CN105387261A - 一种宽工作范围的分步直动式电磁作动阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宽工作范围的分步直动式电磁作动阀，包括壳体、阀芯组件及阀芯驱动组件，其中阀芯组件包括通过第一导向套嵌套的导阀芯及主阀芯。本发明结合直动式电磁阀结构和先导式电磁阀结构特点，既能够像直动式电磁阀一样，直接依靠电磁铁吸力驱动阀芯动作，又具有先导式电磁阀分步动作的结构特点，以较小质量和体积实现了发动机宽工作范围的需要。同时，产品结构简单，加工、装配工艺性好，适合批量生产。该电磁作动阀适用于工作压力和工作流量范围较宽的发动机燃油系统的控制，同时也适用于大流量、中低压力、流阻要求高的工况。

Description

一种宽工作范围的分步直动式电磁作动阀

技术领域

本发明涉及一种宽工作范围的分步直动式电磁作动阀结构，适用于工作压力、工作流量及工作温度范围较宽的发动机燃油供应管路控制系统。

背景技术

要求多次重复启动的发动机燃油控制阀通常采用电动气阀或直动式电磁阀方案，由于某型冲压发动机系统不能提供外置控制气源，无法采用电动气阀方案；在不考虑结构尺寸和结构质量的前提下，传统的直动式电磁阀方案要满足高压大流量工况下的使用，其结构尺寸和质量非常大，远远超出了发动机系统可以承受的范围。

某型液体亚燃冲压发动机为某型超巡弹的巡航级动力装置，要求发动机能够满足导弹的加速爬升、高空巡航、俯冲、低空巡航以及水平攻击任务。另外作为弹体结构的一部分，冲压发动机承受导弹在贮存、运输、发射和飞行过程中各种状态下的载荷。为了适应发动机系统的工作要求，发动机燃油控制阀须具备可多次重复工作，工作压力范围0～5MPa，工作流量范围0～1.3kg/s，工作温度范围-50℃～150℃的主要性能。

发明内容

为了解决传统的直动式电磁阀在满足高压大流量的工况下，其结构尺寸和质量大的技术问题，本发明提供一种能够满足发动机系统工作压力、工作流量及工作温度变化范围宽，能够多次重复启动的燃油控制阀，且质量轻、体积小，结构简单。

本发明结合直动式电磁阀结构和先导式电磁阀结构特点，设计了一种活塞形式的分步直动式电磁作动阀结构，既能够像直动式电磁阀一样，直接依靠电磁铁吸力驱动阀芯动作，又具有先导式电磁阀分步动作的结构特点。

本发明的技术解决方案具体是：

一种宽工作范围的分步直动式电磁作动阀，包括壳体11、阀芯组件及阀芯驱动组件，所述壳体11上设置有入口通道111、出口通道112及阀芯组件安装孔113，所述阀芯驱动组件包括线圈2、线圈骨架1及衔铁4，所述线圈2绕制在线圈骨架1上，所述线圈骨架1的磁极面与衔铁4的一端正对，

其特殊之处在于：

所述阀芯组件安装孔113与出口通道112同轴设置，所述阀芯组件安装孔113与出口通道112之间还设置有入口通道111相连通的液体容腔114，所述阀芯组件安装孔113、液体容腔114及出口通道112贯穿壳体，

所述阀芯组件包括导阀芯9、第一导向套8及主阀芯10，

所述线圈骨架1、衔铁4、导阀芯9、第一导向套8及主阀芯10与出口通道112同轴设置，

所述主阀芯10设置在阀芯组件安装孔113处，定义主阀芯10的一端为密封端101，主阀芯10的另一端为嵌套端102，所述密封端101位于液体容腔114中，所述密封端101正对出口通道112用于密封或打开出口通道112，所述嵌套端102正对衔铁4，从嵌套端102端面沿轴向开设有的导阀芯安装孔103，

所述导阀芯9通过第一导向套8安装在导阀芯安装孔103内，所述导阀芯9的一端为杆部91，另一端为头部92，所述头部92的直径大于杆部91的直径并且大于第一导向套8的内径，所述头部92与导阀芯安装孔103的底部接触，所述杆部91伸出主阀芯10并与衔铁4固定连接；所述第一导向套8从导阀芯9的杆部端面套在导阀芯杆部91，所述第一导向套8与导阀芯杆部91之间间隙配合，所述第一导向套8的轴向高度小于第一导向套与杆部之间的配合高度；所述第一导向套8与主阀芯10之间紧密配合；

