本实用新型涉及阀门技术领域，具体涉及一种大口径气动常闭波纹管阀。
背景技术：
随着化工、核工业等现代工业的迅速发展，易燃、易爆、剧毒和带放射性介质的管道日益增多，用于这些管道和装置上的阀门，对它们的外漏密封有特殊严格要求，使用一般的填料密封装置已满足不了要求，因此，需要采用带波纹管的波纹管阀，主要应用领域如下：工业、电站、废气净化厂、天然气、真空装置、氨、热水、冷冻系统、加热设备和蒸汽系统。
传统的波纹管阀存在以下问题：
1、大口径基于大流量的需求，需要阀门有足够的开度，开度是建立在波纹管的行程(高度)之上；传统波纹管阀的波纹管组件是整体式的，鉴于波纹管失稳的考虑，波纹管高度往往受到限制，导致不能保证足够的开度；
此外，传统的波纹管阀组件，在使用中，阀门操作扭矩容易导致波纹管承受一个扭矩，从而产生扭转应力，降低波纹管阀门的使用寿命。
2、传统的波纹管阀基本上采用s型流道，对于大口径波纹管阀而言，采用此种流道形式会让阀门显得异常庞大，导致的结果如下：
(1)成本高昂：主要体现在材料、加工、设备配置、运输方面；
(2)空间要求高：阀门在管道系统中需要的空间较大，不利于存在空间限制的场合；
(3)流阻大：s型流道的拐点较多，流阻大导致压力损失大。
3、对于常闭型的气动阀门，驱动阀门的气缸往往采用单活塞的结构形式；鉴于大口径阀门关闭的弹簧力往往较大，而工厂压缩空气提供的气压有限，往往需要直径较大的气缸才能克服弹簧力，从而打开阀门，这也导致了气缸体积庞大，从而造成发明的体积庞大，阀门在管道系统中需要的空间较大，不利于存在空间限制的场合。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是：对于传统的波纹管阀，鉴于波纹管失稳的考虑，波纹管高度往往受到限制，导致不能保证足够的开度，本实用新型提供了解决上述问题的一种大口径气动常闭波纹管阀。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种波纹管组件，包括法兰盘、波纹管，护圈和阀杆，所述波纹管位于护圈和法兰盘之间，所述阀杆依次穿过法兰盘、波纹管后与护圈连接，所述护圈上固定有密封阀头，包括n个波纹管和n-个导向环，相邻波纹管之间通过导向环连接形成整体波纹管结构，整体波纹管结构的两端分别向法兰盘和护圈方向延伸；每个导向环间隙配合套设在阀杆上，导向环的一端面与第n-个波纹管的一端连接，导向环的另一端面与第n个波纹管的一端连接；其中，n为≥的正整数；所述波纹管组件用于安装在波纹管阀上。
大口径基于大流量的需求，需要阀门有足够的开度，开度是建立在波纹管的行程(高度)之上；传统波纹管阀的波纹管组件是整体式的，鉴于波纹管失稳的考虑，波纹管高度往往受到限制，导致不能保证足够的开度。基于该技术背景，本实用新型提供了一种分体式波纹管组件，替代传统的整体式波纹管组件，分体式的连接件将较高的波纹管分割成多个部分，采用分体式波纹管组件实现大行程的波纹管应用。对于传统整体式的波纹管(见图(8))，由于只有两端支撑，波纹管在介质压力下，容易出现变形、磨损等失效情况；本实用新型采用分体式的波纹管组件，相对传统的整体式波纹管，分体式的波纹管具有如下优势：
1)的存在增加了波纹管的受压支撑点，避免了波纹管在受压状态下出现凹陷、甚至与阀杆接触引发摩擦，导致波纹管寿命降低甚至损坏；
2)导向环的存在增加了波纹管的强度，对于相同的介质压力，分体式波纹管的壁厚相对整体式要薄；导致波纹管的刚度值相对要低，波纹管伸缩所需要的执行力也会变小，对于灵敏度、阻力要求较高的场合，分体式的结构具有更大的优势；
