CN105817153A - 一种三元气体配比混合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种三元气体配比混合装置，包括壳体、压力补偿装置、流体比例调节装置、温度补偿装置和流体混合装置；壳体包括上端盖和下端盖；压力补偿装置包括筒状阀芯、弹簧A、弹簧B和上侧端盖；三个调压腔体上的顶部调压孔和底部调压孔之间通过气路依次串联连接；上端盖腔体出气孔下方设有流量调节腔，流量调节腔的底面前部连通出气孔；流体比例调节装置包括调节丝杠、轴套、轴承、轴承盖、温补腔体、温补腔盖、方形导槽和插板；温度补偿装置包括卷簧固定销、补偿盖、补偿盖接头、卷簧定位销和双金属卷簧；流体混合装置包括流道、混合腔和混合气输出孔；该装置能够实现压力和温度补偿，可适用于电磁影响较大，环境条件恶劣的工况。

Description

一种三元气体配比混合装置
技术领域
本发明属于流体机械中气体混合装置领域，尤其是涉及一种三元气体配比混合装置。
背景技术
工业混合气，含有两种或两种以上有效组份，由几种气体组成的混合物，是工程上常用的工质。相对于工业纯气，混合气具有更好的效应，在冶金、钢铁、石油、化工、机械、电子、玻璃、陶瓷、建材、建筑、食品加工、医药医疗等部门，应用范围十分广泛。
工业混合气，一方面可以通过气体生产厂家获得，通过钢瓶运输，这种方式适于用量较小、比例固定的现场。另一方面，如果现场需求流量较大，而且气体比例变化，则需现场能够控制和调节气体比例、流量和混合。气体比例、流量和混合是通过气体配比混合装置来实现的。
目前，气体配比混合装置主要有机械混合式和电控混合式两种方式。机械混合式通过手动调节混合气比例，通过减压阀或者平衡装置实现压力一致，但没有温度补偿。电控混合式，可以实现温压补偿，精度较高，价格较贵，需要电源，同时环境要求较高。
对于一些特殊现场，如空气潮湿，较强电磁场，环境恶劣，而且混合气配比精度要求较高，需要温度和压力补偿，这两种配比混合装置，不适用于这种工况。
发明内容
针对现有技术中混合装置存在无法适应空气潮湿、环境恶劣等特殊情况的不足，本发明提供了一种三元气体配比混合装置，该装置能够实现压力和温度补偿，可适用于电磁影响较大，环境条件恶劣的工况。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种三元气体配比混合装置，包括壳体、压力补偿装置、流体比例调节装置、温度补偿装置和流体混合装置；所述壳体包括上端盖和下端盖；所述上端盖的上部分为三个呈星形布置的调压腔体，下部分为上端盖柱座；所述下端盖的上部分为下端盖柱座，下部分为三个呈星形布置的出气腔体；所述调压腔体和出气腔体是一一对应的；所述上端盖柱座和下端盖柱座之间通过螺栓连接；
所述压力补偿装置包括筒状阀芯、弹簧A、弹簧B和上侧端盖；所述筒状阀芯位于调压腔体的筒状腔体内，将筒状腔体分成顶部压腔室和底部压腔室；所述顶部压腔室侧面开有顶部调压孔，内部设有弹簧A，弹簧A两端分别连接筒状阀芯顶端和上侧端盖；所述底部压腔室侧面开有底部调压孔，内部设有弹簧B；弹簧B两端分别连接筒状阀芯底端和调压腔体内侧；三个调压腔体上的顶部调压孔和底部调压孔之间通过气路依次串联连接；
所述调压腔体的上端面设有上端盖进气孔；筒状阀芯对应上端盖进气孔的下方位置设有阀芯进气孔；所述筒状阀芯下端面设有阀芯出气孔；上端盖柱座与阀芯出气孔对应位置设有上端盖腔体出气孔；筒状阀芯顶端开有稳压孔；
