CN114183554A - 一种旋塞阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋塞阀，包括阀体，手柄，阀芯，所述阀芯设置于所述阀体内，所述阀芯的下端为圆柱芯部，与所述阀体的圆柱形内壁可转动地紧密接触地配合，所述阀芯的圆柱芯部的中间位置设置贯穿圆柱外表面的第二通孔；所述阀体介质入口部靠近所述阀芯的一端的入口端面上设置点阵式气孔；密封组件，所述密封组件，包括内密封件，轴线与所述第二通孔重合，设置于所述阀体内壁与所述阀芯圆柱柱面之间，还包括阀座和限位组件。本发明提供的旋塞阀是，具有良好的密封性和开关可靠性，使用较小的转动力矩即可操作，且操作舒适简便，同时还能满足工作介质双向的流动截止要求的轻量型的旋塞阀。

Description

一种旋塞阀
技术领域
本发明涉及阀门技术领域，具体涉及一种用于航天航空领域氧气供给***的旋塞阀。
背景技术
供氧***作为空间站环控生保分***中的重要组成部分，主要作用在于保证舱内的氧气供给，给航天员创造一个舒适的空间环境。供氧***中的旋塞阀作为供氧***的重要阀体，对氧路***执行开关功能。旋塞阀需适应地面安装、发射升空、空间在轨、随航天器返回地球阶段等多种力学环境，且需满足能够适应不同的介质、适应温差较大的介质温度等要求。空间站供氧***旋塞阀采用手动操作，不仅需要良好的密封性和开关可靠性，还需尽量减小阀门的压入力及转动力矩，满足更高的人机工效学指标要求，同时还应满足工作介质双向流动截止要求。
中国发明专利CN 112413158 A公布了一种CO2空调***中的旋塞阀，它包括中空的阀本体，在阀本体中设置带有贯通孔的节流柱，其特征是节流柱浮动地设置在阀本体的内腔中，在节流柱上设置有膨胀槽，在节流柱的左右两侧对称设置有柱面密封件，柱面密封件上设置有与节流柱的外形相适应的接触面共同形成硬密封；在阀本体的内腔位于柱面密封件的左右两侧还设置有导流管，锥面环形垫圈，蝶形弹簧和堵盖，导流管一端密封支承在柱面密封件上，导流管另一端密封支承在堵盖上，在导流管上套装有锥面环形垫圈，蝶形弹簧，堵盖通过压紧蝶形弹簧使柱面密封件抱紧节流柱形成密封。在现有技术中的旋塞阀，虽然能够实现在温度波动较大的工况下可以双向流动，但是结构复杂，因存在硬密封所以需要较大的转动力矩来操作，零件繁多导致重量重，不具有轻量化的特点，不满足航空航天领域的轻量化的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种具有良好的密封性和开关可靠性，使用较小的转动力矩即可操作，且操作舒适简便，同时还能满足工作介质双向的流动截止要求的轻量型的旋塞阀。
本发明提供的旋塞阀，包括阀体，所述阀体具有第一安装开口部、介质入口部和具有介质出口的介质出口部，所述介质入口部与所述介质出口部之间形成介质流通的通道；
手柄，下端与所述阀体的所述第一安装开口可转动地固定连接；
阀芯，设置于所述阀体内，所述阀芯的上部是连接杆部，所述连接杆部与所述手柄可同步转动地固定连接，所述阀芯的下端为圆柱芯部，与所述阀体的圆柱形内壁可转动地紧密接触地配合，所述阀芯的圆柱芯部的中间位置设置贯穿圆柱外表面的第二通孔；当所述旋塞阀处于开通状态时，所述第二通孔两端与所述介质入口部和所述介质出口部可介质连通；所述阀芯中部是圆柱杆部；
所述介质出口是所述介质出口部靠近所述阀芯的一端的第一通孔；
所述阀体介质入口部靠近所述阀芯的一端的入口端面上设置点阵式气孔；
所述阀芯的圆柱芯部的外圆周表面设置圆形沟槽，所述圆形沟槽的直径大于所述第一通孔的直径，所述圆形沟槽轴线与所述第二通孔轴线重合；
密封组件，所述密封组件包括内密封件，设置于所述阀体内壁与所述阀芯圆柱柱面之间，固定容置于所述圆形沟槽内。
跟传统的球形阀芯相比，本发明的旋塞阀的圆柱型阀芯在转动中受到的摩擦力更小，所需要的转动力矩更小。
本发明的构思中，重要的一点是，在保证阀芯在阀体中转动开启或闭合介质通路时，不会损坏密封组件。密封组件分为用内密封的内密封件和用于外密封的O型密封圈，当内密封件损坏时，介质会泄露至阀体内腔内，受阻于外密封的O型密封圈不会泄露至阀体外部。所以对于本发明涉及的旋塞阀，内外密封的良好密封性都至关重要。
不同于常规的密封件套装在阀芯上的安装方式，本发明涉及的旋塞阀的内密封件设置在阀芯的圆柱芯部的外表面上，具体地，是在所述阀芯的外圆周表面设置圆形沟槽，所述圆形沟槽轴线与所述第二通孔轴线重合。将内密封件固定设置于所述圆形沟槽中，当阀芯转动到接通位置时，所述内密封件位于所述入口端面上设置点阵式气孔的周边位置，保证介质在从阀体的介质入口部，经阀芯的第二通孔，从阀体的介质出口部流出，或从阀体的介质出口部，经阀芯的第二通孔，从阀体的介质入口部流出。
