减压阀的制作方法

1.本技术涉及流体控制阀的领域，尤其涉及一种减压阀。


背景技术：

2.减压阀(也可被称为“稳压阀”)被广泛应用于各种供气管路中。一般通过控制减压阀被设置在阀体中的阀芯组件的开度来调节气体的流量和压力，从而将较高的入口气压(对应于高压侧)调节到较低的出口气压(对应于低压侧)，并使出口气压稳定在一定范围内。在存在较大压差的供气管路中，例如在燃料电池系统的氢气供应系统中，储罐内的气压高达约35 mpa，而燃料电池堆叠的质子交换膜所需的氢气的正常工作气压为约0.1 mpa到约0.2mpa。因此，需要在将来自储罐的氢气供给到燃料电池堆叠之前对氢气进行减压。
3.现有的减压阀通常通过使阀芯组件的阀芯相对于阀座移动来调节气体的流量，以实现减压。o形环通常被设置在阀芯组件与阀体之间的界面(也可被称为“间隙”)处，以气密地密封该界面，从而防止气体泄漏到减压阀的外部和/或从高压侧泄漏到低压侧。但是，由于阀芯相对于阀体移动，会在该界面处导致较大摩擦力。这容易导致o形环的滚动、磨损、疲劳、老化和变形，从而导致密封功能降级。这会导致气体泄漏或增大气体泄漏的风险，可能带来与安全相关的风险。
4.因此，需要对现有的减压阀进行改进。


技术实现要素：

5.本技术旨在提供一种改进的减压阀，以克服现有技术中存在的至少一项上述的技术问题。
6.为此，根据本技术的一方面，提供了一种减压阀，包括：阀体，所述阀体设有阀腔、气体进入通道以及气体排出通道，所述气体进入通道通过所述阀腔与所述气体排出通道流体连通，以形成流体通道；被设置在所述阀腔内并且被配置成响应于所述流体通道中的压力变化来控制所述流体通道的通流能力的阀芯组件；以及被设置在所述阀腔内的密封机构，其特征在于，所述密封机构包括：环形密封件，所述环形密封件被设置在所述阀芯组件与所述阀体之间的界面处；以及偏压件，所述偏压件被设置在所述环形密封件中，并且被配置成对所述环形密封件施加径向向外指向的力，以迫使所述环形密封件气密地密封所述界面。
7.优选地，所述阀芯组件包括被固定在所述阀腔内的阀座、以及被配置成能够相对于所述阀座移动以调节所述通流能力的阀芯，所述阀芯将所述阀腔分成第一室和第二室，所述阀体还设有第一通气孔，以将所述第一室与所述减压阀的外部连通，所述气体进入通道通过所述第二室与所述气体排出通道流体连通，以形成所述流体通道，所述环形密封件包括第一环形密封件，并且所述偏压件包括第一偏压件，所述第一环形密封件被设置在所述阀芯与所述阀体之间的第一界面处，并且所述第一偏压件被设置在所述第一环形密封件中并且对所述第一环形密封件施加径向向外指向的力，以迫使所述第一环形密封件气密地
密封所述第一界面，从而将所述第一室与所述第二室彼此气密地隔离开。
8.优选地，所述阀芯包括阀杆座和阀杆，所述阀芯组件被配置成使得所述阀杆座和所述阀杆能够在所述阀腔中移动，并且使所述阀杆相对于所述阀座移动以调节所述通流能力，所述阀杆座将所述阀腔分成所述第一室和所述第二室，所述阀杆座包括被配置成接收所述第一环形密封件和所述第一偏压件的凸台，所述阀芯组件还包括单独的第一保持件，所述第一保持件被配置成安装到所述阀杆座，以将所述第一环形密封件和所述第一偏压件在所述阀杆座上保持就位。
9.优选地，所述第一环形密封件包括第一本体以及延伸到所述第一本体中的第一凹槽，所述第一凹槽具有第一开口，所述第一偏压件通过第一开口设置到所述第一凹槽中，所述第一开口面向所述第二室。
10.优选地，所述第一环形密封件的第一本体的径向横截面是大致u形的，并且其径向靠外的角部被倒圆或斜切，所述径向横截面的形状与所述凸台和所述第一保持件的形状相配合，以防止所述第一环形密封件在所述阀杆座相对于所述阀腔移动时发生扭转变形。
11.优选地，所述阀座将所述第二室分成通过所述阀座中的阀孔连通的第一部分和第二部分，所述阀杆延伸通过所述第一部分穿过所述阀孔到所述第二部分中，所述环形密封件还包括第二环形密封件，并且所述偏压件还包括第二偏压件，所述第二环形密封件被设置在所述阀杆延伸到所述第二部分中的部分与所述阀体之间的第二界面处，并且所述第二偏压件被设置在所述第二环形密封件中并且对所述第二环形密封件施加径向向外指向的力，以迫使所述第二环形密封件气密地密封所述第二界面，从而将所述第二部分分成彼此气密地隔离开的第一子部分和第二子部分，所述阀体还设有第二通气孔，以将所述第一子部分与所述气体排出通道连通，所述气体进入通道通过所述第二子部分和所述第一部分与所述气体排出通道流体连通，以形成所述流体通道，而不与所述第一子部分直接连通。
12.优选地，所述阀体包括在所述第二部分处形成于所述阀体以用于接收所述第二环形密封件和所述第二偏压件的第二接收部，所述阀芯组件还包括单独的第二保持件，所述第二保持件被配置成将所述第二环形密封件和所述第二偏压件保持就位。
