一种多元气体配比混合装置的制作方法

本实用新型属于流体机械研究领域，具体涉及一种多元气体配比混合装置。根据生产的需要，按比例连续混合多元气体，满足焊接、电子、燃气、照明、表面处理、医疗和冶炼等行业的特殊需求。

背景技术：

随着科技的发展，焊接、电子、照明、医疗、表面处理和冶炼等行业对保护气的要求，已由过去的单一气体，改变为使用按照不同比例配比的多元混合气体，可以达到更好的效果。比如气体保护焊，二元混合气Ar+75％He广泛用于厚度25mm以上铝的平位置自动焊、Ar+(5％～10％)CO₂+(1％～3％)O₂混合气体用于焊接各种厚度的碳钢、低合金钢、不锈钢；混合气(11％)C₂H₄O+(53％)CCl₃F+(36％)CCl₂F₂广泛用于医疗行业，进行消毒杀菌；混合气Ar+(0.1～1.0％)CH₃Br+(5～80％)Kr用于照明器件，等。

混合保护气体是由2种及以上气体按规定比例混合而成，气体混合配比是由配气系统来完成的。配气方法一般分为静态配气法和动态配气法。静态配气法是把一定量的原料气体加入已知容积的容器中，再冲入稀释气体，混匀制得。这种配气法的优点是设备简单、操作容易，但因有些气体化学性质较活泼，长时间与容器壁接触可能发生化学反应，所以这种方法适用于活泼性较差且用量不大的标准气体的配置。

标准气体通常是由供气商依照静态配气法提供按规定比例混合好的瓶装气体，由于瓶装气体不能满足连续、大量用气的需求，混合比例也不能现场调节，加之瓶装气体有一定的有效期，这就给使用带来了诸多不便。

因而动态配气系统得到了更为广泛的应用。动态配气系统配制气体速度快，配气比例可以连续调节，气量可以随需要而定。目前动态配气系统分为自动调节和手动调节配比系统。

手动调节配比系统，输入气体通过减压稳压阀，到达调节比例阀，手动调节混配比例，该系统不能实现压力和温度补偿，精度较低，但价格便宜，主要用于二元气体的配比。

自动调节配比系统一般采用各个气体单路输入应用，电脑、PLC或单片机控制，采用流量计和节流阀，或者采用流量控制器，或者采用成分分析仪反馈控制节流阀，能够实现压力和温度补偿，精度较高，比例准确，但配比混合分开，用阀较多，价格昂贵，主要用于多元气体配比。

美国专利US5095950A主要是采用一个活塞式滑阀，控制流量和流体配比。滑阀在腔内沿轴线移动，改变流量的大小。旋转活塞滑阀可改变流体的配比。但只能对两元流体进行配比混合。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述问题提供一种多元气体配比混合装置，可同时实现三元和二元气体配比的装置，可实现配比和混合在一个装置内完成，配比比例连续可调，可手动调节和自动调节，出口流量范围宽；满足焊接、电子、燃气、照明、表面处理、医疗和冶炼等行业混合气体的特殊需求。

本实用新型的技术方案是：一种多元流体配比混合装置，包括筒状阀体、平衡气调整轴和稀释气调整轴；

在所述阀体的筒壁上周向120°均布设有阀体输入气孔A、平衡气阀体输入气孔和阀体输入气孔B；

所述阀体内置两个半圆环状阀芯包括稀释气阀芯和平衡气阀芯；所述稀释气阀芯上设有阀芯输入气孔A和阀芯输入气孔B，所述平衡气阀芯上设有平衡气阀芯输入气孔；

所述阀体的端盖上有两个导向环槽包括稀释气阀芯滑槽和平衡气阀芯滑槽，所述稀释气阀芯可滑动的安装在释气阀芯滑槽内，所述平衡气阀芯可滑动的安装在平衡气阀芯滑槽内，稀释气阀芯和平衡气阀芯可绕阀体的中心线转动；调节稀释气阀芯和平衡气阀芯的位置，能改变阀芯输入气孔与阀体输入气孔重叠面积，改变流体的流量；

所述平衡气调整轴和稀释气调整轴的一端通过轴端盖从阀体的上端垂直伸入其内部；所述平衡气阀芯和平衡气调整轴相连，平衡气调整轴与平衡气调整蜗轮和平衡气调整蜗杆联接；所述稀释气阀芯和稀释气调整轴相连，稀释气调整轴与稀释气调整蜗轮和稀释气调整蜗杆联接；

