CN103615570A - 一种深海采集用两位三通电磁换向阀 - Google Patents

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Abstract

一种深海采集用两位三通电磁换向阀，包括端盖、阀体、左阀座、双端锥阀阀芯、右阀座、电磁铁等，阀体上开有A、B、C口，端盖、阀体、电磁铁依次相连，左阀座、双端锥阀阀芯和右阀座从左至右依次置于阀体内部，左右阀座内均设有锥阀孔，且侧向圆柱面上均开有环形槽，每个环形槽内均开有数个均匀分布的连接孔，连接孔与各自阀座内部的锥阀孔相通，双端锥阀阀芯上的连接槽将左阀座和双端锥阀阀芯之间的左侧内腔，以及双端锥阀阀芯和右阀座之间的右侧内腔连通，双端锥阀阀芯与贯穿右阀座的衔铁推杆相连接，通过线圈的通断电控制实现双端锥阀阀芯的左右移动；所述的A口和B口外接深海高压，且A口外接进水单向阀，C口与低压相通。

Description

一种深海采集用两位三通电磁换向阀
技术领域
本发明涉及一种深海海水采集装置中的方向控制元件，属于阀类，主要适用于海水，同时也适用于淡水、高水基等为工作介质的中高压水深度采集装置的方向控制阀，用于深海海水采集过程中对采集瓶的保压、海水采集以及降压。
背景技术
随着古海洋学、海洋生态学、海洋地质学等学科的迅速发展，进行深海海水样品采集工作越来越重要，同时对于采集海水样品也提出了越来越多的要求。深海海水采集主要用于采集海洋柱面上不同深度的海水样品，然后在实验室对其进行研究分析，为海洋探索和开发奠定基础。以往的深海海水采集装置是机械触发式的，采样时需要其他装置进行触发，有时会出现位置对不上的情况，导致采样失败，而采用阀控采样器进行深海海水采集具有结构简单、控制精度高、可靠性强等优点，尤其是采用电磁换向阀控制的采样器还具有响应时间快的优点，但是考虑到深海高压环境和海水腐蚀问题，传统的电磁换向阀在深海工作时往往难以克服这些问题，因此，需要根据采样器的具体工作情况对电磁换向阀进行特别设计。现有一种深海海水采集装置用两位三通电磁换向阀，要求三个连接口的A口与末端带有单向阀的采集瓶相通，B口与末端带有开孔的平衡瓶相通，C口与密封低压瓶相通，针对这种进出口压力相差较大的换向阀结构，传统的电磁换向阀难以满足其工作要求，需要进行针对性的设计新型的电磁换向阀，来满足其工况需求。
此外两位三通换向阀是液压系统中常用的方向控制元件，主要用于控制液压系统中液体的接通或切断，相当于一个开关的作用。传统的换向阀只适用于压力比较小的工作环境，当在深海4500m下的高压环境中作业时，传统的换向阀就无法正常工作。
发明内容
本发明提供一种深海采集用两位三通电磁换向阀，目的在于克服现有两位三通电磁换向阀不适用于深海环境和上述工况的要求。
本发明采用如下技术方案：
一种深海采集用两位三通电磁换向阀，包括端盖（1）、阀体（2）、左阀座（3）、双端锥阀阀芯（4）、右阀座（5）、电磁铁（6）、挡板（7）、复位弹簧（8）、可调弹簧座（9），所述的阀体（2）上开有A口、B口、和C口，所述的电磁铁（6）包括衔铁推杆（10）、线圈骨架（11）、线圈（12）、电磁铁壳体（13），衔铁推杆（10）贯穿电磁铁壳体（13），线圈骨架（11）、线圈（12）置于电磁铁壳体（13）内部，线圈（12）缠绕于线圈骨架（11）上，端盖（1）与阀体（2）的左端相连，电磁铁（6）与阀体（2）的右端相连，左阀座（3）、双端锥阀阀芯（4）和右阀座（5）从左至