本發(fā)明屬于流體機(jī)械研究領(lǐng)域,具體涉及一種多元?dú)怏w配比混合裝置。根據(jù)生產(chǎn)的需要,按比例連續(xù)混合多元?dú)怏w,滿足焊接、電子、燃?xì)?、照明、表面處理、醫(yī)療和冶煉等行業(yè)的特殊需求。
背景技術(shù):
隨著科技的發(fā)展,焊接、電子、照明、醫(yī)療、表面處理和冶煉等行業(yè)對保護(hù)氣的要求,已由過去的單一氣體,改變?yōu)槭褂冒凑詹煌壤浔鹊亩嘣旌蠚怏w,可以達(dá)到更好的效果。比如氣體保護(hù)焊,二元混合氣Ar+75%He廣泛用于厚度25mm以上鋁的平位置自動(dòng)焊、Ar+(5%~10%)CO2+(1%~3%)O2混合氣體用于焊接各種厚度的碳鋼、低合金鋼、不銹鋼;混合氣(11%)C2H4O+(53%)CCl3F+(36%)CCl2F2廣泛用于醫(yī)療行業(yè),進(jìn)行消毒殺菌;混合氣Ar+(0.1~1.0%)CH3Br+(5~80%)Kr用于照明器件,等。
混合保護(hù)氣體是由2種及以上氣體按規(guī)定比例混合而成,氣體混合配比是由配氣系統(tǒng)來完成的。配氣方法一般分為靜態(tài)配氣法和動(dòng)態(tài)配氣法。靜態(tài)配氣法是把一定量的原料氣體加入已知容積的容器中,再?zèng)_入稀釋氣體,混勻制得。這種配氣法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、操作容易,但因有些氣體化學(xué)性質(zhì)較活潑,長時(shí)間與容器壁接觸可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng),所以這種方法適用于活潑性較差且用量不大的標(biāo)準(zhǔn)氣體的配置。
標(biāo)準(zhǔn)氣體通常是由供氣商依照靜態(tài)配氣法提供按規(guī)定比例混合好的瓶裝氣體,由于瓶裝氣體不能滿足連續(xù)、大量用氣的需求,混合比例也不能現(xiàn)場調(diào)節(jié),加之瓶裝氣體有一定的有效期,這就給使用帶來了諸多不便。
因而動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)得到了更為廣泛的應(yīng)用。動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)配制氣體速度快,配氣比例可以連續(xù)調(diào)節(jié),氣量可以隨需要而定。目前動(dòng)態(tài)配氣系統(tǒng)分為自動(dòng)調(diào)節(jié)和手動(dòng)調(diào)節(jié)配比系統(tǒng)。
手動(dòng)調(diào)節(jié)配比系統(tǒng),輸入氣體通過減壓穩(wěn)壓閥,到達(dá)調(diào)節(jié)比例閥,手動(dòng)調(diào)節(jié)混配比例,該系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)壓力和溫度補(bǔ)償,精度較低,但價(jià)格便宜,主要用于二元?dú)怏w的配比。
自動(dòng)調(diào)節(jié)配比系統(tǒng)一般采用各個(gè)氣體單路輸入應(yīng)用,電腦、PLC或單片機(jī)控制,采用流量計(jì)和節(jié)流閥,或者采用流量控制器,或者采用成分分析儀反饋控制節(jié)流閥,能夠?qū)崿F(xiàn)壓力和溫度補(bǔ)償,精度較高,比例準(zhǔn)確,但配比混合分開,用閥較多,價(jià)格昂貴,主要用于多元?dú)怏w配比。
