本發(fā)明屬于氣體充氣閥技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓氣體充裝閥及其氣體致裂器。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中單向閥通常應(yīng)用在低壓充氣，高壓充氣通常是采用的是旋擰鎖氣閥鎖氣和充氣，存在充氣速度慢。也有美國進口的高壓充氣閥，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求高，價格昂貴，由于價格高應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。

如致裂裝置充裝過程要洗管（需要多道工序），需要人為旋擰螺桿進行鎖氣，即便采用公告號為cn205858345u公開的單向閥進行充入液態(tài)二氧化碳，由于需要灌裝至10-150mpa的壓強，充裝時密封圈經(jīng)常被沖掉或沖破；采用球閥芯密封處因工藝和光潔度要求極高，造成加工成本極高，導(dǎo)致生產(chǎn)次品率高達80%以上。高壓氣體充裝密封一直是氣體密封領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸，尤其是能低成本解決充裝密封。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的高壓氣體充裝閥及其氣體致裂器。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種高壓氣體充裝閥，包括充氣座體、通孔、閥腔、充氣嘴、充氣閥、擋環(huán)和第一密封圈，充氣座體上端部中間位置設(shè)有充氣嘴，充氣嘴下方設(shè)有通孔，通孔下方設(shè)有閥腔，閥腔下方設(shè)有擋環(huán)，閥腔內(nèi)設(shè)有充氣閥和第一密封圈；充氣閥的一端為充氣頂針，另一端為充氣閥芯；第一密封圈套在充氣頂針上，充氣孔從充氣頂針的頂部貫穿到底部與閥腔連通。

一種氣體致裂器，包括膨脹管，膨脹管一端密封，另一端設(shè)有充氣點火頭，密封端與充氣點火頭之間構(gòu)成儲能腔；其特征在于：所述充氣點火頭包括充氣座體、通孔、閥腔、點火腔、充氣嘴、充氣閥、絕緣層、電熱絲、擋環(huán)和第一密封圈，充氣座體上端部中間位置設(shè)有充氣嘴，充氣嘴下方設(shè)有通孔，通孔下方設(shè)有閥腔，閥腔下方設(shè)有點火腔，閥腔內(nèi)設(shè)有充氣閥和第一密封圈，點火腔內(nèi)設(shè)有擋環(huán)；充氣閥的一端為充氣頂針，另一端為充氣閥芯；充氣頂針上設(shè)有絕緣層，第一密封圈套在充氣頂針上，充氣孔從充氣頂針的頂部貫穿到底部與閥腔連通；充氣閥芯連接電熱絲一端，電熱絲另一端連接充氣座體或擋環(huán)，連接擋環(huán)時充氣座體與擋環(huán)電氣連接；所述充氣閥芯的直徑大于等于1.15倍充氣頂針的直徑。

優(yōu)選，所述充氣閥的一端為充氣頂針，另一端為導(dǎo)電針，中部為充氣閥芯時，導(dǎo)電針連接電熱絲一端，電熱絲另一端連接充氣座體或擋環(huán)。

優(yōu)選，所述點火腔內(nèi)壁上設(shè)有內(nèi)螺紋，擋環(huán)外壁上設(shè)有與內(nèi)螺紋匹配的外螺紋。優(yōu)選，所述充氣閥的材料強度大于等于儲能腔的儲氣壓力。優(yōu)選，所述充氣閥采用不銹鋼材質(zhì)。

一種級聯(lián)式氣體致裂器，其特征是：在所述密封端上設(shè)有級聯(lián)口，在級聯(lián)口上設(shè)置級聯(lián)頭。

優(yōu)選，所述級聯(lián)頭包括第三密封圈、級聯(lián)螺絲、正極接頭、負(fù)極接頭、正極導(dǎo)線和第一絕緣層，第三密封圈設(shè)置在級聯(lián)口底部，第三密封圈下方設(shè)有級聯(lián)螺絲，級聯(lián)螺絲中心部設(shè)有正極接頭和負(fù)極接頭，正極接頭和負(fù)極接頭之間設(shè)有第一絕緣層，負(fù)極接頭與級聯(lián)螺絲電氣連接，正極接頭連接正極導(dǎo)線一端，正極導(dǎo)線另一端連接導(dǎo)電針。

