CN102679017A

CN102679017A - 一种海水电磁阀组

Info

Publication number: CN102679017A
Application number: CN2012101373645A
Authority: CN
Inventors: 刘银水; 毛旭耀; 江涛; 李东林; 吴德发; 杨珍; 赵旭峰; 方无迪
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-05-04
Also published as: CN102679017B

Abstract

本发明公开了一种海水电磁阀组，由四个相互独立的电磁阀组成，其中电磁阀包括阀组件和设置在阀组件下部的电磁铁组件，阀组件包括阀体和安装在阀体内的阀芯，各电磁铁组件容置在一密封罩中，该密封罩与各阀体固定连接成一体，阀芯外设有阀套，阀芯下部设置有阀座，所述阀芯与阀座形成阀口，阀座下部设置有阀套座，推杆一端穿过阀套座后与阀芯下部接触，推杆另一端与电磁铁组件接触，所述阀芯上部通过螺堵密封，阀芯顶部与螺堵之间通过弹簧抵接；阀套座下部位于所述阀组件与电磁组件之间处设置有挡圈；本发明的阀装置可直接应用于海水环境及其它腐蚀性的环境中，具有结构简单、压力损失小、拆装维护方便，无阻尼小孔，抗污染能力强等优点。

Description

一种海水电磁阀组

技术领域

本发明涉及一种海水电磁阀组，适用于以海水、淡水等工作介质的水下潜器水压浮力调节系统及其它系统。

技术背景

海水浮力调节系统中涉及的海水液压元件有海水泵、海水电磁阀、海水溢流阀以及海水压力平衡阀等。其系统原理如图1所示，海水电磁阀是海水液压浮力调节系统的重要部件，是控制海水注入或排出系统的交通枢纽。通过调节电磁阀组通断电状态，向深潜器水舱注入或排出海水来改变潜器的重量，从而改变潜器浮力和重量的比重，以此来调整潜器在海水中的位置。

目前尚未有能直接应用于深海环境的海水电磁阀（组）。由于水介质在理化性能方面的特征，使得海水液压阀组面临气蚀与气蚀磨损、拉丝侵蚀和冲蚀、泄漏与密封等问题。作为应用于水下环境的电磁阀组，还必须解决绝缘与封装、抗污染和进出口可互换等问题。

图2所示为Danfoss公司生产的组合式的三位四通电磁阀组，但该阀完全不适用于深海特殊工况环境，其主要原因有：

（1）采用平板阀结构，对进出水口具有严格的方向要求，不能接反（亦即阀的入口压力比出口高，不能出现出口比进口高的情况）。当进出水口接反了，即使电磁铁未得电动作，介质压力作用在阀芯上会将阀口自动打开，从而产生误操作；

（2）结构复杂，从原理上存在多个阻尼小孔，这不仅提高了对零部件的加工难度，不易于装配和维护，而且由于开式环境下水质得不到精密过滤，容易造成阻尼孔堵塞，从而降低了阀的抗污染能力和可靠性；

（3）采用先导式结构，从原理上存在最小工作压力，装在泵入口严重影响吸入性能，减小了系统使用范围；

（4）将进口压力引导主阀芯端部，依靠压力增加阀口处的密封比压，因此容易造成低压时阀口关闭不严，存在较大泄漏；

（5）电磁-机械转换装置无密封、不耐压，不能裸露于海洋环境；

发明内容

本发明的目的在于提供一种海水电磁阀组，直接以海水或淡水作为工作介质，能适应水压浮力调节系统特殊工况，用于控制海水的注入以及排出，进而调整控制潜器的姿态以及位置，具有结构简单、体积小、密封效果较好、重量轻、体积小、操作方便、环境相容性好等优点。

实现本发明目的一种海水电磁阀组，由四个相互独立的电磁阀组成，其特征在于，所述电磁阀包括阀组件和设置在阀组件下部的电磁铁组件，所述阀组件包括阀体和安装在阀体内的阀芯，各电磁铁组件容置在一密封罩中，该密封罩与各阀体固定连接成一体，其中，

所述阀芯外设有阀套，阀芯下部设置有阀座，所述阀芯与阀座形成阀口，阀座下部设置有阀套座，推杆一端穿过阀套座后与阀芯下部接触，推杆另一端与电磁铁组件接触，所述阀芯上部通过螺堵密封，阀芯顶部与螺堵之间通过弹簧抵接；阀套座下部位于所述阀组件与电磁组件之间处设置有挡圈；所述电磁铁组件包括动铁芯，设置在该动铁芯下方的极靴，固定设置在该动铁芯中心的顶杆，套装在该动铁芯外周的线圈以及容置所述线圈并置于所述极靴上的轭铁，其中，所述顶杆与所述推杆连接，该线圈通电后产生磁力可带动所述动铁芯和顶杆相对所述极靴上下移动。

