CN106687729B

CN106687729B - 螺线管阀

Info

Publication number: CN106687729B
Application number: CN201580048577.2A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·比克隆
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2019-01-29
Anticipated expiration: 2035-07-10
Also published as: CN106687729A; RU2666687C1; US10082219B2; WO2016041650A1; EP2998626B1; BR112017003134A2; CA2954799C; EP2998626A1; MX2017002787A; US20170234449A1; ES2647298T3; CA2954799A1

Abstract

提供一种螺线管阀(1)，该螺线管阀包括外壳、入口、出口、位于所述入口和所述出口之间的主阀装置，其中所述主阀装置包括主阀元件、调节所述主阀元件上的压力差并且具有导向阀元件的导向阀装置、线圈、磁性联接到所述线圈的磁轭安排、以及用于移动所述导向阀元件的电枢装置。这种螺线管阀可实现较大的打开行程而不会过度增大线圈和磁轭安排。为此目的，所述电枢装置包括可被所述磁轭装置吸引以执行打开行程的第一部分，以及承载所述导向阀元件的第二部分，其中，所述第一部分在所述打开行程的第一段中相对于所述第二部分是可移动的并且在所述第一段之后的所述打开行程的第二段中拖曳所述第二部分。

Description

螺线管阀

技术领域

本发明涉及一种螺线管阀，该螺线管阀包括外壳、入口、出口、位于所述入口和所述出口之间的主阀装置，其中所述主阀装置包括主阀元件、调节所述主阀元件上的压力差并且具有导向阀元件的导向阀装置、线圈、磁性联接到所述线圈的磁轭安排、以及用于移动所述导向阀元件的电枢装置。

背景技术

例如，从DE 20 2005 013 233 U1已知的这种螺线管阀。

导向阀的使用具有的优点是，只有该导向阀元件必须被致动以控制该主阀装置的功能。移动该导向阀元件所需的力远小于移动该主阀元件所需的力。因此，导向控制螺线管阀可以用于控制高压下的流体(例如二氧化碳)，而不显著增大该线圈和磁轭安排。

在一些情况下，需要螺线管阀具有较大的打开行程，即该螺线管阀在完全打开状态下具有低流动阻力。这样意味着该主阀装置必须打开到相当大的程度，使得该主阀元件必须能够执行大的打开行程。因此，该导向阀元件必须能够执行类似的大的打开行程。当该导向阀关闭时，该电枢装置具有到该磁轭安排的最大距离，使得能够吸引该电枢装置的磁力相当低。因此，当需要大的打开行程时，该线圈和磁轭安排必须增大到相当大的尺寸以产生必要的磁吸引力。

这种螺线管阀可以例如用在多喷射器中。在这种情况下，需要在所谓的动力喷嘴处产生受控气体的最大速度。这是通过使压力损失最小化来实现的。低压力损失的一个贡献来自当该阀打开时的大直径或大开口。在这里大直径意味着该主阀元件需要移动通常至少为出口孔的直径的 1/4的重要部分。这意味着存在可用的低磁力，因为这些磁力在从该磁轭安排到该电枢装置的距离上变化。

此外，当该螺线管阀用于CO₂系统中时，压力差明显高于其他制冷剂。在CO₂系统中，至少50巴的压力差是可能的，并且可以明显更高，例如90巴。

这样意味着必须以相对较弱的磁力打开该阀，同时能够处理明显更高的压力差。

发明内容

本发明的目的是实现较大的打开行程而不会过度增大线圈和磁轭安排。

这个目的通过如上所述的螺线管阀来解决，所述电枢装置包括可被所述磁轭装置吸引以执行打开行程的第一部分，以及承载所述导向阀元件的第二部分，其中，所述第一部分在所述打开行程的第一段中相对于所述第二部分是可移动的并且在所述第一段之后的所述打开行程的第二段中拖曳所述第二部分，其中，打开弹簧位于所述第一部分和所述第二部分之间，所述打开弹簧在打开方向上作用在所述第二部分上。