所述介质出口部与所述阀体内腔通过一个大直径出口的第一通孔介质连通，所述阀体内腔与所述大直径出口的第一通孔相连接的部位是一个较大的空间空心圆结构，所述较大的空间空心圆结构位于所述阀体的所述圆柱形内壁相同的柱面上，具有90°刃口。所述介质入口部与所述阀体内腔通过点阵式气孔介质连通，所述点阵式气孔均匀分布在所述入口端面上，是小直径的气孔。所述阀体内腔与所述点阵式气孔相连接的部位是一个具有空间网筛结构的所述入口端面。虽然每个小直径气孔与所述入口端面相连接的部位仍是具有刃口的较小的空间空心圆结构，但是所述较小的空间空心圆结构因为直径较小，不会对所述入口端面整体的柱面内壁有大的破坏。当转动所述手柄，从而带动所述阀芯在所述阀体内转动来开通或截止介质流通的通道时，所述内密封件与所述入口端面在转动中，虽然存在动摩擦力，但是较小的空间空心圆结构的刃口不会对所述内密封件有大的切割力，从而在使用过程中保护内密封件，延长本发明涉及的旋塞阀使用寿命。
因为所述圆形沟槽的直径大于所述第一通孔的直径，当本发明所述的旋塞阀处于开通状态时，所述内密封件能够将所述入口端面包围在自身的密封范围内，从而能够很好地对流通的介质起到内密封作用。
需要说明的是，在本发明的旋塞阀中，介质可以双向流通。即在本发明涉及的旋塞阀的开通状态，介质可正向地从所述介质入口部流向所述介质出口部。也可以反向地从所述介质出口部流向所述介质入口部。从所述介质出口部流向所述介质入口部时的正向压力小于从所述介质出口部流向所述介质入口部时的反向压力。本发明中的介质入口部和介质出口部只是一种描述名称，不能认为是对本发明的限定。
根据本发明的一个方面，所述点阵式气孔是直径相同的、均匀分布的圆形气孔，所述点阵式气孔直径为所述介质出口直径的1/4-1/6。所述点阵式气孔的面积之和与所述第一通孔的面积之比大于45％。多个均匀分布的点阵式气孔的通气流量能达到所述第一通孔的通气流量的45％以上，在保护了所述内密封件的同时也实现航天航空供氧***的流量的要求。
根据本发明的一个方面，所述手柄的上部中心位置处设置多边型孔，所述阀芯的所述连接杆部是多边形柱体，可配合地插装于所述手柄的多边型孔内。
通过简单的所述阀芯连接杆部的外形与所述手柄的多边型内孔的配合，即可实现手柄与阀芯之间的同步转动，减少了实现转动的零件的数量，实现了轻量化。
根据本发明的一个方面，所述手柄的上部中心位置处设置方孔，所述阀芯的所述连接杆部是方形柱体，可配合地插装于所述手柄的方型孔内，或所述阀芯的所述连接杆部是三角形柱体，可配合地插装于所述手柄的三角形型孔内，或所述阀芯的所述连接杆部是六边形柱体，可配合地插装于所述手柄的六边形型孔内。
当使用三角形或四边形配合实现转动时，转动可靠，进一步减小了转动力矩；当使用六形外形配合实现转动时，在实现可靠转动的同时，进一步减轻了所述手柄和所述阀芯的重量，有利于本发明涉及的旋塞阀的轻量化的实现；
根据本发明的一个方面，所述阀体还包括与所述第一安装开口部同轴设置的第二安装开口部，所述第二安装开口部固定安装阀座；
还包括上支撑垫片和下支撑垫片，
所述上支撑垫片设置于所述圆柱芯部上端面与所述阀体之间，套装于所述阀芯上部；所述上支撑垫片的外圆表面与所述阀体的圆柱形内壁的表面紧密接触；所述上支撑垫片的内孔表面与所述圆柱杆部的下部的外圆表面紧密接触；所述上支撑垫片的上侧面与所述阀体的圆柱形内壁的上表面紧密接触；所述上支撑垫片的下侧面与所述圆柱芯部的上表面紧密接触；
所述下支撑垫片设置于所述圆柱芯部下端面与所述阀体之间，套装于所述圆柱芯部下部；所述下支撑垫片的外圆表面与所述阀体的圆柱形内壁的表面紧密接触；所述下支撑垫片的内孔表面与所述圆柱芯部的下部的外圆表面紧密接触；所述下支撑垫片的上侧面与所述阀芯的圆柱芯部的下表面紧密接触；所述下支撑垫片的下侧面与所述阀座的上表面紧密接触；
因内密封件位于所述圆柱芯部的圆周的一侧，且表面高于所述圆柱芯体的外圆周表面。所述内密封件受到的所述阀体圆柱形内壁的挤压力，会传递至所述阀芯的所述圆柱芯部，如果所述阀芯没有周向的支撑与限位，可能会造成所述阀芯在所述阀体内安装出现同轴度超差的问题，从而在使用中造成所述阀芯和所述密封组件的磨损，减少了旋塞阀的使用寿命。为了避免所述阀芯与所述阀体偏心安装的问题，根据本发明的构思，首先在所述阀体的下部设置与所述第一安装开口部同轴地设置的所述第二安装开口部，通过机械加工精度来保证所述阀芯与所述阀体的同轴转动。并在所述阀芯与所述阀体之间的空腔处，紧密贴合地设置了所述上支撑垫片和所述下支撑垫片，利用所述上支撑垫片和所述下支撑垫片对阀芯的轴向位置和周向进行限位，保证阀芯不会在阀体内轴向窜动和周向晃动，能够有效保护密封组件，延长所述密封组件的使用寿命。