右依次置于阀体（2）内部，左阀座（3）和右阀座（5）内均设有锥阀孔，左阀座（3）和右阀座（5）的侧向圆柱面上均开有环形槽，每个环形槽内均开有数个均匀分布的连接孔，这些连接孔分别与各自阀座内部的锥阀孔相通，双端锥阀阀芯（4）的圆柱面上沿轴向开有数个均匀分布的连接槽，连接槽将左阀座（3）和双端锥阀阀芯（4）之间形成的左侧内腔，以及双端锥阀阀芯（4）和右阀座（5）之间形成的右侧内腔相连通，双端锥阀阀芯（4）与贯穿右阀座（5）的衔铁推杆（10）的左侧连接在一起，通过线圈（12）的通断电控制衔铁推杆（10）的运动实现双端锥阀阀芯（4）的左右移动；所述的A口和B口外接深海高压，且A口处接有进水单向阀，C口与低压相通；线圈（12）不通电时，双端锥阀阀芯（4）位于右侧，A、B口相通，A、C口不通，高压水通过B口进入左侧内腔，并通过连接槽进入右侧内腔，A口在进水单向阀作用下关闭；线圈（12）通电时，双端锥阀阀芯（4）位于左侧，A、B口不通，A、C口相通，高压水通过A口进入左侧内腔，并通过连接槽进入右侧内腔，再经过右阀座上的环形槽从C口流出；挡板（7）连接于电磁铁（6）右端，复位弹簧（8）位于挡板（7）和可调弹簧座（9）之间，可调弹簧座（9）与衔铁推杆（10）的右侧连接。
双端锥阀阀芯（4）分别与左阀座（3）和右阀座（5）内的锥阀孔之间构成锥阀密封形式。
阀体（2）采用不锈钢1Cr18Ni9Ti、阀座（3、5）采用铝青铜QAL9-4、双端锥阀阀芯（4）为等离子渗氮和低温盐浴渗氮强化的沉淀硬化不锈钢17-4PH。
电磁铁（6）的衔铁推杆（10）与右阀座（5）之间采用组合密封装置格莱圈进行密封。
电磁铁（6）的衔铁推杆（10）左侧与双端锥阀阀芯（4）通过螺纹紧密连接在一起，衔铁推杆（10）右侧与可调弹簧座（9）通过螺纹连接，并与外界海水压力相接触。
所述的B口外接末端带有开孔的平衡瓶，与深海相通，所述的A口与末端带有单向阀的采集瓶相通，采集瓶置于深海中，所述的C口与密封低压瓶相通。
本发明在对换向阀电磁部分的设计选用带有压力补偿的推拉式电磁铁（6），充分利用电磁铁（6）的衔铁推杆（10）的特性。在未通电的情况下，B口处于深海高压环境，电磁铁（6）的衔铁推杆（10）的右侧处于外界海水高压环境，电磁铁（6）的衔铁推杆（10）相连接的双端锥阀阀芯（4）左侧与电磁铁（6）的衔铁推杆（10）的右侧由于面积相差不大可视为压力平衡，在复位弹簧（8）的作用下，双端锥阀阀芯（4）处于右位，C口与右侧空腔不通，连接口A口和B口相通，由于A口带有单向进水阀，A口只能进水，因此，此时B对A进行保压；在线圈（12）通电的情况下，电磁铁（6）的衔铁推杆（10）在激励磁场的作用下，由于双端锥阀阀芯（4）左侧与衔铁推杆（10）右侧的压力平衡，电磁力只需克服弹簧力和摩擦力即可带动双端锥阀阀芯（4）向左移动，使A口、C口相通，A口、B口不相通。由于设置了B口和衔铁推杆（10）的右侧均处于深海环境，使得双端锥阀阀芯（4）移动过程中所需克服的压力大大降低，并且使用时不受海水深度影响。
有益效果
本发明满足了深海采集情况下，两位三通电磁换向阀能够克服深海高压环境和耐海水腐蚀的要求，同时解决了传统换向阀受工作环境压力的限制，本发明在不上电时，电磁铁推杆在弹簧力的作用下始终保持外界海水环境压力与采集瓶中的压力相等，起到保压作用；得电时，电磁铁电磁力克服弹簧力、摩擦力等使采集瓶与低压瓶相通，由于存在压力差，使采集瓶下端部的单向阀打开，完成海水采集；当完成海水采集后，电磁铁断电，在采集装置上升的工程中，采集瓶内部压力与外界海水环境压力相等，完成降压。本换向阀体积小，响应快，工作可靠性高，寿命长，经济性好，适用于不同水深环境下的海水采集。
