CN1490545A - 背压平衡式最小压力阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种背压平衡式最小压力阀，常用于气体压缩机的气路***，包括阀体(1)、进气腔道(a)、出气腔道(b)、先导阀(2)、活塞(5)、活塞复位弹簧(6)，其特征在于还包括一闭合的背压腔(e)，该背压腔(e)与进气腔道(a)分别位于活塞(5)的两侧；所述背压腔(e)经通道与进气腔道(a)相通。该背压腔的作用是用来平衡作用在活塞上的部分力，以减小活塞复位弹簧的受力，从而提高弹簧寿命、减小弹簧和最小压力阀的外形尺寸与重量，提高最小压力阀的综合性能等。与现有技术相比，本发明更具有寿命长、体积小、流量大、性能好等优点。

Description

背压平衡式最小压力阀
技术领域
本发明涉及一种最小压力阀，常用于气体压缩机的气路***。
背景技术
最小压力阀在气体压缩机行业广泛使用，它的主要作用有两个：一是使压缩机起动后不立即对外供气，优先建立润滑液体所需的循环压力，确保压缩机的润滑，当气体压力达到设定压力时，最小压力阀才开启，向外供气，否则最小压力阀呈关闭状态；二是当空气压缩机停止供气时，最小压力阀起先导阀的作用，防止气体回流。
气体压缩机行业中现在所用的最小压力阀结构如图1、图2所示，图1是小流量的单根活塞复位弹簧最小压力阀，图2是大流量的双根活塞复位弹簧最小压力阀(其中一根是圆柱弹簧，另一根是弹簧片)。它们包括：阀体1、进气腔道a、出气腔道b、先导阀2、活塞5、活塞筒7等，活塞与活塞筒之间设有用于活塞复位的弹簧，它们的工作原理是：压缩气体从进气腔道a进入，作用在先导阀2上，当进气腔道a处的气体压力达到一定值时，先导阀2与活塞5向上移动，气体从出气腔道b排出；当压缩机停止工作时，进气腔道a处的压力突然下降，而先导阀2上方的压缩气体保持原有的压力，加上先导阀复位弹簧4的作用，先导阀2向下运动，迅速把进气腔道a堵住，所以出气腔道b的气体无法倒流，先导阀2起单向阀的作用。随后，大活塞5在活塞复位弹簧6的作用下而向下移动，把先导阀2压紧，等待下次工作的开始。图1与图2中的先导阀不仅工作原理相同，其主要相同之处在于：压缩气体作用在先导阀上的力完全由弹簧来承受。当通径增大时，采用两根大弹簧。
从小流量到大流量的最小压力阀可明显看出，弹簧发生了明显的变化，阀的性能也因此有相应的变化。小流量阀的结构小，启闭特性好，灵敏度高；大流量的阀必须使用刚度很大的硬弹簧，从而使阀的结构笨重，启闭特性差，灵敏度降低，并易产生弹簧的振动和引起气压的脉动，很大程度上约束了最小压力阀往大流量的方向发展，这是现有最小压力阀存在的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种能减小弹簧受力、提高弹簧与阀的性能和寿命、减小弹簧以及阀的体积，提高阀流量的新型背压平衡式最小压力阀。
根据上述目的设计了一种背压平衡式最小压力阀，包括阀体1、进气腔道a、出气腔道b、先导阀2、活塞5、活塞复位弹簧6，同时还包括一闭合的背压腔e，该背压腔e与进气腔道a分别位于活塞5的两侧；所述背压腔e经通道与进气腔道a相通。
所述背压腔e与进气腔道a之间的通道可以为内置通道，该通道内可以设置一用于单向作用的阀门装置，可更有效提高阀的性能；所述内置通道可由穿过活塞的上通道d、位于活塞与先导阀之间的中通道f、穿过先导阀的下通道c构成；中通道f内设有先导阀复位弹簧4；用于单向作用的阀门装置可以为一圆球3，该圆球3也可以用其他形状代替，只要起单向作用即可；该圆球3最好位于中通道f与下通道c的交会处；所述先导阀复位弹簧4可以作用在圆球3上或者直接作用在先导阀2上。
所述背压腔e与进气腔道a之间的内置通道内也可以不设置单向作用的阀门装置，但通道内设有用于单向作用的阀门装置能更有效提高阀的性能。
所述背压腔e与进气腔道a之间的通道还可以为外置通道，该外置通道内可以设置单向作用的阀门装置，也可以不设置这种装置，但通道内设有用于单向作用的阀门装置更有效提高阀的性能。
所述活塞复位弹簧6可以位于活塞5的活塞杆内，也可以套装在活塞杆上。
所述活塞复位弹簧6可以位于背压腔a内部，也可以位于背压腔的外部。