本發(fā)明所述的氣體致裂器，是在儲能腔內(nèi)充裝氧化劑和還原劑構(gòu)成氣體致裂器。

優(yōu)選，所述氧化劑和還原劑為二氧化碳和鎂或鋁或鈦或鉀任意一種混合。

更優(yōu)選，所述氧化劑超臨界氧和還原劑木屑、紙屑、棉絲廢紙、稻草、炭黑、草、碳粉或鋸木灰中的至少一種混合。

上述還原劑對超臨界氧有極強的吸附性，與超臨界氧反應(yīng)后，反應(yīng)物為二氧化碳、水汽和少量氧氣，具有無毒害氣體污染的效果，同時上述還原劑容易獲取，成本極低。

所述還原劑為纖維質(zhì)材料。纖維質(zhì)材料包括木屑、紙屑、棉絲。采用該類還原劑，燃燒后，反應(yīng)物為二氧化碳和水汽，具有無毒害氣體污染的效果。優(yōu)選，所述還原劑為還原性單質(zhì)。還原性單質(zhì)包括碳粉、鋁粉、鎂粉、鐵粉或硅粉。優(yōu)選，所述還原劑為動物毛質(zhì)。該種材料具有較強的吸附性。優(yōu)選，所述還原劑為糖類物質(zhì)。所述糖類物質(zhì)包括葡萄糖、蔗糖或淀粉。優(yōu)選，所述還原劑為醇類物質(zhì)。所述醇類物質(zhì)包括乙醇、丙醇或丁醇。優(yōu)選，所述還原劑為烴類物質(zhì)。所述烴類物質(zhì)包括甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、乙炔、或丙炔。優(yōu)選，所述儲能腔內(nèi)還填充有催化劑，所述催化劑為四氧化三鐵、三氧化二鐵、二氧化錳、氧化鉻、氧化銅、氧化鋅、氧化鎳、硫酸錳、硫酸鉻或活性碳的至少一種。優(yōu)選，所述儲能腔內(nèi)還填充有升溫劑，所述升溫劑為鋁粉或鎂粉中的一種或兩種混合。優(yōu)選，所述還原劑為粉末狀、顆粒狀、條絲狀或壓制成塊狀。

本發(fā)明所述氣體致裂器的生產(chǎn)和使用過程是：先將充氣點火頭通過流水線作業(yè)方式組裝好，然后將充氣點火頭旋進瓶頸剛性密封或通過密封圈密封，儲能腔內(nèi)充裝還原劑（如碳粉或炭黑）；在開采現(xiàn)場通過充氣槍頂開充氣閥，氧化劑（如超臨界氧）通過充氣孔充入到儲能腔內(nèi)，儲能腔內(nèi)的氧化劑（如超臨界氧）均勻吸附在還原劑（如碳粉或炭黑）上，充裝過程中電熱絲被氧化劑（如超臨界氧）和還原劑（如碳粉或炭黑）均勻附集，充氣頂針接電源正極，充氣座體或膨脹管外壁接電源負(fù)極，給電熱絲通電使儲能腔內(nèi)的反應(yīng)料瞬間膨脹沖破膨脹管做功。

現(xiàn)有技術(shù)氣體致裂器的做功原理是液態(tài)二氧化碳吸收點火器（活化器）釋放出來的熱量，使液態(tài)二氧化碳變成高壓膨脹氣體沖破膨脹管的約束致裂做功。

本發(fā)明氣體致裂器的做功原理是：氧化劑與還原劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生高壓膨脹氣體沖破膨脹管的約束致裂做功。

