CN105570470B - 一种内置先导电磁阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有自锁功能的内置先导式电磁阀。该发明主要组成部分包括主阀体、接管嘴、过滤器、阀套、圆柱弹簧、弹簧力调整垫、限流钉、挡流圈、主阀芯、副阀线圈组件、隔磁垫、副阀芯、副阀座。其中副阀采用线圈及永磁铁组合驱动源，具有双稳态无源自保持功能，由两个线圈可为状态切换提供动力。通过限流钉和圆柱弹簧安装力的匹配及挡流圈的设置，可实现主阀的可靠动作。在小流量工况下，介质可通过限流钉‑副阀之间的通道向下游流动。金属‑硬塑料的反向密封结构可兼顾高压及低压工况的气密性要求。本产品可用作具有大流量、多次动作需求的气、液路开关阀，尤其适用于高压介质。通过接口适应改进，还可用作姿轨控液体火箭发动机的控制阀。
Description
技术领域
本发明涉及一种先导电磁阀，可用作液体火箭发动机供应系统或冷气发动机系统高压气瓶的隔离阀、气压或液压系统管路的开关阀，通过接口适应性改进，也可用作姿轨控动力系统液体火箭发动机控制阀。
背景技术
在液体火箭发动机供应系统或冷气发动机系统中，由于气瓶充气压力高、对气瓶隔离阀的密封性能及工作可靠性要求较高，通常气瓶隔离阀采用密封性好、工作可靠的电爆阀。但是电爆阀为一次性工作的产品，无法满足多次启动、重复使用的要求，并为总装测试带来诸多不便。另外，电爆阀采用火药驱动，其工作时会产生较大的冲击，对总装结构带来不利影响。
也有系统尝试使用电磁阀替代电爆阀作为高压气路开关阀，由于其通径小或重量大、能耗高，用途受到很大限制。或使用先导式电磁阀或自锁阀，需要采用独立的控制介质，使系统变得复杂，在结构上也存在排气孔，排气动作产生的冲量对飞行器运行姿态带来不利影响。
发明内容
本发明提供一种工作压力范围宽、流量范围大、无额外的控制介质、可重复使用、重量小、不需排气的先导隔离阀。
本发明的技术解决方案是：
本发明所提供的一种内置先导电磁阀，包括主阀及副阀，所述主阀包括接管嘴1、主阀芯组件及主阀体9，所述接管嘴1中设置有主阀入口通道17，所述主阀体9中设置有主阀出口通道18，所述主阀芯组件位于主阀入口通道17与主阀出口通道18之间用于控制主阀入口通道和主阀出口通道之间的通断，所述副阀用于控制主阀芯组件，
其特殊之处在于：
所述主阀芯组件包括阀套3、主阀芯8、弹簧4及限流钉6，所述阀套3固定安装于入口通道与出口通道之间，所述阀套3靠近主阀入口通道17的一端设置有与主阀入口通道17相通的至少一个第一流体过孔19，所述阀套3靠近主阀出口通道18的另一端向内设置有主阀芯安装孔20，所述阀套3的侧壁设置有引压通道21；所述引压通道21副阀入口通道相通，
所述主阀芯8安装于主阀芯安装孔内，所述主阀芯8的一端为前端，所述主阀芯8的另一端为后端，所述主阀芯8的前端用于密封出口通道，所述主阀芯8的后端向内沿其轴向设置有限流钉安装孔，所述限流钉固定安装在限流钉安装孔内，所述弹簧4设置在阀套3的内壁与限流钉之间，通过挤压限流钉以挤压主阀芯8；所述主阀芯8靠近前端侧壁设置有至少一个与限流钉6相通的第二流体过孔25，
所述副阀为二位二通电磁阀，所述副阀入口通道22与主阀阀套3的引压通道21相通，所述二位二通电磁阀出口通道23与主阀出口通道18相通；
工作时，副阀打开，当入口介质流量大，主阀芯8的前后压差足以克服弹簧弹力打开时，介质分两路流出，其中一个流路顺序是：主阀入口通道17——第一流体过孔19——主阀出口通道18；另一流路的顺序是：主阀入口通道17——第一流体过孔19——第二流体过孔25——限流钉6——引压通道21——副阀入口通道22——副阀出口通道23——主阀出口通道18；