3)相对整体式的波纹管，分体式的波纹管的加工工艺性更好、成本更低，具体涉及到模具、成型工艺；
4)因为阀杆上套设多个导向环，分体式的波纹管的校直检验更容易进行；
5)减小了波纹管对操作的负面阻力；
6)因为导向环的使用，分体式的波纹管不易变形，在加工、包装、运输过程中，不易损坏。
进一步优选，所述阀杆与法兰盘活动配合；所述阀杆伸入波纹管的一端通过固定环和挡圈与护圈刚性连接；所述护圈上沿周向设有安装槽，所述安装槽内安装有柔性密封阀头，所述密封阀头用于与阀座适配，以控制流通通断；所述整体波纹管结构的一端与法兰盘刚性连接、整体波纹管结构的另一端与密封阀头刚性连接。
本实用新型采用阀杆与波纹管相对转动完全自由的结构形式，避免了阀杆在传递操作力的过程中给波纹管施加扭矩，相对传统阀杆与波纹管刚性连接形式，极大地提高了波纹管的使用寿命。
一种大口径气动常闭波纹管阀，包括阀体组件、连接法兰和上述的一种波纹管组件，所述阀体组件包括腔体、阀座和法兰端口，所述波纹管组件设有护圈的一端伸入腔体内；所述连接法兰包括法兰盘i和法兰盘ii，所述法兰端口与法兰盘i连接，且法兰盘压紧固定在法兰端口与法兰盘i之间；所述法兰盘ii用于连接气缸组件。
阀体组件用于提供流体进出端口和关闭用壳体，波纹管组件用于提供一个可伸缩的密闭空间，连接法兰用于连接气缸组件与阀体组件、以保证波纹管对外密封，气缸组件用于通过弹簧和活塞运动为阀杆提供往复运动驱动作用力。
进一步优选，所述阀杆上设有泄放通道，所述泄放通道延伸方向与阀杆的轴向同向；所述连接法兰上还设有检漏孔；所述泄放通道连通整体波纹管内部腔室与检漏孔，所述检漏孔连接至外部大气环境。
本实用新型通过泄放通道将波纹管内部与检漏孔连通的结构形式，便于及时、准确、灵敏地监测波纹管的损坏情况，避免因波纹管损害带来的人员伤害和产品损失，尤其是介质为有毒有害、腐蚀性、易燃易爆的场合；一旦波纹管出现损坏造成泄漏，运行现场的监测仪表可在第一时间监测到泄漏源，及时做出反应，避免事态进一步扩张。
进一步优选，所述阀杆侧壁开设有两道凹槽作为两个泄放通道，两道凹槽以阀杆轴线为中心对称分布，阀杆上设有泄放通道的杆段呈扁杆结构；所述连接法兰的内部穿过阀杆的通孔至少有一段呈扁孔结构作为防扭转孔，所述阀杆上的设有凹槽的杆段与防扭转孔适配。
本实用新型采用了限制阀杆转动自由度的结构形式，即采用泄放通道在阀杆上形成的扁形径向截面与扁形的放扭转孔适配，因为扁孔在周向上的限制，外界施加给阀杆的扭矩无法传递至波纹管，密封阀头始终保持在一个位置上，保证阀杆传递给密封副的作用力始终如一，确保稳定的密封副契合度，保障了密封性能的稳定性。
进一步优选，所述阀体组件包括接头管段和阀体管段，所述接头管段与阀体管段呈y型结构连接；所述阀体管段内部腔室作为容纳波纹管组件的腔体；所述接头管段的两端分别用于连接流体进口管道和流体出口管道。
本实用新型采用了y型流道替代传统的s型流道，y型流道处于同一轴线，整体上没有死角，相对传统的s型流道具有以下优势：对于相同压力等级、口径的阀体，y型流道的阀体可以设计得更小，成本更低；y型流道中的流体阻力更小、压损更小，更好地满足流量的要求。
进一步优选，还包括气缸组件，所述气缸组件采用多片活塞多冲程结构。
本实用新型采用了多冲程的气缸设计，利用多片活塞替代单活塞的结构形式，在保证克服弹簧力的同时，降低了气缸的体积，减少了成本及安装空间的要求。