现有技术的最小压力阀的活塞受力完全由弹簧的弹力来平衡，当阀的进气口直径做得大时，这时必须采用刚度很大的硬弹簧来与活塞的受力平衡，甚至采用双弹簧来与之平衡(如图2所示)，从而使阀的结构笨重，且弹性越硬，装配和调试越困难，阀的启闭特性坏，灵敏度低并易产生弹簧的振动和引起气压的脉动。本发明作用在活塞上的力大部分由背压来平衡，弹簧的受力不受阀的进气口通径约束，所以阀的通径与流量可以任意加大，而弹簧的受力却很小，因此弹簧的尺寸小，整个阀的体积也就减小。由于弹簧的尺寸小，产生振动小，因此对气体的产生脉动性小，且弹簧的寿命也高。由于弹簧的刚度小，装配和调试容易，阀的启闭特性好，灵敏度高，寿命长。
现有技术中活塞受力完全由弹簧的弹力来平衡，使得活塞复位弹簧尺寸大，加上活塞复位弹簧被安装在活塞的顶端位置，这使整个阀的高度有所增加，在本发明的优选实施方式中，在活塞部分受力由背压来平衡，减小弹簧的受力，使得活塞复位弹簧尺寸小的基础上，再用适当的方法装置活塞复位弹簧，使得整个阀的高度减小，更体现了本发明具有体积小的优点。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有寿命长、体积小、流量大、性能好的优点。
附图说明
图1为现有技术的单根活塞复位弹簧最小压力阀结构示意图；
图2为现有技术的双根活塞复位弹簧最小压力阀结构示意图；
图3、4、5、6分别为本发明背压平衡式最小压力阀的四种实施方式的结构示意图；
图7为现有技术的最小压力阀受力示意图；
图8为图3所示的优选实施方式的最小压力阀受力示意图；
附图的件号表示：
1、阀体        2、先导阀          3、圆球         4、先导阀复位弹簧
5、活塞        6、活塞复位弹簧    7、活塞筒       8、弹簧片
a、进气腔道    b、出气腔道        c、下通道       d、上通道
e、背压腔      f、中通道          g、外通道
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
图3示出了本发明最小压力阀的一种实施方式，包括阀体1、进气腔道a、出气腔道b、先导阀2、圆球3、先导阀复位弹簧4、活塞5、活塞复位弹簧6、活塞筒7等，活塞与活塞筒之间设置有一背压腔e，背压腔e与进气腔道a之间的通道为内置通道，该通道由穿过活塞的上通道d、位于活塞与先导阀之间的中通道f、穿过先导阀的下通道c构成；中通道f内设有先导阀复位弹簧4；圆球3位于中通道f与下通道c的交会处；该圆球3可用橡胶制成，也可以选用其他形状或者材料来代替，只要起到单向作用即可；所述先导阀复位弹簧4可以作用在圆球3上，也可以直接作用在先导阀2上。所述活塞复位弹簧6套装在活塞5的活塞杆上，且位于背压腔e内。
当压缩机开始工作，向油气分离罐充气时，气体从进气腔道a进入阀内，气体推开中通道f入口处的圆球3(推开圆球的力很小，可以忽略不计)，并通过中通道f和上通道d进入背压腔e，在背压腔e里形成背压作用在活塞5的背面上，背压力与弹簧6的弹力的合力来平衡进气腔道a的气体作用在先导阀2上的力。当进气腔道a处的气体压力继续增大，气体作用在先导阀2的压力等于背压和活塞复位弹簧6的合力时，先导阀2处于打开的临界状态。当进气腔道a处的气体压力继续增大，气体作用在先导阀2上的压力刚好大于背压和活塞复位弹簧6的合力时，先导阀2微量开路，气体开始从出气腔道b排出。当进气腔道a处压力达到设定压力时，阀就完全打开，气体以最大流量从出气腔道b排出。当压缩机停止工作，不再向油气分离罐供气时，进气腔道a处的压力突然下降，而先导阀2上方的压力保持原有的压力，再加上先导阀复位弹簧4的作用，先导阀2向下运动，同时圆球3也把下通道c堵上，先导阀2关上，达到防止气体倒流现象。随后，活塞5在活塞复位弹簧6的作用而向下移动，把先导阀2压紧，等待下次工作的开始。
图4所示的实施方式，与图3所示实施方式的区别在于，背压腔e设置在活塞杆顶端与活塞筒之间，活塞复位弹簧6安装在活塞杆内，且位于背压腔内部。
此外图3和图4的实施方式还可以稍做变换，即把图3中的活塞复位弹簧6改装在活塞杆内，也就是活塞杆顶端的位置；图4中的活塞复位弹簧6可套装在活塞杆上。