美國專利US5095950A主要是采用一個(gè)活塞式滑閥,控制流量和流體配比?;y在腔內(nèi)沿軸線移動(dòng),改變流量的大小。旋轉(zhuǎn)活塞滑閥可改變流體的配比。但只能對兩元流體進(jìn)行配比混合。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種多元?dú)怏w配比混合裝置,可同時(shí)實(shí)現(xiàn)三元和二元?dú)怏w配比的裝置,可實(shí)現(xiàn)配比和混合在一個(gè)裝置內(nèi)完成,配比比例連續(xù)可調(diào),可手動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié),出口流量范圍寬;滿足焊接、電子、燃?xì)?、照明、表面處理、醫(yī)療和冶煉等行業(yè)混合氣體的特殊需求。
本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種多元流體配比混合裝置,包括筒狀閥體、平衡氣調(diào)整軸和稀釋氣調(diào)整軸;
在所述閥體的筒壁上周向120°均布設(shè)有閥體輸入氣孔A、平衡氣閥體輸入氣孔和閥體輸入氣孔B;
所述閥體內(nèi)置兩個(gè)半圓環(huán)狀閥芯包括稀釋氣閥芯和平衡氣閥芯;所述稀釋氣閥芯上設(shè)有閥芯輸入氣孔A和閥芯輸入氣孔B,所述平衡氣閥芯上設(shè)有平衡氣閥芯輸入氣孔;
所述閥體的端蓋上有兩個(gè)導(dǎo)向環(huán)槽包括稀釋氣閥芯滑槽和平衡氣閥芯滑槽,所述稀釋氣閥芯可滑動(dòng)的安裝在釋氣閥芯滑槽內(nèi),所述平衡氣閥芯可滑動(dòng)的安裝在平衡氣閥芯滑槽內(nèi),稀釋氣閥芯和平衡氣閥芯可繞閥體的中心線轉(zhuǎn)動(dòng);調(diào)節(jié)稀釋氣閥芯和平衡氣閥芯的位置,能改變閥芯輸入氣孔與閥體輸入氣孔重疊面積,改變流體的流量;
所述平衡氣調(diào)整軸和稀釋氣調(diào)整軸的一端通過軸端蓋從閥體的上端垂直伸入其內(nèi)部;所述平衡氣閥芯和平衡氣調(diào)整軸相連,平衡氣調(diào)整軸與平衡氣調(diào)整蝸輪和平衡氣調(diào)整蝸桿聯(lián)接;所述稀釋氣閥芯和稀釋氣調(diào)整軸相連,稀釋氣調(diào)整軸與稀釋氣調(diào)整蝸輪和稀釋氣調(diào)整蝸桿聯(lián)接;
所述閥體底部設(shè)有輸出氣端蓋,所述輸出氣端蓋上設(shè)有端蓋輸出氣孔,端蓋輸出氣孔的孔心與平衡氣調(diào)整軸在同一軸線上。
上述方案中,所述閥體和兩個(gè)圓環(huán)狀閥芯稀釋氣閥芯和平衡氣閥芯的內(nèi)表面貼合,稀釋氣閥芯和平衡氣閥芯的曲率半徑相同。
上述方案中,所述平衡氣閥體輸入氣孔的孔直徑為D1,所述閥體輸入氣孔A和閥體輸入氣孔B的孔直徑均為D2,D1為1~1.5倍D2。
上述方案中,所述閥芯輸入氣孔A和閥芯輸入氣孔B的孔直徑均為D2,間距角度為2π/3-D2/閥體內(nèi)圓半徑;所述平衡氣閥芯輸入氣孔的孔直徑為D1,D1為1~1.5倍D2。
上述方案中,所述閥芯輸入氣孔A與閥體輸入氣孔A的位置相對,所述閥芯輸入氣孔B與閥體輸入氣孔B的位置相對;
所述平衡氣閥芯輸入氣孔與平衡氣閥體輸入氣孔的位置相對;
所述閥芯輸入氣孔A、閥體輸入氣孔A、所述閥芯輸入氣孔B、平衡氣閥芯輸入氣孔、平衡氣閥體輸入氣孔和閥體輸入氣孔B的孔中心位置位于同一個(gè)垂直于閥體中心線的剖面上。
上述方案中,所述平衡氣閥芯的行程為1.2~1.5D1,所述稀釋氣閥芯行程為1.2~1.5D2。