进一步优选，所述气缸组件包括缸体、缸盖、弹簧和活塞杆；所述缸体内设有依次设有活塞i、隔离塞和活塞ii，活塞杆依次与活塞ii、隔离塞和活塞i连接、且伸出缸体后与阀杆端部连接；所述弹簧容纳在缸盖内，弹簧的一端与缸盖内端壁连接，弹簧的另一端与活塞ii连接；所述隔离塞的外缘通过缸体内壁上的台阶面限位，所述台阶面限制隔离塞沿活塞杆向远离弹簧的方向移动；所述缸体上设有驱动气进口；所述活塞杆上设有通孔，用于连通缸体与活塞i之间的腔室和隔离塞与活塞ii之间的腔室；驱动气压由驱动气进口依次进入到缸体与活塞i之间的空间以及隔离塞与活塞ii之间的腔室内，推动活塞i和活塞ii移动。
进一步优选，所述缸盖上还设有排气孔i，所述排气孔i用于连通缸盖与活塞ii之间的腔室和外部大气环境；所述缸体上设有排气孔ii，所述排气孔ii用于连通隔离塞与活塞i之间的腔室和外部大气环境。
在阀门开闭的过程中，利用了驱动气压对该过程进行缓冲，规避了阀门关闭时密封副之间的巨大冲击力、阀门打开时对气缸的冲击力，保证了密封副、弹簧的使用寿命及良好的操作体验。
本实用新型具有如下的优点和有益效果：
1、本实用新型提供了一种分体式波纹管组件，替代传统的整体式波纹管组件，分体式的连接件将较高的波纹管分割成多个部分，在保证波纹管行程的同时避免了波纹管受压失稳；这一结构也提高了波纹管的强度，相对于相同压力规格、口径的整体式波纹管，具有管壁薄，承压能力高的特点，降低了波纹管的刚度系数，减小了波纹管对操作的负面阻力。
2、本实用新型采用阀杆与波纹管相对转动完全自由的结构形式，避免了阀杆在传递操作力的过程中给波纹管施加扭矩，相对传统阀杆与波纹管刚性连接形式，极大地提高了波纹管的使用寿命。
3、本实用新型采用阀杆与波纹管相对转动完全自由的结构形式，避免了阀杆在传递操作力的过程中给波纹管施加扭矩，相对传统阀杆与波纹管刚性连接形式，极大地提高了波纹管的使用寿命。
4、本实用新型通过泄放通道将波纹管内部与检漏孔连通的结构形式，便于及时、准确、灵敏地监测波纹管的损坏情况，避免因波纹管损害带来的人员伤害和产品损失，尤其是介质为有毒有害、腐蚀性、易燃易爆的场合；一旦波纹管出现损坏造成泄漏，运行现场的监测仪表可在第一时间监测到泄漏源，及时做出反应，避免事态进一步扩张。
5、本实用新型采用了限制阀杆转动自由度的结构形式，即采用泄放通道在阀杆上形成的扁形径向截面与扁形的放扭转孔适配，因为扁孔在周向上的限制，外界施加给阀杆的扭矩无法传递至波纹管，密封阀头始终保持在一个位置上，保证阀杆传递给密封副的作用力始终如一，确保稳定的密封副契合度，保障了密封性能的稳定性。
6、本实用新型采用了y型流道替代传统的s型流道，y型流道处于同一轴线，整体上没有死角，相对传统的s型流道具有以下优势：对于相同压力等级、口径的阀体，y型流道的阀体可以设计得更小，成本更低；y型流道中的流体阻力更小、压损更小，更好地满足流量的要求。
7、本实用新型采用了多冲程的气缸设计，利用多片活塞替代单活塞的结构形式，在保证克服弹簧力的同时，降低了气缸的体积，减少了成本及安装空间的要求
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为本实用新型的气动常闭波纹管阀外观结构示意图；
图2为本实用新型的气动常闭波纹管阀内部结构示意图；图中，a表示进口，b表示出口；
图3为本实用新型的阀体组件结构示意图；
图4为本实用新型的波纹管组件结构示意图；
图5为本实用新型的连接法兰结构示意图；
图6为图5的右视图；
图7为本实用新型的气缸组件结构示意图；
图8为传统波纹管阀的s型流道构示意图；
图9为本发明波纹管与密封阀头连接关系结构示意图；
图10为传统波纹管阀的波纹管与阀杆连接结构示意图；
图11为活塞受力模型；f1表示弹簧弹力，d表示活塞直径；
