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1、(10)申请公布号 CN 103591340 A (43)申请公布日 2014.02.19 CN 103591340 A (21)申请号 201210397676.X (22)申请日 2012.10.18 F16K 15/06(2006.01) F16K 27/02(2006.01) (71)申请人 北京熊川阀门制造有限公司 地址 100043 北京市石景山区古城南街 52 号 B 座二楼 (72)发明人 刘茯蔚 赵曦 赵强 (74)专利代理机构 北京三高永信知识产权代理 有限责任公司 11138 代理人 孟阿妮 (54) 发明名称 一种单向阀 (57) 摘要 本发明公开了一种单向阀， 包括阀。
2、体及设置 在所述阀体内的阀芯， 所述阀芯的一端设有空腔， 所述空腔内设有变节距弹簧， 所述变节距弹簧一 端接触所述阀芯的内端面， 另一端接触所述阀体 的内底面。 所述阀芯包括前阀芯和后阀芯， 所述后 阀芯一端设有柱孔， 另一端设有所述空腔， 所述前 阀芯的柱段设置在所述柱孔内， 使所述前阀芯和 后阀芯固定连接。 所述前阀芯上设有外沟槽， 所述 外沟槽上设有密封件， 所述密封件用于阀体和阀 芯的密封。 本发明通过设置变节距弹簧， 使本发明 的单向阀能以较小进口压力开启单向阀， 并能实 现快速可靠关闭功能， 本发明单向阀阀体和阀芯 的密封效果好。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书。
3、 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103591340 A CN 103591340 A 1/1 页 2 1. 一种单向阀， 包括阀体及设置在所述阀体内的阀芯， 其特征在于， 所述阀芯的一端设 有空腔， 所述空腔内设有变节距弹簧， 所述变节距弹簧一端接触所述阀芯的内端面， 另一端 接触所述阀体的内底面。 2. 根据权利要求 1 所述的单向阀， 其特征在于， 所述阀芯包括前阀芯和后阀芯， 所述后 阀芯一端设有柱孔， 另一端设有所述空腔， 所述前阀芯的柱段设置在所述柱孔内， 使所述前 阀。
4、芯和后阀芯固定连接。 3. 根据权利要求 2 所述的单向阀， 其特征在于， 所述前阀芯上设有外沟槽， 所述外沟槽 上设有密封件， 所述密封件用于阀体和阀芯的密封。 4. 根据权利要求 3 所述的单向阀， 其特征在于， 所述外沟槽为燕尾槽。 5. 根据权利要求 3 所述的单向阀， 其特征在于， 所述阀体包括上阀体和下阀体， 所述下 阀体一端设置在所述上阀体内， 所述下阀体内设有内孔段， 所述内孔段内设有阀芯， 所述变 节距弹簧一端接触所述内孔段的内底面， 所述上阀体内设有圆锥面， 所述圆锥面接触所述 密封件。 6. 根据权利要求 3 所述的单向阀， 其特征在于， 所述密封件为 O 形密封圈。 7。
5、. 根据权利要求 1-6 任一项所述的单向阀， 其特征在于， 所述变节距弹簧包括小节距 端和大节距端， 所述大节距端的弹簧刚度是小节距端的弹簧刚度的 3-5 倍。 权 利 要 求 书 CN 103591340 A 2 1/4 页 3 一种单向阀 技术领域 0001 本发明涉及阀门领域， 特别涉及一种单向阀。 背景技术 0002 单向阀是控制流体单向通过的阀门。 单向阀是依靠弹性元件驱动阀芯实现逆向关 闭功能， 而正向则依赖流过单向阀的流体的压力克服弹性元件的弹力载荷来打开单向阀。 0003 单向阀连接到管路中时， 流体依赖本身的工作压力开启单向阀， 然后通过单向阀 向下游输送。 当输送流体的功。