所述上端盖腔体出气孔下方设有流量调节腔，流量调节腔的底面前部连通出气孔；所述流体比例调节装置包括调节丝杠、轴套、轴承、轴承盖、温补腔体、温补腔盖、方形导槽和插板；所述流量调节腔底面后部两侧分别开有方形导槽；所述温补腔体左右侧面分别固定有插板；所述插板位于方形导槽内；所述温补腔体顶部安装有温补腔盖，所述温补腔盖上开设有两个通气孔；所述调节丝杠后端位于下端盖柱座外侧，前端与温补腔盖凸台的螺纹孔连接；所述调节丝杠上依次安装有轴承、轴套和轴承盖；
所述温度补偿装置包括卷簧固定销、补偿盖、补偿盖接头、卷簧定位销和双金属卷簧；所述温补腔体与温补腔盖之间为卷簧腔；所述卷簧腔底部中心设有卷簧定位销；所述卷簧定位销上固定双金属卷簧；所述补偿盖为U字型，位于温补腔体前侧板外侧；所述补偿盖中心安装有补偿盖接头；所述补偿盖接头穿过温补腔体前侧板；所述双金属卷簧前端通过卷簧固定销与补偿盖接头固定；
所述流体混合装置包括流道、混合腔和混合气输出孔；所述下端盖柱座的中心空圆柱凸台内为混合腔；所述流道连通出气孔下部；所述混合腔连通流道出口；所述混合气输出孔连通混合腔的出口。
优选的，所述上端盖柱座呈圆台状；所述调压腔体的截面为方形；三个调压腔体呈120°均布于上端盖柱座上面；所述下端盖柱座呈圆台状，直径与上端盖柱座相同；所述出气腔体的截面为方形；三个出气腔体呈120°均布于下端盖柱座上面，且相汇于下端盖柱座中心圆柱。
优选的，所述筒状阀芯外壁与调压腔体的筒状空腔内表面贴合，筒状阀芯呈中空状；上端盖进气孔和阀芯进气孔的截面均为圆形，直径相等，上端盖进气孔和阀芯进气孔的中心线不在同一直线上，阀芯进气孔的中心线偏向筒状阀芯底部。
优选的，所述上端盖腔体出气孔和阀芯出气孔截面形状为正方形，上端盖腔体出气孔的边长大于阀芯出气孔的边长，上端盖腔体出气孔和阀芯出气孔的中心线不在同一直线上。
优选的，所述弹簧A和弹簧B性能参数相同，均处于压缩状态。
优选的，所述温补腔体和温补腔盖呈方形，温补腔体面积大于截面呈正方形的出气孔。
优选的，所述双金属卷簧是用膨胀系数不同的两种金属材料牢固结合在一起组成感温元件，在水平面内成螺旋形，其中外侧金属片膨胀系数较大，内侧金属片膨胀系数较小。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种三元气体配比混合装置，在上端盖的调压腔体中安装压力补偿装置，并将三个调压腔体通过气路依次串联起来，通过筒状阀芯的移动调整顶部压腔室和底部压腔室的压力，从而实现压差补偿，达到整体的平衡状态；在流量调节腔中设置流体比例调节装置，通过调节丝杠的旋转运动转变为温补腔盖的直线运动，进而改变温补腔盖覆盖出气孔的节流面积，实现气体流量调节；通过双金属卷簧内外侧金属片变形量的不同推动补偿版前后运动，实现温度补偿；本发明结构紧凑，减少了部件的数量，简化了流体配气***的结构，可以实现压力和温度补偿，配比比例精度较高，混合均匀，适用于电磁影响较大，环境条件恶劣的工况。
附图说明
图1为本发明三元气体配比混合装置结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1的仰视图。
图4为本发明三元气体配比混合装置结构***图。
图5为图2中A-A位置的剖视图。
图6为压力补偿装置的局部放大图。
图7为流量调整装置和温度补偿装置的局部放大图。
图8为补偿盖结构示意图。
图9为温度补偿装置放大图。
图10为流量调整腔局部俯视图。
图11为流体比例调节装置和温度补偿装置的***图。
图12为下端盖流体混合装置剖视图。