根据本发明的一个方面，所述密封组件还包括外密封用的第一O型密封圈、第二O型密封圈、第三O型密封圈和第四中空圆柱型密封圈；
所述第一O型密封圈、所述第二O型密封圈套装设置于所述圆柱芯体上，分为位于所述第二通孔的上方和下方；
所述第三O型密封圈嵌设于所述阀体的所述第一安装开口部的上部，位于所述第一O型密封圈的上方；
所述第四中空圆柱型密封圈套装设置于所述阀座的上部，位于所述阀座上部的外圆表面与所述第二安装开口部的内表面之间。
在本发明涉及的所述旋塞阀中，设置了双重外密封。具体地，所述第一O型密封圈、所述第二O型密封圈为第一级外密封，在所述阀体内腔内对流通的介质进行第一级密封；所述第三O型密封圈和所述第四中空圆柱型密封圈是第二级外密封，进一步在所述阀体与所述阀芯之间的上部和所述阀芯与所述阀座之间对流通的介质进行第二级密封。
根据本发明的一个方面，外密封用的所述第一O型密封圈、所述第二O型密封圈、所述第三O型密封圈和所述第四中空圆柱型密封圈是硅橡胶O型密封圈；所述内密封件是三元乙丙橡胶O型密封圈。
三元乙丙橡胶具有卓越的抗紫外线作用，耐热老化性、耐低温性、耐臭氧性、耐化学介质性、耐水性、良好的电绝缘性和弹性，适用的温度范围为零下50℃-零上150℃。且在所有橡胶当中，三元乙丙橡胶具有最低的比重，有利于轻量化。硅橡胶耐低温性能良好，一般在-55℃下仍能工作。硅橡胶的耐热性能也很突出，在180℃下可长期工作。加之所述阀体、阀芯、阀座俊友金属制成，能够在较宽的工作温度范围内正常使用。综上所述本发明所涉及的旋塞阀具有较好的耐高温和耐低温性能，能够适用于航空航天领域的地面安装、发射升空、空间在轨、随航天器返回地球阶段等多种力学环境。
根据本发明的一个方面，本发明涉及的旋塞阀，还包括限位组件；所述限位组件包括在所述阀体上部的外周面上设置对称的第一U型槽、第二U型槽，所述第一U型槽、所述第二U型槽的开口开始于所述阀体的上端面；
还包括在所述手柄的下部设置与所述第一U型槽、所述第二U型槽相配合的第一限位块、第二限位块，所述第一限位块、所述第二限位块可滑动地设置于所述第一U型槽、所述第二U型中。
因为所述第一通孔与所述阀体的圆柱形内壁之间形成了具有90°刃口的较大的空间空心圆结构，所以当所述手柄被误操作，使设置着内密封件的一侧转向了所述第一通孔一侧时，所述内密封件会被所述较大的空间空心圆结构的刃口划伤，使本发明涉及的旋塞阀丧失内密封性能，会导致供氧***氧气的泄露，可能会造成安全事故的发生。所以通过在阀体上端开有所述第一U型槽、所述第二U型槽，与手柄下端的所述第一限位块、所述第二限位块配合，使手柄的运动限定在90°范围内转动。保证手柄只能在限定的90°的范围内旋转，避免了所述内密封件被损坏。同时使手柄能精确定位所述旋塞阀的连通和闭合的位置。
根据本发明的一个方面，所述旋塞阀还包括锁紧螺母，在所述连接杆部的上部设置锁紧外螺纹，所述锁紧螺母旋装在所述锁紧外螺纹上。
所述限位组件还包括手柄弹簧，所述手柄弹簧设置于所述手柄下部和所述阀体上部之间，套装在所述阀芯中部的所述圆柱杆部的上部，并保持压缩状态。
当所述第一限位块、所述第二限位块在所述第一U型槽、所述第二U型槽内转动，需要对所述手柄施加一个向下的压力，用于与所述手柄弹簧的弹力平衡。当所述手柄转动到开启或闭合的位置时，松开所述手柄，这时，所述手柄弹簧将给与所述手柄一个向上的弹力，使所述手柄的所述第一限位块、所述第二限位块进入所述第一U型槽、所述第二U型槽的竖直的开口部，并被限制只能位于第一U型槽、所述第二U型槽的开口处。
根据本发明的一个方面，所述手柄的上端设置为一字型形状，宽长比范围为1/3-1/4，具有光滑圆弧曲面；
所述手柄为“一”字型，顶面过渡圆滑曲面，进行了圆角化处理，符合人机工效学人手抓握的要求，可以提供较大的操作力臂，方便手动操作，所述手柄的工效学设计已通过中国航天员中心的验证。
与现有技术相比，本发明具有以下显著的有益效果：
本发明提供的旋塞阀，通过所述阀体的圆柱形内壁与所述阀芯的圆柱芯部的配合来实现对流通的介质的双向的开通与截止，并且设置弹性的密封圈与硬质的金属壁结合的密封方式实施密封，能够使用较小的转动力矩即可操作。通过所述内密封和双重外密封能够实现良好的密封性；金属制成的所述阀体、所述阀芯和所述阀座及具有良好耐低温、耐高温和耐腐蚀的所述密封组件使得本发明涉及的旋塞阀满足能够适应不同的介质、适应温差较大的介质温度等要求。通过所述第一U型槽、所述第二U型槽和所述第一限位块、所述第二限位块的配合滑动，及所述手柄与所述手柄弹簧的配合能够实现本发明涉及的旋塞阀开关的可靠性，且开关操作快速且准确，能够有效避免误操作。实现所述手柄转动的结构简单，且设置了一字型的，具有优异工效学效果的所述手柄,使操作舒适简便。本发明设计的旋塞阀整体结构简单，通过控制零件的数量和零件的重量实现了轻量化，有效节约了设置着本发明涉及的旋塞阀的航天器的发射成本。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的旋塞阀的剖视图；