13.优选地，所述阀杆包括阀杆本体以及从所述阀杆本体径向向外突出的肩部，所述肩部在所述第二子部分中，所述第二保持件是设置在所述阀杆上且能够沿着所述阀杆滑动的压环，所述阀芯组件包括第一弹簧件和第二弹簧件，所述第一弹簧件被设置在所述第一室中以作用于所述阀杆座，所述第二弹簧件在所述阀杆上被设置在所述肩部与所述第二保持件之间，以作用于所述肩部和所述第二保持件，所述第一弹簧件和所述第二弹簧件被配置成相配合以使所述阀芯能够响应于所述流体通道中的压力变化来调节所述通流能力，并且使所述第二保持件能够以压配合的方式将所述第二环形密封件和所述第二偏压件保持就位。
14.优选地，所述第二环形密封件包括第二本体以及延伸到所述第二本体中的第二凹槽，所述第二凹槽具有第二开口，所述第二偏压件通过第二开口设置到所述第二凹槽中，所述第二开口面向所述第二子部分，所述第二环形密封件的第二本体的径向横截面是大致u形的，并且其径向靠内的角部被倒圆或斜切，所述径向横截面的形状与所述第二接收部和所述第二保持件的形状相配合，以防止所述第二环形密封件在所述阀杆相对于所述阀体移动时发生扭转变形。
15.优选地，所述偏压件是至少一个弹簧圈。
16.优选地，所述偏压件由316l不锈钢制成。
17.优选地，所述环形密封件由聚四氟乙烯制成。
18.根据本技术的减压阀的密封机构能够以减小的摩擦力在阀芯组件与阀体之间的界面处提供紧密的动态密封，从而提高减压阀的可靠性。
附图说明
19.下面将结合附图来更彻底地理解并认识本技术的上述和其它方面。应当注意的是，附图仅为示意性的，并非按比例绘制。在附图中：
20.图1是根据本技术的优选实施例的减压阀的示意性剖视图；
21.图2a和图2b示意性地示出了图1的减压阀的第一密封件和第一偏压件，其中，图2a示出了第一密封件与第一偏压件处于组装状态，并且图 2b示出了第一密封件与第一偏压件处于分解状态；以及
22.图3是图1中的虚线圈出部分a的放大视图。
23.附图标记列表：
24.100
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减压阀
25.101
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阀体
26.103
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气体进入通道
27.105
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气体排出通道
28.107
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阀芯组件
29.109
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密封机构
30.111a
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第一环形密封件
31.111b
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第二环形密封件
32.113a
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第一偏压件
33.113b
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第二偏压件
34.114
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阀座
35.114a
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阀孔
36.115
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阀芯
37.115a
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阀杆座
38.115b
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阀杆
39.115c
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阀杆本体
40.115d
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肩部
41.117
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第一通气孔
