地，所述气缸底座和阀笼件之间设置有轴套。

进一步地，所述气缸活塞内连接有螺杆件，螺杆件一端连接到气动阀门轴尾端。

进一步地，所述气缸底座、气缸上盖和气缸活塞与气缸缸体接触处均设置有密封O型圈。

进一步地，所述气缸底座和气缸上盖的内侧面均设置有弹簧座，并在气缸底座和气缸活塞之间或者气缸上盖和气缸活塞之间设置有复位弹簧。

进一步地，所述阀笼件内形成有气腔，且气腔在气动阀门轴向和纵向分别设置有轴向口和纵向口，并分别与阀体件上其中一个气口连通，且轴向上的轴向口与气动阀门轴上的堵头适配。

进一步地，所述气动阀门轴上还设置有限位环。

进一步地，所述限位环直径大于阀笼件底部的过孔。

与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，采用了气缸组件和阀体组件并行式的平行式阀芯设计结构，能够有效减少驱动气缸的缸径，减少制作成本，更加适用于高压纯氧的充装。

其次，本发明采用阀笼件的设置来有效减少内部结构的复杂性，同样还实现了傻瓜式的安装连接设计，阀体件两侧的气口均可以作为进气口或者出气口，从而减少对安全位置的需求，并连接进气管路或者出气管路，相应的气缸组件内进行不同位置的进气或者出气来控制气动阀门轴在阀笼件内的运动，并利用堵头进行启闭。

再次，本发明的气缸组件内在气缸活塞两端的结构呈镜像设计，在气缸底座和气缸上盖的内侧面均设置有弹簧座，也可以实现正反装，通过不同位置装的弹簧来实现常开阀和常闭阀的转换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应该看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明提供的气动高压阀门的结构示意图。

图2是图1的剖视图。

附图标记：1-阀体组件、2-气缸组件、3-气动阀门轴、4-堵头、5-阀笼件、6-气口、7-轴套、8-轴向口、9-纵向口、10-充气口、11-气缸底座、12-气缸缸体、13-气缸活塞、14-气缸上盖、15-复位弹簧、16-螺杆件、17-密封O型圈、18-密封舱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，若出现术语“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。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

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，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

如图1-图2所示，一种气动高压阀门，包括并列设置的阀体组件1和气缸组件2；阀体组件1包括阀体件、阀笼件5、气动阀门轴3，阀笼件5设置在阀体件与气缸组件2之间；且气动阀门轴3分别穿过阀体件和阀笼件5连接到气缸组件2，并在阀体件两侧分别设置有气口6，且其中一个气口6连通到阀笼件5，且气动阀门轴3上设置有与阀笼件5适配的堵头4。

与现有技术相比较而言，现有技术中，原有的高压氧气充装中，氧气的充装压力一般是在30Mpa或以上工作压力，压力越高所需要的驱动气缸缸径越大，且驱动气缸和启闭阀门之间的连接结构复杂，造价高昂，且所需要驱动启闭的仪表气(充入驱动气缸)也越多。而在本发明中，采用将气缸组件2和阀门组件设计为平行式，通过连接在两者之间的气动阀门轴3的活动来进行启闭，通过直拉直缩的方式，有效减小所需驱动气缸内的活塞受力面积，从而有效减小驱动气缸的缸径。并且在本发明中，有效实现了傻瓜式安装设计，一方面是阀门组件的气口6可以实现正反装，另一方面同样也可以使活塞和弹簧实现正反装，使得整体系统的兼容性更高。

气缸组件2包括气缸缸体12、气缸底座11和气缸上盖14，气缸缸体12内设置有气缸活塞13。气缸底座11和气缸上盖14内均设置有充气口10，且气缸底座11和气缸活塞13之间，气缸上盖14和气缸活塞13支架均形成有密封舱，且气缸底座11和气缸上盖14内的充气口10分别连通到密封舱。18通过不同位置的充气口10可以实现气缸活塞13在充入仪表气的状态下，向不同位置进行移动，分别针对弹簧进行压缩或者拉伸，推动气动阀门轴3上的堵头4相对于阀笼件5的轴向上的进气口或者出气口进行远离或者靠近，分别实现启闭功能。