图2是本发明的一个实施例的旋塞阀的阀芯的结构示意图；
图3是本发明的一个实施例的旋塞阀的阀体的结构示意图；
图4是本发明的一个实施例的旋塞阀的阀体的剖视图；
图5是根据图4的本发明的一个实施例的旋塞阀的阀体的A-A向剖视图；
图6是本发明的一个实施例的旋塞阀的连通状态的底视图；
图7是本发明的一个实施例的旋塞阀的截止状态的阀体的局部剖视图；
图8是本发明的一个实施例的旋塞阀的点阵式气孔的结构示意图；
图9是本发明的一个实施例的旋塞阀的三维示意图。
附图编号：1-阀体；1a-圆柱形内壁；11-第一安装开口部；12-介质入口部；12a-点阵式气孔；13-介质出口部；13a-第一通孔；14-第二安装开口部；2-手柄；3-阀芯；31-连接杆部；32-圆柱杆部；33-圆柱芯部；33a-第二通孔；33b-圆形沟槽；4-锁紧螺母；5-密封组件；51-内密封件；52-第一O型密封圈；53-第二O型密封圈；54-第三O型密封圈；55-第四中空圆柱型密封圈；6-阀座；7-上支撑垫片；8-下支撑垫片；9-限位组件；91-第一U型槽；92-第二U型槽；93-第一限位块；94-第二限位块；95-手柄弹簧；
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
如图1、图2、图4、图8和图9所示，本发明的一个实施例的旋塞阀，包括阀体1，阀体1具有第一安装开口部11、介质入口部12和具有介质出口的介质出口部13，介质入口部12与介质出口部13之间形成介质流通的通道；
手柄2，下端与阀体1的第一安装开口可转动地固定连接；
阀芯3，设置于阀体1内，阀芯3的上部是连接杆部31，连接杆部31与手柄2可同步转动地固定连接，阀芯3的下端为圆柱芯部33，与阀体1的圆柱形内壁1a可转动地紧密接触地配合，阀芯3的圆柱芯部33的中间位置设置贯穿圆柱外表面的第二通孔33a；当旋塞阀处于开通状态时，第二通孔33a两端与介质入口部12和介质出口部13可介质连通；阀芯3中部是圆柱杆部32；
介质出口是介质出口部13靠近阀芯3的一端的第一通孔13a；
阀体1介质入口部12靠近阀芯3的一端的入口端面上设置点阵式气孔12a；
阀芯3的圆柱芯部33的外圆周表面设置圆形沟槽33b，圆形沟槽33b的直径大于第一通孔13a的直径，圆形沟槽33b轴线与第二通孔33a轴线重合；
密封组件5，密封组件5包括内密封件51，设置于阀体1内壁与阀芯3圆柱柱面之间，固定容置于圆形沟槽33b内。
根据本发明的一个实施例，阀体1还包括与第一安装开口部11同轴设置的第二安装开口部14，第二安装开口部14固定安装阀座6；
还包括上支撑垫片7和下支撑垫片8，
上支撑垫片7设置于圆柱芯部33上端面与阀体1之间，套装于阀芯3上部；上支撑垫片7的外圆表面与阀体1的圆柱形内壁1a的表面紧密接触；上支撑垫片7的内孔表面与圆柱杆部32的下部的外圆表面紧密接触；上支撑垫片7的上侧面与阀体1的圆柱形内壁1a的上表面紧密接触；上支撑垫片7的下侧面与圆柱芯部33的上表面紧密接触；
下支撑垫片8设置于圆柱芯部33下端面与阀体1之间，套装于圆柱芯部33下部；下支撑垫片8的外圆表面与阀体1的圆柱形内壁1a的表面紧密接触；下支撑垫片8的内孔表面与圆柱芯部33的下部的外圆表面紧密接触；下支撑垫片8的上侧面与阀芯3的圆柱芯部33的下表面紧密接触；下支撑垫片8的下侧面与阀座6的上表面紧密接触；
如图8所示，本发明的一个实施例的旋塞阀中，点阵式气孔12a是直径相同的、均匀分布的圆形气孔，点阵式气孔12a直径为介质出口直径的1/4。点阵式气孔12a的面积之和与第一通孔13a的面积之比范围为40％-60％。多个均匀分布的点阵式气孔12a的通气流量能达到第一通孔13a的通气流量的40％-60％，在保护了内密封件51的同时也实现航天航空供氧***的流量的要求。
本发明的一个实施例的旋塞阀中，手柄2的上部中心位置处设置方孔，阀芯3的连接杆部31是方形柱体，可配合地插装于手柄2的方型孔内。
如图1所示，本发明的一个实施例的旋塞阀中，密封组件5还包括外密封用的第一O型密封圈52、第二O型密封圈53、第三O型密封圈54和第四中空圆柱型密封圈55；
第一O型密封圈52、第二O型密封圈53套装设置于圆柱芯体上，分为位于第二通孔33a的上方和下方；