图中：1-上端盖、2-下端盖、3-上端盖柱座、4-调压腔体、5-下端盖柱座、6-出气腔体、7-筒状阀芯、8-弹簧A、9-弹簧B、10-上侧端盖、11-上端盖进气孔、12-上端盖腔体出气孔、13-阀芯进气孔、14-阀芯出气孔、15-顶部压腔室、16-底部压腔室、17-稳压孔、18-顶部调压孔、19-底部调压孔、20-气管、21-气管接头、22-调节丝杠、23-轴套、24-轴承、25-轴承盖、26-温补腔体、27-温补腔盖、28-方形导槽、29-插板、30-流量调节腔、31-出气孔、32-卷簧固定销、33-补偿盖、34-补偿盖接头、35-卷簧定位销、36-双金属卷簧、37-卷簧腔、38-流道、39-混合腔、40-混合气输出孔、41-通气孔。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
一种三元气体配比混合装置，包括壳体、压力补偿装置、流体比例调节装置、温度补偿装置和流体混合装置；如图1所示，所述壳体包括上端盖1和下端盖2；如图2所示，所述上端盖1的上部分为三个呈星形布置的调压腔体4，下部分为上端盖柱座3；所述上端盖柱座3呈圆台状；所述调压腔体4的截面为方形；三个调压腔体4呈120°均布于上端盖柱座3上面。如图3所示，所述下端盖2的上部分为下端盖柱座5，下部分为三个呈星形布置的出气腔体6；所述下端盖柱座5呈圆台状，直径与上端盖柱座3相同；所述出气腔体6的截面为方形；三个出气腔体6呈120°均布于下端盖柱座5上面，且相汇于下端盖柱座5中心圆柱凸台上。所述调压腔体4和出气腔体6是一一对应的；所述上端盖柱座3和下端盖柱座5之间通过螺栓连接。
如图4、图5和图6所示，所述压力补偿装置包括筒状阀芯7、弹簧A8、弹簧B9和上侧端盖10；所述筒状阀芯7位于调压腔体4的筒状腔体内，所述筒状阀芯7外壁与调压腔体4的筒状空腔内表面贴合，筒状阀芯7呈中空状；筒状阀芯7将筒状腔体分成顶部压腔室15和底部压腔室16；所述顶部压腔室15侧面开有顶部调压孔18，内部设有弹簧A8，弹簧A8两端分别连接筒状阀芯7顶端和上侧端盖10；所述底部压腔室16侧面开有底部调压孔19，内部设有弹簧B9；弹簧B9两端分别连接筒状阀芯7底端和调压腔体4内侧；所述弹簧A8和弹簧B9性能参数相同，均处于压缩状态。三个调压腔体4上的顶部调压孔18和底部调压孔19之间通过气路20依次串联连接；所述调压腔体4的上端面设有上端盖进气孔11；筒状阀芯7对应上端盖进气孔11的下方位置设有阀芯进气孔13；上端盖进气孔11和阀芯进气孔13的截面均为圆形，直径相等，上端盖进气孔11和阀芯进气孔13的中心线不在同一直线上，阀芯进气孔13的中心线偏向筒状阀芯7底部。所述筒状阀芯7下端面设有阀芯出气孔14；上端盖柱座3与阀芯出气孔14对应位置设有上端盖腔体出气孔12；筒状阀芯7顶端开有稳压孔17；所述上端盖腔体出气孔12下方设有流量调节腔30，流量调节腔30的底面前部连通出气孔31。所述上端盖腔体出气孔12和阀芯出气孔14截面形状为正方形，上端盖腔体出气孔12的边长大于阀芯出气孔14的边长，上端盖腔体出气孔12和阀芯出气孔14的中心线不在同一直线上。
压缩气体从上端盖进气孔11和阀芯进气孔13流入筒状阀芯7中，在筒状阀芯7中实现分流，大部分气体通过阀芯出气孔11进入到流量调节腔30，小部分的气体通过稳压孔17进入顶部压腔室15，通过顶部调压孔18与气管接头21和气管20进入到另一路气体的底部压腔室16，并与之比较气体压力的大小。当两个气体有压差时候，移动筒状阀芯15从压力大的向压力小的方向运动，从而实现压差补偿，达到整体的平衡状态。