附图说明
图1是本发明一种深海海水采集用两位三通电磁换向阀的工作原理图
图2是深海海水采集用两位三通电磁换向阀的结构示意图。
图3是带有压力补偿的电磁铁示意图。
图4是双端锥阀阀芯示意图。
图中：1、端盖，2、阀体，3、左阀座，4、双端锥阀阀芯，5、右阀座，6、电磁铁，7、挡板，8、复位弹簧，9、可调弹簧座，10、衔铁推杆，11、线圈骨架，12、线圈，13、电磁铁壳体。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明一种实施例包括：端盖1、阀体2、左阀座3、双端锥阀阀芯4、右阀座5、电磁铁6、挡板7、复位弹簧8、可调弹簧座9、衔铁推杆10、线圈骨架11、线圈12、电磁铁壳体13等。阀芯为双端带锥形的锥阀结构。复位弹簧8靠挡板7的内孔和可调弹簧座9来定位。在安装时，先将双端锥阀阀芯4的右侧连接杆穿过右阀座5的内孔，电磁铁6的衔铁推杆10通过格莱圈进行密封后，与双端锥阀阀芯4的右侧连接杆通过螺纹紧密连接，A口与末端带有单向阀的采集瓶相通，采集瓶与深海相通B口与末端带有开孔的平衡瓶相通，平衡瓶与深海相通，C口与密封低压瓶相通。
图1是深海海水采集用二位三通电磁换向阀的工作原理图，图2是深海海水采集用两位三通电磁换向阀的结构示意图。其中，图1（a）是海水采集装置下降到目标水深的过程，在此过程中，电磁铁6不上电，此时在复位弹簧8的作用下，双端锥阀阀芯4始终处于右位，右侧锥阀关闭，阀口A、C不通，阀口A、B始终相通，B中的液体通过左阀座3上的环形槽、连接孔、内锥阀孔、左阀座3与双端锥阀阀芯4之间的空腔、双端锥阀阀芯4上均匀分布的连接槽，分别流到A和右阀座5与双端锥阀阀芯4之间的空腔中，使A保持与外界环境压力相等，对A起到保压的作用，此时A下端的单向阀关闭，海水采集装置不工作；图1（b）是海水采集装置下降到目标水深时，电磁铁6上电，由于双端锥阀阀芯4左侧的有效作用面积和衔铁推杆10的右侧作用面积相差很小，两边压力近似平衡，在电磁力的作用下，双端锥阀阀芯4克服弹簧力和摩擦力向左运动，左侧锥阀关闭，此时A、B不通，A、C相通，由于C口与密封低压瓶相通，A、C之间存在压力差，在压力差的作用下，与A口相通的采集瓶下端的单向阀打开，海水采集装置开始工作，这时海水进入采集瓶中，同时液体经A口、左阀座3与双端锥阀阀芯4之间的空腔、双端锥阀阀芯4上均匀分布的连接槽、右阀座5与双端锥阀阀芯4之间的空腔、双端锥阀阀芯4右侧的连接杆与右阀座5之间的环形缝隙、右阀座5上的连接孔、环形槽进入C中，完成海水采集工作；图1（c）是完成海水采集后，电磁铁6断电，在复位弹簧8的作用下，双端锥阀阀芯4向右运动，右侧锥阀关闭，此时A、C不通，A、B相通，在海水采集装置上升过程中，B中的液体通过左阀座3上的环形槽、连接孔、内锥阀孔、左阀座3与双端锥阀阀芯4之间的空腔、双端锥阀阀芯4上均匀分布的连接槽，分别流到A和右阀座5与双端锥阀阀芯4之间的空腔中，使A始终与外界环境压力相等，对A起到降压的作用，在此过程中，与A相通的采集瓶下端的单向阀始终关闭。
图3是带有压力补偿的电磁铁结构的一种实施状态，电磁铁的衔铁与推杆加工为一整体，推杆左侧与双端锥阀阀芯的连接杆通过螺纹紧密连接，推杆右侧与可调弹簧座通过螺纹连接，并与外界海水压力相接触，与内部高压环境构成压力平衡，电磁铁上电时电磁力只需克服复位弹簧对双端锥阀阀芯的弹簧力。
