CN211082979U - 一种带压力腔的活塞式气体减压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带压力腔的活塞式气体减压器，包括阀体，设置在阀体内的阀芯组件和阀座，与阀体配合连接的阀盖，设置在阀盖内的调压弹簧组件，以及设置在阀体内的活塞；该活塞上的第一端面与阀盖和阀体相配合在阀盖内形成压力腔，并与阀盖内的调压弹簧组件配合；所述活塞上的第二端面与阀体内的阀芯组件接触配合；所述活塞上的第一端面的面积大于第二端面的面积。本方案采用弹簧与先导气压双加载方式调节输出压力，通过具有大小直径结构的活塞的增压作用，用外部常规的较小先导控制压力向压力腔加压或泄除压力腔压力，在减压器输出端得到一个较大的输出压力变化，继而降低控制回路的压力等级，降低控制回路元件的技术难度和成本。

Description

一种带压力腔的活塞式气体减压器

技术领域

本实用新型涉及气体减压器技术，具体涉及一种带压力腔的活塞式气体减压器。

背景技术

在医用及工业用气体领域，如医疗麻醉呼吸、工业气体焊接，实验室检验，半导体行业或食品包装业等领域。为贮存和运输方便气体通常是被压缩储存于高压气瓶中，使用时需根据需要通过减压器将气体压力降低到使用所需压力。常用的气体减压器有两种结构方式，第一种为采用膜片(橡胶膜片或不锈钢膜片)式结构的气体减压器，当输出压力高时，膜片无法承受出气压力高压强的冲击，膜片易破裂且减压器失效，无法满足高输出压力要求；第二种为采用两头面积相等的活塞式气体减压器，活塞可以承受出气压力高压强的冲击，可以获得高输出压力要求，为了调节满足高输出压力，同时先导控制压力也要增加，此时控制回路既压力腔压力等级也越大，造成控制回路元件的技术难度和成本提高。

当高压气源通过管路连接至气体减压器高压进口，首先用弹簧预调节减压器出气压力，然后通过向压力腔中加载先导压力并推动活塞进行调节所需要的出口压力；通常减压器中活塞件两端直径相等，受活塞结构的影响，先导加载压力与减压器出口压力成正比，当减压器需要调节更高的出口压力时，需要向压力腔中加载更高的先导压力来推动活塞进行调压，向压力腔中加载的先导压力越大，减压器出口压力也越大，同时控制回路既压力腔压力等级也越大。

因此采用大小直径的组合活塞式的气体减压器，通过向压力腔中加载尽可能小的先导压力，就可以满足减压器高输出压力要求。同时，可根据输出压力的变化幅度要求，改变组合活塞的大小直径比，改变增压比，调整控制压力在一个常规的控制压力范围。

参见图1，其所示为现有使用的减压器结构，由图可知，现有减压器结构10主要包括密封相接的阀体(11)和上盖(12)，弹簧(13)、弹簧钮(14)、调压丝杆(15)等组件相配合安置在上盖(12)中，而活塞(16)密封安置在阀体(10)中。

该减压器结构整体采用活塞式减压器机构，采用弹簧与先导气压双加载方式调节输出压力，通过调压丝杆压缩弹簧预调出气压力，然后先导气压从入口(17)通入压力腔(18)中进行调节减压器出口压力。

由图可知，该减压器结构中活塞两端面积相等，即减压器压力腔中活塞端面和出气***塞端面面积相等，忽略减压器进气压力和复位弹簧力，当通入先导压力后，气压推动活塞，并顶开阀芯组件减压输出，此时活塞两端面承受的压强相等，所以当减压器输出压力越高，加载的先导压力也应越高。同时压力腔中承受的压强也越大，控制回路的压力等级增加，设计和制造成本增加。