如图7、图8和图9所示，所述流体比例调节装置包括调节丝杠22、轴套23、轴承24、轴承盖25、温补腔体26、温补腔盖27、方形导槽28和插板29；所述流量调节腔30底面后部两侧分别开有方形导槽28；所述温补腔体26左右侧面分别固定有插板29；所述插板29位于方形导槽28内；所述温补腔体26顶部安装有温补腔盖27，所述温补腔盖27上开设有两个通气孔41；所述调节丝杠22后端位于下端盖柱座5外侧，前端与温补腔盖27凸台的螺纹孔连接；所述调节丝杠22上依次安装有轴承24、轴套23和轴承盖25；通过转动调节丝杠22，将调节丝杠22的旋转运动转变为的温补腔盖27的直线运动，可以改变温补腔盖27覆盖出气孔31的节流面积，从而调节气体流量。温补腔体26与温补腔盖27用螺钉相连接，从而实现温补腔体26的连续线性进给；温补腔体26通过其前端两侧插板29与方形导槽28接触，保证温补腔体26沿着方形导槽28前后运动；温补腔盖27上开有两个通气孔41，便于气体进入温补腔体26与温补腔盖27中间的卷簧腔37内，保证内外温度一致。
如图10和图11所示，所述温度补偿装置包括卷簧固定销32、补偿盖33、补偿盖接头34、卷簧定位销35和双金属卷簧36；所述温补腔体26与温补腔盖27之间为卷簧腔37；所述卷簧腔37底部中心设有卷簧定位销35；所述卷簧定位销35上固定双金属卷簧36；所述补偿盖33为U字型，位于温补腔体26前侧板外侧；所述补偿盖33中心安装有补偿盖接头34；所述补偿盖接头34穿过温补腔体26前侧板；所述双金属卷簧36前端通过卷簧固定销32与补偿盖接头34固定。所述温补腔体26和温补腔盖27呈方形，温补腔体26面积大于截面呈正方形的出气孔31。所述双金属卷簧36是用膨胀系数不同的两种金属材料牢固结合在一起组成感温元件，在水平面内成螺旋形，其中外侧金属片膨胀系数较大，内侧金属片膨胀系数较小。当气体流入流量调节腔30后，大部分气体流进出气孔31，小部分的气体进入通气孔41进入到卷簧腔37内。由于进入气体温度的不同，使得双金属片弹簧36内外侧金属片变形量不一样，从而推动补偿盖33前后运动，改变温补腔体26对出气孔31形成的开度，实现改变流量的大小，实现温度补偿。
如图5和图12所示，所述流体混合装置包括流道38、混合腔39和混合气输出孔40；所述下端盖柱座5的中心空圆柱凸台内为混合腔39；所述流道38连通出气孔31下部；所述混合腔39连通流道38出口；所述混合气输出孔40连通混合腔39的出口。
压力补偿过程：
当三元气体分别从上端盖进气孔11和阀芯进气孔13进入筒状阀芯7内，在筒状阀芯7中实现分流，大部分气体进入阀芯出气孔14，小部分的气体通过稳压孔17进入顶部压腔室15，然后通过顶部调压孔18、气管20和气管接头21连接到另一元气体的底部调压孔19。当三路气体压力相同时，每路气体的筒状阀芯7受到的顶部压腔室15、弹簧8A的压力，与底部压腔室16和弹簧9B的压力平衡，处于稳定状态。当其中一路气体压力变小时，一方面，第一路气体的顶部压腔室15气体压力的减小，引起第二路气体的底部压腔室16的降低，第二路气体的筒状阀芯7向底部移动，使得阀芯进气孔13遮掩上端盖进气孔11的面积增大，压损增大，使得进入到筒状阀芯7第二路气体压力减小，引起第二路气体筒状阀芯7顶部压腔室15气体压力的减小，相应的，引起第三路气体底部压腔室16压力减小，同样的使得第三路气体顶部压腔室15压力减小，进而引起第一路气体底部压腔室16压力减小。另一方面，与此同时，第一路的筒状阀芯7受到的顶部(中心)压力减小，筒状阀芯7向顶部(外部)移动，相应的阀芯进气孔13也向顶部移动，使得阀芯进气孔13遮掩上端盖进气孔11的面积减小，截面压损减少，使得进入到筒状阀芯7气体压力增大。此两个作用叠加，使得第1路气体压力迅速达到平衡，相应另外两路也达到平衡。反之亦然。从而保证3路气体压力相等。