上述方案中,所述平衡氣調(diào)整蝸桿和稀釋氣調(diào)整蝸桿通過聯(lián)軸器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連,所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器與PLC或電腦連接;
PLC輸出信號給驅(qū)動(dòng)電機(jī),分別帶動(dòng)平衡氣調(diào)整蝸桿和稀釋氣調(diào)整蝸桿;平衡氣調(diào)整蝸桿通過平衡氣調(diào)整蝸輪帶動(dòng)平衡氣調(diào)整軸旋轉(zhuǎn)平衡氣閥芯在平衡氣閥芯滑槽內(nèi)滑動(dòng);
稀釋氣調(diào)整蝸桿通過稀釋氣調(diào)整蝸輪帶動(dòng)稀釋氣調(diào)整軸旋轉(zhuǎn)稀釋氣閥芯在稀釋氣閥芯滑槽內(nèi)滑動(dòng)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:
1.本發(fā)明可同時(shí)實(shí)現(xiàn)二元和三元?dú)怏w的配比。閥體的三個(gè)輸入氣孔,分別外接單向閥,只要一路無輸入,即可實(shí)現(xiàn)二元?dú)怏w的配比;三路全部輸入,可實(shí)現(xiàn)三元?dú)怏w的配比。
2.本發(fā)明流量范圍寬。一般來講,平衡氣占混合氣比例最高,約50%~70%,稀釋氣約50%~30%,本發(fā)明采用了輸入氣孔直徑差異式設(shè)計(jì),平衡氣閥芯輸入氣孔的直徑為閥芯輸入氣孔A和閥芯輸入氣孔B的1~1.5倍,相應(yīng)流量為1~2.25倍。從而即可保證比例,又可實(shí)現(xiàn)混合氣的大流量。
3.本發(fā)明可外接手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)。平衡氣閥芯和平衡氣調(diào)整軸相連,稀釋氣閥芯和稀釋氣調(diào)整軸相連,平衡氣調(diào)整軸與平衡氣調(diào)整蝸輪和平衡氣調(diào)整蝸桿聯(lián)接,稀釋氣調(diào)整軸與稀釋氣調(diào)整蝸輪和稀釋氣調(diào)整蝸桿聯(lián)接。根據(jù)現(xiàn)場條件,可以手動(dòng)旋轉(zhuǎn)平衡氣調(diào)整蝸桿、稀釋氣調(diào)整蝸桿,即可連續(xù)調(diào)節(jié)配比比例。并且蝸輪蝸桿自鎖,能夠不受高壓氣流的影響,保持蝸輪和閥芯位置固定不動(dòng),從而保證配比比例。蝸輪蝸桿傳動(dòng)比大,從而可實(shí)現(xiàn)閥芯的微量進(jìn)給,使得配比精度較高。蝸桿也以通過聯(lián)軸器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連,從而系統(tǒng)可采用計(jì)算機(jī)、PLC或單片機(jī)控制,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié),并可在輸入管路中,加入壓力傳感器和溫度傳感器,實(shí)現(xiàn)壓力和溫度補(bǔ)償,配比精度更高。
4.本發(fā)明配比和混合同步完成。輸入氣體經(jīng)閥體和閥芯孔配比比例后,三路氣流,基本上沿120°方向,射入閥腔,在閥腔中心碰撞,混合均勻。配比和混合都在同一裝置內(nèi)部完成,簡化結(jié)構(gòu)。
5.本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊,可簡化配氣系統(tǒng),代替多個(gè)流量計(jì)和比例閥或者流量控制器,減少部件數(shù)量,簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),降低成本。