实用新型内容

针对现有减压器结构可靠性差，输出压力低，不能满足高输出压力要求的问题，需要一种可靠性高，可以获得高输出压力的减压器结构。

为此，本实用新型的目的在于提供一种带压力腔的活塞式气体减压器，以克服现有技术所存在的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供的带压力腔的活塞式气体减压器，包括阀体，设置在阀体内的阀芯组件和阀座，与阀体配合连接的阀盖，设置在阀盖内的调压弹簧组件，以及设置在阀体内的活塞；所述活塞上的第一端面与阀盖和阀体相配合在阀盖内形成压力腔，并与阀盖内的调压弹簧组件配合；所述活塞上的第二端面与阀体内的阀芯组件接触配合；所述活塞上的第一端面的面积大于第二端面的面积。由此构成的减压器中，活塞上第二端面与减压器出口连通，活塞分别与调压弹簧及阀芯组件配合，将调压弹簧力及组合活塞的合力传递到阀芯上，开关阀芯并减压。

进一步的，所述活塞横截面呈台阶状，具有形成第一端面的第一端部和形成第二端面的第二端部，所述第一端部的尺寸大于第二端部；所述阀体上开设有与活塞配合的安置腔，所述安置腔为台阶孔结构；所述台阶状活塞上的第一端部和第二端部分别通过密封圈与台阶孔结构的安置腔密封配合。

进一步的，所述活塞呈圆柱形台阶状。

进一步的，所述活塞上开设有环形台阶槽。

进一步的，所述活塞上的第一端部上设置有凸起部。

进一步的，所述凸起部位于活塞第一端部端面的中部，

进一步的，所述凸起部呈圆柱形。

进一步的，所述调压弹簧组件包括弹簧、弹簧钮以及调压丝杆，所述调压丝杆安置在阀盖中，其上开设有相应的先导气进口，所述弹簧钮与调压丝杆连接形成调压丝杆组，弹簧两端分别与调压丝杆组和活塞配合。

本实用新型提供的气体减压器方案，通过采用具有大小直径的组合活塞，使得组合活塞两端受力面积不同，从而实现只要向压力腔的中加载尽可能小的先导压力，减压器就可以获得高输出压力要求；

再者，本实用新型提供的气体减压器方案，整体结构设计输出压力高，可靠性更高，失效风险更小。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为现有减压器结构的结构示意图；

图2为本实例中带压力腔的活塞式气体减压器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

本实例针对活塞式气体减压器的特点，摒弃现有减压器中活塞与压力腔的配合的端面和与出气口配合的端面，两个端面面积相等的设计方案，而是采用两端大小直径结构不等的组合活塞结构，减压器就可以获得高输出压力要求，降低控制回路的压力等级。

参见图2，其所示为本实例基于上述原理给出的一种带压力腔的的活塞式气体减压器。由图可知，本带压力腔的活塞式气体减压器相对于现有活塞式气体减压器，在保留原有的主体结构，在不改变外形尺寸、流通面积的情况下，采用全新的大小直径的组合活塞结构，使得活塞两端受力面积不同，如此结构的活塞通过相应的密封圈安置在阀体中，通过先导进气口向压力腔中加载压力并推动活塞进行减压。基于活塞两端不同的受力面积，压强不一样，只要向压力腔中加载尽可能小的先导压力，减压器就可以获得高输出压力要求。

参见图2，其给出了基于本实例方案形成的带压力腔的活塞式气体减压器100的一种具体组成示例。

由图可知，本带压力腔的活塞式气体减压器100主要由减压器底部螺塞101、复位弹簧102、阀体103、阀芯组件104、阀座105、密封圈106、活塞107、密封圈108、密封圈109、阀盖110、弹簧113、弹簧钮114、调压丝杆115等组件相互配合组成。

其中，阀盖110内设置有压力腔111结构，该阀盖110与阀体103之间通过密封圈109密封连接并锁紧，由此构成减压器的整体结构。

调压丝杆115通过密封圈从阀盖110的顶部密封安置在阀盖110中，而该调压丝杆115中开设有相应的先导气进口112。弹簧钮114与调压丝杆115以螺纹方式连接形成调压丝杆组，弹簧113两头与调压丝杆组和活塞107配合。

在阀体103内设置有相应的安置腔，用于安置阀芯组件104、阀座105以及活塞107等组件；同时减压器的阀体103上开设有进气口103a和出气口103b，并通过设置在阀体内的通道连通。