图12为本阀门活塞受力模型；f1表示弹簧弹力；f2表示驱动气压对活塞i向上的作用力，f3表示驱动气压对活塞ii向上的作用力，f4表示表示驱动气压对隔离塞向下的作用力，f5表示气缸台阶面对隔离塞的支撑力；则对活塞组合向上的合力f＝f2 f3 f5-f4，其中，f4＝f5表示。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-阀体组件，11-阀座，12-法兰端口，13-外部泄漏密封面，14-腔体；
2-波纹管组件，21-密封阀头，22-固定环，23-波纹管，24-导向环，25-泄放通道，26-护圈，27-挡圈，28-阀杆，29-法兰盘，210-连接螺纹；
3-连接法兰，31-法兰盘i，32-法兰盘ii，33-防扭转孔，34-检漏孔；
4-气缸组件，41-缸体，42-导向环，43-活塞i，44-隔离塞，45-活塞ii，46-缸盖，47-弹簧，48-排气孔i，48-活塞杆，410-排气孔ii，411-驱动气进口，412-连接螺纹；
附图中，a表示流体入口，b表示流图出口。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例1
本实施例提供了一种波纹管组件，包括法兰盘29、波纹管23，护圈26和阀杆28，波纹管23位于护圈26和法兰盘29之间，阀杆28依次穿过法兰盘29、波纹管23后与护圈26连接，护圈26上固定有密封阀头21，包括三个波纹管23和两个导向环24，相邻波纹管23之间通过导向环24连接形成整体波纹管结构，整体波纹管结构的两端分别向法兰盘29和护圈26方向延伸。第1个波纹管23的一端与法兰盘29连接、另一端与第1个导向环24的一端面连接；第2个波纹管23的一端与第1个导向环24的另一端面连接，第2个波纹管23的另一端与第2个导向环24的一端面连接；第3个波纹管23的一端与第2个导向环24的另一端面连接，第3个波纹管23的另一端延伸至护圈26处。波纹管组件用于安装在波纹管阀上。
优化设计阀杆28与波纹管23相对活动连接替代刚性连接，使波纹管23不受阀杆28扭转力影响：阀杆28与法兰盘29活动配合。阀杆28伸入波纹管23的一端通过固定环22和挡圈27与护圈26刚性连接；护圈26上沿周向设有安装槽，安装槽内安装有柔性密封阀头21，密封阀头21用于与阀座11适配，以控制流通通断；整体波纹管结构的一端与法兰盘29刚性连接、整体波纹管结构的另一端贯穿护圈26后与密封阀头21刚性连接。
实施例2
本实施例提供了一种大口径气动常闭波纹管阀，包括阀体组件1、连接法兰3和实施例1提供的一种波纹管组件，阀体组件1包括腔体14、阀座11和法兰端口12，波纹管组件设有护圈26的一端伸入腔体14内；连接法兰3包括法兰盘i31和法兰盘ii32，法兰端口12与法兰盘i31连接，且法兰盘29压紧固定在法兰端口12与法兰盘i31之间；法兰盘ii32用于连接气缸组件4。
阀杆28上设有泄放通道25，泄放通道25延伸方向与阀杆28的轴向同向；连接法兰3上还设有检漏孔34；所述泄放通道25连通整体波纹管内部腔室与检漏孔34，所述检漏孔34连接至外部大气环境。具体地，阀杆28侧壁开设有两道凹槽作为两个泄放通道25，两道凹槽以阀杆28轴线为中心对称分布，阀杆28上设有泄放通道25的杆段呈扁杆结构；所述连接法兰3的内部穿过阀杆28的通孔至少有一段呈扁孔结构作为防扭转孔33，所述阀杆28上的设有凹槽的杆段与防扭转孔33适配。
阀体组件1包括接头管段和阀体管段，接头管段与阀体管段呈y型结构连接；所述阀体管段内部腔室作为容纳波纹管组件2的腔体14；所述接头管段的两端分别用于连接流体进口管道和流体出口管道。
