一種多元氣體配比混合裝置的製作方法
2024-04-11 00:49:05
本實用新型屬於流體機械研究領域，具體涉及一種多元氣體配比混合裝置。根據生產的需要，按比例連續混合多元氣體，滿足焊接、電子、燃氣、照明、表面處理、醫療和冶煉等行業的特殊需求。
背景技術：
隨著科技的發展，焊接、電子、照明、醫療、表面處理和冶煉等行業對保護氣的要求，已由過去的單一氣體，改變為使用按照不同比例配比的多元混合氣體，可以達到更好的效果。比如氣體保護焊，二元混合氣Ar+75％He廣泛用於厚度25mm以上鋁的平位置自動焊、Ar+(5％～10％)CO2+(1％～3％)O2混合氣體用於焊接各種厚度的碳鋼、低合金鋼、不鏽鋼；混合氣(11％)C2H4O+(53％)CCl3F+(36％)CCl2F2廣泛用於醫療行業，進行消毒殺菌；混合氣Ar+(0.1～1.0％)CH3Br+(5～80％)Kr用於照明器件，等。
混合保護氣體是由2種及以上氣體按規定比例混合而成，氣體混合配比是由配氣系統來完成的。配氣方法一般分為靜態配氣法和動態配氣法。靜態配氣法是把一定量的原料氣體加入已知容積的容器中，再衝入稀釋氣體，混勻製得。這種配氣法的優點是設備簡單、操作容易，但因有些氣體化學性質較活潑，長時間與容器壁接觸可能發生化學反應，所以這種方法適用於活潑性較差且用量不大的標準氣體的配置。
標準氣體通常是由供氣商依照靜態配氣法提供按規定比例混合好的瓶裝氣體，由於瓶裝氣體不能滿足連續、大量用氣的需求，混合比例也不能現場調節，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。
因而動態配氣系統得到了更為廣泛的應用。動態配氣系統配製氣體速度快，配氣比例可以連續調節，氣量可以隨需要而定。目前動態配氣系統分為自動調節和手動調節配比系統。
手動調節配比系統，輸入氣體通過減壓穩壓閥，到達調節比例閥，手動調節混配比例，該系統不能實現壓力和溫度補償，精度較低，但價格便宜，主要用於二元氣體的配比。
自動調節配比系統一般採用各個氣體單路輸入應用，電腦、PLC或單片機控制，採用流量計和節流閥，或者採用流量控制器，或者採用成分分析儀反饋控制節流閥，能夠實現壓力和溫度補償，精度較高，比例準確，但配比混合分開，用閥較多，價格昂貴，主要用於多元氣體配比。
美國專利US5095950A主要是採用一個活塞式滑閥，控制流量和流體配比。滑閥在腔內沿軸線移動，改變流量的大小。旋轉活塞滑閥可改變流體的配比。但只能對兩元流體進行配比混合。
技術實現要素：
本實用新型的目的是針對上述問題提供一種多元氣體配比混合裝置，可同時實現三元和二元氣體配比的裝置，可實現配比和混合在一個裝置內完成，配比比例連續可調，可手動調節和自動調節，出口流量範圍寬；滿足焊接、電子、燃氣、照明、表面處理、醫療和冶煉等行業混合氣體的特殊需求。
本實用新型的技術方案是：一種多元流體配比混合裝置，包括筒狀閥體、平衡氣調整軸和稀釋氣調整軸；
在所述閥體的筒壁上周向120°均布設有閥體輸入氣孔A、平衡氣閥體輸入氣孔和閥體輸入氣孔B；
所述閥體內置兩個半圓環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有平衡氣閥芯輸入氣孔；
所述閥體的端蓋上有兩個導向環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的安裝在釋氣閥芯滑槽內，所述平衡氣閥芯可滑動的安裝在平衡氣閥芯滑槽內，稀釋氣閥芯和平衡氣閥芯可繞閥體的中心線轉動；調節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；
所述平衡氣調整軸和稀釋氣調整軸的一端通過軸端蓋從閥體的上端垂直伸入其內部；所述平衡氣閥芯和平衡氣調整軸相連，平衡氣調整軸與平衡氣調整蝸輪和平衡氣調整蝸杆聯接；所述稀釋氣閥芯和稀釋氣調整軸相連，稀釋氣調整軸與稀釋氣調整蝸輪和稀釋氣調整蝸杆聯接；
所述閥體底部設有輸出氣端蓋，所述輸出氣端蓋上設有端蓋輸出氣孔，端蓋輸出氣孔的孔心與平衡氣調整軸在同一軸線上。
上述方案中，所述閥體和兩個圓環狀閥芯稀釋氣閥芯和平衡氣閥芯的內表面貼合，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的孔中心位置位於同一個垂直於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，所述平衡氣調整蝸杆和稀釋氣調整蝸杆通過聯軸器與驅動電機相連，所述驅動電機控制器與PLC或電腦連接；