6、能完成后， 与单向阀相连的流体管路供应系统会切断供应。 此 时会出现短暂的状态， 即单向阀进口压力与出口压力趋向相等。对于开启压力 0.34Bar 以 下指标的单向阀， 弹性元件会推动阀芯缓慢关闭单向阀， 直到出口压力升到比进口压力高 0.14Bar以上压力时， 单向阀才能真正达到逆向关闭状态。 相反对于开启压力0.68Bar以上 指标的单向阀， 弹性元件本身储存的弹力足够大， 不但不需要出口压力高于进口压力的条 件， 而且进口压力略高于出口压力时， 单向阀也能自动关闭。 所以开启压力较大的单向阀具 有快速关闭的功能， 而开启压力较小的单向阀相比之下关闭较慢。 0004 在实现本发明的过程中，。
7、 发明人发现现有技术至少存在以下问题 ： 由于流体的压 力在某些应用场合可能很低， 客观上希望单向阀的开启压力尽可能低， 单向阀流阻会小一 些。 但是， 开启压力低的单向阀， 逆向关闭的弹力也小， 关闭过程需要更长的时间， 同时还要 保证出口压力比进口压力高到一定数值时才能可靠密封。而关闭过程较快的单向阀， 往往 需要的开启压力高。 发明内容 0005 本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷， 提供一种能以较小进口压力开 启单向阀， 并能实现快速关闭功能的单向阀。 0006 为了实现上述目的本发明采取的技术方案是 ： 0007 一种单向阀， 包括阀体及设置在所述阀体内的阀芯， 所述阀芯的一。
8、端设有空腔， 所 述空腔内设有变节距弹簧， 所述变节距弹簧一端接触所述阀芯的内端面， 另一端接触所述 阀体的内底面。 0008 所述阀芯包括前阀芯和后阀芯， 所述后阀芯一端设有柱孔， 另一端设有所述空腔， 所述前阀芯的柱段设置在所述柱孔内， 使所述前阀芯和后阀芯固定连接。 0009 所述前阀芯上设有外沟槽， 所述外沟槽上设有密封件， 所述密封件用于阀体和阀 芯的密封。 0010 所述外沟槽为燕尾槽。 0011 所述阀体包括上阀体和下阀体， 所述下阀体一端设置在所述上阀体内， 所述下阀 体内设有内孔段， 所述内孔段内设有阀芯， 所述变节距弹簧一端接触所述内孔段的内底面， 所述上阀体内设有圆锥面，。
9、 所述圆锥面接触所述密封件。 0012 所述密封件为 O 形密封圈。 说 明 书 CN 103591340 A 3 2/4 页 4 0013 所述变节距弹簧包括小节距端和大节距端， 所述大节距端的弹簧刚度是小节距端 的弹簧刚度的 3-5 倍。 0014 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是 ： 本发明通过设置变节距弹簧， 使本发明的单向阀能以较小进口压力开启单向阀， 并能实现大开启压力单向阀才具有的快 速可靠关闭功能， 本发明单向阀阀体和阀芯的密封效果好。 附图说明 0015 图 1 是本发明实施例提供的单向阀结构示意图 ； 0016 图 2 是发明实施例提供的阀芯结构示意图 ； 001。
10、7 图 3 是发明实施例提供的前阀芯结构示意图 ； 0018 图 4 是发明实施例提供的变节距弹簧示意图。 0019 图中 ： 0020 1 阀体， 10 上阀体， 11 下阀体， 12 内孔段， 13 内底面， 14 圆锥面 ； 0021 2 阀芯， 20 前阀芯， 21 后阀芯， 22 柱孔， 23 空腔， 24 柱段， 25 外沟槽， 26 内端面 ； 0022 3 变节距弹簧， 30 小节距端， 31 大节距端 ； 0023 4 密封件。 具体实施方式 0024 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。 0025 参见图 1， 。
11、一种单向阀， 包括阀体 1 及设置在阀体 1 内的阀芯 2， 阀芯 2 的一端设有 空腔23， 空腔23内设有变节距弹簧3， 变节距弹簧3一端接触阀芯2的内端面26， 另一端接 触阀体 1 的内底面 13。 0026 本发明通过设置变节距弹簧， 使本发明的单向阀能以较小进口压力开启单向阀， 并能实现快速关闭功能。 0027 参见图 2， 本实施例是在上一个实施例的基础上， 阀芯 2 包括前阀芯 20 和后阀芯 21， 后阀芯21一端设有柱孔22， 另一端设有空腔23， 前阀芯20的柱段24设置在柱孔22内， 使前阀芯 20 和后阀芯 21 固定连接。 0028 本发明前阀芯 20 的柱段 24。
