CN106641306B - 一种快速打开的大口径超高压电磁阀门及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工程用超高压电磁阀门技术领域，公开一种快速打开的大口径超高压电磁阀门及方法，该方法采用的电磁阀门由阀体、阀芯、阀体外筒壁、液压腔顶盖组成，阀体外筒壁顶部设置有连接螺栓，连接螺栓一侧的阀体外筒壁顶部设置有气压腔接口，阀体外筒壁的侧壁设置有液压腔接口，所述阀体内设置有高压气体腔、液压腔，且阀体上设置有阀体泄压孔，阀芯上设置有阀芯泄压孔，阀体外筒壁上设置有连接爆炸发生器螺丝孔，阀体内设置有连接爆炸发生器的泄压通道。本发明能够满足爆炸荷载发生器在5ms内开启的速度要求，且内泄漏量为零，一旦接受到信号可在20ms内稳定可靠的开启，减小了阀的移动距离，提高了阀的效率，可靠性和性价比都比较高。

Description

一种快速打开的大口径超高压电磁阀门及方法
技术领域
本发明涉及工程用超高压电磁阀门技术领域，具体涉及爆炸荷载模拟发生器快速泄压的一种快速打开的大口径超高压电磁阀门及方法。
背景技术
为了研究炸药爆炸的破坏效应，需要模拟有一定波形要求的爆炸荷载，爆炸荷载的波峰通常在几ms到几十ms，为了控制爆炸荷载波峰的长度，爆炸荷载发生器需要在精准的时间点快速开启泄压通道，该泄压通道一般口径在100mm左右，爆炸荷载波峰压力可达40MPa，用于打开泄压通道的阀门需要在几ms的时间内完全打开，打开的时间精准度也在毫秒级。市场现有成熟电磁阀产品在几个方面不能满足以上要求：
1.目前市场的直动电磁球阀虽然开启时间较短，开启时间大致在25ms左右，最大口径为10mm。
2.二级电磁阀（小口径的直动电磁阀为先导阀）最大口径为32mm左右，开启时间在100ms左右。
3.多级电磁阀最大通经可以做到160mm通径。但是开启速度较为缓慢，在100mm通径时，需要2-3秒完全开启，可见完全不能满足使用要求。
爆炸荷载发生器要求的电磁阀的要求与一般电磁阀的使用工况还有较大差别，爆炸荷载发生器泄压用电磁阀使用频率较低（可能几天开启一次），因此可以有较长的准备时间。用于爆炸荷载发生器的电磁阀平时处于常闭状态，试验时要求快速准确地开启，不要求快速准确地关闭，因此在结构上可与常规电磁阀不同。由于爆炸荷载发生器内的超高压力仅仅保持几十毫秒的时间，因此泄压孔即使有微泄漏也不影响该电磁阀的使用功能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种快速打开的大口径超高压电磁阀门及方法。
在爆炸荷载发生器试验装置中，需要在5ms左右的时间内打开泄压通道，泄压通道的直径约为100mm，压力范围为0-40MPa。在公开的论文及相关资料中未见类似报道，为此设计了一套准确快速开启的大口径超高压电磁阀。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种快速打开的大口径超高压电磁阀门，该电磁阀门由阀体2、阀芯3、阀体外筒壁4、液压腔顶盖1组成，阀体外筒壁4顶部设置有连接螺栓5，连接螺栓5一侧的阀体外筒壁4顶部设置有气压腔接口6，阀体外筒壁4的侧壁设置有液压腔接口7，所述阀体2内设置有高压气体腔8、液压腔9，且阀体2上设置有阀体泄压孔11，阀芯3上设置有阀芯泄压孔10，阀体外筒壁4上设置有连接爆炸发生器螺丝孔12，阀体2内设置有连接爆炸发生器的泄压通道13。
一种快速打开的大口径超高压电磁阀门，所述泄压通道13为100mm直径的通道。
一种快速打开的大口径超高压电磁阀门，所述阀体2和阀芯3环向上的三排方形孔位为泄压阀口，泄压阀口的截面尺寸与泄压通道13的截面尺寸相当。