42.119
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第一接收部
43.121a
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第一保持件
44.121b
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第二保持件
45.123
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螺栓
46.125a
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第一本体
47.125b
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第一凹槽
48.125c
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第一开口
49.127a
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角部
50.127b
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角部
51.129
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第二通气孔
52.131
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第二接收部
53.133a
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第一弹簧件
54.133b
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第二弹簧件
55.135a
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第二本体
56.135b
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第二凹槽
57.200
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阀腔
58.201
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第一室
59.203
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第二室
60.205
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第一部分
61.207
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第二部分
62.207a
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第一子部分
63.207b
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第二子部分
具体实施方式
64.下面结合示例详细描述本技术的示例性实施例。本领域技术人员应理解的是，这些示例性实施例并不意味着对本技术形成任何限制。此外，在不冲突的情况下，本技术的实施例中的特征可以相互组合。在附图中，为简要起见而省略了其它的部件，但这并不表明本技术的减压阀不可包括其它部件。应理解，附图中各部件的尺寸、比例关系以及部件的数目均不作为对本技术的限制。
65.下面参照图1来描述根据本技术优选实施例的减压阀100。如图1所示，减压阀100包括阀体101，其设有阀腔200、气体进入通道103以及气体排出通道105。气体进入通道103通过阀腔200与气体排出通道105流体连通，以形成流体通道，这将在下文具体描述。减压阀100还包括阀芯组件107，其被设置在阀腔200内，并且被配置成响应于所述流体通道中的压力变化来控制所述流体通道的通流能力，从而实现减压。如在本文中所使用的，术语“通流能力”是指流体通道允许流体经由其通过的能力，其通常以流体通道用于流通流体的有效节流面积来表征。所述流体通道的通流能力与阀芯组件107的开度相关联，这也将在下文具体描述。