附圖說明
圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的多元流體配比混合原理圖;
圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式的多元流體配比混合裝置結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是本發(fā)明一實(shí)施方式的三元?dú)怏w保護(hù)焊應(yīng)用原理圖。
1-稀釋氣閥芯;2-閥芯輸入氣孔A;3-閥體輸入氣孔A;4-稀釋氣閥芯滑槽;5-平衡氣閥芯;6-平衡氣閥芯輸入氣孔;7-平衡氣閥體輸入氣孔;8-平衡氣閥芯滑槽;9-閥芯輸入氣孔B;10-閥體輸入氣孔B;11-閥體;12-平衡氣軸;13-平衡氣調(diào)整蝸桿;14-稀釋氣調(diào)整蝸輪;15-螺栓;16-軸端蓋;17-平衡氣調(diào)整蝸輪;18-稀釋氣調(diào)整蝸桿;19-稀釋氣軸;20-輸出氣端蓋;21-螺栓;22-端蓋輸出氣孔;23-輸入氣管;24-入口球閥;25-過濾器;26-減壓穩(wěn)壓閥;27-溫度傳感器;28-壓力傳感器;29-單向閥;30-聯(lián)軸器;31-驅(qū)動(dòng)電機(jī);32-多元流體配比混合裝置;33-輸出氣管。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
圖1和2所示為本發(fā)明所述多元流體配比混合裝置的一種實(shí)施方式,所述多元流體配比混合裝置,包括筒狀閥體11、平衡氣調(diào)整軸12和稀釋氣調(diào)整軸19。
在所述閥體11的筒壁上周向120°均布設(shè)有閥體輸入氣孔A3、平衡氣閥體輸入氣孔7和閥體輸入氣孔B10。
所述閥體11內(nèi)置兩個(gè)半圓環(huán)狀閥芯包括稀釋氣閥芯1和平衡氣閥芯5;所述稀釋氣閥芯1上設(shè)有閥芯輸入氣孔A2和閥芯輸入氣孔B9,所述平衡氣閥芯5上設(shè)有平衡氣閥芯輸入氣孔6。
所述閥體11的端蓋上有兩個(gè)導(dǎo)向環(huán)槽包括稀釋氣閥芯滑槽4和平衡氣閥芯滑槽8,所述稀釋氣閥芯1可滑動(dòng)的安裝在釋氣閥芯滑槽4內(nèi),所述平衡氣閥芯5可滑動(dòng)的安裝在平衡氣閥芯滑槽8內(nèi),稀釋氣閥芯1和平衡氣閥芯5可繞閥體11的中心線轉(zhuǎn)動(dòng);調(diào)節(jié)稀釋氣閥芯1和平衡氣閥芯5的位置,能改變閥芯輸入氣孔與閥體輸入氣孔重疊面積,改變流體的流量。
所述平衡氣調(diào)整軸12和稀釋氣調(diào)整軸19的一端通過軸端蓋16從閥體11的上端垂直伸入其內(nèi)部;所述平衡氣閥芯5和平衡氣調(diào)整軸12相連,平衡氣調(diào)整軸12與平衡氣調(diào)整蝸輪17和平衡氣調(diào)整蝸桿13聯(lián)接;所述稀釋氣閥芯1和稀釋氣調(diào)整軸19相連,稀釋氣調(diào)整軸19與稀釋氣調(diào)整蝸輪14和稀釋氣調(diào)整蝸桿18聯(lián)接。
所述閥體11底部設(shè)有輸出氣端蓋20,所述輸出氣端蓋20上設(shè)有端蓋輸出氣孔22,端蓋輸出氣孔22的孔心與平衡氣調(diào)整軸12在同一軸線上。
所述閥體11和兩個(gè)圓環(huán)狀閥芯稀釋氣閥芯1和平衡氣閥芯5的內(nèi)表面貼合,稀釋氣閥芯1和平衡氣閥芯5的曲率半徑相同。
所述平衡氣閥體輸入氣孔7的孔直徑為D1,所述閥體輸入氣孔A3和閥體輸入氣孔B10的孔直徑均為D2,D1為1~1.5倍D2。