12、 装入后阀芯 21 的柱孔 22 内并压装在一起， 使前阀芯 20 和后阀芯 21 不能分离。本发明的阀芯为空心结构， 减轻了整个单向阀及阀芯的重量， 采 用组合式阀芯设计， 易于加工制造出轻量化的阀芯。 0029 参见图 1 和图 3， 本实施例是在上一个实施例的基础上， 前阀芯 20 上设有外沟槽 25， 外沟槽 25 上设有密封件 4， 密封件 4 用于阀体 1 和阀芯 2 的密封。外沟槽 25 优选为燕 尾槽。密封件 4 优选为 O 形密封圈。 0030 将O形密封圈放置于前阀芯的燕尾槽中， 保证阀芯移动时O形圈不会脱落， 保证了 阀芯动作可靠， 达到更好的密封效果。 0031 参见图。
13、 1， 本实施例是在上一个实施例的基础上， 阀体 1 包括上阀体 10 和下阀体 11， 下阀体 11 一端设置在上阀体 10 内， 下阀体 11 内设有内孔段 12， 内孔段 12 内设有阀芯 2， 变节距弹簧 3 一端接触内孔段 12 的内底面 13， 上阀体 10 内设有圆锥面 14， 圆锥面 14 接 说 明 书 CN 103591340 A 4 3/4 页 5 触密封件 4。 0032 本发明阀体的圆锥面与阀芯的圆锥面在 O 形密封圈处相配合， 形成密封面。此密 封面的直径尺寸小， 仅需较小的密封力即可实现有效密封， 并且因阀体与阀芯圆锥面的刚 性接触部分具备大承力结构特点而能可靠承。
14、受单向阀出口端施加的高压重载荷， 有更高的 耐压可靠性。依靠 O 形密封圈的弹性密封， 使单向阀具备极小的再密封压力， 这个再密封 压力对小开启压力指标的单向阀是出口端压力， 而对大开启压力指标的单向阀是入口端压 力。同时因为变节距弹簧在开启状态时， 弹簧主要是小节距 （小刚度） 端受压缩， 参与压缩的 弹簧力较小， 使单向阀具备极小的开启压力。 0033 作为优选， 参见图 4， 变节距弹簧 3 包括小节距端 30 和大节距端 31， 大节距端 31 的弹簧刚度是小节距端 30 的弹簧刚度的 3-5 倍。 0034 在单向阀的装配状态， 单向阀内的弹簧有一个固定的压缩量， 不同节距的弹簧对 。
15、应不同的刚度数据。弹簧压缩产生的弹簧力就是弹簧压缩量与该弹簧刚度的乘积。显然， 弹簧刚度不同弹簧力就不同。而受压缩的弹簧推动阀芯圆锥面紧密接触阀体圆锥面， 把弹 簧力施加给 O 形密封圈产生弹性变形在密封部位产生接触应力而形成密封。对于配置小节 距 （小刚度） 弹簧的单向阀弹簧力小， O 形密封圈产生弹性变形在密封部位产生接触应力也 小， 那么推动阀芯离开阀体圆锥面 （也就是单向阀开启动作） 的入口端压力也小， 也就是说 单向阀开启压力也小。同样对于配置大节距 （大刚度） 弹簧的单向阀弹簧力大， O 形密封圈 弹性变形在密封部位产生接触应力也大， 那么推动阀芯离开阀体圆锥面开启单向阀的入口 端。
16、压力也要大， 也就是说， 单向阀开启压力也大。 0035 单向阀的基本功能是控制流体的单向流动， 对于出口端到入口端的流体流动是禁 止的， 衡量该功能的指标就是再密封压力。对于配置大节距 （大刚度） 弹簧的单向阀开启压 力大， 源于推动阀芯密封的弹簧力大。 再密封都是发生在单向阀开启动作以后的， 是在单向 阀入口端不再供应物料或者出口端停止接受物料时， 进入再密封关闭过程。 因为弹簧力大， 在单向阀关闭时弹簧推动阀芯快速接触阀体圆锥面， 通过 O 形密封圈产生弹性变形在密封 部位产生接触应力而形成密封， 切断流体从出口端到入口端的流动。同时因为弹簧力大 O 形密封圈在密封部位产生的接触应力也足。
17、够大， 保证了可靠密封。 而对于配置小节距 （小刚 度） 弹簧的单向阀开启压力小， 源于推动阀芯密封的弹簧力小。在单向阀关闭过程中， 因为 弹簧力小， 弹簧推动阀芯接触阀体圆锥面速度小、 时间长。同时因为弹簧力小， O 形密封圈 在密封部位产生的接触应力也不够大， 不能保证可靠密封。其结果就是会有物料从出口端 流动到入口端产生泄漏。 为了达到可靠地密封， 出口端还需要一定的流体压力升高 （超过入 口端压力） ， 以便通过阀芯把出口端流体压力产生的推动力施加给 O 形密封圈， 在密封部位 产生更大的接触应力而最终形成稳定密封。 其结果就是小节距弹簧的单向阀比大节距弹簧 的单向阀关闭过程时间更长。。