实施例3
基于实施例2的基础进一步改进，还包括气缸组件4，所述气缸组件4采用多片活塞多冲程结构。举例具体结构如下所示：
气缸组件4包括缸体41、缸盖46、弹簧47和活塞杆49；缸体41内设有依次设有活塞i43、隔离塞44和活塞ii45，活塞杆49依次与活塞ii45、隔离塞44和活塞i43连接、且伸出缸体41后与阀杆28端部连接。
弹簧47容纳在缸盖46内，弹簧47的一端与缸盖46内端壁连接，弹簧47的另一端与活塞ii45连接；所述隔离塞44的外缘通过缸体41内壁上的台阶面限位，所述台阶面限制隔离塞44沿活塞杆49向远离弹簧47的方向移动；缸体41上设有驱动气进口411；所述活塞杆49上设有通孔，用于连通缸体41与活塞i43之间的腔室和隔离塞44与活塞ii45之间的腔室；
驱动气压由驱动气进口411依次进入到缸体41与活塞i43之间的空间以及隔离塞44与活塞ii45之间的腔室内，推动活塞i43和活塞ii45移动。
缸盖46上还设有排气孔i48，所述排气孔i48用于连通缸盖46与活塞ii45之间的腔室和外部大气环境；所述缸体41上设有排气孔ii410，所述排气孔ii410用于连通隔离塞44与活塞i43之间的腔室和外部大气环境。
本实施例为常闭性气动机构执行阀门，气缸无驱动气压进入时，阀门处于关闭状态；当给气缸施加驱动气压时，气缸内活塞在气压作用下，克服弹簧力、拉伸阀杆，分离密封副，阀门打开，其力学模型如图11所示：
本实施例气缸采用了多冲程活塞结构，即将活塞面积a分成了a1、a2，f2＝驱动气压p﹡活塞面积a；由多个活塞共同受驱动气压，共同客服弹簧力的作用，从而达到减小活塞直径d的目的，进而达到减小气缸直径的目的；在大口径、大压力的工况下，多冲程的结构在减小体积上具有更大的优势。另外，本实施例使用了2冲程的结构，根据需要也可使用3冲程甚至4冲程的结构形式。
如图6所示，驱动气压从驱动气进口411进入，进入到缸体41与活塞i43之间的空间、以及隔离塞44与活塞ii45之间的空间，推动活塞i43和活塞ii45向上移动，从而打开阀门，其力学模型如图12所示：隔离塞44承受一个从上向下的力，该力由缸体41的台阶面予以支撑，不会对整个活塞组施加向下的作用力。
零部件移动时，非驱动气压进入空间会出现体积变化，如不与大气相通，会导致这些空间内的气压升高，从而抵消部分气压驱动力，排气孔i48和排气孔ii410就为解决这个问题而存在。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种波纹管组件，包括法兰盘(29)、波纹管(23)，护圈(26)和阀杆(28)，所述波纹管(23)位于护圈(26)和法兰盘(29)之间，所述阀杆(28)依次穿过法兰盘(29)、波纹管(23)后与护圈(26)连接，所述护圈(26)上固定有密封阀头(21)，其特征在于，包括n个波纹管(23)和n-1个导向环(24)，相邻波纹管(23)之间通过导向环(24)连接形成整体波纹管结构，整体波纹管结构的两端分别向法兰盘(29)和护圈(26)方向延伸；
每个导向环(24)间隙配合套设在阀杆(28)上，导向环(24)的一端面与第n-1个波纹管(23)的一端连接，导向环(24)的另一端面与第n个波纹管(23)的一端连接；
其中，n为≥2的正整数；所述波纹管组件用于安装在波纹管阀上。
2.根据权利要求1所述的一种波纹管组件，其特征在于，所述阀杆(28)与法兰盘(29)活动配合；
所述阀杆(28)伸入波纹管(23)的一端通过固定环(22)和挡圈(27)与护圈(26)刚性连接；