作为本发明的改进，阀套和阀座采用分体结构，两者之间采用密封件密封，阀套和阀座径向开有小孔以起通流作用。

作为本发明的改进，阀套和阀座均具有轴向通孔，且孔径相同，所述阀芯设置在阀套的通孔内，该阀芯和阀座形成的阀口为线密封，该阀芯上下端液压力作用面积相同，保证介质正反向流动时阀芯所受液压力均维持平衡。

作为本发明的改进，所述阀体内部开有沟通流道，保证相邻电磁阀的两两相通，并在每两个相邻的电磁阀之间设有对外连通的接口。

作为本发明的改进，所述极靴中心开有通孔，该通孔内套装有导向铜套，所述顶杆通过所述导向铜套的导向相对所述极靴上下移动。

作为本发明的改进，所述动铁芯与所述线圈之间设置有塑料套。

本发明的技术效果体现在：

1）采用直动式结构，简单可靠，拆装维护方便，无对污染敏感的阻尼小孔，抗污染能力强；采用插装阀结构，压力损失小，通流能力强，响应迅速，同时也很好地控制了泄漏。

2）采用集成布置方式，电磁阀组的四个电磁截止阀按桥路连接形式集成在一起，结构紧凑，体积小；

3）每个电磁阀可以独立控制启闭动作，通过电磁铁控制不同阀的开关，可以完成三位四通阀的功能，而且可以实现不同的中位机能。

4）阀体和阀芯等零部件分别采用了高强度耐腐蚀的不锈钢材料以及工程塑料，能承受内压和外压作用，且能适应各种较恶劣的使用环境。

5）阀芯采用压力平衡方式，压力水作用在阀芯的上下两端，不依靠进口或出口的压力作用在阀芯上，形成所需的密封比压，因而具有双向密封性能，即该阀对进出口的方向性没有要求，进出口可以任意切换，且两个方向的各项性能基本相同，适应海水浮力调节系统的特殊工况要求。同时采用压力平衡原理保证了在低压时的可靠密封。

6）阀芯和阀座采用分体结构，避免了整体结构安装时密封圈容易被阀体上的通孔切割的危险，方便阀芯装入到阀套；同时阀座和阀套内孔径相同，保证水介质正反向流动时阀芯所受液压力均可以平衡。

7）电机械转换装置由密封罩密封，使得该阀可以直接应用于海洋环境。

附图说明

图1是现有技术中的海水液压浮力调节系统原理图；

图2是现有技术中的Danfoss组合式的三位四通电磁阀组原理图；

图3是本发明实施例的海水电磁阀组的内部结构剖视图；

图4是本发明实施例的单个电磁铁的结构示意图；

图5是本发明实施例的海水电磁阀组功能简图；

图6是本发明实施例的海水电磁阀整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

本实施例中的海水电磁阀组由四个独立电磁阀集成。图3给出该电磁阀组的内部结构简图。每个电磁阀包括阀组件、电磁铁组件2和密封罩1。各电磁阀阀体18与密封罩1通过12个螺栓螺母弹垫平垫组合4组合在一起，并加入O型密封圈3实现密封。

每个电磁阀的阀组件部分包括阀体18、螺堵14、弹簧16、阀芯15、阀套11、阀座9、推杆8、阀套座19、挡圈5以及密封件，电-机械转换装置包括动铁芯26、极靴22、顶杆27、胶套25、线圈24、导向铜套21以及轭铁23等，其中动铁芯26与顶杆27连接成一整体。密封罩中含四个工程塑料导向套20。阀芯15锥面与阀座9锥面形成阀口，挡圈5用于阀组件的轴向限位，同时通过设置不同的密封槽尺寸，来实现动静密封。

对于单个电磁阀来说，当电磁铁不得电时，弹簧复位，电磁阀截止，即属于常闭状态。该状态时，通过弹簧16的预压缩力提供足够大的力来满足密封比压的要求。当水介质从阀座9径向小孔流入，经过阀口从阀套径向小孔流出，液压力会通过阀芯15中的通孔进入到阀芯端部弹簧腔，由于阀座9和阀套11内孔径相同，阀芯15和阀座9形成线密封，阀芯上下端液压力作用面积相同，因此阀芯15两端受力面积相同，液压作用力平衡。当线圈24通以额定电流时，动铁芯26产生推力通过推杆8作用于阀芯15上，当电磁力克服弹簧力以及摩擦力、液动力、自重时，阀口打开通流。当电磁铁失电时，强制作用在阀芯上的电磁力消失，在弹簧力的作用下，阀口关闭截止。

当水介质从阀套11径向小孔流入，经过阀口从阀座9径向小孔流出（亦即反向通流），由于阀座9和阀套11内孔径相同，阀芯15和阀座9形成线密封，阀芯15受到的轴向液压力平衡，阀芯15在弹簧力的作用下紧贴在阀座9上，实现阀口的密封。当电磁铁得电，阀口开启。一旦阀口打开，即使入口压力变化时，液压力会通过阀芯15中的通孔作用在阀芯两端，不会对阀芯15产生轴向的分力，而径向力可以相互抵消。电磁铁失电，在弹簧16作用下阀芯15复位，电磁阀关闭截止。