所述閥芯輸入氣孔A2和閥芯輸入氣孔B9的孔直徑均為D2,間距為2π/3-D2/閥體內(nèi)圓半徑;所述平衡氣閥芯輸入氣孔6的孔直徑為D1,D1為1~1.5倍D2。
所述閥芯輸入氣孔A2與閥體輸入氣孔A3的位置相對,所述閥芯輸入氣孔B9與閥體輸入氣孔B10的位置相對;
所述平衡氣閥芯輸入氣孔6與平衡氣閥體輸入氣孔7的位置相對;
所述閥芯輸入氣孔A2、閥體輸入氣孔A3、所述閥芯輸入氣孔B9、平衡氣閥芯輸入氣孔6、平衡氣閥體輸入氣孔7和閥體輸入氣孔B10的孔中心位置位于同一個(gè)垂直于閥體11中心線的剖面上。
所述平衡氣閥芯5的行程為1.2~1.5D1,所述稀釋氣閥芯1行程為1.2~1.5D2。
本發(fā)明在所述閥體11的筒壁上周向120°勻布三個(gè)輸入氣孔包括閥體輸入氣孔A3、平衡氣閥體輸入氣孔7和閥體輸入氣孔B10,內(nèi)置兩個(gè)半圓環(huán)狀閥芯,包括稀釋氣閥芯1和平衡氣閥芯5,所述稀釋氣閥芯1上有兩個(gè)直徑為D2的閥芯輸入氣孔A2和閥芯輸入氣孔B9,平衡氣閥芯5上開有一個(gè)直徑為D1的平衡氣閥芯輸入氣孔6。其中,閥芯輸入氣孔A2、閥體輸入氣孔A3、閥芯輸入氣孔B9、閥體輸入氣孔B10的孔徑相同,均為D2,為占比例較低的稀釋氣輸入通道。平衡氣閥芯輸入氣孔6和平衡氣閥體輸入氣孔7的孔徑相同,均為D1,D1≥D2,為占比例較高的平衡氣輸入通道。通過調(diào)節(jié)稀釋氣閥芯1和平衡氣閥芯5的位置,可改變閥孔閥芯輸入氣孔A2、平衡氣閥芯輸入氣孔6和閥芯輸入氣孔B9與輸入氣孔閥體輸入氣孔A3、平衡氣閥體輸入氣孔7、閥體輸入氣孔B10的重疊面積,從而連續(xù)調(diào)整輸入氣體的流量,實(shí)現(xiàn)二元或三元?dú)怏w體積配比比例的要求。
本發(fā)明以氣體保護(hù)焊,三元?dú)怏w混合配比為實(shí)施例,三元?dú)怏w混合氣體保護(hù)焊氣路系統(tǒng)原理如圖3所示。
本實(shí)施例的相關(guān)功能參數(shù)的具體如下:
由圖3、圖2和圖1,三路輸入Ar(平衡氣,55m3/h標(biāo)況),CO2(稀釋氣,30m3/h標(biāo)況),He(稀釋氣,15m3/h標(biāo)況),分別單路由儲氣鋼瓶到輸入氣管23,依次經(jīng)由球閥24、過濾器25、減壓穩(wěn)壓閥26、溫度傳感器27、壓力傳感器28、單向閥29,周向120°連接到多元流體配比混合裝置32的輸入氣口閥體輸入氣孔A3、平衡氣閥體輸入氣孔7和閥體輸入氣孔B10。其中Ar(平衡氣)接平衡氣閥體輸入氣孔7,He(稀釋氣)和CO2(稀釋氣)分別接輸入氣口閥體輸入氣孔A3和閥體輸入氣孔B10,也可對調(diào)。在其中配比混合均與后,由端蓋輸出氣孔22到出氣管33輸出混合氣。
系統(tǒng)在輸入氣管23處,輸入氣壓0.7~1Mpa,然后經(jīng)過減壓穩(wěn)壓閥26后氣壓降低為0.35~0.4Mpa,保證三路氣體氣壓接近一致,同時(shí)保持氣壓的穩(wěn)定。
系統(tǒng)可采用PLC控制,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。按照標(biāo)況下所配比的比例Ar:CO2:He=11:6:3,根據(jù)三路輸入氣體工況的壓力和溫度,進(jìn)行換算,從而確定閥芯輸入氣孔開口面積。假設(shè)三路氣體開口面積比Ar:CO2:He=11.1:5.9:3.1。PLC輸出信號給驅(qū)動(dòng)電機(jī)31,分別帶動(dòng)平衡氣調(diào)整蝸桿13和稀釋氣調(diào)整蝸桿18;平衡氣調(diào)整蝸桿13通過平衡氣調(diào)整蝸輪17帶動(dòng)平衡氣調(diào)整軸12旋轉(zhuǎn)平衡氣閥芯5在平衡氣閥芯滑槽8內(nèi)滑動(dòng);稀釋氣調(diào)整蝸桿18通過稀釋氣調(diào)整蝸輪14帶動(dòng)稀釋氣調(diào)整軸19旋轉(zhuǎn)稀釋氣閥芯1在稀釋氣閥芯滑槽4內(nèi)滑動(dòng)。