第三O型密封圈54嵌设于阀体1的第一安装开口部11的上部，
位于第一O型密封圈52的上方；
第四中空圆柱型密封圈55套装设置于阀座6的上部，位于阀座6上部的外圆表面与第二安装开口部14的内表面之间。
本发明的一个实施例的旋塞阀中，外密封用的第一O型密封圈52、第二O型密封圈53、第三O型密封圈54和第四中空圆柱型密封圈55是硅橡胶O型密封圈；内密封件51是三元乙丙橡胶O型密封圈。
如图3、图5和图6所示，本发明的一个实施例的旋塞阀中，还包括限位组件9；限位组件9包括在阀体1上部的外周面上设置对称的第一U型槽91、第二U型槽92，第一U型槽91、第二U型槽92的开口开始于阀体1的上端面；
还包括在手柄2的下部设置与第一U型槽91、第二U型槽92相配合的第一限位块93、第二限位块94，第一限位块93、第二限位块94可滑动地设置于第一U型槽91、第二U型中。
如图1所示，本发明的一个实施例的旋塞阀中，还包括锁紧螺母4，在连接杆部31的上部设置锁紧外螺纹，锁紧螺母4旋装在锁紧外螺纹上。
限位组件9还包括手柄弹簧95，手柄弹簧95设置于手柄2下部和阀体1上部之间，套装在阀芯3中部的圆柱杆部32的上部，并保持压缩状态。
如图6所示，本发明的一个实施例的旋塞阀中，手柄2的上端设置为一字型形状，宽长比范围为1/4，具有光滑圆弧曲面；
本发明的一个实施例的旋塞阀，为两位两通结构，阀体1设有介质入口部12和介质出口部13，阀芯3开有第二通孔33a。在旋塞阀的手柄2处于开启位置时，第二通孔33a连通阀体1的介质入口部12和介质出口部13，使流量最大化，减小压力损失。
本发明的一个实施例的旋塞阀通过手柄2驱动阀芯3在阀体1内转动，控制阀门开启与关闭，通过将入口端面设置成具有点阵式气孔12a的结构，实现了旋塞阀的双向流动截止功能，使旋塞阀得以在空间站环控生保分***氧路***中进行应用，该结构扩充了旋塞阀的使用范围。
本发明的一个实施例的旋塞阀，能够保证阀芯3在阀体1中转动开启或闭合介质通路时，不会损坏密封组件5。密封组件5分为用内密封的内密封件51和用于外密封的O型密封圈，当内密封件51损坏时，介质会泄露至阀体1内腔内，受阻于外密封的O型密封圈不会泄露至阀体1外部。所以对于本发明的一个实施例的旋塞阀，内外密封的良好密封性都至关重要。
不同于常规的密封件套装在阀芯3上的安装方式，本发明的一个实施例的旋塞阀的内密封件51设置在阀芯3的圆柱芯部33的外表面上，具体地，是在阀芯3的外圆周表面设置圆形沟槽33b，圆形沟槽33b轴线与第二通孔33a轴线重合。将内密封件51固定设置于圆形沟槽33b中，当阀芯3转动到接通位置时，内密封件51位于入口端面上设置点阵式气孔12a的周边位置，保证介质在从阀体1的介质入口部12，经阀芯3的第二通孔33a，从阀体1的介质出口部13流出，或从阀体1的介质出口部13，经阀芯3的第二通孔33a，从阀体1的介质入口部12流出。
介质出口部13与阀体1内腔通过一个大直径出口的第一通孔13a介质连通，阀体1内腔与大直径出口的第一通孔13a相连接的部位是一个较大的空间空心圆结构，较大的空间空心圆结构位于阀体1的圆柱形内壁1a相同的柱面上，具有90°刃口。介质入口部12与阀体1内腔通过点阵式气孔12a介质连通，点阵式气孔12a均匀分布在入口端面上，是小直径的气孔。阀体1内腔与点阵式气孔12a相连接的部位是一个具有空间网筛结构的入口端面。虽然每个小直径气孔与入口端面相连接的部位仍是具有刃口的较小的空间空心圆结构，但是较小的空间空心圆结构因为直径较小，不会对入口端面整体的柱面内壁有大的破坏。当转动手柄2，从而带动阀芯3在阀体1内转动来开通或截止介质流通的通道时，内密封件51与入口端面在转动中，虽然存在动摩擦力，但是较小的空间空心圆结构的刃口不会对内密封件51有大的切割力，从而在使用过程中保护内密封件51，延长本发明的一个实施例的旋塞阀使用寿命。
因为圆形沟槽33b的直径大于第一通孔13a的直径，当本发明的一个实施例的旋塞阀处于开通状态时，内密封件51能够将入口端面包围在自身的密封范围内，从而能够很好地对流通的介质起到内密封作用。
需要说明的是，在本发明的一个实施例的旋塞阀，介质可以双向流通。即在本发明的一个实施例的旋塞阀的开通状态，介质可正向地从介质入口部12流向介质出口部13。也可以反向地从介质出口部13流向介质入口部12。从介质出口部13流向介质入口部12时的正向压力小于从介质出口部13流向介质入口部12时的反向压力。本发明的一个实施例的旋塞阀中，介质入口部12和介质出口部13只是一种描述名称，不能认为是对本发明的一个实施例的限定。