本發(fā)明采用的還原劑是粉末狀、顆粒狀或條絲狀固態(tài)，或是乙醇、葡萄糖等液態(tài)，均存在巨大的表面積和吸附作用，通過充入10-150mpa高壓氧化劑（超臨界氧），氧化劑（超臨界氧）均勻吸附在還原劑（碳粉或炭黑）上，吸附后的氧化劑（超臨界氧）與還原劑（碳粉或炭黑）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生高壓膨脹氣體。較現(xiàn)有技術(shù)中液態(tài)二氧化碳吸熱產(chǎn)生高壓膨脹氣體，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的高壓膨脹氣體比吸熱產(chǎn)生的高壓膨脹氣體膨脹力大至少一倍。

本發(fā)明充氣閥上有充氣頂針、充氣閥芯和導(dǎo)電針，通過在充氣閥上設(shè)置充氣孔，充氣頂針、充氣孔和密封圈的配合，實現(xiàn)了充氣、密封和導(dǎo)電的功能，實現(xiàn)充氣和點火的目的，充氣閥采用壓鑄或金屬粉末注射成形工藝技術(shù)燒結(jié)，簡化了充氣和點火兩種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)方式，故本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，直接降低了生產(chǎn)成本。同時采用超臨界氧和碳粉或炭黑比采用高氯酸鉀、高錳酸鉀和鋁粉的混合物成本低。

如充氣閥上沒有充氣孔，在充裝氧化劑時，氧化劑從通孔縫隙處和充氣閥與閥腔之間的縫隙處充入到儲能腔，充裝完成后儲能腔內(nèi)的高壓沖擊充氣閥和密封圈，高壓氣體從充氣閥與閥腔之間的縫隙通過后沖擊密封圈，致使密封圈被沖擊破損或者變形，導(dǎo)致密封圈與充氣閥不能有效密封；本申請通過在充氣閥上設(shè)置充氣孔，充裝完成后儲能腔內(nèi)的高壓從充氣閥與閥腔之間的縫隙沖擊到充氣孔位置，通過充氣孔的泄壓使密封圈的壓力減小，故密封圈不會被沖擊變形或沖破；因充氣閥芯的截面積大，儲能腔內(nèi)的高壓集中在充氣閥芯上，加上充氣孔的泄壓作用，松開充氣槍的瞬間密封圈被充氣閥芯壓住，實現(xiàn)密封的目的，故充氣孔除了在充裝氧化劑過程中起到充裝孔的作用，在結(jié)束充裝時還起到給密封圈泄壓的作用。

本發(fā)明氣體致裂器的組成主要是膨脹管和充氣點火頭，充氣和點火合二為一的共用方式簡化了充氣和點火結(jié)構(gòu)；點火由充氣閥和充氣座體接入電源，無需將引線接入膨脹管內(nèi)，故省去了對引線進行高壓密封處理的結(jié)構(gòu)，故充氣點火頭能做得很小，克服了現(xiàn)有技術(shù)體積大和重量重的不足。如現(xiàn)有技術(shù)充氣頭安裝。

氣體致裂器在運輸過程中，儲能腔內(nèi)只有還原劑，無氧化劑，因此運輸過程中產(chǎn)生的靜電或高溫不會引發(fā)氣體致裂器燃燒或致裂。充裝氧化劑后在搬運過程中產(chǎn)生的靜電會被電熱絲、充氣閥和膨脹管吸收掉，避免發(fā)生自致裂情況。

現(xiàn)有技術(shù)的點火器（活化器）主要是采用固態(tài)氧化劑和固態(tài)還原劑混合（通常是高氯酸鉀等強氧化劑和鋁粉等強還原劑）后包裝而成的反應(yīng)料包，電熱絲包裹在混合物內(nèi)，運輸過程中容易出現(xiàn)反應(yīng)料與電熱絲剝脫分離產(chǎn)生間隙的問題等導(dǎo)致產(chǎn)生啞炮；本發(fā)明所述的氣體致裂器，其電熱絲被氧化劑（如超臨界氧）和還原劑（如碳粉或炭黑）均勻附集，運輸和搬運過程不存在反應(yīng)料與電熱絲剝脫分離存在間隙的問題，在通電點火時電熱絲產(chǎn)生高溫高熱與超臨界氧發(fā)生反應(yīng)后瞬間起爆，實現(xiàn)100%的有效起爆，有效避免了啞炮的產(chǎn)生原因和排啞炮的危險。

