CN108167469A - 一种钨酸锆负热膨胀材料智能阀门 - Google Patents

一种钨酸锆负热膨胀材料智能阀门 Download PDF

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张兴义
马延斌
张强强
周军
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    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/02—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with tubular diaphragm
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
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Abstract

本发明公开了一种钨酸锆负热膨胀材料智能阀门,采用钨酸锆与石墨烯相结合的复合材料制成，所述阀门内设有电加热丝，所述阀门连接于控制电路上；所述阀门采用3D打印技术制备。在管道内安装流量传感器，与所述流量传感器相连设有控制器，当管道内部流量达到下限阈值时，变压电源对智能材料制作的阀门进行供电从而加热阀门结构驱动材料结构发生热致收缩效应打开通道增大流量。本发明采用新型的材料作为阀门的核心结构，钨酸锆负热膨胀材料与石墨烯超轻型材料相结合具有耐高温、高导电率以及良好的力学特性，能够达到精确调管内流量的效果，因此可以应用于各种环境下的管道流量控制中去，具有良好的工业化使用前景。

Description

一种钨酸锆负热膨胀材料智能阀门
技术领域
本发明属于阀门技术领域，特别涉及一种钨酸锆负热膨胀材料智能阀门。
背景技术
根据已有文献可知，常用的有三种阀门。电磁阀是由电磁力为源动力，通过线圈驱动，只能开或关，开关时动作时间短。电磁阀一般流通系数很小，而且工作压力差很小。电磁阀产品的调节精度受限，它通常只有开和关两个状态，阀芯也只能处于两个极限位置，不能够连续调节。其次，电磁阀的使用受介质的温度粘度等的影响，并且对于环境的清洁度要求较高，对于含有颗粒状的介质不能够很好的适应，需要添加过滤网。截止阀属于强制密封式阀门，因为流体阻力大所以开启和关闭时所需的力较大，而且它不适用于带颗粒、粘度较大、易结焦的介质，调节性能也比较差。调节阀调节通常分为直通单座式和直通双座式两种，后者具有流通能力大、不平衡办小和操作稳定的特点，所以通常特别适用于大流量、高压降和泄漏少的场合。因此可以看出现存的几类阀门的使用途径受到不同的限制条件，不具有普遍使用的特性，而且部分阀门的使用成本较高，只适用于工业生产而对于民用的大众化产品等并不实用。
发明内容
为解决现有技术和实际情况中存在的上述问题，本发明提供了一种钨酸锆负热膨胀材料智能阀门,采用钨酸锆与石墨烯相结合的复合材料制成，所述阀门内设有电加热丝，所述阀门连接于控制电路上。
优选地，所述电加热丝嵌设于钨酸锆与超轻材料石墨烯相结合的复合材料中。
优选地，所述阀门采用3D打印技术制备。
优选地，在管道内安装流量传感器，与所述流量传感器相连设有控制器，所述控制器设有流量上下限阈值的大小，所述控制器接收流量传感器传来的流量信号，与设定的阚值相比较，当管道内部流量达到下限阈值时，控制器发出控制信号，变压电源对智能材料制作的阀门进行供电从而加热阀门结构驱动材料结构发生热致收缩效应打开通道增大流量；如果流量传感器反馈信息为流量的上限阈值时，控制器发出控制信号，变压电源减小输出功率从而使得阀门结构温度下降，阀门由于负热膨胀的效应自行扩张减小流量。
本发明采用新型的材料作为阀门的核心结构，钨酸锆负热膨胀材料与石墨烯超轻型材料相结合具有耐高温、高导电率以及良好的力学特性，能够达到精确调管内流量的效果，因此可以应用于各种环境下的管道流量控制中去，具有良好的工业化使用前景。