气缸底座11和阀笼件5之间设置有轴套7。

气缸活塞13内连接有螺杆件16，螺杆件16一端连接到气动阀门轴3尾端。气缸底座11、气缸上盖14和气缸活塞13与气缸缸体12接触处均设置有密封O型圈17。

气缸底座11和气缸上盖14的内侧面均设置有弹簧座，并在气缸底座11和气缸活塞13之间或者气缸上盖14和气缸活塞13之间设置有复位弹簧15。

阀笼件5内形成有气腔，且气腔在气动阀门轴3向和纵向分别设置有轴向口8和纵向口9，并分别与阀体件上其中一个气口6连通，且轴向上的轴向口8与气动阀门轴3上的堵头4适配。轴向口8和纵向口9均可以作为进气口和出气口，进气口和出气口的连接位置可以互换，增强整体系统的兼容性。

气动阀门轴3上还设置有限位环。限位环直径大于阀笼件5底部的过孔。

具体使用时，可以根据本发明在预先安装时的连接情况分为不同的状态：

实施方式一:

选择阀笼件5在轴向方向作为进气口，则阀笼件5在纵向方向则为出气口，则为选择阀下进气模式，并选用弹簧设置在气缸上盖14和气缸活塞13之间。还可以选择阀门初始为常闭或者常开状态。

首先要确定的是由于选择阀下进气，气体压力差导致的气体最大抬升力F1，具体计算如下：

F1＝(P1-P2)*((D2/2)^2-(D1/2)^2)*π(式一)

其中，P1是进气口阀门极限工作压力，P2是出气口阀门极限工作压力，D1是气动阀门轴3最大直径，D2是密封面最大直径。

在常开状态时，阀门的初始状态为开启，堵头4离开阀笼件5，在进行高压充气结束后，需要将堵头4抵到阀笼件5的进气口。

在充气完成后，需要将堵头4推到阀笼件5的进气口，利用堵头4和阀笼件5的进气口形成密封。而此时，弹簧的主要作用是在气缸内放气后，重新开启阀门。则所计算所选用的弹簧所需要提供的最小弹力Fk，最小弹力Fk根据所选用弹簧的弹性系数值K和压缩长度值Lx进行确定。

当然，为了确保能够进行封闭，还需要提供一个最小预紧压强P4，则此时所需提供的最小预紧力为：

F2＝P4*((D2/2)^2-(D1/2)^2)*π(式二)

则在进行封闭堵头4时，通过气缸上盖14上的充气口10进仪表气，推动活塞向气缸底座11移动，当堵头4抵在阀笼件5的进气口时，弹簧处于拉伸状态。此时整个气缸所需要提供的推力F3就明确由下式三确定

F3＝F1+F2+F4+K*(Lx+L)(式三)

其中L为阀杆最大冲程，F4为气缸和阀杆摩擦力。因此，可以计算出气缸所需的最小仪表气压力P3：

P3＝F3/((D3/2)^2*π)(式四)

而所得出的P3值远远小于传统技术中所需提供的最小仪表气压力。

反之，在常闭状态时，气动阀门轴3上的堵头4初始抵在阀笼件5的进气口位置，进入工作状态时，通过向气缸底座11方向的充气口10内充气，仪表气充入到气缸底座11和气缸活塞13之间的密封空间，并在推动气缸活塞13压缩弹簧并使堵头4离开阀笼件5的进气口，使进气口和出气口能够导通。此时，主要是通过弹簧压缩所产生的弹簧力来进行复位，则此时，气体最大抬升力F1、最小预紧力为F2、气缸和阀杆摩擦力F4保持与之前不变，而弹簧所提供的复位弹力Fk则需要满足：Fk＝F1+F2+F4，从而选用适合的弹簧。

实施方式二:

选择阀笼件5在轴向方向作为出气口，则阀笼件5在纵向方向则为进气口，则为选择阀上进气模式，并选用弹簧设置在气缸上盖14和气缸活塞13之间。还可以选择阀门初始为常闭或者常开状态。

与阀下进气不同是，阀笼件5的进气口和出气口进行了互换，阀上进气的模式在常闭状态，阀上压力大于阀下压力，则需要气缸提供的推力需要克服弹簧力，和由于气压变换后由气压差所形成压紧力，使气动阀门轴3拉起，以保证阀门的开启，具体计算原理同上，在此不多做复述。

同理，在阀上进气时，而若选择常开状态，气压差所形成压紧力不变，所选用弹簧的最小弹簧力能够克服气缸和阀杆摩擦力F4和气压差所形成压紧力即可完成选型。

且采用阀上进气所需的气缸仪表气压力在35Mpa的压力条件下，采用本发明所提供的模式，计算所得的驱动气压小于0.6Mpa，远远小于传统的气缸所需的压力。

综上所述，本发明的整体灵活多变，可以实现接管位置的换位，使得后期的安装更加方便，维护成本低，且维护周期短。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。