PLC輸出信號給驅動電機，分別帶動平衡氣調整蝸杆和稀釋氣調整蝸杆；平衡氣調整蝸杆通過平衡氣調整蝸輪帶動平衡氣調整軸旋轉平衡氣閥芯在平衡氣閥芯滑槽內滑動；
稀釋氣調整蝸杆通過稀釋氣調整蝸輪帶動稀釋氣調整軸旋轉稀釋氣閥芯在稀釋氣閥芯滑槽內滑動。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：
1.本實用新型可同時實現二元和三元氣體的配比。閥體的三個輸入氣孔，分別外接單向閥，只要一路無輸入，即可實現二元氣體的配比；三路全部輸入，可實現三元氣體的配比。
2.本實用新型流量範圍寬。一般來講，平衡氣佔混合氣比例最高，約50％～70％，稀釋氣約50％～30％，本實用新型採用了輸入氣孔直徑差異式設計，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，相應流量為1～2.25倍。從而即可保證比例，又可實現混合氣的大流量。
3.本實用新型可外接手動和自動調節。平衡氣閥芯和平衡氣調整軸相連，稀釋氣閥芯和稀釋氣調整軸相連，平衡氣調整軸與平衡氣調整蝸輪和平衡氣調整蝸杆聯接，稀釋氣調整軸與稀釋氣調整蝸輪和稀釋氣調整蝸杆聯接。根據現場條件，可以手動旋轉平衡氣調整蝸杆、稀釋氣調整蝸杆，即可連續調節配比比例。並且蝸輪蝸杆自鎖，能夠不受高壓氣流的影響，保持蝸輪和閥芯位置固定不動，從而保證配比比例。蝸輪蝸杆傳動比大，從而可實現閥芯的微量進給，使得配比精度較高。蝸杆也以通過聯軸器與驅動電機相連，從而系統可採用計算機、PLC或單片機控制，實現自動調節，並可在輸入管路中，加入壓力傳感器和溫度傳感器，實現壓力和溫度補償，配比精度更高。
4.本實用新型配比和混合同步完成。輸入氣體經閥體和閥芯孔配比比例後，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部完成，簡化結構。
5.本實用新型結構緊湊，可簡化配氣系統，代替多個流量計和比例閥或者流量控制器，減少部件數量，簡化系統結構，降低成本。
附圖說明
圖1是本實用新型一實施方式的多元流體配比混合原理圖；
圖2是本實用新型一實施方式的多元流體配比混合裝置結構示意圖；
圖3是本實用新型一實施方式的三元氣體保護焊應用原理圖。
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-平衡氣調整蝸杆；14-稀釋氣調整蝸輪；15-螺栓；16-軸端蓋；17-平衡氣調整蝸輪；18-稀釋氣調整蝸杆；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-減壓穩壓閥；27-溫度傳感器；28-壓力傳感器；29-單向閥；30-聯軸器；31-驅動電機；32-多元流體配比混合裝置；33-輸出氣管。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細說明，但本實用新型的保護範圍並不限於此。
圖1和2所示為本實用新型所述多元流體配比混合裝置的一種實施方式，所述多元流體配比混合裝置，包括筒狀閥體11、平衡氣調整軸12和稀釋氣調整軸19。
在所述閥體11的筒壁上周向120°均布設有閥體輸入氣孔A3、平衡氣閥體輸入氣孔7和閥體輸入氣孔B10。
所述閥體11內置兩個半圓環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上設有平衡氣閥芯輸入氣孔6。
所述閥體11的端蓋上有兩個導向環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可滑動的安裝在釋氣閥芯滑槽4內，所述平衡氣閥芯5可滑動的安裝在平衡氣閥芯滑槽8內，稀釋氣閥芯1和平衡氣閥芯5可繞閥體11的中心線轉動；調節稀釋氣閥芯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。
所述平衡氣調整軸12和稀釋氣調整軸19的一端通過軸端蓋16從閥體11的上端垂直伸入其內部；所述平衡氣閥芯5和平衡氣調整軸12相連，平衡氣調整軸12與平衡氣調整蝸輪17和平衡氣調整蝸杆13聯接；所述稀釋氣閥芯1和稀釋氣調整軸19相連，稀釋氣調整軸19與稀釋氣調整蝸輪14和稀釋氣調整蝸杆18聯接。
所述閥體11底部設有輸出氣端蓋20，所述輸出氣端蓋20上設有端蓋輸出氣孔22，端蓋輸出氣孔22的孔心與平衡氣調整軸12在同一軸線上。
