CN108533820B - 一种磁路对称双极性无摩擦自锁阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁路对称双极性无摩擦自锁阀，包括：入口接头、内置过滤器、阀体组件、第一支撑弹簧、第二支撑弹簧、衔铁组件和阀座；其中，所述衔铁组件、所述内置过滤器和所述第一支撑弹簧均设置于所述阀体组件内，并且，所述内置过滤器通过所述第一支撑弹簧与所述衔铁组件相压接；所述衔铁组件的一端与所述内置过滤器相连接，所述入口接头与阀体组件相连接，所述内置过滤器的部分位于所述入口接头内；所述阀座和所述第二支撑弹簧均设置于所述阀体组件内，并且，所述阀座通过所述第二支撑弹簧与所述衔铁组件相压接。本发明提升了抗污染能力，同时大幅提升了开、关动作和密封可靠性，有效保证了长脉冲寿命能力。
Description
技术领域
本发明属于航天器空间流体管理技术领域，尤其涉及一种磁路对称双极性无摩擦自锁阀。
背景技术
新一代通信卫星平台化学推进系统对工作压力和在轨寿命的提高以及电推进系统对高压自锁阀产品在脉冲寿命、洁净度、可靠性、体积、重量等方面均提出了更加严格的技术要求，一般要求脉冲寿命10万次以上、产品的需尽量进行冗余设计、体积和重量越小越好。
当前通信卫星使用的高压自锁阀产品一方面采用的机械位置保持形式，其结构复杂，体积重量相对较大，同时因位置保持机构的特殊结构，造成阀门的承压能力较弱，不能适应更高的工作压力要求和寿命要求；其次该产品的开关工作过程中，衔铁组件与阀体内壁之间存在滑动摩擦，往往会产生多余物造成产品泄露或者活动部件卡死造成产品彻底失效；再者，该产品无法抵御在生产、试验、总装等环节又可能引入的外来多余物；最后该产品的开、关功能均为单点失效模式，产品可靠度欠佳，综合上述这些因素，当前产品的技术状态无法很好的满足新一代通信卫星的任务需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种磁路对称双极性无摩擦自锁阀，提升了抗污染能力，同时大幅提升了开、关动作和密封可靠性，有效保证了长脉冲寿命能力。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种磁路对称双极性无摩擦自锁阀，包括：入口接头、内置过滤器、阀体组件、第一支撑弹簧、第二支撑弹簧、衔铁组件和阀座；其中，所述衔铁组件、所述内置过滤器和所述第一支撑弹簧均设置于所述阀体组件内，并且，所述内置过滤器通过所述第一支撑弹簧与所述衔铁组件相压接；所述衔铁组件的一端与所述内置过滤器相连接，所述入口接头与阀体组件相连接，所述内置过滤器的部分位于所述入口接头内；所述阀座和所述第二支撑弹簧均设置于所述阀体组件内，并且，所述阀座通过所述第二支撑弹簧与所述衔铁组件相压接。
上述磁路对称双极性无摩擦自锁阀中，所述阀体组件包括阀体骨架、第一线圈、第二线圈、外壳和磁钢；其中，所述阀体骨架嵌设于所述磁钢；所述第一线圈和所述第二线圈均绕设于所述阀体骨架，所述第一线圈位于磁钢的一侧，所述第二线圈位于磁钢的另一侧；所述外壳套设于所述阀体骨架。
上述磁路对称双极性无摩擦自锁阀中，所述衔铁组件包括第一端盖、第二端盖、阀杆和衔铁；其中，所述衔铁套设于所述阀杆的中部；所述衔铁的一端套有第一端盖，另一端套有第二端盖，其中，所述第一端盖与所述衔铁的一侧相压接，所述第二端盖与所述衔铁的另一侧相压接；所述阀杆的一端与所述内置过滤器相连接；所述第一端盖通过所述第一支撑弹簧与所述内置过滤器相压接；所述第二端盖通过所述第二支撑弹簧与所述阀座相连接。
上述磁路对称双极性无摩擦自锁阀中，所述内置过滤器包括过滤器骨架和滤网；其中，所述滤网绕设于所述过滤器骨架。
上述磁路对称双极性无摩擦自锁阀中，所述过滤器骨架为台阶状的中空回转体结构，所述过滤器骨架的台阶轴开设有若干个小孔。
上述磁路对称双极性无摩擦自锁阀中，若干个小孔分成并行排列的若干组小孔，每组小孔沿台阶轴的周向均匀分布。
上述磁路对称双极性无摩擦自锁阀中，所述滤网为金属编织网。