在这种螺线管阀中，线圈和磁轭安排产生必须足以仅吸引该电枢的第一部分的磁力。该电枢的第一部分可以在该打开行程的第一段上移动而没有移动该第二部分的必要性。该电枢装置的第一部分通过磁力来加速并且因此在该打开行程的第一段结束时具有一定的速度并因此具有一定的动能。此外，由于气隙减小了，这些磁力也增加了。在该打开行程的第一段结束时，该第一部分与该电枢的第二部分接触，然后该电枢的第二部分在该第一部分的作用下移动。为了该电枢的第二部分的运动，可以使用增加的磁力加上该第一部分的动能。该第二部分承载该导向阀元件，意味着该导向阀元件也可以是该第二部分的一部分。组合的能量足以从该导向阀座预提升该导向阀元件。该导向阀元件的这种初始运动通常需要最大的力。一旦该导向阀元件已经被提升离开该导向阀座，趋向于关闭该导向阀装置或保持该导向阀装置关闭的力减小，使得该第二部分可以与该第一部分一起在打开方向上进一步移动。当在该第一部分的作用下该导向阀元件已经被提升离开该导向阀座时，该打开弹簧被稍微压缩。该打开弹簧现在使该第二部分相对于该第一部分在打开方向上进一步移动，因此增加了该导向阀元件和该导向阀座之间的距离。这是有可能的，应归于来自该导向阀元件处的差压的较小的力。这种较小的力应归于在预提升之后该导向阀元件和该导向阀座或导向孔口之间的相对较大的距离。当该导向孔口打开时，该主阀元件移动并打开该主阀装置。这种打开可以在相当短的时期中进行，使得该螺线管阀能以相当高的速度被致动。该导向阀的打开现在被分成三个运动段。在该第一段中，仅该第一部分移动。在该第二段中，该第一部分与该第二部分和该导向阀元件一起移动。在该第三段中，该第一部分已经停止，并且该导向阀元件与该第二部分一起在该打开弹簧的作用下移动。在该第一段期间，当该第一部分单独移动时，这个第一部分积累动能并且移动更靠近该磁轭安排，由此由于气隙减小而使磁力显著增大。两个元件都有助于该导向阀元件抵抗该导向阀元件上的显著压力差来进行预提升。在第三次运动结束时，该第二部分靠在该磁轭安排上。第三次运动是通过利用在第二次移动期间由该打开弹簧的压缩产生的弹簧力来实现的。

在优选实施例中，所述导向阀装置具有导向孔口，并且所述第二段的长度在所述导向孔口的直径的0.5倍至1.5倍的范围内。当该第一部分具有足够的动能时，该电枢的第二部分仅在打开行程结束时移动。由于仅需要预提升该导向阀元件，因此此时该电枢的第二部分的小运动就足够了。小于0.5意味着压力差变得过大。大于1.5意味着磁力变得过小。

优选地，在所述第一部分和所述磁轭安排之间设置关闭弹簧，所述关闭弹簧在所述打开行程期间被压缩。在该主阀要关闭时的稍后阶段使用该关闭弹簧。

优选地，所述打开弹簧比所述关闭弹簧更强壮。换句话说，该打开弹簧的弹簧常数通常大于该关闭弹簧的弹簧常数。这样考虑到，该关闭弹簧在该打开行程期间被压缩到稍大的程度。

优选地，所述第二部分位于所述第一部分内部。这样导致了相当简单的结构。该电枢仍然可以作为单件来处理，从而简化了该螺线管阀的组装。

在这种情况下，优选的是，所述第一部分包括中空的第一套筒和中空的第二套筒，所述中空的第一套筒和中空的第二套筒彼此连接以形成其中容纳所述第二部分的空间。这两个套筒例如可以通过旋拧、通过使用胶或通过焊接来彼此固定，或者它们可以通过压入配合连接而相连。使用中空的套筒有利于在该第一部分内引导该第二部分。

优选地，所述第一套筒在面向所述磁轭安排的一侧具有孔，所述孔在支撑所述关闭弹簧的台阶处结束。该关闭弹簧靠在该台阶上并且靠在该磁轭安排上。该孔有助于引导该弹簧，使得该弹簧在任何情况下保持其位置。