图5和图6则是把背压腔e与进气腔道a之间的通道改为一条外置通道，通道内可以不设置单向作用的阀门装置，但如果设有用于单向作用的阀门装置能更有效提高阀的性能。图5和图6两种方案的先导阀复位弹簧4是直接作用在先导阀2上的，无需圆球3。其他结构以及工作原理与图3和图4的方案基本相同。
下面再利用力学模型介绍一下最小压力阀的工作原理，其中先导阀复位弹簧4的力很小，可以略去不计。本发明的优点可以从活塞5的受力分析体现出来，图7为现有技术的最小压力阀的受力示意图：下端受到气体的压力P，上部受到活塞复位弹簧6的作力F1；图8为本发明的图3方案背压平衡式最小压力阀受力示意图：下端受到气体的压力P，上端受到气体的压力P和活塞复位弹簧6的作力F2。根据力学平衡得出各自的活塞复位弹簧6的受力大小如下：
现有技术的最小压力阀的活塞复位弹簧6的受力F1：
            F1＝P·S1                S1-气体作用在小活塞上的面积。
本发明的图3方案背压平衡式最小压力阀活塞复位弹簧6的受力F2：
            F2＝P·(S1-S2)＝P·S0 S2-气体作用在大活塞上的面积；
                                       S0-大活塞杆的截面面积。
当两种阀的进气口通径和开始压力相等时，由于S0＜＜S1，所以F2＜＜F1，即背压平衡式最小压力阀所需的弹簧力远小于现有技术的弹簧力。
现有技术的最小压力阀的活塞受力完全由弹簧的弹力来平衡，当阀的进气口直径做得大时，这时必须采用刚度很大的硬弹簧来与活塞的受力平衡，甚至采用双弹簧来与之平衡(如图2所示)，从而使阀的结构笨重，且弹性越硬，装配和调试越困难，阀的启闭特性坏，灵敏度低并易产生弹簧的振动和引起气压的脉动。本发明作用在活塞上的力大部分由背压来平衡，弹簧的受力不受阀的进气口通径约束，所以阀的通径与流量可以任意加大，而弹簧的受力却很小，因此弹簧的尺寸小，整个阀的体积也就减小。由于弹簧的尺寸小，产生振动小，因此对气体的产生脉动性小，且弹簧的寿命也高。由于弹簧的刚度小，装配和调试容易，阀的启闭特性好，灵敏度高，寿命长。

Claims (10)

1、一种背压平衡式最小压力阀，包括阀体(1)、进气腔道(a)、出气腔道(b)、先导阀(2)、活塞(5)、活塞复位弹簧(6)，其特征在于：还包括一闭合的背压腔(e)，该背压腔(e)与进气腔道(a)分别位于活塞(5)的两侧；所述背压腔(e)经通道与进气腔道(a)相通。
2、根据权利要求1所述的最小压力阀，其特征在于：背压腔(e)与进气腔道(a)之间的通道为内置通道，该通道内设有用于单向作用的阀门装置。
3、根据权利要求2所述的最小压力阀，其特征在于：所述通道由穿过活塞的上通道(d)、位于活塞与先导阀之间的中通道(f)、穿过先导阀的下通道(c)构成。
4、根据权利要求3所述的最小压力阀，其特征在于：中通道(f)内设有先导阀复位弹簧(4)；用于单向作用的阀门装置为一圆球(3)，该圆球(3)位于中通道(f)与下通道(c)的交会处。
5、根据权利要求4所述的最小压力阀，其特征在于：先导阀复位弹簧(4)作用在圆球(3)上或者直接作用在先导阀(2)上。
6、根据权利要求1所述的最小压力阀，其特征在于：背压腔(e)与进气腔道(a)之间的通道为内置通道，该通道内不设有用于单向作用的阀门装置。
7、根据权利要求1所述的最小压力阀，其特征在于：背压腔(a)与进气腔道(a)之间的通道为外置通道(g)，该通道内设有用于单向作用的阀门装置。
8、根据权利要求1所述的最小压力阀，其特征在于：背压腔(a)与进气腔道(a)之间的通道为外置通道(g)，该通道内不设有用于单向作用的阀门装置。
9、根据权利要求1至4任何一项或者权利要求6至8任何一项所述的最小压力阀，其特征在于：所述活塞复位弹簧(6)位于活塞(5)的活塞杆内或者套装在活塞杆上。
10、根据权利要求1至4任何一项或者权利要求6至8任何一项所述的最小压力阀，其特征在于：所述活塞复位弹簧(6)位于背压腔(a)的内部或者外部。
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