所述主阀芯9与入口通道111相对的另一侧还设置有与入口通道111相通的节流孔104，所述主阀芯密封端101正对导阀芯头部92处还设置有泄压孔105，所述泄压孔105的直径大于节流孔104的直径小于导阀芯头部92的直径，

所述衔铁4的轴向设置有与节流孔相通的引压孔41，所述衔铁4与线圈骨架磁极面之间的空间定义为主阀芯上腔42，所述引压孔41与主阀芯上腔42相通，

所述阀芯驱动组件还包括弹簧3，所述弹簧3位于线圈骨架1与衔铁4之间，所述弹簧3用于在线圈未通电情况下，提供导阀芯9密封泄压孔105的压力。

以上为本发明的基本结构，基于该基本结构，本发明还做出以下优化限定：

上述分步直动式电磁作动阀还包括第二导向套15，所述第二导向套套在主阀芯与衔铁的外侧，所述第二导向套15与主阀芯之间设置有密封圈7，所述主阀芯的周向开设置有环形槽106，所述密封圈7安装于环形槽106处。

上述第二导向套15与衔铁4之间还设置有减摩环6。

上述第二导向套15与阀芯组件安装孔之间还设置有橡胶O形圈13。

上述主阀芯密封端101采用金属滚边工艺镶嵌有用于密封出口通道的聚酰亚胺塑料，用于出口通道112的密封；所述导阀芯头部92采用金属滚边工艺镶嵌有用于密封泄压孔105的聚酰亚胺塑料。

上述引压孔41包括弹簧放置孔和导阀芯放置孔，所述弹簧放置孔与阀芯放置孔之间通过小径孔43连通，所述弹簧3的一端位于弹簧放置孔内，所述弹簧3的另一端位于线圈骨架上的盲孔内。

上述导阀芯9与衔铁4的连接端位于导阀芯放置孔内，所述衔铁4的径向还开设有与导阀芯放置孔相贯通的销轴孔，所述导阀芯与衔铁之间通过销轴5连接。该种连接方式工艺简单，结构可靠。

上述衔铁4与线圈骨架1相对两个面均设置有90°锥角。

上述导阀芯安装孔103包括螺纹孔1031及光孔1032，所述螺纹孔1031的径向尺寸大于光孔1032的径向尺寸，所述螺纹孔1031由嵌套端开设，所述光孔1032靠近密封端。这种结构的导阀芯安装孔103既能够起到导阀芯运动导向作用，又能够使介质从间隙通过。

本发明的特点如下：

1)分步直动式电磁作动阀结构结合了直动式电磁阀结构和先导式电磁阀结构特点，阀芯打开主要依靠电磁铁吸力驱动，可以不依靠介质作用力，所以其工作不受压差限制，既可以在有压差的工况下工作，也可以在零压差工况下工作。分步直动式电磁作动阀的电磁铁初始吸力主要用来克服保证泄压孔密封可靠的弹簧力，受阀门工作压力变化的影响很小，所以，电磁铁的体积和质量可以设计的较小。

2)为了限制介质从主阀芯和第二导向套的间隙进入主阀芯上腔，结构设计上在主阀芯导向面上安装了两处塑料密封环，严格控制密封塑料环和电磁铁阀体之间的间隙，在保证主阀芯运动灵活性的提下，尽可能的减小介质的泄漏量，并合理匹配设计节流孔和泄压孔的大小来保证阀门的打开机关闭响应速度。

3)结构设计中尽可能以较小的电磁铁质量和体积得到所需要的电磁吸力，采用了如下措施：第一，增大壳体通径，在保证阀门流通面积的前提下，减小阀芯的工作行程；第二，衔铁采用90°锥角，以保证阀芯行程的前提下，减小电磁铁工作气隙。为了减小衔铁动作时的摩擦力，在衔铁上安装了两处塑料减摩环，这种结构设计可以有效防止衔铁和阀体出现卡滞及卡死现象。

4)为了适应发动机系统宽工作温度范围，保证燃油控制阀的可靠密封，在密封结构设计中采用了一种耐高温的非金属密封结构。非金属密封材料采用聚酰亚胺，聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温可以达到400℃以上，长期使用温度范围为-200～300℃，为了防止非金属密封结构的失效，采用金属滚边工艺把聚酰亚胺塑料块可靠的固定在金属阀芯上，具体是，聚酰亚胺塑料块被过盈压入金属槽内，并利用工装把金属槽收口固定塑料块。