所述阀体底部设有输出气端盖，所述输出气端盖上设有端盖输出气孔，端盖输出气孔的孔心与平衡气调整轴在同一轴线上。

上述方案中，所述阀体和两个圆环状阀芯稀释气阀芯和平衡气阀芯的内表面贴合，稀释气阀芯和平衡气阀芯的曲率半径相同。

上述方案中，所述平衡气阀体输入气孔的孔直径为D₁，所述阀体输入气孔A和阀体输入气孔B的孔直径均为D₂，D₁为1～1.5倍D₂。

上述方案中，所述阀芯输入气孔A和阀芯输入气孔B的孔直径均为D₂，间距角度为2π/3-D₂/阀体内圆半径；所述平衡气阀芯输入气孔的孔直径为D₁，D₁为1～1.5倍D₂。

上述方案中，所述阀芯输入气孔A与阀体输入气孔A的位置相对，所述阀芯输入气孔B与阀体输入气孔B的位置相对；

所述平衡气阀芯输入气孔与平衡气阀体输入气孔的位置相对；

所述阀芯输入气孔A、阀体输入气孔A、所述阀芯输入气孔B、平衡气阀芯输入气孔、平衡气阀体输入气孔和阀体输入气孔B的孔中心位置位于同一个垂直于阀体中心线的剖面上。

上述方案中，所述平衡气阀芯的行程为1.2～1.5D₁，所述稀释气阀芯行程为1.2～1.5D₂。

上述方案中，所述平衡气调整蜗杆和稀释气调整蜗杆通过联轴器与驱动电机相连，所述驱动电机控制器与PLC或电脑连接；

PLC输出信号给驱动电机，分别带动平衡气调整蜗杆和稀释气调整蜗杆；平衡气调整蜗杆通过平衡气调整蜗轮带动平衡气调整轴旋转平衡气阀芯在平衡气阀芯滑槽内滑动；

稀释气调整蜗杆通过稀释气调整蜗轮带动稀释气调整轴旋转稀释气阀芯在稀释气阀芯滑槽内滑动。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型可同时实现二元和三元气体的配比。阀体的三个输入气孔，分别外接单向阀，只要一路无输入，即可实现二元气体的配比；三路全部输入，可实现三元气体的配比。

2.本实用新型流量范围宽。一般来讲，平衡气占混合气比例最高，约50％～70％，稀释气约50％～30％，本实用新型采用了输入气孔直径差异式设计，平衡气阀芯输入气孔的直径为阀芯输入气孔A和阀芯输入气孔B的1～1.5倍，相应流量为1～2.25倍。从而即可保证比例，又可实现混合气的大流量。

3.本实用新型可外接手动和自动调节。平衡气阀芯和平衡气调整轴相连，稀释气阀芯和稀释气调整轴相连，平衡气调整轴与平衡气调整蜗轮和平衡气调整蜗杆联接，稀释气调整轴与稀释气调整蜗轮和稀释气调整蜗杆联接。根据现场条件，可以手动旋转平衡气调整蜗杆、稀释气调整蜗杆，即可连续调节配比比例。并且蜗轮蜗杆自锁，能够不受高压气流的影响，保持蜗轮和阀芯位置固定不动，从而保证配比比例。蜗轮蜗杆传动比大，从而可实现阀芯的微量进给，使得配比精度较高。蜗杆也以通过联轴器与驱动电机相连，从而系统可采用计算机、PLC或单片机控制，实现自动调节，并可在输入管路中，加入压力传感器和温度传感器，实现压力和温度补偿，配比精度更高。

4.本实用新型配比和混合同步完成。输入气体经阀体和阀芯孔配比比例后，三路气流，基本上沿120°方向，射入阀腔，在阀腔中心碰撞，混合均匀。配比和混合都在同一装置内部完成，简化结构。