阀芯组件104和阀座105分别通过密封圈安置在阀体103中，而活塞107通过密封圈106和密封圈108安置在阀体103内。

减压器底部螺塞101安置在阀体103底部，复位弹簧102安置在减压器底部螺塞101内，并与阀体103内的阀芯组件104配合。

这样，高压气体通过减压器进口并到达减压器内部的阀芯组件，经过弹簧预压调节压力和先导气进口由外部加载先导压力进行减压并到达出气口。

以下举例说明本气体减压器100的具体构成及运行过程。

本气体减压器100中的底座螺塞101，其整体呈外六面体柱状，一端有大锥角，另一端有台阶形内孔，外部带连接外螺纹与阀体103配合组合为一体。同时该底座螺塞101中安置有复位弹簧102，以与阀芯组件104中阀柄配合。

阀芯组件104主要由阀柄、密封垫、阀杆、密封垫相互配合构成；阀杆整体呈圆柱台阶状，外部带连接外螺纹，并通过密封垫和阀柄配合组合为一体；阀柄整体呈外六面体柱状，一端有贯穿的台阶形内孔，内部带连接内螺纹，以与阀杆连接，另一端为外圆柱状轴；这里的密封垫呈圆柱台阶状，端面有一内台阶孔与阀杆配合，另一端与阀柄台阶内孔配合。如此结构的阀芯组件104一端安装于的端盖螺塞内孔中，阀杆另一端穿过阀座105，置于阀体上部轴向小孔中，并将复位弹簧一端放置于阀柄台阶上。

阀座105整体呈六面体圆柱台阶状，内部有锥形内孔和与阀芯密封的圆弧孔；外部带连接外螺纹，以与阀体103中部内螺纹配合并通过密封垫圈密封。

阀体103整体呈柱体，其上开设有进气口103a和出气口103b，通过设置在阀体内的通道连通，并与阀芯组件104配合，通过阀芯组件104在阀座105内的移动控制进气口103a与出气口103b之间连通。该阀体103顶部的端部开设有活塞安置腔103c，以用于安置活塞107，同时该活塞安置腔103c也作为气压调节腔通过通道与出气口103b连通。为了配合本实例中台阶式的活塞结构，该活塞安置腔103c优选为台阶孔结构。

如此结构的阀体103，其顶部通过密封圈109与阀盖110密封连接并锁紧，由此构成减压器的整体结构。这里的密封圈109优选为截面为圆形的O形密封圈。

调压丝杆115其整体为圆柱台阶形，两头外部有大小不一样的连接螺纹，内部有贯穿的台阶孔，以作为先导气进口112。

弹簧钮114其整体呈外六面体柱状，六面体与阀盖110内孔配合，内部有贯穿的螺纹孔，一端有台阶；螺纹孔与调压丝杆115的一端外螺纹配合。

弹簧113呈圆柱螺旋状，截面为矩形状，两端为平面与活塞107和弹簧钮114配合相连；

活塞107整体为具有大小直径端部的组合活塞结构。其中，阀盖与阀体及组合活塞上端的大直径端形成压力腔，组合活塞下端的小直径端与减压器出口连通，由此该组合活塞分别与调压弹簧及阀芯组件配合，将调压弹簧力及组合活塞的合力传递到阀芯上，开关阀芯并减压；同时，该组合活塞上与阀盖内压力腔的结构相连通的大直径端部的端面面积大于与活塞上小直径端部的端面面积。

具体的，该活塞107整体为两端尺寸结构不等的台阶式活塞结构，这里优选活塞整体呈圆柱形台阶状，具有相互连接的第一端部107a和第二端部107b。

这里的第一端部107a整体呈圆柱形，其尺寸大于第二端部107b。该第一端部107a与阀体103上台阶孔结构的安置腔103c中的上部大孔配合；该第一端部107a的端面作为活塞第一受力面用于与阀盖内压力腔的结构相配合。

这里的第二端部107b整体呈圆柱形，其尺寸小于第一端部107a，并成型在第一端部107a的中部。该第二端部107b与阀体103上台阶孔结构的安置腔103c中的下部小孔配合；该第二端部107b的端面作为活塞第二受力面用于阀芯组件104以及出气口配合。

由于第一端部107a的尺寸大于第二端部107b，继而使得第一端部107a上作为活塞第一受力面的端面的面积大于第二端部107b上作为活塞第二受力面的端面的面积。

进一步，本实例还在活塞107的第一端部107a和第二端部107b的端面中部分别开设有相应的台阶槽，便于分别与弹簧113和阀芯组件104进行配合，保证配合结合的稳定可靠性。

