加壓供氧面罩大流量呼氣活門的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種加壓供氧面罩大流量呼氣活門，包括呼氣活門座、活門刀口和活門板，所述呼氣活門座內設有面罩腔、排氣腔和余壓腔，所述中心座底部還設有補償膜片，所述補償膜片緊貼在所述余壓腔的內壁上，所述余壓腔內還設有壓板，所述補償膜片的下端固定在所述壓板上，所述呼氣活門座內還設有對抗壓通道，所述對抗壓通道連接所述余壓腔和吸氣活門。本實用新型取消了單獨增壓管路，呼氣活門的補償膜片壓力是在面罩腔內從吸氣活門下引出，即將吸氣腔的壓力引入補償膜片產生對抗壓，保證加壓呼吸，簡化了面罩結構、減輕面罩重量，減小了呼氣活門總高度，改善了下視野，并且降低面罩在高過載時的扭矩，提高過載加壓的氣密性。
【專利說明】加壓供氧面罩大流量呼氣活門
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及供氧面罩，更具體地說，涉及一種加壓供氧面罩大流量呼氣活門?！颈尘凹夹g】
[0002]為了滿足飛行員的供氧需求，現有的加壓供氧面罩中的呼氣活門有兩種完全不同工作狀態(tài):1)正常供氧狀態(tài):在18km以下高度氣密性座艙及12km以下非氣密性座艙飛行時，保證飛行員正常供氧；2)應急供氧狀態(tài):在12km~18km非氣密座艙或爆炸減壓時，在面罩內建立相應壓力，保證對飛行員持續(xù)一段時間的加壓供氧。
[0003]呼氣活門是每開合一次，面罩腔就與外界通斷一次。呼氣活門在使用當中與飛行員呼吸同步工作，每呼吸一次呼氣活門就工作循環(huán)一次，因此它的工作狀態(tài)直接關系到整個面罩供氧功能實現與否。
[0004]現有呼氣活門的高度尺寸偏大這樣使得呼氣活門安裝在面罩上凸出面罩過高，使得其整個面罩重心遠離頭部重心，面罩在高過載時的扭矩過大，易導致過載穩(wěn)定性變差?，F有呼氣活門采用單獨的增壓管路引氣到呼氣活門下腔形成對抗壓，導致整個面罩重量偏大，影響面罩佩戴的舒適性?，F有呼氣活門呼氣阻力偏大，導致飛行員長時間佩戴面罩飛行，易產生呼吸疲勞，影響面罩佩戴舒適性。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型要解決的技術問題在于，提供一種體積小、重量輕的加壓供氧面罩大流量呼氣活門。
[0006]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種加壓供氧面罩大流量呼氣活門，包括呼氣活門座、活門刀口和活門板，所述呼氣活門座內設有面罩腔、排氣腔和余壓腔，所述呼氣活門座上設 有中心座，所述中心座頂部與所述活門板之間設有第一彈簧，所述中心座底部與所述呼氣活門座之間設有第二彈簧，所述中心座底部還設有補償膜片，所述補償膜片緊貼在所述余壓腔的內壁上，所述余壓腔內還設有壓板，所述補償膜片的下端固定在所述壓板上，所述呼氣活門座內還設有對抗壓通道，所述對抗壓通道連接所述余壓腔和吸氣活門。
[0007]上述方案中，當呼氣活門處于正常供氧時的平衡狀態(tài)時，存在以下平衡:
[0008]F^kiX^Pp+niig
[0009]F^^x^Pp+niig+myg+m^+Ff
[0010]其中，F1, F2分別為第一彈簧和第二彈簧的彈力，Pp為預壓縮力，Hi1為活門板的質量，mkl為彈簧第一彈簧的質量，m2為中心座的質量，Ff為補償膜片的阻力，kp k2分別為第一彈簧和第二彈簧的剛度，X1^X2分別為第一彈簧和第二彈簧的壓縮距離。
[0011]上述方案中，當呼氣活門處于加壓供氧時的平衡狀態(tài)時，存在以下平衡:
[0012]Ii2XjP1=P1^m1 g+mklg+m2g+Ff+Ii1XjP2 [0013]P2=P* Ji d2/4[0014]P1=P* Ji * (d^+dA+dJ)/12