该阀阀体18内部开有沟通流道，保证每个独立的电磁阀实现两两沟通并在两个阀之间设有对外沟通的接口。

图4给出该阀用的电磁铁结构简图。线圈24通电后产生磁场，磁性材料制成的动铁芯26便可获得电磁力而产生运动，通过顶杆8作用在阀芯16上，以实现得电动作。断电后线圈24失电，磁场消失，动铁芯26退磁，电磁吸力消失，在弹簧力的作用下，动铁芯26回位。其中塑料套25作为骨架用以固定线圈，导向铜套21用以动铁芯26动作时的导向。在极靴上有四个安装孔，通过螺钉可以将电磁铁固定在阀体18上。

在材料选择方面，考虑海水腐蚀性强的特点，该阀的所有过流部件，包括阀体18、螺堵14、弹簧16、阀套11、阀座9、推杆8、挡圈5均采用耐蚀合金，阀芯15和阀套座19采用工程塑料。

图5给出该电磁阀组的功能简图。阀组由A、B、C、D四个独立的电磁截止阀桥接组成，对外提供Ⅰ口、Ⅱ口、Ⅲ口、Ⅳ口四个接口。可以分别控制各个阀单独动作，从而构成不同的回路连接形式，实现三位四通阀的所有功能，从而满足不同具体工况的要求。

在浮力调节系统应用中，需要一个口接海水泵的进水口，一个口接海水泵的出水口，另外两个口分别接外部海水和内部压力水舱。当Ⅲ口接泵入口时，Ⅳ口接泵出口，Ⅰ口接内部压力水舱，Ⅱ口接外部海水时，可以使阀B和阀C得电打开，阀A和阀D失电截止，海水介质从Ⅱ口经过阀C进入泵，再从Ⅳ口流出经过阀B注入到压力水舱中；同样，当阀A和阀D得电打开，阀B和阀C失电截止时，海水介质从压力水舱中流出，沿Ⅰ口经过阀A进入海水泵，再从Ⅳ口流出经过阀D排出到外部海水中去。从而实现了海水浮力调节的海水注入以及排出。

Claims

1.一种海水电磁阀组，由多个并排布置的电磁阀组成，其特征在于，所述每个电磁阀包括阀组件和设置在阀组件下部的电磁铁组件，所述阀组件包括阀体（18）和安装在阀体（18）内的阀芯（15），各电磁铁组件容置在一密封罩（1）中，该密封罩（1）与各阀体固定连接成一体，其中，

所述阀芯（15）外设有阀套（11），阀芯（15）下部设置有阀座（9），所述阀芯（15）与阀座（9）形成阀口，阀座（9）下部设置有阀套座（19），推杆（8）一端穿过阀套座（19）后与阀芯（15）下部接触，推杆（8）另一端与电磁铁组件接触，所述阀芯（15）上部通过螺堵（14）密封，阀芯顶部与螺堵（14）之间通过弹簧（16）抵接；阀套座（19）下部位于所述阀组件与电磁组件之间处设置有挡圈（5）；

所述电磁铁组件包括动铁芯（26），设置在该动铁芯（26）下方的极靴（22），固定设置在该动铁芯（26）中心的顶杆（27），套装在该动铁芯（26）外周的线圈（24）以及容置所述线圈（24）并置于所述极靴（22）上的轭铁（23），其中，所述顶杆（27）与所述推杆（8）连接，该线圈（24）通电后产生磁力可带动所述动铁芯（26）和顶杆（27）相对所述极靴（22）上下移动。

2.根据权利要求1所述的一种海水电磁阀组，其特征在于，阀套（11）和阀座（9）采用分体结构，两者之间采用密封件（6）密封，阀套（11）和阀座（9）径向开有小孔以起通流作用。

3.根据权利要求1或2所述的一种海水电磁阀组，其特征在于，所述阀套（11）和阀座（9）均具有轴向通孔，且孔径相同，所述阀芯（15）设置在阀套（11）的通孔内，阀口关闭时该阀芯（15）与阀座（9）形成线密封，该阀芯（15）上下端液压力作用面积相同，保证介质正反向流动时阀芯（15）所受液压力均维持平衡。

4.根据权利要求1或2所述的一种海水电磁阀组，其特征在于，所述阀体（18）内部开有相通流道，保证相邻电磁阀的两两相通，并在每两个相邻的电磁阀之间设有对外连通的接口。

5.根据权利要求1或2所述的一种海水电磁阀组，其特征在于，所述极靴（22）中心开有通孔，该通孔内套装有导向铜套（21），所述顶杆（27）通过所述导向铜套（21）的导向相对所述极靴（22）上下移动。

6.根据权利要求1或2所述的一种海水电磁阀组，其特征在于，所述动铁芯（26）与所述线圈（24）之间设置有塑料套（25）。