CN111577904B - 一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器，包括主阀体和驱动组件，主阀体安装在驱动组件下端，主阀体内装配有阀座、阀瓣、阀杆、阀杆套和平衡膜片，驱动组件包括上膜壳和下膜壳、膜片和托盘。其中，托盘外周壁与上膜壳下半部内周壁组成截面为倒“八”字形的环形安装腔，膜片在环形安装腔内向上形成截面为Ω形的环形凸起，下膜壳上连接有信号管，信号管用于与主阀体出口端连接的管道连通。本发明对传统的直接作用式调压器进行改造，当膜片、托盘受力后由下向上运动时，膜片有效面积逐渐加大；当膜片、托盘受力后由上向下运动时，膜片有效面积逐渐减小，可以对调压器的弹簧效应进行有效的补偿，可以使调压器达到很高的稳压精度。

Description

一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器

技术领域

本发明涉及气体调压装置领域，具体涉及一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器。

背景技术

调压器是管道上的一种特殊阀门，自动调节出口压力，使其稳定在某一压力范围内的设备。调压器分成直接作用式调压器和间接作用式调压器，其中，直接作用式调压器工作原理是利用调压器的出口压力变化，直接控制驱动组件带动调节元件运动。驱动组件的主要元件是膜片，调压器的内部有一个调压弹簧，在工作时，调压弹簧会随着阀瓣开度的大小改变着压缩量，因此，弹簧力随阀瓣开度改变，这种改变影响到稳压精度，这种弹簧力变化对调压器出口压力P₂的影响叫“弹簧效应”。

一款高质量调压器需要尽可能减小弹簧效应，现有技术减小弹簧效应的方法大致有如下几种：1、减小调压弹簧的弹簧刚度，这种方法可以适当减小弹簧效应，但是弹簧的调节范围会减小；2、主膜片采用滚动膜片技术，但效果不大；3、内置信号管的方法，也叫取负压的方法，信号管的端口必须放置在调压器出口腔体内的压力场中，压力较低的位置，这个压力必须小于出口实际压力，主膜片下的反馈压力变小，使膜片向下移动，阀瓣开度变大，使调压器的出口压力变大，以达到补偿弹簧效应的目的，但是阀体内部出口腔体压力场是比较复杂的和紊乱的，因此信号管端口要找到合适的位置很困难，信号管如果安装位置不当，则起不到补偿弹簧效应的作用，因此需要做大量的实验，甚至改动阀体的结构才能取得良好的效果。

发明内容

本发明从改变膜片有效受力面积的角度出发，对调压器弹簧效应进行有效补偿，提高调压器的稳压精度。

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供的一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器，包括主阀体和驱动组件，所述主阀体安装在驱动组件下端，所述主阀体内装配有阀座、阀瓣、阀杆、阀杆套和平衡膜片，阀杆套固定在主阀体上端，阀杆设在阀杆套内，阀瓣固定在阀杆下端，阀瓣位于阀座下侧，平衡膜片安装在阀杆套上侧，所述驱动组件包括上膜壳和下膜壳、膜片和托盘，所述膜片固定在上膜壳和下膜壳之间，所述托盘设置于膜片上，所述下膜壳固定在主阀体上端，所述阀杆上端由下至上穿过阀座、阀杆套、平衡膜片、下膜壳和膜片固定连接在托盘上，所述托盘上端安装有调压弹簧，所述调压弹簧位于上膜壳的腔体内，所述调压弹簧上端固定有弹簧座，所述上膜壳上端旋装有调节螺栓，所述调节螺栓下端穿过上膜壳顶在弹簧座上，所述托盘外周壁与上膜壳下半部内周壁组成截面为倒“八”字形的环形安装腔，所述膜片在环形安装腔内向上形成截面为Ω形的环形凸起，所述下膜壳上连接有信号管，所述信号管用于与主阀体出口端连接的管道连通。

进一步的，本发明一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器，其中，所述托盘为上小下大的外锥体，托盘的底面与其外侧壁通过圆弧平滑过渡。

