CN103644337A - 一种天然气电磁阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天然气用电磁阀，属于电磁阀技术领域。本发明包括阀体、硬芯膜片、阀盖、导磁套筒、先导密封头、拉簧和防爆电磁线圈；硬芯膜片与阀体密封，硬芯膜片的控制气嘴与先导密封头通过拉簧连接密封，先导密封头与导磁套筒圆柱面配合，防爆电磁线圈安装在导磁套筒上；所述硬芯膜片由膜片、衬碗、衬垫和控制气嘴铆接而成，衬碗的直径为阀体出气通道直径的1.3～1.5倍，衬垫的直径小于阀体的出气通道直径，控制气嘴的直径大于波形膜片的进气孔直径。本发明结构简单、装配快捷、维护方便，可以广泛应用于天然气行业。本发明实现天然气传输过程中的自动控制，反应快，可靠性高，尤其适用于紧急切断。

Description

一种天然气电磁阀

技术领域

本发明涉及电磁阀技术领域，具体涉及一种天然气电磁阀，适用于天然气及爆炸性气体输送管路中的启闭。 

背景技术

作为环保型能源，天然气应用越来越普遍，压缩天然气生产、输送、应用技术的发展，带动了管路输送控制元件——天然气用的防爆电磁阀的需求，逐步成熟并形成了一系列高压、大口径天然气用电磁阀，目前，有天然气输送管道用直通式防爆电磁阀、先导式开关气阀、防止跳井的卸荷式高压防爆电磁阀。此类电磁阀结构复杂，外形大质量重，应用具有一定局限性。而且此类电磁阀动作响应慢，对要求紧急切断的情况危险性较大。如今高压天然气经气源站分配后以低压进入千家万户、工业生产和微型发电机等，超高压大口径电磁阀不适用于此，而使用在气源、发动机、发电机和家庭等天然气的电磁阀较少，为安全可靠，大多采用手动截止阀。因此天然气用电磁阀在天然气市场具有广阔的市场空间。 

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种天然气用电磁阀，其目的在于，实现天然气传输过程中的自动控制，反应快，可靠性高，尤其适用于紧急切断。 

一种天然气电磁阀，包括阀体、硬芯膜片、阀盖、导磁套筒、先导密封头、拉簧、锥弹簧、防爆电磁线圈； 

阀体内开设有进气通道和出气通道；阀体与阀盖相接形成一密闭腔；密闭腔内设有硬芯膜片，硬芯膜片与阀体进口通道之间形成膜片下腔，硬芯膜片与阀盖之间形成膜片上腔；阀盖外部连接导磁套筒；导磁套筒外部 套有防爆电磁线圈；导磁套筒内部安放有先导密封头，先导密封头与导磁套筒之间滑动配合；先导密封头的底端通过拉簧与硬芯膜片的控制气嘴连接；起复位作用的锥弹簧大端连接导磁套筒，小端连接先导密封头； 

所述硬芯膜片包括波形膜片、衬碗、衬垫和控制气嘴，控制气嘴连通阀体的出气通道，控制气嘴的外部从上往下依次套放有衬碗、波形膜片和衬垫，波形膜片上开有进气孔，进气孔连通阀体的进气通道；控制气嘴的上端开有排气孔，进气孔小于排气孔，控制气嘴的下端连通阀体的出气通道；衬碗的直径为阀体的出气通道直径的1.3～1.5倍，衬垫的直径小于阀体的出气通道直径，所述控制气嘴的直径大于波形膜片的进气孔直径。 

进一步地，所述先导密封头包括衔铁、橡胶密封头、保护圈和调节垫片；作为活动部件的衔铁底部加工为内粗外细的台阶孔，台阶孔侧壁开有排气孔，用于将台阶孔内气体排空以保证橡胶密封头装配紧密；橡胶密封头为台阶轴结构，其大径端加工有导向倒角，橡胶密封头镶嵌在衔铁底部的台阶孔内，橡胶密封头用于密封硬芯膜片的控制气嘴；衔铁的底端通过拉簧与控制气嘴连接；所述衔铁的上部分外表面加工有环形槽，环形槽内安放有带平切口的保护圈；衔铁的顶部安放有调节垫片，用于调节衔铁的行程。 