上述磁路对称双极性无摩擦自锁阀中，所述阀体骨架包括第一端口部、中间部和第二端口部；其中，所述第一端口部、中间部和第二端口部依次相连接；所述中间部的两端均设置有圆环部，所述圆环部的外侧与外壳相连接。
上述磁路对称双极性无摩擦自锁阀中，所述小孔的直径为Φ0.5～Φ3。
上述磁路对称双极性无摩擦自锁阀中，所述第一线圈和所述第二线圈的安匝数相同，但极性相反。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明通过在衔铁组件的两端通过采用支撑弹簧这种柔性支撑结构，在对衔铁组件在运动中的径向位移进行约束的同时不会对阀门的开、关过程产生阻力，保证了衔铁组件在运动中不与相邻的阀体组件内壁发生相对滑动摩擦，从根本上消除了阀门的自污染，提升了产品的开、关动作和密封可靠性，有效保证了产品的长脉冲寿命能力，具体的技术指标如产品开关响应时间均在6ms以内，产品密封合格率提升至98％以上，产品的脉冲寿命达到了70万次以上，(2)本发明通过在阀门内部设置过滤精度5～30um的骨架式内置过滤器，能够有效防止在研制生产、试验检测、总装阶段以及在轨飞行阶段可能产生的外来多余物进入产品内部污染密封副或者卡死衔铁组件，大幅提升了产品的开关动作和密封可靠性；
(3)本发明通过产品的开、关工作磁路完全对称设计，使得开、关线圈的安匝数完全相同，但极性相反，开、关工作磁路磁通经过的截面面积完全相等，磁路中心线的几何长度相等。阀门正常工作时，开和关线圈分别输入一定幅值和脉宽的脉冲信号，即可实现产品的开、关工作，最终位置的保持力由永磁体在磁路中产生的静态磁力提供。除此之外，开、关磁路可以互为备份，即给开(或关)线圈输入一定幅值和脉宽，但是极性相反的脉冲信号亦可实现产品的开、关动作，从而实现了产品开、关驱动源的冗余备份设计，大幅提升了产品的开关可靠性。
(4)本发明通过采用磁钢取代机械位置保持结构实现产品的最终指令位置无电保持能力，优化了产品的结构设计，使得产品的承压能力可以达到30MPa，并且具备2倍以上的安全裕度，大幅提升了产品的安全可靠性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的磁路对称双极性无摩擦自锁阀的结构示意图；
图1-1是本发明实施例提供的磁路对称双极性无摩擦自锁阀的另一结构示意图；
图2是本发明实施例提供的阀体组件的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的衔铁组件的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的内置过滤器的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的阀座的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的支撑弹簧的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的端盖的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的入口接头的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的阀杆的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的衔铁的结构示意图；
图11是本发明实施例提供的过滤器骨架的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的磁路对称双极性无摩擦自锁阀的结构示意图。如图1所示，该磁路对称双极性无摩擦自锁阀包括：入口接头1、内置过滤器2、阀体组件、第一支撑弹簧3、第二支撑弹簧4、衔铁组件和阀座7。其中，
衔铁组件、内置过滤器2和第一支撑弹簧3均设置于阀体组件内，并且，内置过滤器2通过第一支撑弹簧3与衔铁组件相压接；
衔铁组件的一端与内置过滤器2相连接，入口接头1与阀体组件相连接，内置过滤器2的部分位于入口接头1内；