优选地，所述第二部分包括突出穿过所述孔的杆。所述孔中的杆用于在所述第一部分内引导该第二部分。

优选地，所述杆比所述第一套筒长。这个特征可以用于改善该螺线管阀的关闭过程。磁性吸附力是由该打开弹簧的力来克服。由于该杆比该第一套筒长，该打开弹簧在朝向该导向阀座的方向上推动该第一部分。一旦该第一部分邻接该第二部分，该打开弹簧不再有助于该第一部分的进一步运动，并且该第一部分和第二部分的进一步运动是通过该关闭弹簧来实现的。一旦该磁轭安排和该电枢之间形成气隙，磁吸附大幅度减小，例如减小90％，并且因此即使该关闭弹簧较弱，该关闭弹簧也可以关闭该阀。

优选地，所述外壳包括用于所述主阀元件在打开方向上的止动件，所述电枢的所述第二部分在所述打开行程结束时缩回到所述止动件的后面。这样是对该导向阀元件的保护，从而在该主阀装置的完全打开状态下避免了该导向阀元件上的较大的力。

本发明还涉及如上所述的螺线管阀在CO₂制冷系统中的使用。该螺线管阀特别好地适于在即使高压力差作用在该导向阀装置上的情况下也能操作。

附图说明

现在参照附图更详细地描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1是处于关闭状态的螺线管阀的截面视图，

图2是该螺线管阀在开始打开导向阀装置时的截面视图，

图3是导向阀装置完全打开的所述螺线管阀的截面视图，

图4是主阀装置完全打开的所述螺线管阀的截面视图，

图5是所述螺线管阀在开始关闭该导向阀装置时的截面视图，并且

图6是所述螺线管阀的截面视图，示出了该主阀装置的关闭。

具体实施方式

图1示出了具有外壳2的螺线管阀1。外壳2包括入口3和出口4。螺线管阀1例如可以用于控制高压下的流体，如二氧化碳。

这种流体的控制是由具有主阀元件6和主阀座7的主阀装置5来执行的。

主阀元件6具有活塞的形式，其具有沿纵长方向延伸穿过整个阀元件6的通道8。这个通道8的一端通向主阀座7(处于关闭状态)或者被引导到主阀座7(处于打开状态，参见图4至图6)中。通道8的另一端形成导向孔口9。这个导向孔口9也可以称为“导向阀座”。

主阀元件6和外壳2之间的小间隙是不可避免的，并且在当前情况下旨在使得来自入口3的流体压力可以作用在主阀元件6的两个端面 (frontface)11、12上，即在主阀元件6的与所述主阀座7相反的一侧上的压力空间13中。围绕主阀座7的端面11的面积小于相反的端面12 的面积，使得主阀元件6通过所产生的力差保持抵靠主阀座7，并且主阀装置5关闭。

此外，螺线管阀1包括导向阀装置14。导向阀装置14包括与导向孔口9配合的导向阀元件15，即关闭导向孔口9(图1和图6)或打开导向孔口(图2至图5)。

导向阀元件15的移动是通过将在后面进行描述的电枢16来进行的。

螺线管阀1包括线圈17和磁轭安排18(仅部分示出)。当线圈17 被供应电流时，磁性联接到线圈17的磁轭安排18产生了作用在电枢16 上的磁力。

电枢16包括第一部分19和第二部分20。第一部分19是由第一套筒21和第二套筒22形成的。两个套筒21、22都是中空的。它们在连接区域23中彼此连接。它们例如可以通过压入配合连接相连或通过一对螺纹来连接，它们可以胶合在一起或钎焊在一起或以任何其他方式彼此连接。第一部分19由可磁化材料制成，而对第二部分20没有类似的要求。

两个套筒21、22一起形成空间24，在该空间中容纳该电枢的第二部分20。电枢16的第二部分20承载导向阀元件15。

第一套筒21包括孔25，通过该孔来引导该第二部分的杆26。此外，孔25形成了台阶27。关闭弹簧28靠在此台阶27上。关闭弹簧28的另一端靠在磁轭安排18上。当第一部分19在朝向磁轭安排18的方向上移动时，关闭弹簧28被压缩。

