高压气瓶及其充气密封结构和充气方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高压气瓶技术领域，具体地，涉及一种高压气瓶及其充气密封结构和充气方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着高压气瓶制造和使用在工程技术领域的不断拓展，高压气瓶的充放气及密封结构也层出不穷。其中使用阀门控制的充气占大部分，主要有手动控制阀、气动控制阀、电动控制阀等。这类结构的优点是操作简单，可重复使用，但存在着结构复杂、密封性较差、无法保证气体品质等缺点，不适用于对密封性、体积、重量要求高的气瓶。
[0003]典型结构如图1所示，在气瓶15 —端轴线上设计有内小外大的台阶型进气通道，在内孔处装有金属密封垫片16，通道大孔端有可通过旋紧挤压密封垫片的内螺纹，并配有与该螺纹配合的堵塞18，在进气通道侧壁上加工有与充气设备相连的充气接口 17。工作时，旋松堵塞18，充气设备与进气通道17相通，气体通过进气通道进入气瓶15，当达到要求的充气压力后，拧紧堵塞18，压紧密封垫片16，实现高压密封。该结构需要较大的力才能压紧密封垫片，且要求垫片与瓶体紧密贴合，导致一次性密封成功率低，气瓶难以达到长期贮存的气密要求。
[0004]专利号为ZL200720175094.1的说明书公开了一种气瓶充气密封结构，如图2所示。其与典型结构不同，充气接口 28、连接孔26和进气孔24都在气瓶19轴线方向，连接孔内螺旋安装有螺旋压紧密封机构，其包括螺旋推进体23和锥形密封体21，密封体的锥尖可插入进气孔24，密封体21上套装有校正弹簧20，螺旋推进体23与连接孔26之间装有密封圈22，螺旋推进体23上设有气道27，锥形密封体上设有通气孔25，螺旋推进体旋松状态下，气体沿密封体与瓶体间隙充入气瓶内，螺旋推进体旋紧状态下，密封体锥尖与瓶体压接形成密封配合，其外侧设有圆周密封。该结构虽然解决了充气后密封操作困难和密封效果差的问题，但仍存在隐患。由于气瓶内充装气体压力高，其压力作用在密封锥面上，需要外界施加很大的旋紧力与之平衡，因此需要足够大的旋紧力，一旦堵塞松动，密封体与瓶体间的密封配合很容易失效，导致气体泄漏。
[0005]因此，以上结构都不能满足高压气瓶充气和长期密封的要求。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供了一种高压气瓶及其充气密封结构和充气方法，通过高压气体施加在阀芯上的作用力，实现气瓶自密封，密封可靠性高，解决了密封体密封位置受外部堵塞控制的问题；阀芯与瓶体之间无相对转动，密封面无磨损，保证了长时间可靠贮存，解决了堵塞旋转挤压密封体造成密封体与进气孔相对运动磨损，影响密封可靠性的问题；只在阀芯与瓶体之间存在一个可能漏点，通过安装堵塞封焊的方式对气瓶进行密封，能够保证长时间贮存不泄漏，解决了气瓶漏点多，长时间贮存易泄漏的问题。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0008]根据本发明的第一个方面，提供了一种高压气瓶的充气密封结构，包括顶杆、连接接头、阀芯、弹簧以及阀座；其中，所述阀座的一端开有通气孔，阀座的另一端设有与通气孔相连通的柱形空腔；所述阀座的柱形空腔内装有弹簧和阀芯，所述阀芯的一端为圆锥形端，自然状态下阀芯圆锥形端的尖端插入通气孔中，所述阀芯的另一端为直径小于柱形空腔的圆柱形端；所述弹簧安装在阀芯的圆柱形端与阀座之间，并套装在圆柱形端上；所述连接接头轴线上开有通孔，所述顶杆装在通孔内；所述顶杆的中部与通孔间隙配合，顶杆的一端通过阀芯的圆锥形端过渡到阀芯的圆柱形端，所述阀芯的圆柱形端插入阀座通气孔内，所述顶杆的外圆周上沿轴向开有气路。
[0009]优选地，所述连接接头和顶杆均采用不锈钢材料。
[0010]优选地，所述阀芯采用聚砜材料。
[0011]优选地，所述阀座采用钛材料。
[0012]优选地，所述阀芯的圆锥形端的尖端为半径0.5mm的球面结构。