进一步的，本发明一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器，其中，所述上膜壳下半部内腔为上大下小的内锥腔，上膜壳的底面与其下半部内侧壁通过圆弧平滑过渡。

进一步的，本发明一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器，其中，所述托盘外侧壁的母线与轴线的夹角为15°～45°。

进一步的，本发明一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器，其中，所述上膜壳21内锥腔的母线与轴线的夹角与托盘24外侧壁的母线与轴线的夹角相同。

本发明一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器与现有技术相比，具有以下优点：信号管取压端口设置在主阀体外部，信号管一端与下膜壳连通，另一端与主阀体出口端连接的管道连通，为膜片提供反馈压力，托盘外周壁与上膜壳下半部内周壁组成倒“八”字形的环形安装腔，膜片在环形安装腔内向上形成截面为Ω形的环形凸起，膜片环形凸起部分与托盘外侧壁滚动接触，当膜片向上位移时，弹簧力增大，膜片有效面积也会增大，同理，当膜片向下位移时，调压弹簧变松弛，弹簧力下降，膜片有效面积也会下降。综上所述，膜片有效面积和弹簧力为同向变化的量，并且随着弹簧力变化而变化，因此阀座的开度受到的影响很小，进而使调压器达到很高的稳压精度。

下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器作进一步详细说明。

附图说明

图1为现有技术中调压器结构示意图；

图2为图一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器的结构示意图；

图3为图发明中阀座与阀瓣开度较小状态下的等效结构示意图；

图4为本发明中阀座与阀瓣开度较大状态下的等效结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，现有技术中调压器结构包括：主阀体1和驱动组件2，主阀体1安装在驱动组件2下端，主阀体1内装配有阀座11、阀瓣12、阀杆13、阀杆套14和平衡膜片15，阀杆套14固定在主阀体1上端，阀杆13设在阀杆套14内，阀瓣12固定在阀杆13下端，阀瓣12位于阀座11下侧，平衡膜片15安装在阀杆套14上侧，平衡膜片15是改善阀芯不平衡力而设置的，可使出口压力能在一定程度上不受进口压力变化的影响而提高稳压精度。驱动组件2包括上膜壳21和下膜壳22、膜片23和托盘24，膜片23固定在上膜壳21和下膜壳22之间，托盘24设置于膜片23上，下膜壳22固定在主阀体1上端，阀杆13上端由下至上穿过阀座11、阀杆套14、平衡膜片15、下膜壳22和膜片23固定连接在托盘24上，托盘24上端安装有调压弹簧25，调压弹簧25位于上膜壳21的腔体内，调压弹簧25上端固定有弹簧座26，上膜壳21上端旋装有调节螺栓27，调节螺栓27下端穿过上膜壳21顶在弹簧座26上，通过调节螺栓27改变调压弹簧25力的大小，从而改变调压器的出口压力。

根据直接作用式调压器的调压方程，见公式1。

其中：P₂–调压器出口压力，

F-调压弹簧的弹簧力，

A–膜片有效面积。

在现有技术中，膜片23向上位移时，托盘24就会挤压调压弹簧25，使弹簧力F增加，根据公式1可以看出弹簧力F增加后，如果膜片23有效面积A不变，调压器出口压力P₂就会随之上升，这样，调压器出口压力P₂就失去了稳定。同理，当膜片23向下运动时，调压弹簧25变松弛，弹簧力F力下降，如果膜片有效面积A不变，调压器出口压力P₂就会变小，也会使调压器出口压力P₂失去稳定。上述现象就叫做：弹簧效应。

如图2所示，在本发明一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器的具体实施方式中，托盘24外周壁与上膜壳21下半部内周壁组成截面为倒“八”字形的环形安装腔，膜片23在环形安装腔内向上形成截面为Ω形的环形凸起，下膜壳22上连接有信号管3，信号管3用于与主阀体1出口端连接的管道连通。