在本发明的一个实施例的旋塞阀，通过简单的阀芯3连接杆部31的方形外形与手柄2的方形内孔的配合，即可实现手柄2与阀芯3之间的同步转动，减少了实现转动的零件的数量，实现了轻量化。使用方形配合实现转动时，转动可靠，进一步减小了转动力矩；
如图7所示，因内密封件51位于圆柱芯部33的圆周的一侧，且表面高于圆柱芯体的外圆周表面。内密封件51受到的阀体1圆柱形内壁1a的挤压力，会传递至阀芯3的圆柱芯部33，如果阀芯3没有周向的支撑与限位，可能会造成阀芯3在阀体1内安装出现同轴度超差的问题。，从而在使用中造成阀芯3和密封组件5的磨损，减少了旋塞阀的使用寿命。为了避免阀芯3与阀体1偏心安装的问题，根据本发明的构思，首先在阀体1的下部设置与第一安装开口部11同轴地设置的第二安装开口部14，通过机械加工精度来保证阀芯3与阀体1的同轴转动。并在阀芯3与阀体1之间的空腔处，紧密贴合地设置了上支撑垫片7和下支撑垫片8，利用上支撑垫片7和下支撑垫片8对阀芯3的轴向位置和周向进行限位，保证阀芯3不会在阀体1内轴向窜动和周向晃动，能够有效保护密封组件5，延长密封组件5的使用寿命。
如图1和图2所示，在本发明的一个实施例的旋塞阀中，设置了双重外密封。具体地，第一O型密封圈52、第二O型密封圈53为第一级外密封，在阀体1内腔内对流通的介质进行第一级密封；第三O型密封圈54和第四中空圆柱型密封圈55是第二级外密封，进一步在阀体1与阀芯3之间的上部和阀芯3与阀座6之间对流通的介质进行第二级密封。
三元乙丙橡胶具有卓越的抗紫外线作用，耐热老化性、耐低温性、耐臭氧性、耐化学介质性、耐水性、良好的电绝缘性和弹性，适用的温度范围为零下50℃-零上150℃。且在所有橡胶当中，三元乙丙橡胶具有最低的比重，有利于轻量化。硅橡胶耐低温性能良好，一般在-55℃下仍能工作。硅橡胶的耐热性能也很突出，在180℃下可长期工作。加之阀体1、阀芯3、阀座6俊友金属制成，能够在较宽的工作温度范围内正常使用。综上所述，本发明的一个实施例的旋塞阀具有较好的耐高温和耐低温性能，能够适用于航空航天领域的地面安装、发射升空、空间在轨、随航天器返回地球阶段等多种力学环境。
因为第一通孔13a与阀体1的圆柱形内壁1a之间形成了具有90°刃口的较大的空间空心圆结构，所以当手柄2被误操作，使设置着内密封件51的一侧转向了第一通孔13a一侧时，内密封件51会被较大的空间空心圆结构的刃口划伤，使本发明的一个实施例的旋塞阀丧失内密封性能，会导致供氧***氧气的泄露，可能会造成安全事故的发生。所以通过在阀体1上端开有第一U型槽91、第二U型槽92，与手柄2下端的第一限位块93、第二限位块94配合，使手柄2的运动限定在90°范围内转动。保证手柄2只能在限定的90°的范围内旋转，避免了内密封件51被损坏。同时使手柄2能精确定位旋塞阀的连通和闭合的位置。
当第一限位块93、第二限位块94在第一U型槽91、第二U型槽92内转动，需要对手柄2施加一个向下的压力，用于与手柄弹簧95的弹力平衡。当手柄2转动到开启或闭合的位置时，松开手柄2，这时，手柄弹簧95将给与手柄2一个向上的弹力，使手柄2的第一限位块93、第二限位块94进入第一U型槽91、第二U型槽92的竖直的开口部，并被限制只能位于第一U型槽91、第二U型槽92的开口处。
本发明的一个实施例的旋塞阀，通过在阀体1上端开有第一U形槽，第二U形槽，与手柄2下端的第一限位块93、第二限位块94的配合，使手柄2的转动运动限定在90°范围内，既能保证阀门指示位置的精确定位，又能有效防止航天员误操作。
上支撑垫片7，下支撑垫片8用于对阀芯3的轴向限位，同时限定阀芯3的转动中心，避免因内密封件51的单侧安装使阀芯3的转动中心发生偏移或者上方手柄2操作使阀芯3的转动中心发生偏移。
阀座6与阀体1之间为法兰及螺纹连接形式，通过压紧下支撑垫片8，起到支撑阀芯3作用。手柄弹簧95作用于阀体1及手柄2之间，为手柄2压入提供阻力，配合阀体1上的第一U形槽，第二U形槽限制阀芯3转动角度，防止误开或误关。
手柄2为“一”字型，顶面过渡圆滑曲面，进行了圆角化处理，符合人机工效学人手抓握的要求，可以提供较大的操作力臂，方便手动操作，手柄2的工效学设计已通过中国航天员中心的验证。
本发明的一个实施例的旋塞阀手柄2为一字形，当手柄2长度方向与阀体1平行时，指示旋塞阀开启，当手柄2长度方向与阀体1垂直时，指示旋塞阀关闭。
本发明的一种实施例的旋塞阀既能满足阀密封、流量等气路***性能要求，又解决了阀体1、阀芯3的接口形式，满足轻量化的减重要求，具有放置误操作的限位组件9，实现了空间约束。
本发明的另一个实施例的旋塞阀，包括阀体，阀体具有第一安装开口部11、介质入口部12和具有介质出口的介质出口部13，介质入口部12与介质出口部13之间形成介质流通的通道；