气体比例调节过程：
三路压力相同的气体，如果温度相同，沿阀芯出气孔14和上端盖腔体出气孔12进入到流量调节腔30。调节旋转调节丝杆22，温补腔盖27凸台上的螺纹，将调节丝杆22的旋转运动转变为温补腔盖27的轴向移动，温补腔盖27带动温补腔体26和补偿盖33前后移动，改变覆盖出气孔31的节流面积，得到所需要的单元气体流量，从而保证了配比比例。
气体温度补偿过程：
按照比例调整好流量的气体，如果入口温度发生变化，则其流量必须进行调整，才能保证相同工况下的正确比例要求。如果一路气体温度升高，此温度升高的气体通过通气孔31进入到卷簧腔37，通过热传导和对流作用，使得双金属卷簧36温度也升高。由于双金属片弹簧36内外侧金属片物理膨胀系数不一样，总长伸长的变形量不同，水平的螺旋形双金属卷簧36，固定端固定在温补腔体26上的卷簧定位销35上，自由端与补偿盖33相连，补偿盖33可以前后移动。双金属卷簧36温度升高，双金属卷簧36外侧金属片比内测金属片膨胀量大，使得双金属卷簧36直径缩短，驱使自由端接近固定端，带动补偿盖33向后移动，减小了覆盖出气孔31的节流面积，增大了开口面积，使得气体温度增加以后，流量增加，校正了温度变化引起的误差，实现了温度补偿；反之亦然。
气体混合过程：
经过压力和温度补偿后的确定流量的单元气体，从出气孔31出来后，沿120°星形均布的三个流道38，汇流于中心的混合腔39，均匀混合后，从混合气体输出孔40输出。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种三元气体配比混合装置，其特征在于，包括壳体、压力补偿装置、流体比例调节装置、温度补偿装置和流体混合装置；所述壳体包括上端盖(1)和下端盖(2)；所述上端盖(1)的上部分为三个呈星形布置的调压腔体(4)，下部分为上端盖柱座(3)；所述下端盖(2)的上部分为下端盖柱座(5)，下部分为三个呈星形布置的出气腔体(6)；所述调压腔体(4)和出气腔体(6)是一一对应的；所述上端盖柱座(3)和下端盖柱座(5)之间通过螺栓连接；
所述压力补偿装置包括筒状阀芯(7)、弹簧A(8)、弹簧B(9)和上侧端盖(10)；所述筒状阀芯(7)位于调压腔体(4)的筒状腔体内，将筒状腔体分成顶部压腔室(15)和底部压腔室(16)；所述顶部压腔室(15)侧面开有顶部调压孔(18)，内部设有弹簧A(8)，弹簧A(8)两端分别连接筒状阀芯(7)顶端和上侧端盖(10)；所述底部压腔室(16)侧面开有底部调压孔(19)，内部设有弹簧B(9)；弹簧B(9)两端分别连接筒状阀芯(7)底端和调压腔体(4)内侧；三个调压腔体(4)上的顶部调压孔(18)和底部调压孔(19)之间通过气路(20)依次串联连接；
所述调压腔体(4)的上端面设有上端盖进气孔(11)；筒状阀芯(7)对应上端盖进气孔(11)的下方位置设有阀芯进气孔(13)；所述筒状阀芯(7)下端面设有阀芯出气孔(14)；上端盖柱座(3)与阀芯出气孔(14)对应位置设有上端盖腔体出气孔(12)；筒状阀芯(7)顶端开有稳压孔(17)；