66.减压阀100还包括密封机构109，其被设置在阀腔200内以提供密封，从而防止气体泄漏到减压阀100的外部和/或从高压侧(即，气体进入通道 103一侧)泄漏到低压侧(即，气体排出通道105一侧)。密封机构109包括环形密封件以及偏压件，所述环形密封件被设置在阀芯组件107与阀体 101之间的界面处，所述偏压件被设置在环形密封件中，并且被配置成对环形密封件施加径向向外指向的力，以迫使环形密封件气密地密封该界面。如在本文中所使用的，术语“径向”是指大致沿着环形部件的直径的方向，并且术语“径向向外”是指大致沿着环形部件的径向远离其圆心的方向。密封机构109能够以减小的摩擦力在阀芯组件107与阀体101之间的界面处提供紧密的动态密封，从而提高减压阀100的可靠性。以下将结
合减压阀100的一种具体型式详细描述密封机构109，但应理解到，密封机构109 也适用于其它合适型式的减压阀。
67.请继续参照图1，减压阀100的阀芯组件107包括被固定在阀腔200内的阀座114、以及被配置成能够相对于阀座114移动以调节所述流体通道的通流能力的阀芯115。如图1所示，阀芯115将阀腔200分成第一室(也可被称为“弹簧室”)201和第二室(也可被称为“气体室”)203。阀体101 还设有第一通气孔117，以将第一室201与减压阀100的外部连通。如此，第一室201内的压力等于减压阀100的外部环境气压。气体进入通道103 通过第二室203与气体排出通道105流体连通，以形成所述流体通道。换言之，所述流体通道通过使气体进入通道103通过第二室203与气体排出通道105流体连通而形成。阀座114包括延伸贯穿其本体的阀孔114a，并且所述流体通道经过阀座114的阀孔114a。
68.为了防止气体从第二室203泄漏到第一室201并因此通过第一通气孔 117泄漏到减压阀100的外部，环形密封件包括第一环形密封件111a，并且偏压件包括第一偏压件113a，其中，第一环形密封件111a被设置在阀芯115 与阀体101之间的第一界面(也可被称为“间隙”)处，并且第一偏压件 113a被设置在第一环形密封件111a中并且对第一环形密封件111a施加径向向外指向的力，以迫使第一环形密封件111a气密地密封第一界面，从而将第一室201与第二室203彼此气密地隔离开。第一偏压件113a对第一环形密封件111a施加径向向外指向的力可以在第一界面处发生相对运动情况下使第一环形密封件111a能够容易顺应第一界面的大小变化，从而在第一界面处施加紧密的动态密封。相比于传统的o形环密封构型需要很大夹紧力而导致界面处的摩擦力较大的情况下，这种构型能够以减小的摩擦力在阀芯115与阀体101之间提供紧密的动态密封，使得减压阀100能够更快地对经由其流过的气体的压力变化作出响应，并且降低气体泄漏的风险，从而具有更高的可靠性。下面将结合阀芯115的一种具体型式详细描述这种密封构型的作用，但应理解到，阀芯115也可以呈其它合适的型式，并且能够与这种密封构型结合使用。
69.如图1所示，阀芯组件107的阀芯115包括阀杆座115a和阀杆115b。阀杆座115a可以呈柱塞或活塞的构型。阀芯组件107被配置成使得阀杆座 115a和阀杆115b能够在阀腔200中移动，并且使阀杆115b相对于阀座114 移动以调节所述流体通道的通流能力。具体而言，阀杆115b能够相对于阀座114在完全打开位置与关闭位置之间移动，从而调节阀芯组件107的开度。阀杆115b在处于关闭位置时与阀座114接合，以阻塞阀座114的阀孔 114a，从而关闭所述流体通道。在阀杆115b处于完全打开位置时，阀芯组件107的开度最大。阀芯组件107的初始状态(即，在没有气体流经减压阀100的情况下)通常是阀杆115b处于完全打开位置。在一些示例中，阀杆座115a和阀杆115b是分立的部件，并且阀杆115b在阀芯组件107的诸如弹簧之类的弹性元件的作用下抵着阀杆座115a移动(这将在下文具体描述)。在其它部分示例中，阀杆115b可以被连接到阀杆座115a，或者与阀杆座115a一体形成。
70.请继续参照图1，阀芯115的阀杆座115a将阀腔200分成前述的第一室201和第二室203。当阀杆座115a在阀腔200中移动时，第一室201和第二室203的容积相应地改变。如上所述，第一室201与减压阀100的外部连通，由此使得第一室201内的压力不会阻碍缓阀芯115在阀腔200中移动。阀杆座115a包括被配置成接收第一环形密封件111a和第一偏压件 113a的第一接收部119。
71.在一些示例中，第一接收部119可以呈接收凹槽的形式(未示出)，其沿着阀杆座
115a的周向延伸到阀杆座115a中。第一环形密封件111a和第一偏压件113a可以通过绕着阀杆座115a的周向表面扩张来沿着该周向表面骑行到接收凹槽中。