[0015]其中，Pp為預壓縮力，Hi1為活門板的質量，mkl為第一彈簧的質量，m2為中心座的質量，Ff為補償膜片的阻力，k1、k2分別為第一彈簧和第二彈簧的剛度，X1^X2分別為第一彈簧和第二彈簧的壓縮距離，P1為通過補償膜片作用于中心座上的軸向力，P2為作用于活門板的軸向力，P為加壓供氧時的壓強，d為活門刀口直徑，Cl1為補償膜片硬中心直徑，d2為補償
膜片工作直徑。
[0016]上述方案中，所述第一彈簧的剛度為0.016-0.024N/m,質量為2.4-3.6g,所述第二彈簧的剛度為0.024-0.036N/m，質量為6.4-9.6g。
[0017]上述方案中，所述補償膜片的厚度為0.1-0.3mm。
[0018]上述方案中，所述活門刀口直徑d=15-21mm所述補償膜片硬中心直徑補償膜片工作直徑d2=6-10mm。
[0019]上述方案中，所述對抗壓通道的出口處設有轉接頭，所述轉接頭通過過盈配合壓接在所述呼氣活門座上。
[0020]上述方案中，所述壓板通過穿過所述呼氣活門座的沉頭螺釘固定。
[0021]上述方案中，所述第二彈簧包括錐形彈簧和圓柱彈簧，所述錐形彈簧與所述中心座連接，所述圓柱彈簧與所述呼氣活門座連接。
[0022]上述方案中 ，所述呼氣活門座內還設有堵住工藝孔的鋼球，所述鋼球與所述工藝孔過盈配合。
[0023]實施本實用新型的加壓供氧面罩大流量呼氣活門，具有以下有益效果:
[0024]本實用新型取消了單獨增壓管路，呼氣活門的補償膜片壓力是在面罩腔內從吸氣活門下引出，即將吸氣腔的壓力引入補償膜片產生對抗壓，保證加壓呼吸，簡化了面罩結構、減輕面罩重量，減小了呼氣活門總高度，改善了下視野，并且降低面罩在高過載時的扭矩，提高過載加壓的氣密性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:
[0026]圖1是本實用新型加壓供氧面罩大流量呼氣活門的結構示意圖；
[0027]圖2是呼氣活門正常供氧時平衡狀態(tài)受力簡化圖；
[0028]圖3是呼氣活門加壓供氧時平衡狀態(tài)受力簡化圖。
【具體實施方式】
[0029]為了對本實用新型的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本實用新型的【具體實施方式】。
[0030]如圖1所示，本實用新型加壓供氧面罩大流量呼氣活門包括呼氣活門座1、活門刀口 6和活門板5。呼氣活門座I內設有面罩腔12、排氣腔13和余壓腔14，呼氣時，活門板5打開，氣體從排氣腔13排出。呼氣活門座I上設有中心座4，中心座4頂部與活門板5之間設有第一彈簧9，中心座4底部與呼氣活門座I之間設有第二彈簧8。中心座4底部還設有補償膜片3，補償膜片3緊貼在余壓腔14的內壁上，余壓腔14內還設有壓板2，補償膜片3的下端固定在壓板2上，呼氣活門座I內還設有對抗壓通道，對抗壓通道連接余壓腔14和吸氣活門。呼氣活門的補償膜片3壓力是在面罩腔12內從吸氣活門下引出，即將吸氣腔的壓力引入補償膜片3產生對抗壓，保證加壓呼吸。
[0031]本實用新型呼氣活門存在以下兩個平衡態(tài)；
[0032]1、呼氣活門正常供氧時的平衡狀態(tài)；
[0033]呼氣活門在正常供氧時的受力平衡狀態(tài)，可簡化為彈簧受力原理簡圖，如圖2所示。為計算平衡狀態(tài)時，彈簧和膜片的受力情況，將活門板5、中心座4和補償膜片3都進行了簡化，由于補償膜片3在工作狀態(tài)主要是膜片發(fā)生材料變形，它的變形力可以近似的認為是一定值，因此將其簡化為一個阻力Ff，補償膜片3的阻力值可以通過實驗來取得。因此可近似得到活門在正常供氧時的受力平衡公式:
[0034]F^kiX^Pp+niig
[0035]F^^x^Pp+niig+myg+m^+Ff
[0036]其中，F1, F2分別為第一彈簧9和第二彈簧8的彈力，Pp為預壓縮力，Hi1為活門板5的質量，mkl為彈簧第一彈簧9的質量,m2為中心座4的質量,Ff為補償膜片3的阻力，
k2分別為第一彈簧9和第二彈簧8的剛度，χι、χ2分別為第一彈簧9和第二彈簧8的壓縮距離，k為第一彈簧9和第二彈簧8的總剛度。
[0037]由于第一彈簧9和第二彈簧8采用串聯結構，因此其總剛度為:
[0038]k=k1k2/ (k!+k2)