所述上端盖腔体出气孔(12)下方设有流量调节腔(30)，流量调节腔(30)的底面前部连通出气孔(31)；所述流体比例调节装置包括调节丝杠(22)、轴套(23)、轴承(24)、轴承盖(25)、温补腔体(26)、温补腔盖(27)、方形导槽(28)和插板(29)；所述流量调节腔(30)底面后部两侧分别开有方形导槽(28)；所述温补腔体(26)左右侧面分别固定有插板(29)；所述插板(29)位于方形导槽(28)内；所述温补腔体(26)顶部安装有温补腔盖(27)，所述温补腔盖(27)上开设有两个通气孔(41)；所述调节丝杠(22)后端位于下端盖柱座(5)外侧，前端与温补腔盖(27)凸台的螺纹孔连接；所述调节丝杠(22)上依次安装有轴承(24)、轴套(23)和轴承盖(25)；
所述温度补偿装置包括卷簧固定销(32)、补偿盖(33)、补偿盖接头(34)、卷簧定位销(35)和双金属卷簧(36)；所述温补腔体(26)与温补腔盖(27)之间为卷簧腔(37)；所述卷簧腔(37)底部中心设有卷簧定位销(35)；所述卷簧定位销(35)上固定双金属卷簧(36)；所述补偿盖(33)为U字型，位于温补腔体(26)前侧板外侧；所述补偿盖(33)中心安装有补偿盖接头(34)；所述补偿盖接头(34)穿过温补腔体(26)前侧板；所述双金属卷簧(36)前端通过卷簧固定销(32)与补偿盖接头(34)固定；
所述流体混合装置包括流道(38)、混合腔(39)和混合气输出孔(40)；所述下端盖柱座(5)的中心空圆柱凸台内为混合腔(39)；所述流道(38)连通出气孔(31)下部；所述混合腔(39)连通流道(38)出口；所述混合气输出孔(40)连通混合腔(39)的出口。
2.根据权利要求1或2所述的一种三元气体配比混合装置，其特征在于，所述上端盖柱座(3)呈圆台状；所述调压腔体(4)的截面为方形；三个调压腔体(4)呈120°均布于上端盖柱座(3)上面；所述下端盖柱座(5)呈圆台状，直径与上端盖柱座(3)相同；所述出气腔体(6)的截面为方形；三个出气腔体(6)呈120°均布于下端盖柱座(5)上面，且相汇于下端盖柱座(5)中心圆柱。
3.根据权利要求1或2所述的一种三元气体配比混合装置，其特征在于，所述筒状阀芯(7)外壁与调压腔体(4)的筒状空腔内表面贴合，筒状阀芯(7)呈中空状；上端盖进气孔(11)和阀芯进气孔(13)的截面均为圆形，直径相等，上端盖进气孔(11)和阀芯进气孔(13)的中心线不在同一直线上，阀芯进气孔(13)的中心线偏向筒状阀芯(7)底部。
4.根据权利要求1或2所述的一种三元气体配比混合装置，其特征在于，所述上端盖腔体出气孔(12)和阀芯出气孔(14)截面形状为正方形，上端盖腔体出气孔(12)的边长大于阀芯出气孔(14)的边长，上端盖腔体出气孔(12)和阀芯出气孔(14)的中心线不在同一直线上。
5.根据权利要求1或2所述的一种三元气体配比混合装置，其特征在于，所述弹簧A(8)和弹簧B(9)性能参数相同，均处于压缩状态。
6.根据权利要求1或2所述的一种三元气体配比混合装置，其特征在于，所述温补腔体(26)和温补腔盖(27)呈方形，温补腔体(26)面积大于截面呈正方形的出气孔(31)。
7.根据权利要求1或2所述的一种三元气体配比混合装置，其特征在于，所述双金属卷簧(36)是用膨胀系数不同的两种金属材料牢固结合在一起组成感温元件，在水平面内成螺旋形，其中外侧金属片膨胀系数较大，内侧金属片膨胀系数较小。
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