打开弹簧29也布置在空间24中在第一部分19内。这个打开弹簧 29作用在第一部分19和第二部分20之间并且将第二部分20压靠在第一套筒21上。

图1所示的状态是螺线管阀1的关闭状态。关闭弹簧28在朝向导向孔口9的方向上作用在整个电枢16上。导向阀元件15靠在导向孔口9 上并且关闭导向阀装置14。在这种状态下，线圈17中没有电流。

图2示出了向线圈17供应电流的情况。因此，在磁轭安排18中产生吸引电枢16的第一部分19的磁力。

在所有附图中，用相同的参考号来指定所有元件。

如在图2中可以看出，电枢16的第一部分19已经相对于电枢的第二部分20移动。

第一部分19已经移动超过打开行程，即从图1所示的第一部分19 具有到磁轭安排18的最大距离的位置到达图2所示的第一部分19已经靠在磁轭安排18上的位置。

这个打开行程具有一些段。在第一段中，第一部分19可以相对于该电枢的第二部分20移动，而电枢16的第二部分20不移动。在该打开行程的第二段中，第一部分19与第二部分20的下端处的台阶30接触，并且在第一部分19进一步移动时拉动或拖曳第二部分20。

在第一部分19的运动期间，关闭弹簧28和打开弹簧29被压缩。

在该第一段结束时，该电枢的第一部分19已经具有一定的速度并且相应地具有一定的动能。这个动能也可以用于移动电枢16的第二部分 20。这个运动可以相当小，例如小于1mm。通常，该打开行程的第二段具有在导向孔口9的直径的0.5倍至1.5倍的范围内的长度。小于0.5 意味着压力差变得过大。大于1.5意味着磁力变得过小。当导向阀元件 15刚刚被提高离开导向孔口9时，第二部分20的运动就足够了，使得流出压力空间13的流体可以开始逸出压力空间13，从而降低压力空间 13中的压力。这种状态可以称为“预提升”。

如图2所示，第一部分19与磁轭安排18接触，从而压缩该关闭弹簧。此外，第一部分19和第二部分20之间的打开弹簧29也被压缩。

如图3所示，打开弹簧29使第二部分20在打开方向上(即在朝向磁轭安排18的方向上)进一步移动，直到杆26也与磁轭安排18接触。这是第三段运动。因此，导向阀元件15进一步远离导向孔口9而移动。这种运动是有可能的，应归于来自该导向阀元件15处的差压的较小的力。这种较小的力应归于在预提升之后导向阀元件15和导向孔口9之间的相对较大的距离。图3示出了导向阀装置14的完全打开的状态。

当导向阀装置14打开时，压力空间13中的压力减小，并且因此作用在下端面11上的压力产生的力高于作用在主阀元件6的相反的端面 12上的压力。主阀元件6远离主阀座7移动并打开主阀装置5。

如在图4中可以看出，外壳2具有用于主阀装置6在打开方向上的运动的止动件31。当电枢16的第二部分20与磁轭安排18接触时，导向阀元件15缩回到这个止动件31的后面。因此，能够可靠地避免由主阀元件6作用于导向阀元件15上的较高的力。

图4示出了处于完全打开状态的螺线管阀1。只要向线圈17被提供电流，就保持这种状态。可以在示意性地示出的电连接32上完成向线圈 17供应电流。

当停止向线圈17供应电流时，在磁轭安排18中不产生磁力。

当电流关闭时，该关闭过程开始。由打开弹簧29的力来克服该磁性吸附力。由于杆26比第一套筒21长，打开弹簧29在朝向导向阀孔口9 的方向上推动第一部分19远离磁轭安排18。一旦第一部分19抵靠第二部分20，打开弹簧29不再有助于第一部分的进一步运动(如图5所示)，并且第一部分和第二部分19、20的进一步运动是通过较弱的关闭弹簧 28来实现的。一旦磁轭安排18和电枢16的顶部之间形成气隙，磁吸附减小例如90％，并且因此即使关闭弹簧28比打开弹簧29更弱，关闭弹簧也可以关闭该导向阀。