72.在其它部分示例中，如图1所示，第一接收部119是在阀杆座115a的轴向端部沿着阀杆座115a的周向形成的凸台，其外径大致等于第一环形密封件111a的内径，以允许第一环形密封件111a围绕其设置。阀芯组件107 还包括单独的第一保持件121a，其被配置成安装到阀杆座115a，以将第一环形密封件111a和第一偏压件113a在阀杆座115a上保持就位。如在本文中所使用的，“单独的第一保持件121a”是指第一保持件121a是与阀杆座 115a分开的，而不是成一体的。也就是说，第一保持件121a在第一环形密封件111a和第一偏压件113a被安装到第一接收部119之后被安装到阀杆座 115a，以将第一环形密封件111a和第一偏压件113a在阀杆座115a上保持就位。如图1所示，第一保持件121a呈盘形挡片的形式，其通过螺栓123 可拆卸地安装到阀杆座115a。但应理解到，第一保持件121a也可以呈其它合适的形式，并且也可以通过其它机构或方式、例如通过阀杆115b固定到阀杆座115a。相比于前述情况，采用凸台形式的第一接收部119以及单独的第一保持件121a可以避免第一偏压件113a在第一环形密封件111a被安装到第一接收部119期间发生形变，否则这可能导致第一偏压件113a对第一环形密封件111a施加径向向外指向的力永久地改变。
73.以下结合图2a至图3描述第一环形密封件111a和第一偏压件113a的一种优选型式，应理解，第一环形密封件111a和第一偏压件113a也可以呈其它合适的型式。如图2a至图3所示，第一环形密封件111a包括第一本体125a以及延伸到第一本体125a中的第一凹槽125b。第一环形密封件111a 可以由聚四氟乙烯(ptep)材料制成。相比于用于形成o形环的传统材料，聚四氟乙烯(ptep)材料可以降低第一环形密封件111a与阀体101之间的摩擦。第一凹槽125b具有第一开口125c。第一偏压件113a呈弹簧圈的型式，并且可以由316l不锈钢制成，以提供耐氢脆性。第一偏压件113a通过第一开口125c设置到第一凹槽125b中。返回参考图1，第一开口125c 被设置成面向第二室203。请继续参照图3，其示意性地示出了图1的第一环形密封件111a和第一偏压件113a的局部横截面。如图3所示，第一环形密封件111a的第一本体125a的径向横截面是大致u形的，并且其径向靠外的角部127a和127b被倒圆或斜切，例如图中所描绘的，角部127a被倒圆，而角部127b被斜切。这使得可以减小第一环形密封件111a的径向靠外的表面(即，与阀体101接触的表面)与阀体101之间的摩擦，以防止第一环形密封件111a在阀杆座115a相对于阀体101移动(第一环形密封件 111a在阀杆座115a的带动下也相对于阀体101移动)时发生扭转变形。该径向横截面的形状与第一接收部119和第一保持件121a的形状相配合，从而进一步防止第一环形密封件111a在阀杆座115a相对于阀体101移动时发生扭转变形。
74.请返回参见图1，阀芯组件107的阀座114进一步将阀腔200的第二室 203分成通过阀座114中的阀孔114a连通的第一部分205和第二部分207。如图1所示，第一部分205位于阀座114靠近阀杆座115a的一侧，并且第二部分207位于阀座114背离阀杆座115a的另一侧。阀杆115b延伸通过第一部分205穿过阀孔114a到第二部分207中。第二部分207用作阀杆腔，以允许阀杆115b在其中移动。
75.在一些示例中，如图1所示，环形密封件还包括第二环形密封件111b，并且偏压件还包括第二偏压件113b。第二环形密封件111b被设置在阀杆 115b延伸到第二部分207中的部分与阀体101之间的第二界面处。第二偏压件113b被设置在第二环形密封件111b中，并且
对第二环形密封件111b 施加径向向外指向的力，以迫使第二环形密封件111b气密地密封第二界面，从而将第二部分207分成彼此气密地隔离开的第一子部分207a和第二子部分207b。阀体101还设有第二通气孔129，以将第一子部分207a与气体排出通道105连通。气体进入通道103通过第二子部分207b和第一部分205 与气体排出通道105流体连通，以形成流体通道，而不与第一子部分207a 直接连通。换言之，所述流体通道通过使气体进入通道103通过第二室203 的第二部分207的第二子部分207b与气体排出通道105流体连通而形成。第二偏压件113b对第二环形密封件111b施加径向向外指向的力可以在第二界面处发生相对运动情况下使第二环形密封件111b能够容易顺应第二界面的大小变化，从而在第二界面处施加紧密的动态密封。相比于传统的o形环密封构型需要很大夹紧力而导致界面处的摩擦力较大的情况下，这种构型能够以减小的摩擦力在阀杆115b与阀体101之间提供紧密的动态密封，使得减压阀100能够更快地对经由其流过的气体的压力变化作出响应，并且降低气体泄漏的风险，从而具有更高的可靠性。