进一步地，所述调节垫片和衔铁采用软磁合金材料，所述保护圈503采用聚四氟乙烯材料。 

进一步地，所述拉簧的两端直径大于中间部分直径，拉簧的两端分别卡在衔铁和控制气嘴的台阶上。 

进一步地，所述控制气嘴排气孔光洁度至少不大于0.8。 

本发明的技术效果体现在： 

本发明采用了结构防爆设计和防爆电磁线圈，因为介质为天然气，设计中考虑了防爆的因素，所述结构防爆设计即处于相对滑动的零件均可采用金属与非金属材质配合，避免在摩擦过程中产生火花引起爆炸，同时良 好可靠的密封结构使天然气可靠密封，不泄露至外界环境；所述防爆电磁线圈的使用使得环境气体与防爆电磁线圈完全隔开，避免电磁线圈产生火花引起爆炸。硬芯膜片设计的巧妙之处在于衬碗和衬垫的直径设计，为使膜片有效受压面积受阀门开启行程影响小，衬碗直径为阀体出气通道直径的1.3～1.5倍，衬垫直径比阀体出气通道直径略小；控制气嘴直径要比波形膜片的进气孔大，保证膜片上腔快速泄压，阀门快速打开，动作响应快。拉簧的拉力保证橡胶密封头与控制气嘴密封；拉簧同时可以保证先导密封头与控制气嘴同轴，避免因为气体压力波动使膜片发生侧偏造成先导密封头不能与控制气嘴密封。 

进一步地，优化的先导密封头结构设计提高了电磁阀的响应速度。先导密封头设计的关键技术在于衔铁与橡胶密封头配合部位的设计。在橡胶密封头大端设计导向倒角（优选2.2×30℃圆锥面），目的是在镶嵌橡胶密封头时起引导作用。带平切口的环状保护圈防止衔铁与电磁铁芯金属接触摩擦，对衔铁运动起润滑作用，同时保证衔铁与电磁铁芯同轴度。 

进一步地，拉簧为异形弹簧，两端细中间粗，两端可以直接卡在衔铁和控制气嘴的台阶上，有效保证先导密封头与控制气嘴同轴，避免因为气体压力波动使膜片发生侧偏造成先导密封头不能与控制气嘴密封。 

综上所述，针对现有产品结构复杂、外形尺寸大质量重、作动响应较慢的问题，本发明提出一种天然气电磁阀，该电磁阀中防爆电磁线圈和防爆设计使该电磁阀安全可靠，巧妙的硬芯膜片和先导式结构设计使产品响应快，对紧急切断更安全，该产品还具有结构简单、快捷装配、维护方便等特点。本发明最大工作压力可达到2.5MPa，满足各种环境下天然气的使用条件。 

附图说明

图1是天然气用电磁阀结构示意图； 

图2是本发明中先导密封头结构示意图； 

图3是本发明中硬芯膜片结构示意图； 

图4是本发明中图3的俯视图； 

图中标记：阀体1、密封垫2、接管嘴3、过滤组件4、先导密封头5、硬芯膜片6、密封圈7、拉簧8、锥弹簧9、防爆电磁线圈10、螺母11、弹簧垫圈12、垫片13、导磁套筒14、内六角螺钉15、垫圈16、阀盖17、衔铁501、橡胶密封头502、保护圈503、调节垫片504；波形膜片601、衬碗602、衬垫603、控制气嘴604。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。 

参见图1，本发明电磁阀实施例包括阀体1、密封垫2、接管嘴3、过滤组件4、先导密封头5、硬芯膜片6、密封圈7、拉簧8、锥弹簧9、防爆电磁线圈10、螺母11、弹簧垫圈12、垫片13、导磁套筒14、内六角螺钉15、垫圈16和阀盖17。 

密封垫2、接管嘴3、过滤组件4与阀体1进口端连接，阀体1与阀盖17通过内六角螺钉15和垫圈16连接紧固，硬芯膜片6位于阀体1与阀盖17形成的空间内，将此空间分割成两个腔，硬芯膜片6与阀体1进口端形成膜片下腔，硬芯膜片6与阀盖17形成膜片上腔；导磁套筒14与阀盖17螺纹连接，先导密封头5位于导磁套筒14内孔内，属于滑动配合，起复位作用的锥弹簧9大端安装在导磁套筒14的内孔台阶面上，小端安装在先导密封头5镶有橡胶密封头502一端的台阶面上；先导密封头5镶有橡胶密封头502一端与硬芯膜片6接触密封，两者之间装有拉簧8；防爆电磁线圈10中间有孔，安装在导磁套筒14上，属于轴孔配合，通过螺母11、弹簧垫圈12、垫片13固定。 