手柄2，下端与阀体的第一安装开口可转动地固定连接；
阀芯3，设置于阀体内，阀芯3的上部是连接杆部31，连接杆部31与手柄2可同步转动地固定连接，阀芯3的下端为圆柱芯部33，与阀体的圆柱形内壁1a可转动地紧密接触地配合，阀芯3的圆柱芯部33的中间位置设置贯穿圆柱外表面的第二通孔33a；当旋塞阀处于开通状态时，第二通孔33a两端与介质入口部12和介质出口部13可介质连通；阀芯3中部是圆柱杆部32；
介质出口是介质出口部13靠近阀芯3的一端的第一通孔13a；
阀体介质入口部12靠近阀芯3的一端的入口端面上设置点阵式气孔12a；
阀芯3的圆柱芯部33的外圆周表面设置圆形沟槽33b，圆形沟槽33b的直径大于第一通孔13a的直径，圆形沟槽33b轴线与第二通孔33a轴线重合；
密封组件5，密封组件5包括内密封件51，设置于阀体内壁与阀芯3圆柱柱面之间，固定容置于圆形沟槽33b内。
本发明的另一个实施例的旋塞阀，还包括上支撑垫片7和下支撑垫片8，
上支撑垫片7、下支撑垫片8外表面与阀体内表面紧密接触地连接，对阀芯起限位和定位作用。
本发明的另一个实施例的旋塞阀中，密封组件5还包括外密封用的第一O型密封圈52、第二O型密封圈53、第三O型密封圈54和第四中空圆柱型密封圈55；
第一O型密封圈52、第二O型密封圈53套装设置于圆柱芯体上，分为位于第二通孔33a的上方和下方；
第三O型密封圈54嵌设于阀体的第一安装开口部11的上部，
位于第一O型密封圈52的上方；
第四中空圆柱型密封圈55套装设置于阀座6的上部，位于阀座6上部的外圆表面与第二安装开口部14的内表面之间。
本发明的另一个实施例的旋塞阀中，外密封用的第一O型密封圈52、第二O型密封圈53、第三O型密封圈54和第四中空圆柱型密封圈55是硅橡胶O型密封圈；内密封件51是三元乙丙橡胶O型密封圈。
本发明的另一个实施例的旋塞阀中，还包括限位组件9；限位组件9包括在阀体上部的外周面上设置对称的第一U型槽91、第二U型槽92，第一U型槽91、第二U型槽92的开口开始于阀体的上端面；
还包括在手柄2的下部设置与第一U型槽91、第二U型槽92相配合的第一限位块93、第二限位块94，第一限位块93、第二限位块94可滑动地设置于第一U型槽91、第二U型中。
本发明的另一个实施例的旋塞阀中，还包括锁紧螺母4，在连接杆部31的上部设置锁紧外螺纹，锁紧螺母4旋装在锁紧外螺纹上。
限位组件9还包括手柄弹簧95，手柄弹簧95设置于手柄2下部和阀体上部之间，套装在阀芯3中部的圆柱杆部32的上部，并保持压缩状态。
根据本发明的另一个实施例，如图8所示，本发明的另一个实施例的旋塞阀中，点阵式气孔12a是直径相同的、均匀分布的圆形气孔，点阵式气孔12a直径为介质出口直径的1/6。点阵式气孔12a的面积之和与第一通孔13a的面积之比为40％-60％。多个均匀分布的点阵式气孔12a的通气流量能达到第一通孔13a的通气流量的范围在40％-60％，在保护了内密封件51的同时也实现航天航空供氧***的流量的要求。
本发明的另一个实施例的旋塞阀中，阀芯3的连接杆部31是六边形柱体，可配合地插装于手柄2的六边形型孔内。
本发明的另一个实施例的旋塞阀中，手柄2的上端设置为一字型形状，宽长比范围为1/3，具有光滑圆弧曲面。
上述内容仅为本发明的具体技术方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋塞阀，包括阀体(1)，所述阀体(1)具有第一安装开口部(11)、介质入口部(12)和具有介质出口的介质出口部(13)，所述介质入口部(12)与所述介质出口部(13)之间形成介质流通的通道；
手柄(2)，下端与所述阀体(1)的所述第一安装开口部(11)可转动地固定连接；
阀芯(3)，设置于所述阀体(1)内，所述阀芯(3)的上端是连接杆部(31),所述连接杆部(31)与所述手柄(2)可同步转动地固定连接，所述阀芯(3)的下端为圆柱芯部(33)，与所述阀体(1)的圆柱形内壁(1a)可转动地紧密接触地配合，所述阀芯(3)的圆柱芯部(33)的中间位置设置贯穿圆柱外表面的第二通孔(33a)；当所述旋塞阀处于开通状态时，所述第二通孔(33a)两端与所述介质入口部(12)和所述介质出口部(13)可介质连通；所述阀芯(3)中部是圆柱杆部(32)；
所述介质出口是所述介质出口部(13)靠近所述阀芯(3)的一端的第一通孔(13a)；
其特征在于，所述阀体(1)介质入口部(12)靠近所述阀芯(3)的一端的入口端面上设置点阵式气孔(12a)；