进一步的，本实例在活塞第一端部107a的端面上设置有一凸起部107c，该凸起部107c位于活塞第一端部端面的中部(即位于第一端部107a端面上台阶槽的中部)，并呈圆柱形，以用于弹簧113进行配合，嵌入弹簧113中，保证活塞第一端部107a与弹簧113配合的可靠性。

该呈圆柱台阶状的活塞107在进行组装时，其大端部(即第一端部107a)通过密封圈108与阀体103上台阶孔结构的安置腔103c中的上部大孔动密封配合；而其小端部(即第二端部107b)通过密封圈106与阀体103上台阶孔结构的安置腔103c中的下部小孔动密封配合；这里的密封圈106和密封圈108优选为截面为圆形的O形密封圈。

据此构成的气体减压器100中通过呈圆柱台阶状的活塞107与阀盖110内压力腔的机构111连通配合，同时与阀芯组件104相配合，对进入阀芯组件104内的气体进行减压。

该气体减压器100在具体工作时，将高压气源通过进气口103a进入阀体103底部高压腔，然后向先导气进口112通入先导压力到压力腔的111中，先导压力推动活塞107，活塞顶开阀芯组件104，此时活塞大端面压强克服活塞小端面压强，继而推动阀芯组件104向下移动，阀芯组件与阀座105流道打开，并输出稳定的压力。

该过程中由于活塞大直径端面(即第一端部107a的面积)的面积大于活塞小直径端面(即第二端部107b的端面)的面积，这样只要向压力腔的111中加载较小的先导压力，即可使得活塞大直径端面压强大于活塞小直径端面压强。这样基于如此结构的活塞能够保证在加载尽可能小的先导压力即可让减压器输出稳定的高压力，可降低控制回路既压力腔的压力等级。

由上可知，本实例给出的带压力腔的活塞式气体减压器方案中，采用弹簧与先导气压双加载方式调节输出压力。通过具有大小直径端部的组合活塞的增压作用，用外部常规的较小先导控制压力向压力腔加压或泄除压力腔压力，在减压器输出端得到一个较大的输出压力变化，继而降低控制回路的压力等级，降低控制回路元件的技术难度和成本。同时，可根据输出压力的变化幅度要求，改变组合活塞的大小直径比，改变增压比，调整控制压力在一个常规的控制压力范围。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种带压力腔的活塞式气体减压器，包括阀体，设置在阀体内的阀芯组件和阀座，与阀体配合连接的阀盖，设置在阀盖内的调压弹簧组件，以及设置在阀体内的活塞；其特征在于，所述活塞上的第一端面与阀盖和阀体相配合在阀盖内形成压力腔，并与阀盖内的调压弹簧组件配合；所述活塞上的第二端面与阀体内的阀芯组件接触配合；所述活塞上的第一端面的面积大于第二端面的面积。

2.根据权利要求1所述的气体减压器，其特征在于，所述活塞横截面呈台阶状，具有形成第一端面的第一端部和形成第二端面的第二端部，所述第一端部的尺寸大于第二端部；所述阀体上开设有与活塞配合的安置腔，所述安置腔为台阶孔结构；所述台阶状活塞上的第一端部和第二端部分别通过密封圈与台阶孔结构的安置腔密封配合。

3.根据权利要求1或2所述的气体减压器，其特征在于，所述活塞呈圆柱形台阶状。

4.根据权利要求3所述的气体减压器，其特征在于，所述活塞上开设有台阶槽。

5.根据权利要求2所述的气体减压器，其特征在于，所述活塞上的第一端部的端面上设置有凸起部。

6.根据权利要求5所述的气体减压器，其特征在于，所述凸起部位于活塞第一端部端面的中部。

7.根据权利要求5或6所述的气体减压器，其特征在于，所述凸起部呈圆柱形。

8.根据权利要求1所述的气体减压器，其特征在于，所述调压弹簧组件包括弹簧、弹簧钮以及调压丝杆，所述调压丝杆安置在阀盖中，其上开设有相应的先导气进口，所述弹簧钮与调压丝杆连接形成调压丝杆组，弹簧两端分别与调压丝杆组和活塞配合。

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