阀座7和第二支撑弹簧4均设置于阀体组件内，并且，阀座7通过第二支撑弹簧4与衔铁组件相压接。
本发明实施例提供的阀座的结构示意图如图5所示，本发明实施例提供的入口接头的结构示意图如图8所示。
图2是本发明实施例提供的阀体组件的结构示意图。如图2所示，该阀体组件包括阀体骨架10、第一线圈111、第二线圈112、外壳5和磁钢6；其中，
阀体骨架10嵌设于磁钢6；第一线圈111和第二线圈112均绕设于阀体骨架10，第一线圈111位于磁钢6的一侧，第二线圈112位于磁钢6的另一侧；外壳5套设于阀体骨架10。
图3是本发明实施例提供的衔铁组件的结构示意图。如图3所示，该衔铁组件包括第一端盖8、第二端盖9、阀杆12和衔铁13；其中，衔铁13套设于阀杆12的中部；衔铁13的一端套有第一端盖8，另一端套有第二端盖9，其中，第一端盖8与衔铁13的一侧相压接，第二端盖9与衔铁13的另一侧相压接；阀杆12的一端与内置过滤器2相连接；第一端盖8通过第一支撑弹簧3与内置过滤器2相压接；第二端盖9通过第二支撑弹簧4与阀座7相连接。
图4是本发明实施例提供的内置过滤器的结构示意图。如图4所示，该内置过滤器2包括过滤器骨架21和滤网22；其中，滤网22绕设于过滤器骨架21。
图11是本发明实施例提供的过滤器骨架的结构示意图。如图11所示，该过滤器骨架21为台阶状的中空回转体结构，所述过滤器骨架21的台阶轴211开设有若干个小孔。进一步的，若干个小孔分成并行排列的若干组小孔，每组小孔沿台阶轴211的周向均匀分布。所述小孔的直径为Φ0.5～Φ3。
如图2所示，阀体骨架10包括第一端口部101、中间部102和第二端口部103；其中，
第一端口部101、中间部102和第二端口部103依次相连接；
中间部102的两端均设置有圆环部104，圆环部104的外侧与外壳5相连接。
双极性无摩擦自锁阀结构如图1所示，由入口接头、内置过滤器、阀体组件、支撑弹簧、外壳、磁钢(即永磁体)、衔铁组件和阀座组成，阀体组件如图2所示，包含阀体骨架、线圈、外壳以及磁钢等零件，其中特征尺寸为D和L；衔铁组件如图3所示，包括阀杆、端盖、衔铁三个零件，衔铁组件沿图3所示的阀体阀组件右侧装入阀体组件的中空腔体内部，然后右端再装入阀座(图5所示)零件压紧衔铁组件的第二支撑弹簧(图6所示)外圆部分，然后再图1所示的b处焊接固定；阀体组件左侧依次装入第一端盖(图7所示)、第一支撑弹簧、内置过滤器(图4)，其中第一支撑弹簧的内孔套在阀杆零件的e轴上(如图9所示)，第一支撑弹簧内孔与阀杆结构的e轴结构不固定，形成滑动配合；然后装入入口接头(图8所示)压紧内置过滤器的外边缘，最后在图1所示的a处焊接固定。需要理解的是，第一支撑弹簧和第二支撑弹簧的结构相同，都如图6所示，图6所示的支撑弹簧代表第一支撑弹簧或第二支撑弹簧。第一端盖簧和第二端盖的结构相同，都如图7所示，图7所示的端盖代表第一端盖或第二端盖。
衔铁组件的具体实施过程：第二支撑弹簧和第二端盖依次沿阀杆(图9所示)的左侧套入阀杆的c轴部分，同样第二支撑弹簧内孔与阀杆结构的c轴结构不固定，形成滑动配合，再将衔铁沿阀杆的d轴装入，并靠近d轴的右侧根部，然后在图3所示f位置焊接固定。
骨架式内置过滤器组件的具体实施过程：内置过滤器如图4所示，包含过滤器骨架和滤网两部分，其中过滤器骨架如图11所示，为台阶状的中空回转体结构，小端的台阶轴上开有并列的相位相互错位的一定数量的小孔；将金属编织网包裹在的该小端的台阶轴上，然后依次在A、B、C位置进行焊接连接，形成内置过滤器。
阀体组件(含开、关线圈)、端盖、磁钢(永磁体)、外壳以及衔铁组件组成产品的开、关工作磁路(图1-1所示)，开、关线圈的安匝数完全相同，但极性相反，开、关工作磁路磁通经过的截面面积完全相等，磁路中心线的几何长度相等。阀门正常工作时，开和关线圈分别输入一定幅值和脉宽的脉冲信号，即可实现产品的开、关工作，最终位置的保持力由永磁体在磁路中产生的静态磁力提供。除此之外，开、关磁路可以互为备份，即给开(或关)线圈输入一定幅值和脉宽，但是极性相反的脉冲信号亦可实现产品的开、关动作，从而实现了产品开、关驱动源的冗余备份设计，大幅提升了产品的开关可靠性。需要理解的是，开线圈即为第一线圈，关线圈即为第二线圈。