图4是双端锥阀阀芯的示意图，采用锥阀形式可以提高换向阀的密封性、减小换向阀的气蚀等，可以提高阀的响应时间。

Claims (6)

1.一种深海采集用两位三通电磁换向阀，包括端盖（1）、阀体（2）、左阀座（3）、双端锥阀阀芯（4）、右阀座（5）、电磁铁（6）、挡板（7）、复位弹簧（8）、可调弹簧座（9），所述的阀体（2）上开有A口、B口、和C口，所述的电磁铁（6）包括衔铁推杆（10）、线圈骨架（11）、线圈（12）、电磁铁壳体（13），衔铁推杆（10）贯穿电磁铁壳体（13），线圈骨架（11）、线圈（12）置于电磁铁壳体（13）内部，线圈（12）缠绕于线圈骨架（11）上，其特征在于：端盖（1）与阀体（2）的左端相连，电磁铁（6）与阀体（2）的右端相连，左阀座（3）、双端锥阀阀芯（4）和右阀座（5）从左至右依次置于阀体（2）内部，左阀座（3）和右阀座（5）内均设有锥阀孔，左阀座（3）和右阀座（5）的侧向圆柱面上均开有环形槽，每个环形槽内均开有数个均匀分布的连接孔，这些连接孔分别与各自阀座内部的锥阀孔相通，双端锥阀阀芯（4）的圆柱面上沿轴向开有数个均匀分布的连接槽，连接槽将左阀座（3）和双端锥阀阀芯（4）之间形成的左侧内腔，以及双端锥阀阀芯（4）和右阀座（5）之间形成的右侧内腔相连通，双端锥阀阀芯（4）与贯穿右阀座（5）的衔铁推杆（10）的左侧连接在一起，通过线圈（12）的通断电控制衔铁推杆（10）的运动实现双端锥阀阀芯（4）的左右移动；所述的A口和B口外接深海高压，且A口外接进水单向阀，C口与低压相通；线圈（12）不通电时，双端锥阀阀芯（4）位于右侧，A、B口相通，A、C口不通，高压水通过B口进入左侧内腔，并通过连接槽进入右侧内腔，A口在进水单向阀作用下关闭；线圈（12）通电时，双端锥阀阀芯（4）位于左侧，A、B口不通，A、C口相通，高压水通过A口进入左侧内腔，并通过连接槽进入右侧内腔，再经过右阀座上的环形槽从C口流出；挡板（7）连接于电磁铁（6）右端，复位弹簧（8）位于挡板（7）和可调弹簧座（9）之间，可调弹簧座（9）与衔铁推杆（10）的右侧连接。
2.根据权利要求1所述的一种深海采集用两位三通电磁换向阀，其特征在于：双端锥阀阀芯（4）分别与左阀座（3）和右阀座（5）内的锥阀孔之间构成锥阀密封形式。
3.根据权利要求1所述的一种深海采集用两位三通电磁换向阀，其特征在于：阀体（2）采用不锈钢1Cr18Ni9Ti、阀座（3、5）采用铝青铜QAL9-4、双端锥阀阀芯（4）为等离子渗氮和低温盐浴渗氮强化的沉淀硬化不锈钢17-4PH。
4.根据权利要求1所述的一种深海采集用两位三通电磁换向阀，其特征在于：电磁铁（6）的衔铁推杆（10）与右阀座（5）之间采用组合密封装置格莱圈进行密封。
5.根据权利要求1所述的一种深海采集用两位三通电磁换向阀，其特征在于：电磁铁（6）的衔铁推杆（10）左侧与双端锥阀阀芯（4）通过螺纹紧密连接在一起，衔铁推杆（10）右侧与可调弹簧座（9）通过螺纹连接，并与外界海水压力相接触。
6.根据权利要求1所述的一种深海采集用两位三通电磁换向阀，其特征在于：所述的B口外接末端带有开孔的平衡瓶，与深海相通，所述的A口与末端带有单向阀的采集瓶相通，采集瓶置于深海中，所述的C口与密封低压瓶相通。
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