通过本发明，可以较为简单、经济的实现对于管内流体流量大小的自主、精确监控调节，能够很好的适用于不同环境、不同介质的流体输送管道中去，并且不需要外加辅助装置同时也省去了设计复杂电子机械器件的复杂工艺，节约了生产的成本，进一步推进了负热膨胀新材料的工业化应用。
附图说明
图1是本发明实施例的钨酸锆负热膨胀材料智能阀门的工作原理图。
图2是本发明实施例的钨酸锆负热膨胀材料智能阀门的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细介绍本发明技术方案。
如图1、2所示，本实施例公开了一种新型负热膨胀智能材料驱动阀门，具有成本低、使用面广泛不受介质性能以及环境影响、精确性较好以及维护方便的优点，同时还可以实现完全自主安全控制。
以下是负热膨胀智能材料阀门的使用原理及工作流程：
基于钨酸锆负热膨胀材料，使用钨酸锆与超轻材料石墨烯相结合，使得阀门结构具有一定的导电性，钨酸锆复合材料智能阀门1内设有加热电热丝2，利用3D打印技术直接制备完整的阀门结构，设计出所需阀门控制的简单电路，在管路内部安装流量传感器3并设置其流量上下限阈值的大小以检测管道内部的流量大小，当管道内部流量达到下限阈值时，变压电源对智能材料制作的阀门进行供电，从而加热阀门结构从而驱动材料结构发生热致收缩效应打开通道增大流量。相反的如果流量传感器反馈信息为流量的上限阈值时，变压电源减小输出功率从而使得阀门结构温度下降，阀门由于负热膨胀的效应自行扩张减小流量。此阀门依靠一套反馈电路系统来控制材料的膨胀与收缩，同时，利用钨酸锆良好的负热膨胀效应和各向同性的膨胀特性可以精确地使得变形量与电源功率相匹配，因此阀门的张开率与收缩率均可由电源的输出功率大小来实现精确调节。
随着科技的进步，常规材料不能满足高、低温环境工作下的设备，这就迫切需要通过特殊的新型材料来代替常规材料。但有的新型材料却拥有着热膨胀系数为负的特性，即随着温度升高体积减小，称之为负热膨胀材料。钨酸锆是最近发现的在很大的温度范围内(0.3K到1050K)具有较大的各向同性负热膨胀材料。这在工程材料、精密机械、光通信器件、硬盘驱动器读写头、印刷电路板、电子器件、电子封装、电子陶瓷甚至发光器件和离子电池等方面具有重要的应用前景。目前针对管路输送流体过程中的流量控制仍旧采用的是传统电磁传感器作为阀门的控制核心，这种设备造价较高、不适用于所有情况并且容易受到外界电磁干扰从而存在使用上的安全隐患。因此，本发明基于新型负热膨胀材料的特殊性能，针对大众化的产品如空调管路系统利用钨酸锆复合材料设计一种精确可控的智能阀门对管道的流量实施一个精确的监控和控制，对提高阀门产品的抗外界干扰能力和轻量化具有一定的优越性，能够进一步推动负热膨胀材料在热学环境下的工业化应用。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种钨酸锆负热膨胀材料智能阀门,其特征在于，采用钨酸锆与石墨烯相结合的复合材料制成，所述阀门内设有电加热丝，所述阀门连接于控制电路上。
2.根据权利要求1所述的钨酸锆负热膨胀材料智能阀门，其特征在于，所述电加热丝嵌设于钨酸锆与超轻材料石墨烯相结合的复合材料中。
3.根据权利要求1所述的钨酸锆负热膨胀材料智能阀门，其特征在于，所述阀门采用3D打印技术制备。
4.根据权利要求1所述的钨酸锆负热膨胀材料智能阀门，其特征在于，在管道内安装流量传感器，与所述流量传感器相连设有控制器，所述控制器设有流量上下限阈值的大小，所述控制器接收流量传感器传来的流量信号，与设定的阚值相比较，当管道内部流量达到下限阈值时，控制器发出控制信号，变压电源对智能材料制作的阀门进行供电从而加热阀门结构驱动材料结构发生热致收缩效应打开通道增大流量；如果流量传感器反馈信息为流量的上限阈值时，控制器发出控制信号，变压电源减小输出功率从而使得阀门结构温度下降，阀门由于负热膨胀的效应自行扩张减小流量。
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