本發(fā)明所述的氣體致裂器，其反應(yīng)料還原劑碳粉和氧化劑超臨界氧反應(yīng)劇烈，實現(xiàn)氧化反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物主要為無毒無害的二氧化碳?xì)怏w和少量氧氣，對膨脹現(xiàn)場無污染，能有效避免現(xiàn)場工作人員的中毒隱患，因膨脹后有少量氧氣未被反應(yīng)，故能在膨脹后較短時間內(nèi)恢復(fù)施工作業(yè)，適合隧洞使用?，F(xiàn)有氣體致裂器膨脹后均不能在短時間內(nèi)恢復(fù)施工作業(yè)。

本發(fā)明所述的膨脹器結(jié)合了傳統(tǒng)的氣體膨脹技術(shù)和液氧致裂技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的膨脹器，較大程度的提升了膨脹威力，相比于傳統(tǒng)的液氧致裂，解決了液氧致裂不能在常溫下儲存，常溫下存在的高危險性和充氣后必須低溫冷凍的使用環(huán)境限制。

本發(fā)明充裝閥具有結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)組成部件容易加工，制造成本低，不漏氣；氣體致裂器具有結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)組成部件容易加工，制造成本低，不漏氣，運輸安全，無啞炮隱患，膨脹力大。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的剖視圖；圖2為本發(fā)明充氣座體的剖視圖；圖3為本發(fā)明充氣點火頭結(jié)構(gòu)1的剖視圖；圖4為本發(fā)明充氣點火頭結(jié)構(gòu)2的剖視圖；圖5為本發(fā)明氣體致裂器的剖視圖；圖6為本發(fā)明氣體致裂器級聯(lián)結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖7為本發(fā)明充氣閥剖視圖；圖中：1為膨脹管，2為充氣點火頭，201為充氣座體，202為通孔，203為閥腔，204為點火腔，205為內(nèi)螺紋，206為外螺紋；3為充氣孔；4為充氣嘴；5為充氣閥，501為充氣頂針，502為充氣閥芯，503為導(dǎo)電針；6為絕緣層，7為正極引線，8為電熱絲，9為負(fù)極引線，10為擋環(huán)，11為第一密封圈，12為第二密封圈，13為儲能腔，14為第三密封圈，15為級聯(lián)螺絲，16為正極接頭，17為負(fù)極接頭，18為正極導(dǎo)線，19為級聯(lián)口，20為級聯(lián)頭，21為第一絕緣層。

具體實施方式

結(jié)合本發(fā)明附圖1-7，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述；顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，均屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1

一種高壓氣體充裝閥，包括充氣座體201、通孔202、閥腔203、充氣嘴4、充氣閥5、擋環(huán)10和第一密封圈11，充氣座體201上端部中間位置設(shè)有充氣嘴4，充氣嘴4下方設(shè)有通孔202，通孔202下方設(shè)有閥腔203，閥腔203下方設(shè)有擋環(huán)10，閥腔203內(nèi)設(shè)有充氣閥5和第一密封圈11；充氣閥5的一端為充氣頂針501，另一端為充氣閥芯502；第一密封圈11套在充氣頂針501上，充氣孔3從充氣頂針501的頂部貫穿到底部與閥腔203連通。