5)该电磁作动阀在液体火箭发动机、冲压发动机以及组合推进发动机推进剂供应系统中应用。分步直动式电磁作动阀的结构设计能够有效扩大电磁阀的工作流量及工作压力的范围并大幅减小阀门的重量及体积。

附图说明

图1是本发明的宽工作范围的分步直动式电磁作动阀结构原理图。

图2为主阀芯的结构图；

图3为阀体结构图；

其中附图标记为：

1-线圈骨架、2-线圈、3-弹簧、4-衔铁、41-引压孔、42-主阀芯上腔、5-销轴、6-减磨环、7-密封圈、8-第一导向套、9-导阀芯、91-杆部、92-头部、10-主阀芯、101-密封端、102-嵌套端、103-导阀芯安装孔、1031-螺纹孔、1032-光孔、104-节流孔、105-泄压孔、106-环形槽、11-壳体、111-入口通道、112-出口通道、113-阀芯组件安装孔、114-液体容腔、12-调整垫片、13-橡胶O形圈、14-插座、15-第二导向套。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的宽工作范围的分步直动式电磁作动阀结构，它由阀体1、线圈2、弹簧3、衔铁4、销轴5、减磨环6、密封圈7、导向套8、导阀芯9、主阀芯10、壳体11、调整垫片12、橡胶O形圈13及插座14等组成。

该产品的工作方式为通电打开、断电关闭，阀门不工作时，介质通过主阀芯上的节流孔104进入主阀芯上腔42，与弹簧力一起为主阀芯10提供密封力，保证阀芯的可靠密封。当入口与出口没有压差时，给线圈通电后，电磁吸力克服弹簧力把导阀芯9和主阀芯10依次向上提起，阀门打开。当入口与出口存在压差时，通电后，导阀芯9先被吸起一小段距离，主阀芯10上的泄压孔105被打开，主阀芯上腔42和阀门出口连通，由于泄压孔105流通面积比主阀芯10上的节流孔104大，主阀芯上腔42压力迅速下降，当主阀芯上腔42介质作用力小于电磁铁吸力时，主阀芯10和导阀芯9在电磁吸力和介质力的作用下同时打开；阀门需要关闭时，给电磁线圈断电，导阀芯9关闭后，主阀芯上腔42压力迅速上升，当主阀芯10受到的介质力小于弹簧力时，导阀芯9和主阀芯10在弹簧力作用下向下运动，阀门关闭。为了适应发动机系统宽工作温度范围的要求，并且保证燃油控制阀的可靠密封，密封结构采用了一种耐高温的非金属软密封形式。

应用于某冲压发动机系统的实施实例如下：

在某液体亚燃冲压发动机研制中，对燃油供应系统控制阀提出可多次重复工作，工作压力范围0～5MPa，工作流量范围0～1.3kg/s，工作温度范围-50℃～150℃的主要性能要求。根据电磁作动阀使用要求特点，对电磁作动阀进行了结构设计，经计算分析、地面性能试验及上天飞行试验研究表明，该电磁作动阀工作可靠，性能稳定，工作压力、工作流量及工作温度可以满足具体任务需求。该结构电磁作动阀可在其他液体火箭发动机、冲压发动机以及组合推进发动机推进剂供应系统中推广应用。

本领域技术人员可以根据不同的设计要求和设计参数在不偏离权利要求所界定的结构的情况下进行各种增补、改进和更换，因此，本发明是广泛的。

Claims (9)

1.一种宽工作范围的分步直动式电磁作动阀，包括壳体(11)、阀芯组件及阀芯驱动组件，所述壳体(11)上设置有入口通道(111)、出口通道(112)及阀芯组件安装孔(113)，所述阀芯驱动组件包括线圈(2)、线圈骨架(1)及衔铁(4)，所述线圈(2)绕制在线圈骨架(1)上，所述线圈骨架(1)的磁极面与衔铁(4)的一端正对，

其特征在于：

所述阀芯组件安装孔(113)与出口通道(112)同轴设置，所述阀芯组件安装孔(113)与出口通道(112)之间还设置有入口通道(111)相连通的液体容腔(114)，所述阀芯组件安装孔(113)、液体容腔(114)及出口通道(112)贯穿壳体，