5.本实用新型结构紧凑，可简化配气系统，代替多个流量计和比例阀或者流量控制器，减少部件数量，简化系统结构，降低成本。

附图说明

图1是本实用新型一实施方式的多元流体配比混合原理图；

图2是本实用新型一实施方式的多元流体配比混合装置结构示意图；

图3是本实用新型一实施方式的三元气体保护焊应用原理图。

1-稀释气阀芯；2-阀芯输入气孔A；3-阀体输入气孔A；4-稀释气阀芯滑槽；5-平衡气阀芯；6-平衡气阀芯输入气孔；7-平衡气阀体输入气孔；8-平衡气阀芯滑槽；9-阀芯输入气孔B；10-阀体输入气孔B；11-阀体；12-平衡气轴；13-平衡气调整蜗杆；14-稀释气调整蜗轮；15-螺栓；16-轴端盖；17-平衡气调整蜗轮；18-稀释气调整蜗杆；19-稀释气轴；20-输出气端盖；21-螺栓；22-端盖输出气孔；23-输入气管；24-入口球阀；25-过滤器；26-减压稳压阀；27-温度传感器；28-压力传感器；29-单向阀；30-联轴器；31-驱动电机；32-多元流体配比混合装置；33-输出气管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。

图1和2所示为本实用新型所述多元流体配比混合装置的一种实施方式，所述多元流体配比混合装置，包括筒状阀体11、平衡气调整轴12和稀释气调整轴19。

在所述阀体11的筒壁上周向120°均布设有阀体输入气孔A3、平衡气阀体输入气孔7和阀体输入气孔B10。

所述阀体11内置两个半圆环状阀芯包括稀释气阀芯1和平衡气阀芯5；所述稀释气阀芯1上设有阀芯输入气孔A2和阀芯输入气孔B9，所述平衡气阀芯5上设有平衡气阀芯输入气孔6。

所述阀体11的端盖上有两个导向环槽包括稀释气阀芯滑槽4和平衡气阀芯滑槽8，所述稀释气阀芯1可滑动的安装在释气阀芯滑槽4内，所述平衡气阀芯5可滑动的安装在平衡气阀芯滑槽8内，稀释气阀芯1和平衡气阀芯5可绕阀体11的中心线转动；调节稀释气阀芯1和平衡气阀芯5的位置，能改变阀芯输入气孔与阀体输入气孔重叠面积，改变流体的流量。

所述平衡气调整轴12和稀释气调整轴19的一端通过轴端盖16从阀体11的上端垂直伸入其内部；所述平衡气阀芯5和平衡气调整轴12相连，平衡气调整轴12与平衡气调整蜗轮17和平衡气调整蜗杆13联接；所述稀释气阀芯1和稀释气调整轴19相连，稀释气调整轴19与稀释气调整蜗轮14和稀释气调整蜗杆18联接。

所述阀体11底部设有输出气端盖20，所述输出气端盖20上设有端盖输出气孔22，端盖输出气孔22的孔心与平衡气调整轴12在同一轴线上。

所述阀体11和两个圆环状阀芯稀释气阀芯1和平衡气阀芯5的内表面贴合，稀释气阀芯1和平衡气阀芯5的曲率半径相同。

所述平衡气阀体输入气孔7的孔直径为D₁，所述阀体输入气孔A3和阀体输入气孔B10的孔直径均为D₂，D₁为1～1.5倍D₂。

所述阀芯输入气孔A2和阀芯输入气孔B9的孔直径均为D₂，间距为2π/3-D₂/阀体内圆半径；所述平衡气阀芯输入气孔6的孔直径为D₁，D₁为1～1.5倍D₂。

所述阀芯输入气孔A2与阀体输入气孔A3的位置相对，所述阀芯输入气孔B9与阀体输入气孔B10的位置相对；

所述平衡气阀芯输入气孔6与平衡气阀体输入气孔7的位置相对；

所述阀芯输入气孔A2、阀体输入气孔A3、所述阀芯输入气孔B9、平衡气阀芯输入气孔6、平衡气阀体输入气孔7和阀体输入气孔B10的孔中心位置位于同一个垂直于阀体11中心线的剖面上。

所述平衡气阀芯5的行程为1.2～1.5D₁，所述稀释气阀芯1行程为1.2～1.5D₂。

本实用新型在所述阀体11的筒壁上周向120°匀布三个输入气孔包括阀体输入气孔A3、平衡气阀体输入气孔7和阀体输入气孔B10，内置两个半圆环状阀芯，包括稀释气阀芯1和平衡气阀芯5，所述稀释气阀芯1上有两个直径为D₂的阀芯输入气孔A2和阀芯输入气孔B9，平衡气阀芯5上开有一个直径为D₁的平衡气阀芯输入气孔6。其中，阀芯输入气孔A2、阀体输入气孔A3、阀芯输入气孔B9、阀体输入气孔B10的孔径相同，均为D₂，为占比例较低的稀释气输入通道。平衡气阀芯输入气孔6和平衡气阀体输入气孔7的孔径相同，均为D₁，D₁≥D₂，为占比例较高的平衡气输入通道。通过调节稀释气阀芯1和平衡气阀芯5的位置，可改变阀孔阀芯输入气孔A2、平衡气阀芯输入气孔6和阀芯输入气孔B9与输入气孔阀体输入气孔A3、平衡气阀体输入气孔7、阀体输入气孔B10的重叠面积，从而连续调整输入气体的流量，实现二元或三元气体体积配比比例的要求。