参见图2，所述先导密封头5由衔铁501、橡胶密封头502、保护圈503、调节垫片504组成，所述衔铁501是活动部件，橡胶密封头502镶嵌在衔 铁501的底部，衔铁501底部设计成内粗外细的台阶孔，在适当位置设计排气孔，橡胶密封头502设计成台阶轴结构，大径端设计导向倒角方便装配，装配时通过专用工装将橡胶密封头502压进衔铁501底部孔内，所设排气孔将内部气体排空，保证橡胶密封头装配紧密；在衔铁501偏上部位置设计一道环槽，装配带平切口的聚四氟乙烯环状保护圈，所述保护圈作用是防止衔铁与电磁铁芯金属接触摩擦，对衔铁运动起润滑作用，同时保证衔铁与电磁铁芯同轴度，保证吸力。由于阀体、阀盖、电磁铁芯等零件通过橡胶密封，装配时因为密封件压缩误差造成先导密封头的行程差异，设计了0.3～0.8mm以0.1mm递增的调节垫片504，安装在衔铁的顶部，可以调节先导密封头的行程，同时调节垫片材料选用与衔铁一样的软磁合金，这样可以达到调节的目的而不损失电磁吸力。图2中H表示衔铁排气孔。 

参见图3，本发明主阀芯为硬芯膜片，所述硬芯膜片6由波形膜片601、衬碗602、衬垫603和控制气嘴604组成，其作用是进出口密封，硬芯膜片6上的控制气嘴604与先导密封头5的橡胶密封头502密封，波形膜片601具有良好的延展性通过上下压力差实现硬芯膜片的打开和关闭。所述硬芯膜片不同于软膜或者平面膜，硬芯膜片的有效受压面积在很大的阀门开启行程范围内变化较小，而且可以延长膜片使用寿命。所述硬芯膜片也不同于传统硬芯膜片，传统硬芯膜片采用单层硬芯或双层直径相同硬芯，本发明硬芯膜片采用两块直径不相同的硬芯，分别为衬碗602和衬垫603，衬碗602直径为阀体出气通道截面直径的1.3～1.5倍，衬垫603比阀体出气通道截面直径略小，衬碗602和衬垫603一上一下与膜片配合通过控制气嘴铆接密封，衬碗602使出口部位膜片光洁平整，保证出口密封；膜片设计有进气孔，可以使膜片上腔建压，控制气嘴604设计有出气孔。图4给出一实例，膜片设计有φ1.5mm的进气孔，控制气嘴604设计有φ2mm排气孔。为使密封可靠控制气嘴排气孔光洁度至少不大于0.8，先导密封头动作时，膜片上腔压力快速泄压，进气孔比排气孔小来不及进气补压，膜片上、下 腔快速建立压力差，硬芯膜片快速打开；电磁阀关闭时，先导密封头快速关闭硬芯膜片控制气嘴上排气孔，气体通过膜片进气孔向膜片上腔充入气体建立压力，使硬芯膜片快速关闭，实现紧急切断快速响应。 

参见图4，本发明在先导密封头和硬芯膜片之间设计了一只拉簧8，所述拉簧为异形弹簧，两端细中间粗，两端可以直接卡在衔铁501和控制气嘴604的台阶上，拉簧的拉力保证橡胶密封头502与控制气嘴604密封；电磁阀关闭时，拉簧使先导密封头快速关闭，从而实现紧急切断快速响应；拉簧同时可以保证先导密封头与控制气嘴同轴，避免因为气体压力波动使膜片发生侧偏造成先导密封头不能与控制气嘴密封。 