所述护圈(26)上沿周向设有安装槽，所述安装槽内安装有柔性密封阀头(21)，所述密封阀头(21)用于与阀座(11)适配，以控制流通通断；
所述整体波纹管结构的一端与法兰盘(29)刚性连接、整体波纹管结构的另一端与密封阀头(21)刚性连接。
3.一种大口径气动常闭波纹管阀，包括阀体组件(1)、连接法兰(3)和权利要求1或2所述的一种波纹管组件，其特征在于，所述阀体组件(1)包括腔体(14)、阀座(11)和法兰端口(12)，所述波纹管组件设有护圈(26)的一端伸入腔体(14)内；
所述连接法兰(3)包括法兰盘i(31)和法兰盘ii(32)，所述法兰端口(12)与法兰盘i(31)连接，且法兰盘(29)压紧固定在法兰端口(12)与法兰盘i(31)之间；所述法兰盘ii(32)用于连接气缸组件(4)。
4.根据权利要求3所述的一种大口径气动常闭波纹管阀，其特征在于，所述阀杆(28)上设有泄放通道(25)，所述泄放通道(25)延伸方向与阀杆(28)的轴向同向；所述连接法兰(3)上还设有检漏孔(34)；所述泄放通道(25)连通整体波纹管内部腔室与检漏孔(34)，所述检漏孔(34)连接至外部大气环境。
5.根据权利要求4所述的一种大口径气动常闭波纹管阀，其特征在于，所述阀杆(28)侧壁开设有两道凹槽作为两个泄放通道(25)，两道凹槽以阀杆(28)轴线为中心对称分布，阀杆(28)上设有泄放通道(25)的杆段呈扁杆结构；所述连接法兰(3)的内部穿过阀杆(28)的通孔至少有一段呈扁孔结构作为防扭转孔(33)，所述阀杆(28)上的设有凹槽的杆段与防扭转孔(33)适配。
6.根据权利要求3所述的一种大口径气动常闭波纹管阀，其特征在于，所述阀体组件(1)包括接头管段和阀体管段，所述接头管段与阀体管段呈y型结构连接；所述阀体管段内部腔室作为容纳波纹管组件(2)的腔体(14)；所述接头管段的两端分别用于连接流体进口管道和流体出口管道。
7.根据权利要求3至6任一项所述的一种大口径气动常闭波纹管阀，其特征在于，还包括气缸组件(4)，所述气缸组件(4)采用多片活塞多冲程结构。
8.根据权利要求7所述的一种大口径气动常闭波纹管阀，其特征在于，所述气缸组件(4)包括缸体(41)、缸盖(46)、弹簧(47)和活塞杆(49)；
所述缸体(41)内设有依次设有活塞i(43)、隔离塞(44)和活塞ii(45)，活塞杆(49)依次与活塞ii(45)、隔离塞(44)和活塞i(43)连接、且伸出缸体(41)后与阀杆(28)端部连接；
所述弹簧(47)容纳在缸盖(46)内，弹簧(47)的一端与缸盖(46)内端壁连接，弹簧(47)的另一端与活塞ii(45)连接；所述隔离塞(44)的外缘通过缸体(41)内壁上的台阶面限位，所述台阶面限制隔离塞(44)沿活塞杆(49)向远离弹簧(47)的方向移动；
所述缸体(41)上设有驱动气进口(411)；所述活塞杆(49)上设有通孔，用于连通缸体(41)与活塞i(43)之间的腔室和隔离塞(44)与活塞ii(45)之间的腔室；
驱动气压由驱动气进口(411)依次进入到缸体(41)与活塞i(43)之间的空间以及隔离塞(44)与活塞ii(45)之间的腔室内，推动活塞i(43)和活塞ii(45)移动。
9.根据权利要求8所述的一种大口径气动常闭波纹管阀，其特征在于，所述缸盖(46)上还设有排气孔i(48)，所述排气孔i(48)用于连通缸盖(46)与活塞ii(45)之间的腔室和外部大气环境；所述缸体(41)上设有排气孔ii(410)，所述排气孔ii(410)用于连通隔离塞(44)与活塞i(43)之间的腔室和外部大气环境。
技术总结