實施例2

一種氣體致裂器，包括膨脹管1和充氣點火頭2，所述膨脹管1一端密封，另一端設(shè)有充氣點火頭2，密封端與充氣點火頭2之間構(gòu)成儲能腔13；所述充氣點火頭2包括充氣座體201、通孔202、閥腔203、點火腔204、充氣嘴4、充氣閥5、絕緣層6、電熱絲8、擋環(huán)10和第一密封圈11，充氣座體201上端部中間位置設(shè)有充氣嘴4，充氣嘴4下方設(shè)有通孔202，通孔202下方設(shè)有閥腔203，閥腔203下方設(shè)有點火腔204，閥腔203內(nèi)設(shè)有充氣閥5和第一密封圈11，點火腔204內(nèi)設(shè)有擋環(huán)10；充氣閥5的一端為充氣頂針501，另一端為充氣閥芯502；充氣頂針501上設(shè)有絕緣層6，第一密封圈11套在充氣頂針501上，充氣孔3從充氣頂針501的頂部貫穿到底部與閥腔203連通；充氣閥芯502連接電熱絲8一端，電熱絲8另一端連接充氣座體201或擋環(huán)10，連接擋環(huán)10時充氣座體201與擋環(huán)10電氣連接；所述膨脹管1包括瓶口101、瓶頸102、瓶身103和密封端，瓶頸102內(nèi)壁上設(shè)有第一內(nèi)螺紋106，通過擋環(huán)10限定充氣閥5的活動范圍；膨脹管1長1200mm的40cr或35號鋼；第一密封圈11采用o型圈；所述充氣閥5采用不銹鋼材質(zhì)。

充氣閥芯502的直徑是充氣頂針501直徑的1.15倍，如充氣閥芯502的直徑是2.3mm，充氣頂針501直徑2mm。

充氣閥5的材料強度等于儲能腔13的儲氣壓力時，充氣閥5呈錐形，實現(xiàn)剛性密封；充氣閥5的材料強度大于儲能腔13的儲氣壓力時，需要依靠密封圈密封。充氣閥5采用不銹鋼材質(zhì)鑄造而成，然后對充氣頂針501鉆孔。

實施例3

如實施例2所述氣體致裂器，為方便電熱絲8連接，所述充氣閥5一端為充氣頂針501，另一端為導(dǎo)電針503，中部為充氣閥芯502時，導(dǎo)電針503連接電熱絲8一端，電熱絲8另一端連接充氣座體201；膨脹管使用有色金屬材質(zhì)或金屬合金或abs或鋼或銅合金或鋁合金制成；制造充氣閥5的材料強度跟儲能腔13瓶內(nèi)儲能壓力成正比；充氣閥5材料強度略大于儲能腔13瓶內(nèi)儲能壓力即可。

實施例3

如實施例1或2所述氣體致裂器，所述點火腔204內(nèi)壁上設(shè)有內(nèi)螺紋205，擋環(huán)10外壁上設(shè)有與內(nèi)螺紋205匹配的外螺紋206；充氣點火頭2上套有第二密封圈12，第二密封圈12采用o型圈。

實施例4

如實施例1或2或3所述氣體致裂器，在所述密封端上設(shè)有級聯(lián)口19，級聯(lián)頭20設(shè)置在級聯(lián)口19上構(gòu)成級聯(lián)式氣體致裂器；所述級聯(lián)頭20包括第三密封圈14、級聯(lián)螺絲15、正極接頭16、負(fù)極接頭17、正極導(dǎo)線18和第一絕緣層21，第三密封圈14設(shè)置在級聯(lián)口19底部，第三密封圈14下方設(shè)有級聯(lián)螺絲15，級聯(lián)螺絲15中心部設(shè)有正極接頭16和負(fù)極接頭17，正極接頭16和負(fù)極接頭17之間設(shè)有第一絕緣層21，負(fù)極接頭17與級聯(lián)螺絲15電氣連接，正極接頭16連接正極導(dǎo)線18一端，正極導(dǎo)線18另一端連接導(dǎo)電針503。

上述實施例，所述膨脹管為35鉻鉬鋼或40鉻鋼，選用3mm厚度的膨脹管1。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。