所述阀芯组件包括导阀芯(9)、第一导向套(8)及主阀芯(10)，

所述线圈骨架(1)、衔铁(4)、导阀芯(9)、第一导向套(8)及主阀芯(10)与出口通道(112)同轴设置，

所述主阀芯(10)设置在阀芯组件安装孔(113)处，定义主阀芯(10)的一端为密封端(101)，主阀芯(10)的另一端为嵌套端(102)，所述密封端(101)位于液体容腔(114)中，所述密封端(101)正对出口通道(112)用于密封或打开出口通道(112)，所述嵌套端(102)正对衔铁(4)，从嵌套端(102)端面沿轴向开设有的导阀芯安装孔(103)，

所述导阀芯(9)通过第一导向套(8)安装在导阀芯安装孔(103)内，所述导阀芯(9)的一端为杆部(91)，另一端为头部(92)，所述头部(92)的直径大于杆部(91的直径并且大于第一导向套(8的内径，所述头部(92与导阀芯安装孔(103)的底部接触，所述杆部(91)伸出主阀芯(10)并与衔铁(4)固定连接；所述第一导向套(8)从导阀芯(9)的杆部端面套在导阀芯杆部(91)，所述第一导向套(8)与导阀芯杆部(91)之间间隙配合，所述第一导向套(8)的轴向高度小于第一导向套与杆部之间的配合高度；所述第一导向套(8)与主阀芯(10)之间紧密配合；

所述主阀芯(9)与入口通道(111)相对的另一侧还设置有与入口通道(111)相通的节流孔(104)，所述主阀芯密封端(101)正对导阀芯头部(92)处还设置有泄压孔(105)，所述泄压孔(105)的直径大于节流孔(104)的直径小于导阀芯头部(92)的直径，

所述衔铁(4)的轴向设置有与节流孔相通的引压孔(41)，所述衔铁(4)与线圈骨架磁极面之间的空间定义为主阀芯上腔(42)，所述引压孔(41)与主阀芯上腔(42)相通，

所述阀芯驱动组件还包括弹簧(3)，所述弹簧(3)位于线圈骨架(1)与衔铁(4)之间，所述弹簧(3)用于在线圈未通电情况下，提供导阀芯(9)密封泄压孔(105)的压力。

2.根据权利要求1所述的宽工作范围的分步直动式电磁作动阀，其特征在于：

所述分步直动式电磁作动阀还包括第二导向套(15)，所述第二导向套套在主阀芯与衔铁的外侧，所述第二导套(15)与主阀芯之间设置有密封圈(7)，所述主阀芯的周向开设置有环形槽(106)，所述密封圈(7)安装于环形槽(106)处。

3.根据权利要求2所述的宽工作范围的分步直动式电磁作动阀，其特征在于：所述第二导向套(15)与衔铁(4)之间还设置有减摩环(6)。

4.根据权利要求3所述的宽工作范围的分步直动式电磁作动阀，其特征在于：所述第二导向套(15)与阀芯组件安装孔之间还设置有橡胶O形圈(13)。

5.根据权利要求1-4之任一权利要求所述的宽工作范围的分步直动式电磁作动阀，其特征在于：

所述主阀芯密封端(101)采用金属滚边工艺镶嵌有用于密封出口通道的聚酰亚胺塑料，用于出口通道(112)的密封；所述导阀芯头部(92)采用金属滚边工艺镶嵌有用于密封泄压孔(105)的聚酰亚胺塑料。

6.根据权利要求5所述的宽工作范围的分步直动式电磁作动阀，其特征在于：

所述引压孔(41)包括弹簧放置孔和导阀芯放置孔，所述弹簧放置孔与阀芯放置孔之间通过小径孔(43)连通，所述弹簧(3)的一端位于弹簧放置孔内，所述弹簧(3)的另一端位于线圈骨架上的盲孔内。

7.根据权利要求6所述的宽工作范围的分步直动式电磁作动阀，其特征在于：

所述导阀芯(9)与衔铁(4)的连接端位于导阀芯放置孔内，所述衔铁(4)的径向还开设有与导阀芯放置孔相贯通的销轴孔，所述导阀芯与衔铁之间通过销轴(5)连接。

8.根据权利要求7所述的宽工作范围的分步直动式电磁作动阀，其特征在于：所述衔铁(4)与线圈骨架(1)相对两个面均设置有90°锥角。

9.根据权利要求1所述的宽工作范围的分步直动式电磁作动阀，其特征在于：所述导阀芯安装孔(103)包括螺纹孔(1031)及光孔(1032)，所述螺纹孔(1031)的径向尺寸大于光孔(1032)的径向尺寸，所述螺纹孔(1031)由嵌套端开设，所述光孔(1032)靠近密封端。