在图5中，电枢16从磁轭安排18移开一点。然而，在图5中，导向阀装置15仍然与导向孔口9相距一定距离，使得导向阀装置14还未关闭。

图6示出了电枢16已经在朝向主阀元件6的方向上移动足够远以关闭导向阀装置14的情况，即导向阀元件15已经关闭了导向孔口9。在这种情况下，压力空间13没有从入口3到达的流体可以逸出的出口。作用在上端面12(即面向磁轭安排18的端面)上的压力在朝向主阀座7 的方向上作用在主阀元件6上。然而，相同的压力作用在相反的端面11 上，在较小的区域上，因为阀座7覆盖了端面11的一部分。在由主阀座 7覆盖的端面的区域中，存在较低的压力。

主阀元件6上的力的差异使主阀元件6在朝向主阀座7的方向上移动，使得最终主阀元件6靠在主阀座7上并且主阀装置5关闭，如图1 所示。关闭弹簧28也有贡献。

Claims

1.螺线管阀(1)，包括：

外壳(2)，

入口(3)，

出口(4)，

位于所述入口和所述出口之间的主阀装置(5)，其中所述主阀装置(5)包括主阀元件(6)，

导向阀装置(14)，该导向阀装置调节所述主阀元件(6)上的压力差并且具有导向阀元件(15)，

线圈(17)，

与所述线圈(17)磁性联接的磁轭安排(18)，

以及用于移动所述导向阀元件(15)的电枢装置(16)，

其中所述电枢装置(16)包括可被所述磁轭安排(18)吸引以执行打开行程的第一部分(19)，以及承载所述导向阀元件的第二部分(20)，其中，所述第一部分在所述打开行程的第一段中相对于所述第二部分是可移动的并且在所述第一段之后的所述打开行程的第二段中拖曳所述第二部分(20)，其中，打开弹簧(29)位于所述第一部分(19)和所述第二部分(20)之间，所述打开弹簧(29)在打开方向上作用在所述第二部分(20)上，并且

其中所述第二部分(20)位于所述第一部分(19)内部，所述第一部分(19)包括中空的第一套筒(21)，所述第一套筒(21)在面向所述磁轭安排(18)的一侧具有孔(25)，所述第二部分(20)包括突出穿过所述孔(25)的杆(26)，以及所述杆(26)比所述第一套筒(21)长。

2.根据权利要求1所述的螺线管阀，其特征在于，所述导向阀装置(14)具有导向孔口(9)，并且所述第二段的长度在所述导向孔口(9)的直径的0.5倍至1.5倍的范围内。

3.根据权利要求1所述的螺线管阀，其特征在于，在所述第一部分(19)和所述磁轭安排(18)之间设置关闭弹簧(28)，所述关闭弹簧(28)在所述打开行程期间被压缩。

4.根据权利要求2所述的螺线管阀，其特征在于，在所述第一部分(19)和所述磁轭安排(18)之间设置关闭弹簧(28)，所述关闭弹簧(28)在所述打开行程期间被压缩。

5.根据权利要求3或4所述的螺线管阀，其特征在于，所述打开弹簧(29)比所述关闭弹簧(28)更强壮。

6.根据权利要求3或4所述的螺线管阀，其特征在于，所述第一部分(19)还包括中空的第二套筒(22)，所述中空的第一套筒和中空的第二套筒彼此连接以形成其中容纳所述第二部分(20)的空间(24)。

7.根据权利要求6所述的螺线管阀，其特征在于，所述孔(25)终止于支撑所述关闭弹簧(28)的台阶(27)。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的螺线管阀，其特征在于，所述外壳(2)包括用于所述主阀元件(6)在打开方向上的止动件(31)，所述电枢(16)的所述第二部分(20)在所述打开行程结束时缩回到所述止动件(31)的后面。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的螺线管阀在CO₂制冷系统中的用途。