一种快速打开的大口径超高压电磁阀门，所述该电磁阀的阀口为环向三排开口。
一种快速打开的大口径超高压电磁阀门工作方法，其特征是：采用高压气体作为动力源，对阀芯持续加速，且加速时的推力大，3MPa气体压力下阀芯的平均加速度达1777m/s2，能够满足爆炸荷载发生器在5ms±1ms内开启的速度要求；具体实施步骤如下：
将电磁阀下部为100mm直径的泄压通道13与爆炸荷载发生器相连接，通过电磁阀门环向的六个内六角螺丝固定连接于爆炸发生器螺丝孔12内；
在阀口打开的状态时，当阀芯3向上17mm可关闭阀口；即阀芯3在5ms内移动12mm，对应的阀芯3速度为2.4m/s；
为让阀芯3快速加速到预定速度，高压气体腔8内加入3MPa的高压气体，阀芯3在1.3ms速度从速度0加速到2.4m/s；
当电磁阀接受信号的是液压腔管路接口上的电磁球阀，该电磁球阀能够耐压35MPa，且内泄漏量为零，一旦接受到信号在20ms±1ms内稳定可靠的开启；
工作过程如下：实验前将高压气体腔通入一定压力的高压空气，高压气体腔关闭；液压腔内通入液压油使泄压阀处于打开状态，关闭液压腔液压接口的电磁阀，泄压阀处于等待实验状态；
实验时爆炸荷载发生器的控制系统发出打开阀门的电信号指令，液压腔电磁球阀快速打开，高压气体推动阀芯向下运动；阀芯运动，将液压油通过液压腔接口排出液压腔。
采用的电磁阀的阀口为环向三排开口，能够保证阀芯在12mm小位移的情况下，开启等同于100mm直径圆形截面的泄压通达，减小了阀的移动距离，提高了阀的效率和可靠性。
与现有技术相比，本发明取得的优越性是：
（1）该电磁阀采用高压气体作为动力源，可对阀芯持续加速，且加速时的推力大，3MPa气体压力下阀芯的平均加速度可达1777m/s2，可满足爆炸荷载发生器在5ms±1ms内开启的速度要求。
（2）该电磁阀接受信号的是液压腔管路接口上的电磁球阀，该电磁球阀可耐压35MPa，且内泄漏量为零，一旦接受到信号可在20ms±1ms内稳定可靠的开启。
（3）该电磁阀的阀口采用环向三排开口，保证阀芯在12mm小位移的情况下可开启等同于100mm直径圆形截面的泄压通达，减小了阀的移动距离，提高了阀的效率和可靠性。
（4）该电磁阀的的开启采用阀芯的直线运动来实现，只需要普通密封形式即可实现，可靠性和性价比都比较高。
附图说明
图1为快速打开的大口径超高压电磁阀门整体结构示意图；
图2为电磁阀的硬件结构组成结构示意图；
图3为电磁阀结构的部件位置示意图；
图中：液压腔顶盖1、阀体2、阀芯3、阀体外筒壁4、连接螺栓5、气压腔接口6、液压腔接口7，高压气体腔8、液压腔9、阀芯泄压孔10、阀体泄压孔11，连接爆炸发生器螺丝孔12、泄压通道13。
具体实施方式
下面结合附图和实施案例对本发明作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本发明的限制。
一种快速打开的大口径超高压电磁阀门，由阀体、阀芯、阀体外筒壁、液压腔顶盖、连接螺栓、导向圈和密封圈组成。泄压电磁阀的外观整体图见图1，阀的硬件结构组成见附图2，阀的功能性结构示意图见附图3。
图3中下部为100mm直径的泄压通道与爆炸荷载发生器相连接，连接方法为环向的六个内六角螺丝；阀体和阀芯环向上的三排方形孔位为泄压阀口，阀口的截面尺寸和泄压通道的截面尺寸相当，图中状态为阀口打开的状态，当图中蓝色阀芯向上17mm可关闭阀口。实际工作中如果要求阀芯在5ms内移动12mm，对应的阀芯速度应该为2.4m/s，为让阀芯快速加速到预定速度，在图中的高压气体腔内加入3MPa的高压气体，阀芯可在1.3ms左右从0加速到2.4m/s。
（1）该电磁阀采用高压气体作为动力源，可对阀芯持续加速，且加速时的推力大，3MPa气体压力下阀芯的平均加速度可达1777m/s2，可满足爆炸荷载发生器在5ms±1ms内开启的速度要求。