18、 0036 在实际应用中， 希望单向阀开启压力尽可能小， 以便减少流体阻力， 促进流体快速 通过单向阀向下游输送。输送结束后， 又希望单向阀快速关闭， 不让出口端的流体回流到 入口端， 而这个结果是只有开启压力大的单向阀才具备的特性。选择变节距弹簧的目的就 是为了开启单向阀时， 主要由小节距部分提供弹簧力， 此时开启压力也小。 当输送流量最大 时， 弹簧被更大压缩， 大节距部分也被压缩， 此时弹簧力也最大， 一旦进入关闭过程， 大的弹 簧力推动阀芯快速关闭， 达到了快速关闭的目的。选择弹簧节距大小差 3-5 倍， 也就是选择 说 明 书 CN 103591340 A 5 4/4 页 6 弹簧刚。
19、度差 3-5 倍， 这符合了小节距端负责开启功能， 大节距端负责快速再密封关闭功能 的要求。 0037 本发明单向阀的组装过程 ： 0038 首先， 参见图1和图2， 把密封件4装入前阀芯20的外沟槽25上， 接着把前阀芯20 的柱段 24 装入后阀芯 21 的柱孔 22 内并压装在一起， 使前阀芯 20 与后阀芯 21 不能分离。 随后把变节距弹簧 3 装入后阀芯 21 的空腔 23 内， 变节距弹簧 3 一端接触后阀芯 21 的内端 面 26， 并把上述装配好的总成装入下阀体 11 的内孔段 12， 其中变节距弹簧 3 紧密接触下阀 体 11 的内孔段 12 的内底面 13， 然后把下阀体。
20、 11 旋入上阀体 10 内， 直到密封件 4 位于燕尾 槽外的部分接触上阀体 10 的圆锥面 14（参见图 3） 。密封件 4 位于燕尾槽外的部分与上阀 体 10 的圆锥面 14 接触区域为上阀体与阀芯的密封区域。 0039 本发明单向阀的工作过程 ： 0040 单向阀装入流体管路时， 内置的弹簧有初始压缩量， 提供开启单向阀时需要克服 的弹簧力。 本发明的内置弹簧由小节距部分和大节距部分组成， 分别对应小刚度和大刚度。 在初始压缩状态， 希望弹簧力尽可能小来保证单向阀入口端开启压力小， 因此该压缩状态 主要是对小节距端的压缩以保证弹簧力尽可能小， 变节距弹簧的压缩过程与压缩弹簧提供 的力变。
21、化是一致的， 施加的压缩力由小变大， 那么小刚度部分先被压缩变形， 大刚度部分参 与很少。当入口端的压力逐渐升高， 产生的对阀芯推动力超过弹簧力时， 单向阀开启， 流体 从入口向出口端流动。伴随着入口端流体压力的继续升高， 流体作用于阀芯的推动力也增 大， 从而更大程度地压缩弹簧， 在这个过程中， 弹簧大节距部分的压缩变形逐渐占主流。当 入口端压力达到最大时， 流过单向阀的流量达到最大， 弹簧被压缩也达到最大， 弹簧大节距 端被最大程度的压缩， 此时弹簧力大大增加。 当通过单向阀输送的流体达到设计要求时， 会 关闭单向阀所在的流体管路截止阀， 切断流体供应。 然后， 单向阀的入口端和出口端的压。
22、力 差值会迅速减小， 这时单向阀依赖弹簧大节距部分极大压缩储存的弹簧力快速推动阀芯关 闭单向阀， 达到大开启压力单向阀快速关闭单向阀的效果， 真正实现小压力开启单向阀并 且能快速关闭， 实现理想的流体单向控制。 0041 以上所述仅为本发明的较佳实施例， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和 原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103591340 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103591340 A 7 2/2 页 8 图 4 说 明 书 附 图 CN 103591340 A 8 。