76.如图1所示，阀体101还包括在第二部分207处形成于阀体101以用于接收第二环形密封件111b和第二偏压件113b的第二接收部131。第二接收部131可以呈形成于阀体101的凸台的形式，并且第二环形密封件111b 可以被设置在其上(虽然在图中描绘了间隔件在第二环形密封件111b与凸台，但应理解，第二环形密封件111b可以直接设置在该凸台上)。阀芯组件107还包括单独的第二保持件121b，其被配置成将第二环形密封件111b 和第二偏压件113b保持就位。如在本文中所使用的，“单独的第二保持件 121b”是指第二保持件121b是与阀体101分开的，而不是成一体的。也就是说，第二保持件121b在第二环形密封件111b和第二偏压件113b被设置在第二接收部131上之后被安装，以将第二环形密封件111b和第二偏压件 113b保持就位。
77.下面结合图1描述第二保持件121b的一种优选型式。如图1所示，阀杆115b包括阀杆本体115c以及从阀杆本体115c径向向外突出的肩部115d。肩部115d在第二子部分207b中。第二保持件121b呈设置在阀杆115b上且能够沿着阀杆115b滑动的压环的形式。阀芯组件107包括第一弹簧件 133a和第二弹簧件133b。第一弹簧件133a被设置在第一室201中以作用于阀杆座115a，并且第二弹簧件133b在阀杆115b上被设置在肩部115d与第二保持件121b之间，以作用于肩部115d和第二保持件121b。第一弹簧件 133a和第二弹簧件133b被配置成相配合，以使阀芯115能够响应于所述流体通道中的气体压力变化来调节所述流体通道的通流能力以实现减压，并且使第二保持件121b能够以压配合的方式将第二环形密封件111b和第二偏压件113b保持就位。此外，在阀杆座115a和阀杆115b是分立的部件的情况下，第一弹簧件133a和第二弹簧件133b还被配置成相配合，以使阀杆115b抵着阀杆座115a移动。应理解到，第二保持件121b也可以呈其它合适的形式。例如，在没有肩部115d和第二弹簧件133b的情况下，第二保持件121b可以被固定到阀体101。还应理解，尽管在图中描绘了用于调节第一弹簧件133a的弹簧力的弹簧力调节机构(设置在第一弹簧件133a 与阀杆座115a相反的一端处)，但是本技术不限于此。
78.与图2a至图3中描绘的第一环形密封件111a类似，如图1所示，第二环形密封件111b也可以包括第二本体135a以及延伸到第二本体135a中的第二凹槽135b。第二环形密封件111b也可以由聚四氟乙烯(ptep)材料制成。相比于用于形成传统o形环的材料，聚四氟乙烯(ptep)材料可以降低第二环形密封件111b与阀杆115b之间的摩擦。第二凹槽135b具有第
二开口(未在图中标出)。与图2a至图3中描绘的第一偏压件113a类似，第二偏压件113b也可以呈弹簧圈的型式，并且也可以由316l不锈钢制成。第二偏压件113b通过第二开口设置到第二凹槽135b中。如图所示，该第二开口被设置成面向第二室203。与图2a至图3中描绘的第一环形密封件111a类似，第二环形密封件111b的第二本体135a的径向横截面也可以是大致u形的，并且其径向靠外的角部也可以被倒圆或斜切。这使得可以减小第二环形密封件111b的径向靠内的表面(即，与阀杆115b接触的表面)与阀杆115b之间的摩擦，以防止第二环形密封件111b在阀杆115b相对于阀体101移动时发生扭转变形。与第一环形密封件111a类似，第二环形密封件111b的第二本体135a的径向横截面的形状也与第二接收部131 和第二保持件121b的形状相配合，从而进一步防止第二环形密封件111b 在阀杆115b相对于阀体101移动时发生扭转变形。
79.相比于传统的o形环密封构型，根据本技术优选实施例的减压阀100 的密封机构109能够以减小的摩擦力在阀芯组件107与阀体101之间的界面处提供紧密的动态密封，由此使得减压阀100能够更快地对经由其流过的气体的压力变化作出响应，并且可靠性更高，降低了气体泄漏的风险。
80.如在本文中使用的，术语“第一”和“第二”用于将一个元件或部段与另一个元件或部段区分开来，但是这些元件和/或部段不应受到此类术语的限制。
81.以上结合具体实施例对本技术进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本技术的限制。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本技术的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本技术的范围。