当入口介质流量小，主阀芯8的前后压差不足以克服弹簧弹力打开时，介质流路是：主阀入口通道17——第一流体过孔19——第二流体过孔25——限流钉6——引压通道21——副阀入口通道22——副阀出口通道23——主阀出口通道18。
上述二位二通电磁阀包括副阀线圈组件11，副阀芯及副阀座，所述副阀座的一端与主阀体固定连接，所述副阀座的另一端与副阀芯的一端形成密封副，所述副阀入口通道及副阀出口通道分别贯通副阀座；
所述副阀线圈组件11包括两个线圈、一副永磁铁，其中一个线圈为开线圈，另一个线圈为关线圈，两个线圈分别位于副阀芯的上下两端，当给开线圈一个短脉冲电压信号时，副阀芯打开，当给关线圈一个短脉冲电压信号时，副阀芯关闭。
上述主阀芯、副阀芯的密封结构均为塑料-金属菌状密封；
所述接管嘴与主阀体之间、副阀座与主阀体之间均设置有静密封，所述静密封的形式为O形橡胶密封圈加挡圈；所述阀套3与主阀体之间通过两道O形橡胶密封圈密封。
上述主阀芯8上设置两道塑料材料的挡流圈7，挡流圈7外圆与主阀芯8安装孔为过渡配合。
上述主阀入口通道与主阀出口通道在同一轴线上。
上所述限流钉6与主阀芯8通过螺纹副连接。
上述弹簧为圆柱弹簧，所述主阀芯8与圆柱弹簧4之间设置弹簧力调整垫5。
上述主阀入口通道内设置有用于对入口介质进行过滤的过滤器。
上述副阀芯与副阀座密封的一端设置有两个工艺螺纹孔26。本发明与现有技术相比，优点是：
1、本发明内置先导结构，阀套3与主阀体中设置了副阀的进口及出口管路，进口管路设置在主阀芯限流钉后，出口管路汇至主路出口。利用副阀改变主阀芯8后端的压力，从而改变主阀芯8的受力方向，控制主阀芯8的打开与关闭。该方案无需独立的控制气源，且无排气孔，简化了系统结构，减小了产品尺寸及重量，主阀芯8由进、出口压差控制，流阻恒定，响应快。
2、本发明在超小工况下，介质可通过主阀芯8、限流钉及副阀流向下游，主阀芯8不需要打开，消除了小工况下主阀芯8颤振的故障模式。
3、本发明的副阀采用双线圈及永磁铁组合的控制方式，具有双稳态无源自保持功能，长程工作过程中不通电，降低了能耗，并能够多次、可靠切换开关状态；副阀采用承载式两位两通结构，最大限度地减小了产品结构尺寸及重量。
4、本发明主阀芯8上设置的挡流圈，用于消除主阀芯8与阀套3之间的介质流动通道，强化限流钉的调节作用；提高主阀芯8与阀套3配合的对中性，消除卡滞、卡死故障；不同尺寸的挡流圈可调整主阀芯8在阀套3中运动的摩擦力，适当的阻尼作用对消除主阀芯8颤振有良好的效果。
5、本发明主阀通过弹簧、限流钉及挡流圈的匹配，可实现入口压力为0.5MPa～35MPa范围内的可靠动作。经受力分析，在出口直径及主阀芯8直径确定时，作用在主阀芯8上的介质不平衡力与进、出口的压差(即流阻)成线性关系，而在较大的工况范围内，介质不平衡力与弹簧力相等(忽略摩擦力)，因此弹簧力与流阻成线性关系。主阀的行程与弹簧的工作高度相比很小，因此在一定的工况范围内流阻仅与弹簧的安装力有关，即表现为恒定流阻。
6、本发明的主、副阀芯的密封结构均为塑料-金属逆向菌状密封，静密封部位均采用橡胶O形圈及挡圈组合的方式，密封可靠性高。
7、入口集成高精度滤网，可提高产品的工作可靠性，并可根据实际介质及过滤要求选用相应的过滤网。
8、本发明副阀芯上设置两个工艺螺纹孔，用于固定工装，方便更换阀芯，并可避免更换时对配合面造成损伤。
9、本发明寿命长(≥500次)、可重复使用、无不可测项目、便于发动机总体的检查测试、工作无冲击、不产生多余物。
附图说明
图1是本发明一种具有自锁功能的内置先导电磁阀关闭状态结构简图。
图2是本发明一种具有自锁功能的内置先导电磁阀打开状态结构简图。
图3A本发明阀芯的端面视图；