[0039]為防止在余壓腔14內出現負壓時，出現中心座4下移而導致的活門板5打開的情況，需要在活門平衡狀態(tài)時，第一彈簧9的壓縮距離大于H，以保證中心座4下移到最低位置時，第一彈簧9伸長后仍能使活門板5貼住活門座，保證氣密防止外界空氣進入面罩腔12內。
[0040]由以上公式可知，如需降低呼氣活門阻力，可以通過增大活門有效流通面積實現，而增大有效流通面積，可通過增大活門刀口 6直徑和活門的開啟度來實現，還可以在保證呼氣活門氣密性的前提下，盡可能降低彈簧和補償膜片3的預壓縮力Pp以及彈簧的總剛度，而降低彈簧總剛度可以通過降低活門板5、中心座4以及第一彈簧9的重量以及補償膜片3的阻力實現，而降低膜片的阻力可以采用減薄膜片厚度和降低膜片硬度等方法來實現。
[0041]根據上述原貝U，本實用新型第一彈簧9的剛度為0.016-0.024N/m，質量為
2.4-3.6g，第二彈簧8的剛度為0.024-0.036N/m,質量為6.4-9.6g，補償膜片3的厚度為
0.1-ο.3mm。在優(yōu)選實施例中，第一彈簧9的剛度為0.02N/m，質量為3g，第二彈簧8的剛度為0.03N/m，質量為8g，補償膜片3的厚度為0.2mm。
[0042]2、呼氣活門加壓供氧時的平衡狀態(tài):
[0043]呼氣活門在加壓供氧時的受力平衡狀態(tài)，可簡化為彈簧受力原理簡圖，如圖3所示。為計算平衡狀態(tài)時，彈簧和膜片的受力情況，將活門板5、中心座4和補償膜片3都采用同樣的方法進行了簡化，因此可近似得到活門在加壓供氧時的受力平衡公式:
[0044]k2x2+P1=Pp+m1g+mkl g+m2 g+Ff+Ii1 x!+P2
[0045]P2=P* Ji d2/4
[0046]其中，Pp為預壓縮力，Hi1為活門板5的質量，mkl為第一彈簧9的質量，m2為中心座4的質量，Ff為補償膜片3的阻力，kp k2分別為第一彈簧9和第二彈簧8的剛度，X1, X2分別為第一彈簧9和第二彈簧8的壓縮距離，P2為作用于活門板5的軸向力，P為加壓供氧時的壓強，d為活門刀口 6直徑，Cl1為補償膜片3硬中心直徑，d2為補償膜片3工作直徑。
[0047]由于膜片是通過壓力使膜片產生膨脹變形而傳遞力的，因為壓力在通過膜片傳遞集中力時必然會產生一定的力損失，因此作用在膜片上的壓力轉化為集中力的比例稱為膜片的有效面積。中心傳力的膜片有效面積公式如下:
[0048]F= * ((!/+(I1 (Ifd12) /12
[0049]其中F為膜片有效面積，Cl1為補償膜片3硬中心直徑，d2為補償膜片3工作直徑。
[0050]通過補償膜片3作用于中心座4上的軸向力P1=P*F=P* π * ((!/+(I1C^d12) /12。
[0051]由以上公式，可計算出膜片關鍵參數即膜片工作直徑和硬中心直徑(即中心座4直徑)之間的關系，并且可知在加壓供氧條件下，通過膜片作用于中心座4上的軸向力值的大小。通過以上公式可知補償膜片3的設計關鍵參數。
[0052]本實施例中補償膜片3硬中心直徑補償膜片3工作直徑d2=6_10mm,活門刀口 6 直徑 d=15_21mm,優(yōu)選的 Cl1=IOmm, d2=8mm, d=18mm。
[0053]按照上述公式和選定的部件參數可以使呼氣活門高度由原高度38mm降低到19mm，安裝后凸出面罩高度由28mm降低到7mm，這樣使得活門重心盡量靠近臉部。這可以使面罩的重心靠近頭部重心，降低面罩在高過載時的扭矩，提高過載加壓的氣密性。由于氧氣系統(tǒng)取消單獨增壓管路，呼氣活門的補償膜片3壓力是在面罩腔12內從吸氣活門下引出，即將吸氣腔的壓力引入補償膜片3產生對抗壓，保證加壓呼吸，這種設計能簡化面罩結構、減輕面罩重量。對呼氣活門進行優(yōu)化設計使得呼氣阻力在60L/min下的阻力由0.32KPa降低到0.15KPa左右。
[0054]進一步的，對抗壓通道的出口處設有轉接頭7，轉接頭7通過過盈配合壓接在呼氣活門座I上。轉接頭7用于與吸氣活門的吸氣腔連接。呼氣活門座I內還設有堵住工藝孔的鋼球10，鋼球10與工藝孔過盈`配合。