本发明的安装过程如下： 

（1）清点、清洗所有零件； 

（2）将衔铁501、橡胶密封头502、保护圈503、调节垫片504装配组成先导密封头；将波形膜片601、衬碗602、衬垫603、控制气嘴604铆接成硬芯膜片。 

（3）在阀体上装配一只O型密封圈，然后装配硬芯膜片，利用拉簧将硬芯膜片和先导密封头连接在一起； 

（4）安装阀盖，使先导密封头从阀盖中间的孔伸出，装配垫片、弹垫和内六角螺钉，并用适当扭矩拧紧； 

（5）在阀盖中间孔装配密封圈，然后装配电磁铁芯，使衔铁插入电磁铁芯内腔；装配防爆电磁线圈，电磁铁芯插入电磁线圈中间孔，在电磁铁芯顶部装配垫片、弹垫和螺母。 

（6）最后装配过滤组件和接管嘴，至此装配完毕。 

本发明工作过程为：当防爆电磁线圈10通电，产生的电磁力提起先导密封头5，气嘴打开，膜片上腔通过气嘴快速泄压，膜片下腔大于上腔压力形成压力差，推动硬芯膜片6上移，完成电磁阀开启功能；当防爆电磁线 圈断电，电磁力消失，先导密封头5下落密封硬芯膜片的气嘴，膜片上腔压力升高，推动硬芯膜片6下移，完成电磁阀关闭功能。 

Claims (5)

1.一种天然气电磁阀，其特征在于，包括阀体（1）、硬芯膜片（6）、阀盖（17）、导磁套筒（14）、先导密封头（5）、拉簧（8）、锥弹簧（9）、防爆电磁线圈（10）；

阀体（1）内开设有进气通道和出气通道；阀体（1）与阀盖（17）相接形成一密闭腔；密闭腔内设有硬芯膜片（6），硬芯膜片（6）与阀体（1）进口通道之间形成膜片下腔，硬芯膜片（6）与阀盖（17）之间形成膜片上腔；阀盖（17）外部连接导磁套筒（14）；导磁套筒（14）外部套有防爆电磁线圈（10）；导磁套筒（14）内部安放有先导密封头（5），先导密封头（5）与导磁套筒（14）之间滑动配合；先导密封头（5）的底端通过拉簧（8）与硬芯膜片（6）的控制气嘴（604）连接；起复位作用的锥弹簧（9）大端连接导磁套筒（14），小端连接先导密封头（5）；

所述硬芯膜片包括波形膜片（601）、衬碗（602）、衬垫（603）和控制气嘴（604），控制气嘴（604）连通阀体（1）的出气通道，控制气嘴（604）的外部从上往下依次套放有衬碗（602）、波形膜片（601）和衬垫（603），波形膜片（601）上开有进气孔，进气孔连通阀体（1）的进气通道；控制气嘴（604）的上端开有排气孔，进气孔小于排气孔，控制气嘴（604）的下端连通阀体（1）的出气通道；衬碗（602）的直径为阀体（1）的出气通道直径的1.3～1.5倍，衬垫（603）的直径小于阀体（1）的出气通道直径，所述控制气嘴（604）的直径大于波形膜片（601）的进气孔直径。

2.根据权利要求1所述的天然气电磁阀，其特征在于，所述先导密封头（5）包括衔铁（501）、橡胶密封头（502）、保护圈（503）和调节垫片（504）；作为活动部件的衔铁（501）底部加工为内粗外细的台阶孔，台阶孔侧壁开有排气孔，用于将台阶孔内气体排空以保证橡胶密封头装配紧密；橡胶密封头（502）为台阶轴结构，其大径端加工有导向倒角，橡胶密封头（502）镶嵌在衔铁（501）底部的台阶孔内，橡胶密封头（502）用于密封硬芯膜片（6）的控制气嘴；衔铁（501）的底端通过拉簧（8）与控制气嘴（604）连接；所述衔铁（501）的上部分外表面加工有环形槽，环形槽内安放有带平切口的保护圈（503）；衔铁（501）的顶部安放有调节垫片（504），用于调节衔铁（501）的行程。

3.根据权利要求2所述的天然气电磁阀，其特征在于，所述调节垫片（504）和衔铁（501）采用软磁合金材料，所述保护圈（503）采用聚四氟乙烯材料。

4.根据权利要求1或2或3所述的天然气电磁阀，其特征在于，所述拉簧（8）的两端直径大于中间部分直径，拉簧（8）的两端分别卡在衔铁（501）和控制气嘴（604）的台阶上。

5.根据权利要求1或2或3所述的天然气电磁阀，其特征在于，所述控制气嘴排气孔光洁度不大于0.8。

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