图3B为从图3A的旋转剖视图。
图4A为主阀套的结构剖视图；
图4B为主阀套的右视图；
其中：1—接管嘴；2—过滤器；3—阀套；4—圆柱弹簧；5—弹簧力调整垫：6—限流钉；7—挡流圈；8—主阀芯；9—主阀体；10—隔磁垫；11—副阀线圈组件；12—副阀芯；13—副阀座；14—行程调整垫；15—O形橡胶密封圈；16—挡圈，17-主阀入口通道、18-主阀出口通道、19-第一过流孔、20-主阀芯安装孔、21-引压通道、22-副阀入口通道、23-副阀出口通道、24-盲孔、25-第二流体过孔、26-工艺螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种具有自锁功能的内置先导电磁阀，包括接管嘴1、过滤器2、阀套3、圆柱弹簧4、弹簧力调整垫5、限流钉6、挡流圈7、主阀芯8、主阀体9、隔磁垫10、副阀线圈组件11、副阀芯12、副阀座13、行程调整垫14、O形橡胶密封圈15、挡圈16等。
安装关系：隔磁垫10、副阀线圈组件11、副阀芯12、副阀座13、行程调整垫14预装为副阀，通过选取不同厚度的隔磁垫及行程调整垫，调整阀芯两端的初始气隙及工作气隙大小，以满足对阀芯自锁力及线圈电磁吸力的不同需求。副阀通过高强合金螺钉与主阀体相连，采用O形橡胶密封圈及挡圈组合密封形式实现高低压腔之间及产品内外泄漏通道的可靠密封。两组挡流圈及限流钉预装在主阀芯8上，将圆柱弹簧、弹簧力调整垫及主阀芯8一次装入阀套3，确定主阀芯8在阀套3中运动灵活性，压紧后应能可靠回弹。但应留有一定的阻尼，以防主阀芯8在小流量工况下颤振。将O形橡胶密封圈预装在阀套3上，连同内部组件一同装入主阀体内。将O形橡胶密封圈、挡圈及过滤器装配在接管嘴中，接管嘴装入主阀体，并可对阀套3的运动进行限制。
工作原理：上游增压前，副阀芯在永磁自锁力的作用下处于关闭状态，主阀芯8在弹簧力作用下处于关闭状态；随着入口压力升高，介质不平衡力对主阀芯8及副阀芯的关闭均有利，使其可靠密封；需要工作打开时，给副阀线圈组件的开线圈两端通一个短脉冲电压信号，副阀芯在通电线圈及永磁铁形成的综合磁场作用下打开，并在永磁自锁力的作用下保持该状态不变；由于主阀芯8后端介质压力的泄除，主阀芯8在介质不平衡力的作用下克服弹簧力打开，形成介质通路；根据流量及压力的变化主阀芯8的开度将进行自适应调整，直至受力平衡；需要关闭时，给副阀线圈组件的关线圈两端通一个短脉冲电压信号，副阀芯在通电线圈及永磁铁形成的综合磁场作用下关闭，并在永磁自锁力的作用下保持该状态不变；主阀芯8后端压力升高至与入口压力相同，主阀芯8在介质不平衡力及弹簧力作用下关闭，并可靠密封。
应用于某发动机系统的实施例如下：
该发明用作某可重复使用飞行器，最高工作压力达到35MPa，最低工作压力达到2MPa，验证环境温度-50℃～+100℃，并经历了冲击、振动、加速度等力学环境考核，产品性能良好，动作可靠性，在工作压力范围内氦质谱检漏泄漏率达到不大于1×10-7Pa·m3/s，满足发动机任务需求，目前已经过多次实物飞行试验考核，实施例工作正常。
本发明可在其它需要重复使用或多次动作的武器、飞行器及运载器等供应系统中推广应用，通过接口适应性改进，还可用作姿、轨控液体火箭发动机的控制阀。
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)
1.一种内置先导电磁阀，包括主阀及副阀，所述主阀包括接管嘴(1)、主阀芯组件及主阀体(9)，所述接管嘴(1)中设置有主阀入口通道(17)，所述主阀体(9)中设置有主阀出口通道(18)，所述主阀芯组件位于主阀入口通道(17)与主阀出口通道(18)之间用于控制主阀入口通道和主阀出口通道之间的通断，所述副阀用于控制主阀芯组件，