所述阀芯(3)的圆柱芯部(33)的外圆周表面设置圆形沟槽(33b)，所述圆形沟槽(33b)的直径大于所述第一通孔(13a)的直径，所述圆形沟槽(33b)轴线与所述第二通孔(33a)轴线重合；
密封组件(5)，所述密封组件(5)包括内密封件(51)，设置于所述阀体(1)内壁与所述阀芯(3)圆柱柱面之间，固定容置于所述圆形沟槽(33b)内。
2.根据权利要求1所述的旋塞阀，其特征在于，所述点阵式气孔(12a)是直径相同的、均匀分布的圆形气孔，所述点阵式气孔(12a)直径为所述介质出口直径的1/4-1/6；所述点阵式气孔(12a)的面积之和与所述第一通孔(13a)的面积之比大于45％。
3.根据权利要求2所述的旋塞阀，其特征在于，所述手柄(2)的上部中心位置处设置多边型孔，所述阀芯(3)的所述连接杆部(31)是多边形柱体，可配合地插装于所述手柄(2)的多边型孔内。
4.根据权利要求3所述的旋塞阀，其特征在于，所述手柄(2)的上部中心位置处设置方孔，所述阀芯(3)的所述连接杆部(31)是方形柱体，可配合地插装于所述手柄(2)的方型孔内，或所述阀芯(3)的所述连接杆部(31)是三角形柱体，可配合地插装于所述手柄(2)的三角形型孔内，或所述阀芯(3)的所述连接杆部(31)是六边形柱体，可配合地插装于所述手柄(2)的六边形型孔内。
5.根据权利要求4所述的旋塞阀，其特征在于，所述阀体(1)还包括与所述第一安装开口部(11)同轴设置的第二安装开口部(14)，所述第二安装开口部(14)固定安装阀座(6)；
还包括上支撑垫片(7)和下支撑垫片(8)，
所述上支撑垫片(7)设置于所述圆柱芯部(33)上端面与所述阀体(1)之间，套装于所述阀芯(3)上部；所述上支撑垫片(7)的外圆表面与所述阀体(1)的圆柱形内壁(1a)的表面紧密接触；所述上支撑垫片(7)的内孔表面与所述圆柱杆部(32)的下部的外圆表面紧密接触；所述上支撑垫片(7)的上侧面与所述阀体(1)的圆柱形内壁(1a)的上表面紧密接触；所述上支撑垫片(7)的下侧面与所述圆柱芯部(33)的上表面紧密接触；
所述下支撑垫片(8)设置于所述圆柱芯部(33)下端面与所述阀体(1)之间，套装于所述圆柱芯部(33)下部；所述下支撑垫片(8)的外圆表面与所述阀体(1)的圆柱形内壁(1a)的表面紧密接触；所述下支撑垫片(8)的内孔表面与所述圆柱芯部(33)的下部的外圆表面紧密接触；所述下支撑垫片(8)的上侧面与所述阀芯(3)的圆柱芯部(33)的下表面紧密接触；所述下支撑垫片(8)的下侧面与所述阀座(6)的上表面紧密接触。
6.根据权利要求5所述的旋塞阀，其特征在于，所述密封组件(5)还包括外密封用的第一O型密封圈(52)、第二O型密封圈(53)、第三O型密封圈(54)和第四中空圆柱型密封圈(55)；
所述第一O型密封圈(52)、所述第二O型密封圈(53)套装设置于所述圆柱芯体上，分为位于所述第二通孔(33a)的上方和下方；
所述第三O型密封圈(54)嵌设于所述阀体(1)的所述第一安装开口部(11)的上部，位于所述第一O型密封圈(52)的上方；
所述第四中空圆柱型密封圈(55)套装设置于所述阀座(6)的上部，位于所述阀座(6)上部的外圆表面与所述第二安装开口部(14)的内表面之间。
7.根据权利要求6所述的旋塞阀，其特征在于，
外密封用的所述第一O型密封圈(52)、所述第二O型密封圈(53)、所述第三O型密封圈(54)和所述第四中空圆柱型密封圈(55)是硅橡胶O型密封圈；所述内密封件(51)是三元乙丙橡胶O型密封圈。
8.根据权利要求7所述的旋塞阀，其特征在于，还包括限位组件(9)；所述限位组件(9)包括在所述阀体(1)上部的外周面上设置对称的第一U型槽(91)、第二U型槽(92)，所述第一U型槽(91)、所述第二U型槽(92)的开口开始于所述阀体(1)的上端面；
还包括在所述手柄(2)的下部设置与所述第一U型槽(91)、所述第二U型槽(92)相配合的第一限位块(93)、第二限位块(94)，所述第一限位块(93)、所述第二限位块(94)可滑动地设置于所述第一U型槽(91)、所述第二U型中。
9.根据权利要求8所述的旋塞阀，其特征在于，还包括锁紧螺母(4)，在所述连接杆部(31)的上部设置锁紧外螺纹，所述锁紧螺母(4)旋装在所述锁紧外螺纹上；
所述限位组件(9)还包括手柄弹簧(95)，所述手柄弹簧(95)设置于所述手柄(2)下部和所述阀体(1)上部之间，套装在所述阀芯(3)中部的所述圆柱杆部(32)的上部，并保持压缩状态。
10.根据权利要求9所述的旋塞阀，其特征在于，
所述手柄(2)的上端设置为一字型形状，宽长比范围为1/3-1/4，具有光滑圆弧曲面。
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