一种可消除轴向阻力的高压充气装置的制作方法

本发明涉及高压气瓶充气，涉及一种可消除轴向阻力的高压气瓶充气装置。

背景技术：

1、高压气瓶用于存储各种工程用氮气、氦气等，高压气瓶的充气过程是气体不断加压的过程。目前，高压气瓶在工程技术领域应用不断深入，高压气瓶充、放气形式也层出不穷，其中绝大多数采用阀门控制的方式，主要是手动控制阀、气动控制阀和电动控制阀等。此类结构操作简单，但是结构复杂、密封性差。随着航空航天领域对于小型化、轻质化的高压气瓶需求越来越迫切，对于高压气瓶充气过程中气体品质要求越来越高，这对高压气瓶充气装置提出了新的要求。

2、同时，由于高压气体压力的作用，在充气组件阀杆端面会形成较大的轴向阻力，导致操作人员无法推动阀杆。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种可消除轴向阻力的高压充气装置，使壳体与阀杆共同形成前腔、中腔和后腔，中腔与外部大气连通，前腔和后腔与外部高压气源连通，阀杆向前移动与高压气瓶的阀芯配合后带动阀芯转动，实现阀芯的打开或关闭，阀芯打开时，外部气体依次经外部供气增压管、通气管、前腔和通气接头进入高压气瓶。本发明经过了气瓶的充气、放气测试，能够消除充气组件阀杆在高压作用下产生的轴向阻力，降低高压充气组件的操作难度，提高了充气装置的安全可靠性，保障了充气操作人员的人身安全。

2、为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种可消除轴向阻力的高压充气装置，包括进气接口组件，壳体组件和出气接口组件；

4、进气接口组件包括通气管；

5、壳体组件包括阀杆和壳体；

6、出气接口组件包括通气接头；

7、壳体前端与通气接头后端固定连接，通气接头前端密封连接高压气瓶充气接口中的保护接嘴；

8、阀杆穿过壳体内部，壳体内表面设有壳体内腔凸肩，阀杆设有阀杆轴肩，壳体内腔凸肩位于阀杆轴肩前方；所述壳体内腔凸肩与阀杆密封配合，所述阀杆轴肩与壳体内表面密封配合，壳体前端与壳体内腔凸肩之间、壳体内腔凸肩与阀杆轴肩之间以及阀杆轴肩与壳体后端之间分别形成前腔、中腔和后腔；

9、通气管为u形结构，外部供气增压管与通气管中部连通，通气管两端分别与前腔和后腔连通；中腔与外部大气连通；

10、阀杆可沿轴向前后移动，阀杆向前移动与高压气瓶充气接口中的阀芯配合后带动阀芯转动，实现阀芯的打开或关闭；阀芯打开时，外部气体依次经外部供气增压管、通气管、前腔和通气接头进入高压气瓶。

11、进一步的，进气接口组件还包括球形接头和第一外套螺母；

12、球形接头一端焊接在通气管中部，球形接头另一端为球形端，第一外套螺母固定安装于球形接头球形端外部，外部供气增压管与第一外套螺母螺纹连接并与球形接头球形端接触。

13、进一步的，壳体上设有大气压力平衡孔，大气压力平衡孔位于壳体内腔凸肩与阀杆轴肩之间，中腔利用大气压力平衡孔实现与外部大气连通。

14、进一步的，壳体内腔凸肩的前后两侧，以及阀杆轴肩的前后两侧分别设有用于实现径向密封的第一o型圈；所述第一o型圈内表面和外表面分别压紧阀杆和壳体内表面。

15、进一步的，壳体组件还包括焊接法兰，密封垫和密封法兰；

16、壳体前端和后端分别与焊接法兰和密封法兰固定连接，壳体的前端面和焊接法兰之间，以及壳体的后端面与密封法兰之间均设有密封垫；

17、通气接头前端与焊接法兰焊接连接。

18、进一步的，阀杆前端设有用于与高压气瓶充气接口中的阀芯十字槽配合的十字锥，阀杆在阀杆轴肩后方设有止退凸肩，阀杆向后移动时，所述止退凸肩与密封法兰接触后实现阀杆的限位；