其特征在于：
所述主阀芯组件包括阀套(3)、主阀芯(8)、弹簧(4)及限流钉(6)，所述阀套(3)固定安装于入口通道与出口通道之间，所述阀套(3)靠近主阀入口通道(17)的一端设置有与主阀入口通道(17)相通的至少一个第一流体过孔(19)，所述阀套(3)靠近主阀出口通道(18)的另一端向内设置有主阀芯安装孔(20)，所述阀套(3)的侧壁设置有引压通道(21)；所述引压通道(21)副阀入口通道相通，
所述主阀芯(8)安装于主阀芯安装孔内，所述主阀芯(8)的一端为前端，所述主阀芯(8)的另一端为后端，所述主阀芯(8)的前端用于密封出口通道，所述主阀芯(8)的后端向内沿其轴向设置有限流钉安装孔，所述限流钉固定安装在限流钉安装孔内，所述弹簧(4)设置在阀套(3)的内壁与限流钉之间，通过挤压限流钉以挤压主阀芯(8)；所述主阀芯(8)靠近前端侧壁设置有至少一个与限流钉(6)相通的第二流体过孔(25)，
所述副阀为二位二通电磁阀，所述副阀入口通道(22)与主阀阀套(3)的引压通道(21)相通，所述二位二通电磁阀出口通道(23)与主阀出口通道(18)相通；
工作时，副阀打开，当入口介质流量大，主阀芯8的前后压差足以克服弹簧弹力打开时，介质分两路流出，其中一个流路顺序是：主阀入口通道(17)——第一流体过孔(19)——主阀出口通道(18)；另一流路的顺序是：主阀入口通道(17)——第一流体过孔(19)——第二流体过孔(25)——限流钉(6)——引压通道(21)——副阀入口通道(22)——副阀出口通道(23)——主阀出口通道(18)；
当入口介质流量小，主阀芯(8)的前后压差不足以克服弹簧弹力打开时，介质流路是：主阀入口通道(17)——第一流体过孔(19)——第二流体过孔(25)——限流钉(6)——引压通道(21)——副阀入口通道(22)——副阀出口通道(23)——主阀出口通道(18)。
2.根据权利要求1所述的内置先导电磁阀，其特征在于：所述二位二通电磁阀包括副阀线圈组件(11)，副阀芯及副阀座，所述副阀座的一端与主阀体固定连接，所述副阀座的另一端与副阀芯的一端形成密封副，所述副阀入口通道及副阀出口通道分别贯通副阀座；
所述副阀线圈组件(11)包括两个线圈、一副永磁铁，其中一个线圈为开线圈，另一个线圈为关线圈，两个线圈分别位于副阀芯的上下两端，当给开线圈一个短脉冲电压信号时，副阀芯打开，当给关线圈一个短脉冲电压信号时，副阀芯关闭。
3.根据权利要求2所述的内置先导电磁阀，其特征在于：所述主阀芯、副阀芯的密封结构均为塑料-金属菌状密封；
所述接管嘴与主阀体之间、副阀座与主阀体之间均设置有静密封，所述静密封的形式为O形橡胶密封圈加挡圈；所述阀套(3)与主阀体之间通过两道O形橡胶密封圈密封。
4.根据权利要求1或2或3所述的内置先导电磁阀，其特征在于：主阀芯(8)上设置两道塑料材料的挡流圈(7)，挡流圈(7)外圆与主阀芯安装孔为过渡配合。
5.根据权利要求4所述的内置先导电磁阀，其特征在于：主阀入口通道与主阀出口通道在同一轴线上。
6.根据权利要求5所述的内置先导电磁阀，其特征在于：所述限流钉(6)与主阀芯(8)通过螺纹副连接。
7.根据权利要求6所述的内置先导电磁阀，其特征在于：所述弹簧为圆柱弹簧，所述主阀芯(8)与圆柱弹簧(4)之间设置弹簧力调整垫(5)。
8.根据权利要求7所述的内置先导电磁阀，其特征在于：主阀入口通道内设置有用于对入口介质进行过滤的过滤器。
9.根据权利要求8所述的内置先导电磁阀，其特征在于：所述副阀芯与副阀座密封的一端设置有两个工艺螺纹孔(26)。
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