所述閥體11和兩個圓環狀閥芯稀釋氣閥芯1和平衡氣閥芯5的內表面貼合，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的孔中心位置位於同一個垂直於閥體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。
本實用新型在所述閥體11的筒壁上周向120°勻布三個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，內置兩個半圓環狀閥芯，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，為佔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，為佔比例較高的平衡氣輸入通道。通過調節稀釋氣閥芯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，從而連續調整輸入氣體的流量，實現二元或三元氣體體積配比比例的要求。
本實用新型以氣體保護焊，三元氣體混合配比為實施例，三元氣體混合氣體保護焊氣路系統原理如圖3所示。
本實施例的相關功能參數的具體如下：
由圖3、圖2和圖1，三路輸入Ar(平衡氣，55m3/h標況)，CO2(稀釋氣，30m3/h標況)，He(稀釋氣，15m3/h標況)，分別單路由儲氣鋼瓶到輸入氣管23，依次經由球閥24、過濾器25、減壓穩壓閥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。在其中配比混合均與後，由端蓋輸出氣孔22到出氣管33輸出混合氣。
系統在輸入氣管23處，輸入氣壓0.7～1Mpa，然後經過減壓穩壓閥26後氣壓降低為0.35～0.4Mpa，保證三路氣體氣壓接近一致，同時保持氣壓的穩定。
系統可採用PLC控制，實現自動調整。按照標況下所配比的比例Ar:CO2:He＝11:6:3，根據三路輸入氣體工況的壓力和溫度，進行換算，從而確定閥芯輸入氣孔開口面積。假設三路氣體開口面積比Ar:CO2:He＝11.1:5.9:3.1。PLC輸出信號給驅動電機31，分別帶動平衡氣調整蝸杆13和稀釋氣調整蝸杆18；平衡氣調整蝸杆13通過平衡氣調整蝸輪17帶動平衡氣調整軸12旋轉平衡氣閥芯5在平衡氣閥芯滑槽8內滑動；稀釋氣調整蝸杆18通過稀釋氣調整蝸輪14帶動稀釋氣調整軸19旋轉稀釋氣閥芯1在稀釋氣閥芯滑槽4內滑動。
稀釋氣閥芯1滑動，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，使得平衡氣閥芯輸入氣孔6開度為54.815％從而保證標況下配比比例Ar:CO2:He＝11:6:3。
三路氣體經閥芯輸入氣孔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。
通過關閉一路輸入氣體入口球閥24，即可實現兩元氣體的配比混合。如果關閉平衡氣入口球閥，可實現二元混合氣體大流量輸出。如果關閉稀釋氣入口球閥，可實現二元混合氣體較小流量輸出。
實現三元氣體混合的作用過程為：
首先旋轉稀釋氣閥芯1，調整閥芯輸入氣孔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，達到兩元稀釋氣體的比例要求。兩元稀釋氣體比例調整完畢之後，再調整平衡氣的比例。根據三元氣體比例要求，旋轉平衡氣閥芯5，調整平衡氣閥芯輸入氣孔6的入口面積，達到要求比例。實現三元氣體按比例混配。
實現二元氣體混合的作用過程為：
首先，旋轉平衡氣閥芯5，關閉平衡氣閥芯輸入氣孔6。然後旋轉稀釋氣閥芯1，連續調整閥芯輸入氣孔A2和閥芯輸入氣孔B9的開度，得到兩元氣體的任何比例；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，從而調整兩元氣體比例。
應當理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但並非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本實用新型的可行性實施例的具體說明，它們並非用以限制本實用新型的保護範圍，凡未脫離本實用新型技藝精神所作的等效實施例或變更均應包含在本實用新型的保護範圍之內。