阀门入口内置过滤精度为5um-30um的骨架式过滤器(图4所示)，一方面有效防止了外部多余物引入的可能性，同时缓解了高压工况时高压高速气流对产品的冲击作用；最后在衔铁组件的两端通过采用支撑弹簧这种柔性支撑结构(图1所示)，在对衔铁组件在运动中的径向位移进行约束的同时不会对阀门的开、关过程产生阻力，保证了衔铁组件在运动中不与相邻的阀体组件内壁发生相对滑动摩擦，从根本上消除了阀门的自污染，提升了产品的开、关动作和密封可靠性，有效保证了产品的长脉冲寿命能力。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种磁路对称双极性无摩擦自锁阀，其特征在于包括：入口接头(1)、内置过滤器(2)、阀体组件、第一支撑弹簧(3)、第二支撑弹簧(4)、衔铁组件和阀座(7)；其中，
所述衔铁组件、所述内置过滤器(2)和所述第一支撑弹簧(3)均设置于所述阀体组件内，并且，所述内置过滤器(2)通过所述第一支撑弹簧(3)与所述衔铁组件相压接；
所述衔铁组件的一端与所述内置过滤器(2)相连接，所述入口接头(1)与阀体组件相连接，所述内置过滤器(2)的部分位于所述入口接头(1)内；
所述阀座(7)和所述第二支撑弹簧(4)均设置于所述阀体组件内，并且，所述阀座(7)通过所述第二支撑弹簧(4)与所述衔铁组件相压接；
所述阀体组件包括阀体骨架(10)、第一线圈(111)、第二线圈(112)、外壳(5)和磁钢(6)；其中，
所述阀体骨架(10)嵌设于所述磁钢(6)；
所述第一线圈(111)和所述第二线圈(112)均绕设于所述阀体骨架(10)，所述第一线圈(111)位于磁钢(6)的一侧，所述第二线圈(112)位于磁钢(6)的另一侧；
所述外壳(5)套设于所述阀体骨架(10)；
所述内置过滤器(2)包括过滤器骨架(21)和滤网(22)；其中，所述滤网(22)绕设于所述过滤器骨架(21)。
2.根据权利要求1所述的磁路对称双极性无摩擦自锁阀，其特征在于：所述衔铁组件包括第一端盖(8)、第二端盖(9)、阀杆(12)和衔铁(13)；其中，
所述衔铁(13)套设于所述阀杆(12)的中部；
所述衔铁(13)的一端套有第一端盖(8)，另一端套有第二端盖(9)，其中，所述第一端盖(8)与所述衔铁(13)的一侧相压接，所述第二端盖(9)与所述衔铁(13)的另一侧相压接；
所述阀杆(12)的一端与所述内置过滤器(2)相连接；
所述第一端盖(8)通过所述第一支撑弹簧(3)与所述内置过滤器(2)相压接；
所述第二端盖(9)通过所述第二支撑弹簧(4)与所述阀座(7)相连接。
3.根据权利要求1所述的磁路对称双极性无摩擦自锁阀，其特征在于：所述过滤器骨架(21)为台阶状的中空回转体结构，所述过滤器骨架(21)的台阶轴(211)开设有若干个小孔。
4.根据权利要求3所述的磁路对称双极性无摩擦自锁阀，其特征在于：若干个小孔分成并行排列的若干组小孔，每组小孔沿台阶轴(211)的周向均匀分布。
5.根据权利要求1所述的磁路对称双极性无摩擦自锁阀，其特征在于：所述滤网(22)为金属编织网。
6.根据权利要求2所述的磁路对称双极性无摩擦自锁阀，其特征在于：所述阀体骨架(10)包括第一端口部(101)、中间部(102)和第二端口部(103)；其中，
所述第一端口部(101)、中间部(102)和第二端口部(103)依次相连接；
所述中间部(102)的两端均设置有圆环部(104)，所述圆环部(104)的外侧与外壳(5)相连接。
7.根据权利要求3所述的磁路对称双极性无摩擦自锁阀，其特征在于：所述小孔的直径为Φ0.5～Φ3。
8.根据权利要求1所述的磁路对称双极性无摩擦自锁阀，其特征在于：所述第一线圈(111)和所述第二线圈(112)的匝数相同，但极性相反。
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