19、阀杆还固定安装有把手，推拉把手可实现阀杆的前后移动；

20、阀杆与焊接法兰间隙配合，阀杆与密封法兰之间利用第二o型圈进行密封。

21、进一步的，阀杆与阀芯时，通气接头与阀杆之间形成环形腔，外部气体依次经外部供气增压管、通气管、前腔、阀杆与焊接法兰之间的间隙和所述环形腔，通过阀芯进入高压气瓶。

22、进一步的，记阀杆前端直径为d2，前腔内阀杆的最大直径为d1，阀杆轴肩的直径为d3，阀杆位于阀杆轴肩与止退凸肩之间部分的直径为d4，止退凸肩靠近阀杆轴肩一端的直径为d5，止退凸肩靠近密封法兰一端的直径为d6，阀杆与阀芯配合时阀杆位于止退凸肩与密封法兰之间部分的直径为d7；

23、所述d1＞d2，d5＝d6，d4＝d7；

24、阀杆在前腔中的有效受力面积a1与阀杆在后腔中的有效受力面积a2相等；

25、其中，a1＝π﹒(d1/2)2，a2＝π﹒[(d3/2)2-(d4/2)2]。

26、进一步的，高压气瓶充气接口中的保护接嘴设有内螺纹孔，高压气瓶充气接口中的阀芯通过设于阀芯外表面的外螺纹与所述内螺纹孔连接，阀杆与阀芯配合后进行转动，带动阀芯在内螺纹孔中移动，实现阀芯的打开或关闭；

27、保护接嘴还设有位于内螺纹孔后部且与内螺纹孔连通的内部阶梯孔，通气接头前端插入所述内部阶梯孔，并通过第三o型圈实现密封连接；

28、出气接口组件还包括第二外套螺母，第二外套螺母套于通气接头和保护接嘴外部，第二外套螺母与保护接嘴螺纹连接。

29、进一步的，还包括接头保护组件，所述接头保护组件包括模拟保护接嘴和模拟阀芯；所述模拟保护接嘴和模拟阀芯分别与高压气瓶充气接口中的保护接嘴和阀芯完全相同；

30、所述接头保护组件用于模拟高压气瓶充气接口与通气接头以及阀杆(21)的配合，并在非工作状态下实现对阀杆进行保护。

31、本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

32、(1)本发明充气装置中腔内气体压力恒定，当阀杆往复移动时中腔容积挤压变化，装置壳体侧面设计了气体压力平衡孔，腔内气体压力不会随着腔内容积变化而变化，始终保持大气压力，不会产生多余阻力；

33、(2)本发明充气装置使用时，阀芯在打开及关闭过程中，装置前腔压力与高压气瓶内压力始终保持一致，因此在拧动阀芯的过程中阀杆前端不会受到很大的阻力，避免阀杆在反复使用过程中受力变形；

34、(3)本发明充气装置通过阀杆各部分直径的设计，实现前腔与后腔受力平衡，装置使用时无需克服高压气体阻力，降低操作难度；

35、(4)本发明的充气装置各气腔间采用“双o型圈”径向动密封形式，确保各气腔间的密封性，不会发生串气现象；

36、(5)本发明的充气装置中接头保护组件，一方面模拟高压气瓶充气接口结构设计，在装配完成后能够检验装置的加工及装配精度，验证阀杆能否顺利打开阀芯；另一方面在非工作状态时时可以保护通气接头和阀杆；

37、(6)本发明充气装置中阀杆选用钛合金材料，经过固溶和时效处理，增强了阀杆的硬度和强度，提升了装置的耐久性；

38、(7)本发明充气装置安全系数高，所有零组件装配完成后进行了气密试验与强度试验，具有较高的安全系数和工作可靠性。