具体的将托盘24为上小下大的外锥体，在托盘24的底面与其外侧壁之间设置圆弧进行平滑过渡，将上膜壳21下半部内腔设置为上大下小的内锥腔，在上膜壳21的底面与其下半部内侧壁之间设置圆弧进行平滑过渡。根据调压弹簧25刚度的变化，托盘24外侧壁的母线与轴线的夹角α在15°～45°选取。将上膜壳21内锥腔的母线与轴线的夹角β的角度设置为夹角α的角度相同，保障膜片23的环形凸起部分在托盘24外侧壁斜面和下膜壳22的内锥腔斜面之间形成有效滚动接触。

在实际使用时，如图3和图4所示，图3是膜片23向上运动的位置，图4是膜片23向下运动的位置。通过比较可以得出d₂＞d₁，D₂＞D₁，膜片23有效面积的计算公式是假设膜片23向上位移时的有效面积为A₁，膜片23向下位移时的有效面积为A₂。则通过比较得出A₁>A₂，即证明了膜片23向上运动有效面积增大，膜片23向下运动有效面积减小。

综上所述，当膜片23向上位移时，弹簧力F增大，而膜片有效面积A也会增大；同理，当膜片向下位移时，调压弹簧25变松弛，弹簧力F下降，而膜片有效面积A也会下降。也就是说，膜片23有效面积和弹簧力为同向变化的量，并且随着弹簧力变化而变化，因此阀座11的开度受到的影响很小，进而使调压器达到很高的稳压精度。

需要说明的是，本发明中的膜片采用橡胶和丝织物复合而成，当然并不排除可以采用其他橡胶为原料制成的膜片。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域技术人员依据本发明的技术方案做出的各种变型，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器，包括主阀体（1）和驱动组件（2），所述主阀体（1）安装在驱动组件（2）下端，所述主阀体（1）内装配有阀座（11）、阀瓣（12）、阀杆（13）、阀杆套（14）和平衡膜片（15），阀杆套（14）固定在主阀体（1）上端，阀杆（13）设在阀杆套（14）内，阀瓣（12）固定在阀杆（13）下端，阀瓣（12）位于阀座（11）下侧，平衡膜片（15）安装在阀杆套（14）上侧，所述驱动组件（2）包括上膜壳（21）和下膜壳（22）、膜片（23）和托盘（24），所述膜片（23）固定在上膜壳（21）和下膜壳（22）之间，所述托盘（24）设置于膜片（23）上，所述下膜壳（22）固定在主阀体（1）上端，所述阀杆（13）上端由下至上穿过阀座（11）、阀杆套（14）、平衡膜片（15）、下膜壳（22）和膜片（23）固定连接在托盘（24）上，所述托盘（24）上端安装有调压弹簧（25），所述调压弹簧（25）位于上膜壳（21）的腔体内，所述调压弹簧（25）上端固定有弹簧座（26），所述上膜壳（21）上端旋装有调节螺栓（27），所述调节螺栓（27）下端穿过上膜壳（21）顶在弹簧座（26）上，其特征在于：所述托盘（24）外周壁与上膜壳（21）下半部内周壁组成截面为倒“八”字形的环形安装腔，所述膜片（23）在环形安装腔内向上形成截面为Ω形的环形凸起，所述下膜壳（22）上连接有信号管（3），所述信号管（3）用于与主阀体（1）出口端连接的管道连通，所述托盘（24）为上小下大的外锥体，托盘（24）的底面与其外侧壁通过圆弧平滑过渡，所述上膜壳（21）下半部内腔为上大下小的内锥腔，上膜壳（21）的底面与其下半部内侧壁通过圆弧平滑过渡，所述托盘（24）外侧壁的母线与轴线的夹角为15°～45°。

2.根据权利要求1所述的一种补偿弹簧效应的直接作用式调压器，其特征在于，所述上膜壳（21）内锥腔的母线与轴线的夹角与托盘（24）外侧壁的母线与轴线的夹角相同。