（2）该电磁阀接受信号的是液压腔管路接口上的电磁球阀，该电磁球阀可耐压35MPa，且内泄漏量为零，一旦接受到信号可在20ms±1ms内稳定可靠的开启。
（3）该电磁阀的阀口采用环向三排开口，保证阀芯在12mm小位移的情况下可开启等同于100mm直径圆形截面的泄压通达，减小了阀的移动距离，提高了阀的效率和可靠性。
（4）该电磁阀的的开启采用阀芯的直线运动来实现，只需要普通密封形式即可实现，可靠性和性价比都比较高。
工作过程如下：实验前将高压气体腔通入一定压力的高压空气，高压气体腔关闭；液压腔内通入液压油使泄压阀处于打开状态，关闭液压腔液压接口的电磁阀，泄压阀处于等待实验状态；
实验时爆炸荷载发生器的控制系统发出打开阀门的电信号指令，液压腔电磁球阀快速打开，高压气体推动阀芯向下运动；阀芯运动，将液压油通过液压腔接口排出液压腔。

Claims (5)

1.一种快速打开的大口径超高压电磁阀门，其特征是：电磁阀门由阀体（2）、阀芯（3）、阀体外筒壁（4）、液压腔顶盖（1）组成，阀体外筒壁（4）顶部设置有连接螺栓（5），连接螺栓（5）一侧的阀体外筒壁（4）顶部设置有气压腔接口（6），阀体外筒壁（4）的侧壁设置有液压腔接口（7），所述阀体（2）内设置有高压气体腔（8）、液压腔（9），且阀体（2）上设置有阀体泄压孔（11），阀芯（3）上设置有阀芯泄压孔（10），阀体外筒壁（4）上设置有连接爆炸发生器螺丝孔（12），阀体（2）内设置有连接爆炸发生器的泄压通道（13）。
2.根据权利要求1所述的一种快速打开的大口径超高压电磁阀门，其特征是：所述泄压通道（13）为100mm直径的通道。
3.根据权利要求1所述的一种快速打开的大口径超高压电磁阀门，其特征是：所述阀体（2）和阀芯（3）环向上的三排方形孔位为泄压阀口，泄压阀口的截面尺寸比泄压通道（13）的截面尺寸略大。
4.根据权利要求1所述的一种快速打开的大口径超高压电磁阀门，其特征是：所述电磁阀的阀口为环向三排开口。
5.一种快速打开的大口径超高压电磁阀门工作方法，其特征是：采用高压气体作为动力源，对阀芯持续加速，且加速时的推力大，3MPa气体压力下阀芯的平均加速度达1777m/s2，能够满足爆炸荷载发生器在5ms±1ms内开启的速度要求；具体实施步骤如下：
将电磁阀下部为100mm直径的泄压通道（13）与爆炸荷载发生器相连接，通过电磁阀门环向的六个内六角螺丝固定连接于爆炸发生器螺丝孔（12）内；
在阀口关闭的状态时，当阀芯（3）向下17mm可打开阀口；即阀芯（3）在5ms内移动12mm，对应的阀芯（3）速度为2.4m/s；
为让阀芯（3）快速加速到预定速度，高压气体腔（8）内加入3MPa的高压气体，阀芯（3）在1.3ms速度从速度0加速到2.4m/s；
当电磁泄压阀接受信号的是液压腔管路接口上的两位两通无泄漏电磁球阀，该电磁球阀能够耐压35MPa，且内泄漏量为零，一旦接受到信号在20ms±1ms内稳定可靠的开启；
工作过程如下：实验前将高压气体腔（8）通入一定压力的高压空气，高压气体腔（8）关闭；液压腔（9）内通入液压油，使泄压阀处于打开状态，关闭液压腔（9）液压接口的电磁阀，泄压阀处于等待实验状态；
实验时爆炸荷载发生器的控制系统发出打开阀门的电信号指令，液压腔（9）电磁球阀快速打开，高压气体推动阀芯（3）向下运动；阀芯（3）运动，将液压油通过液压腔接口排出液压腔（9）；
采用的电磁阀的阀口为环向三排开口，能够保证阀芯在12mm小位移的情况下，开启等同于100mm直径圆形截面的泄压通达，减小了阀芯的移动距离，提高了阀的效率和可靠性。
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