本实用新型以气体保护焊，三元气体混合配比为实施例，三元气体混合气体保护焊气路系统原理如图3所示。

本实施例的相关功能参数的具体如下：

由图3、图2和图1，三路输入Ar(平衡气，55m³/h标况)，CO₂(稀释气，30m³/h标况)，He(稀释气，15m³/h标况)，分别单路由储气钢瓶到输入气管23，依次经由球阀24、过滤器25、减压稳压阀26、温度传感器27、压力传感器28、单向阀29，周向120°连接到多元流体配比混合装置32的输入气口阀体输入气孔A3、平衡气阀体输入气孔7和阀体输入气孔B10。其中Ar(平衡气)接平衡气阀体输入气孔7，He(稀释气)和CO₂(稀释气)分别接输入气口阀体输入气孔A3和阀体输入气孔B10，也可对调。在其中配比混合均与后，由端盖输出气孔22到出气管33输出混合气。

系统在输入气管23处，输入气压0.7～1Mpa，然后经过减压稳压阀26后气压降低为0.35～0.4Mpa，保证三路气体气压接近一致，同时保持气压的稳定。

系统可采用PLC控制，实现自动调整。按照标况下所配比的比例Ar:CO₂:He＝11:6:3，根据三路输入气体工况的压力和温度，进行换算，从而确定阀芯输入气孔开口面积。假设三路气体开口面积比Ar:CO₂:He＝11.1:5.9:3.1。PLC输出信号给驱动电机31，分别带动平衡气调整蜗杆13和稀释气调整蜗杆18；平衡气调整蜗杆13通过平衡气调整蜗轮17带动平衡气调整轴12旋转平衡气阀芯5在平衡气阀芯滑槽8内滑动；稀释气调整蜗杆18通过稀释气调整蜗轮14带动稀释气调整轴19旋转稀释气阀芯1在稀释气阀芯滑槽4内滑动。

稀释气阀芯1滑动，使得阀芯输入气孔B9开度为65.556％，阀芯输入气孔A2开度为34.444％，其比例为1.903。平衡气阀芯5滑动，使得平衡气阀芯输入气孔6开度为54.815％从而保证标况下配比比例Ar:CO₂:He＝11:6:3。

三路气体经阀芯输入气孔A2、平衡气阀芯输入气孔6、阀芯输入气孔B9，呈120°射入阀体，在中心碰撞，混合均匀，由端盖输出气孔22到输出气管33输出配比的均匀混合气。

通过关闭一路输入气体入口球阀24，即可实现两元气体的配比混合。如果关闭平衡气入口球阀，可实现二元混合气体大流量输出。如果关闭稀释气入口球阀，可实现二元混合气体较小流量输出。

实现三元气体混合的作用过程为：

首先旋转稀释气阀芯1，调整阀芯输入气孔A2和阀芯输入气孔B9与阀体输入气孔A3和阀体输入气孔B的重叠面积，一路气体入口面积增大，另一路入口面积成比例减小，达到两元稀释气体的比例要求。两元稀释气体比例调整完毕之后，再调整平衡气的比例。根据三元气体比例要求，旋转平衡气阀芯5，调整平衡气阀芯输入气孔6的入口面积，达到要求比例。实现三元气体按比例混配。

实现二元气体混合的作用过程为：

首先，旋转平衡气阀芯5，关闭平衡气阀芯输入气孔6。然后旋转稀释气阀芯1，连续调整阀芯输入气孔A2和阀芯输入气孔B9的开度，得到两元气体的任何比例；第二，稀释气一路不供气，如阀芯输入气孔A2无输入，旋转平衡气阀芯5和稀释气阀芯1，可改变平衡气阀芯输入气孔6和阀芯输入气孔B9的开口比例，从而调整两元气体比例。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。