[0013]根据本发明的第二个方面，提供了一种具有充气密封结构的高压气瓶，包括瓶体、上述的充气密封结构以及堵塞，其中，所述瓶体的瓶颈内沿瓶颈轴线方向由内向外开设进气孔、定位孔和连接孔，所述定位孔和连接孔相互连通形成外大里小的台阶形通孔；所述进气孔与瓶体的内腔相通；所述阀座通过螺纹与定位孔连接，阀座上的通气孔朝向瓶体外侧，阀座上的柱形空腔朝向瓶体内侧；所述阀座与定位孔间装有挡圈和O形圈，所述挡圈朝向瓶体外侧，所述O形圈与阀座螺纹相贴；所述连接接头通过螺纹与连接孔螺接，连接接头与连接孔之间设有密封环，所述堵塞与连接孔螺纹连接。
[0014]优选地，所述堵塞与连接孔之间设有垫片。
[0015]优选地，所述进气孔包括第一进气孔、第二进气孔和第三进气孔，其中，所述第一进气孔和第二进气孔均小于第三进气孔。
[0016]优选地，所述堵塞上设有用于与连接孔螺接的螺纹，堵塞的外端部设有一字槽，所述堵塞旋紧状态下与瓶体的瓶颈口齐平。
[0017]优选地，所述瓶体和堵塞均采用不锈钢材料。
[0018]根据本发明的第三个方面，提供了一种上述的具有充气密封结构的高压气瓶的充气方法，包括如下步骤:
[0019]充气时，推动顶杆，顶杆朝向瓶体一端与阀芯的圆锥形端接触，顶开阀芯，阀芯与通气孔分离，高压气体通过顶杆外圆周上的气路、顶杆与通孔之间的间隙、阀芯与通气孔之间的间隙以及阀座柱形空腔和进气孔之间形成的气道充入瓶体，阀芯在顶杆与内外压差的共同作用下保持开启状态，当内外压力平衡时，充气结束；
[0020]充气完成后，将顶杆退回，旋松连接接头并取下连接接头和顶杆；阀芯在内部压力和弹簧作用下将圆锥形端的尖端插入通气孔，阀芯与阀座接触密封；旋紧堵塞。
[0021]优选地，所述阀芯与阀座之间的密封处圆锥度为80°。
[0022]本发明与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0023]I)通过顶杆推动阀芯，外界高压气体依靠内外压差自动充入气瓶内，直到内外压力平衡，与阀芯相接触的弹簧保证了阀芯在充气过程中不移动；
[0024]2)充气完成后，反向旋转使顶杆退出，阀芯与气瓶接触密封，撤除气源后阀芯依靠气瓶内高压气体实现自密封；
[0025]3)阀芯在使用过程中不存在转动，降低了密封面磨损概率，提高了密封可靠性；
[0026]4)利用堵塞对气瓶进行封堵，并焊接，保证了长期贮存的可靠性。
【附图说明】
[0027]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0028]图1为典型气瓶充气密封结构示意图；
[0029]图2为现有的一种改进充气密封结构示意图；
[0030]图3为本发明充气密封结构示意图；
[0031]图4为本发明密封结构示意图；
[0032]图5为阀芯结构示意图。
[0033]图中:1为气瓶，2为定位孔，3为O形圈，4为挡圈，5为连接孔，6为连接接头，7为密封环，8为顶杆，9为气道，10为通气孔，11为阀芯，12为弹簧，13为阀座，14为进气孔，29为垫片，30为堵塞。
【具体实施方式】
[0034]下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
[0035]请同时参阅图3至图5。
[0036]实施例1
[0037]本实施例提供了一种高压气瓶的充气密封结构，包括顶杆、连接接头、阀芯、弹簧以及阀座；其中，所述阀座的一端开有通气孔，阀座的另一端设有与通气孔相连通的柱形空腔；所述阀座的柱形空腔内装有弹簧和阀芯，所述阀芯的一端为圆锥形端，自然状态下阀芯圆锥形端的尖端插入通气孔中，所述阀芯的另一端为直径小于柱形空腔的圆柱形端；所述弹簧安装在阀芯的圆柱形端与阀座之间，并套装在圆柱形端上；所述连接接头轴线上开有通孔，所述顶杆装在通孔内；所述顶杆的中部与通孔间隙配合，顶杆的一端与阀芯的圆锥形端相接触，所述阀芯的圆柱形端插入阀座通气孔内，所述顶杆的外圆周上沿轴向开有气路。
[0038]进一步地，所述连接接头和顶杆均采用不锈钢材料。
[0039]进一步地，所述阀芯采用聚砜材料。
[0040]进一步地，所述阀座采用钛材料。
[0041]进一步地，所述阀芯的圆锥形端的尖端为半径0.5mm的球面结构。
[0042]实施例2
[0043]本实施例提供了一种具有充气密封结构的高压气瓶，包括瓶体、实施例1提供的充气密封机构以及堵塞；其中，所述瓶体上设有沿瓶体瓶颈轴线方向由内向外依次设有进气孔、定位孔和连接孔，所述定位孔和连接孔相互连通形成外大里小的台阶形通孔；所述进气孔与瓶体内腔相通；所述阀座通过螺纹与定位孔连接，阀座上朝瓶体外侧开有通气孔，阀座上朝瓶体内侧设