稀釋氣閥芯1滑動(dòng),使得閥芯輸入氣孔B9開度為65.556%,閥芯輸入氣孔A2開度為34.444%,其比例為1.903。平衡氣閥芯5滑動(dòng),使得平衡氣閥芯輸入氣孔6開度為54.815%從而保證標(biāo)況下配比比例Ar:CO2:He=11:6:3。
三路氣體經(jīng)閥芯輸入氣孔A2、平衡氣閥芯輸入氣孔6、閥芯輸入氣孔B9,呈120°射入閥體,在中心碰撞,混合均勻,由端蓋輸出氣孔22到輸出氣管33輸出配比的均勻混合氣。
通過關(guān)閉一路輸入氣體入口球閥24,即可實(shí)現(xiàn)兩元?dú)怏w的配比混合。如果關(guān)閉平衡氣入口球閥,可實(shí)現(xiàn)二元混合氣體大流量輸出。如果關(guān)閉稀釋氣入口球閥,可實(shí)現(xiàn)二元混合氣體較小流量輸出。
實(shí)現(xiàn)三元?dú)怏w混合的作用過程為:
首先旋轉(zhuǎn)稀釋氣閥芯1,調(diào)整閥芯輸入氣孔A2和閥芯輸入氣孔B9與閥體輸入氣孔A3和閥體輸入氣孔B的重疊面積,一路氣體入口面積增大,另一路入口面積成比例減小,達(dá)到兩元稀釋氣體的比例要求。兩元稀釋氣體比例調(diào)整完畢之后,再調(diào)整平衡氣的比例。根據(jù)三元?dú)怏w比例要求,旋轉(zhuǎn)平衡氣閥芯5,調(diào)整平衡氣閥芯輸入氣孔6的入口面積,達(dá)到要求比例。實(shí)現(xiàn)三元?dú)怏w按比例混配。
實(shí)現(xiàn)二元?dú)怏w混合的作用過程為:
首先,旋轉(zhuǎn)平衡氣閥芯5,關(guān)閉平衡氣閥芯輸入氣孔6。然后旋轉(zhuǎn)稀釋氣閥芯1,連續(xù)調(diào)整閥芯輸入氣孔A2和閥芯輸入氣孔B9的開度,得到兩元?dú)怏w的任何比例;第二,稀釋氣一路不供氣,如閥芯輸入氣孔A2無輸入,旋轉(zhuǎn)平衡氣閥芯5和稀釋氣閥芯1,可改變平衡氣閥芯輸入氣孔6和閥芯輸入氣孔B9的開口比例,從而調(diào)整兩元?dú)怏w比例。
應(yīng)當(dāng)理解,雖然本說明書是按照各個(gè)實(shí)施例描述的,但并非每個(gè)實(shí)施例僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案,說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見,本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體,各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合,形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實(shí)施例的具體說明,它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍,凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施例或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。