[0055]進一步的，壓板2通過穿過呼氣活門座I的沉頭螺釘11固定，活門刀口 6與呼氣活門座I通過螺紋連接。
[0056]進一步的，第二彈簧8包括錐形彈簧和圓柱彈簧，錐形彈簧與中心座4連接，圓柱彈簧與呼氣活門座I連接。錐形彈簧定位于中心座4的外側，圓柱彈簧定位于壓板2內側?；铋T板5打開時，圓柱彈簧先發(fā)生形變，活門板5關閉時，錐形彈簧先發(fā)生形變，錐形彈簧的剛度大于圓柱彈簧的剛度，因此可以實現活門板5的快速打開和快速關閉。
[0057]上面結合附圖對本實用新型的實施例進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本實用新型的保護之內。
【權利要求】
1.一種加壓供氧面罩大流量呼氣活門，包括呼氣活門座、活門刀口和活門板，所述呼氣活門座內設有面罩腔、排氣腔和余壓腔，其特征在于，所述呼氣活門座上設有中心座，所述中心座頂部與所述活門板之間設有第一彈簧，所述中心座底部與所述呼氣活門座之間設有第二彈簧，所述中心座底部還設有補償膜片，所述補償膜片緊貼在所述余壓腔的內壁上，所述余壓腔內還設有壓板，所述補償膜片的下端固定在所述壓板上，所述呼氣活門座內還設有對抗壓通道，所述對抗壓通道連接所述余壓腔和吸氣活門。
2.根據權利要求1所述的加壓供氧面罩大流量呼氣活門，其特征在于，當呼氣活門處于正常供氧時的平衡狀態(tài)時，存在以下平衡:
F1=Ii1X1=Pr^mlg F^k^^Pp+mig+mug+m^+Ff 其中，F1J2分別為第一彈簧和第二彈簧的彈力，Pp為預壓縮力，Hi1為活門板的質量，mkl為彈簧第一彈簧的質量，m2為中心座的質量，Ff為補償膜片的阻力，kp k2分別為第一彈簧和第二彈簧的剛度，X1^X2分別為第一彈簧和第二彈簧的壓縮距離。
3.根據權利要求2所述的加壓供氧面罩大流量呼氣活門，其特征在于，當呼氣活門處于加壓供氧時的平衡狀態(tài)時，存在以下平衡:
Ii2XfP1 =PJm1 g+mkl g+m2 g+Ff+Ii1 X! +P2
P2=P* τι d2/4
P1=P* Ji * 其中，Pp為預壓縮力，In1為活門板的質量，mkl為第一彈簧的質量，m2為中心座的質量，Ff為補償膜片的阻力，Vk2分別為第一彈簧和第二彈簧的剛度，χι、χ2分別為第一彈簧和第二彈簧的壓縮距離，P1為通過補償膜片作用于中心座上的軸向力，P2為作用于活門板的軸向力，P為加壓供氧時的壓強，d為活門刀口直徑，Cl1為補償膜片硬中心直徑，d2為補償膜片工作直徑。
4.根據權利要求3所述的加壓供氧面罩大流量呼氣活門，其特征在于，所述第一彈簧的剛度為0.016-0.024N/m，質量為2.4-3.6g，所述第二彈簧的剛度為0.024-0.036N/m，質量為 6.4-9.6g。
5.根據權利要求3所述的加壓供氧面罩大流量呼氣活門，其特征在于，所述補償膜片的厚度為0.1-0.3mm。
6.根據權利要求3所述的加壓供氧面罩大流量呼氣活門，其特征在于，所述活門刀口直徑d=15-21mm所述補償膜片硬中心直徑補償膜片工作直徑d2=6_10mm。
7.根據權利要求1所述的加壓供氧面罩大流量呼氣活門，其特征在于，所述對抗壓通道的出口處設有轉接頭，所述轉接頭通過過盈配合壓接在所述呼氣活門座上。
8.根據權利要求1所述的加壓供氧面罩大流量呼氣活門，其特征在于，所述壓板通過穿過所述呼氣活門座的沉頭螺釘固定。
9.根據權利要求1所述的加壓供氧面罩大流量呼氣活門，其特征在于，所述第二彈簧包括錐形彈簧和圓柱彈簧，所述錐形彈簧與所述中心座連接，所述圓柱彈簧與所述呼氣活門座連接。
10.根據權利要求1所述的加壓供氧面罩大流量呼氣活門，其特征在于，所述呼氣活門座內還設有堵住工藝孔的鋼球，所述鋼球與所述工藝孔過盈配合。
【文檔編號】A62B18/10GK203591538SQ201320777476
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權日:2013年11月29日
【發(fā)明者】曹建博, 彭華, 李珩, 亢新梅 申請人:航宇救生裝備有限公司