CN108775426A

CN108775426A - 一种磁流体阀门

Info

Publication number: CN108775426A
Application number: CN201810853352.XA
Authority: CN
Inventors: 王勇; 张子龙; 刘厚林; 曹满辉; 罗凯凯; 王凯; 董亮; 谈明高
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2018-11-09
Also published as: WO2020024349A1

Abstract

本发明提供了一种磁流体阀门，包括阀体、阀门外壳、永久磁体、电磁线圈和磁流体，所述阀体为具有公称直径的管道，所述阀体外壁安装永久磁体和电磁线圈，所述阀门外壳包裹在所述永久磁体和电磁线圈的外侧，且所述阀门外壳安装在阀体上；所述阀体内壁设有磁流体，当电磁线圈不通电时，磁流体分布在所述阀体内壁上且靠近永久磁体处，使阀体两端导通；当电磁线圈通电时，磁流体聚集在永久磁体和电磁线圈之间的阀体内，使阀体两端关闭。本发明可以保证该磁流体阀门开度改变时，截面为圆形的磁流体通道可以保证活水产具有良好的通过性，降低因为阀门而引起的活体水产死亡率，保证该磁流体密封轴向补偿装置良好的满足了密封效果。

Description

一种磁流体阀门

技术领域

本发明涉及阀门领域或者活体运输领域，特别涉及一种磁流体阀门。

背景技术

在水库、鱼塘等地方的活体水产输水管道上会用到阀门以控制流量，当活体水生物通过蝶阀、球阀等常用阀门时，非全开时的阀门内的流道断面变得极不规则，导致活体水产无法通过，强硬的阀门材料还会导致活体水生物撞击在阀门上而致死。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种磁流体阀门，可以保证该磁流体阀门开度改变时，通道截面为圆形使活体水产具有良好的通过性，降低因为阀门而引起的活体水产死亡率，同时保证该磁流体阀门具有良好的满足了密封效果。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种磁流体阀门，包括阀体、阀门外壳、永久磁体、电磁线圈和磁流体，所述阀体为具有公称直径的管道，所述阀体外壁安装永久磁体和电磁线圈，所述阀门外壳包裹在所述永久磁体和电磁线圈的外侧，且所述阀门外壳安装在阀体上；所述阀体内壁设有磁流体，当电磁线圈不通电时，磁流体分布在所述阀体内壁上且靠近永久磁体处，使阀体两端导通；当电磁线圈通电时，磁流体聚集在永久磁体和电磁线圈之间的阀体内，使阀体两端关闭。

进一步，所述永久磁体和电磁线圈之间通过隔板隔开；所述隔板可与阀门外壳一体或与阀体一体。

进一步，所述阀门外壳为半开式结构，方便安装。

进一步，所述阀体内壁设有空腔，所述空腔靠近永久磁体，当电磁线圈不通电时，所述空腔内填充磁流体。

进一步，所述阀体设有与所述空腔连通的孔，用于补充磁流体。

进一步，为了保证磁流体的体积能够保证阀门的密封性，所述磁流体的体积设为V；所述阀体管道的公称直径为d_N，满足下列要求：

L₁≥4(d₂-d_N)

d₂≥1.4d_N

V≥0.96d_N ³

其中：

d_N—阀体管道的公称直径，mm；

d₂—阀体内空腔直径，mm；

V—磁流体的体积，mm³；

L₁—阀体内空腔长度，mm。

进一步，所述永久磁体在阀体内部产生磁场，并对磁流体产生引力作用，当电磁线圈未通电，为了保证磁流体在受到永久磁体的恒定磁场力作用下可以均匀稳定的分步在空腔内，所述永久磁体厚度L₃应满足以下要求：

其中：

d_N—阀体管道的公称直径，mm；

d₂—阀体内空腔直径，mm；

d₃—永久磁铁内径，mm；

ρ₁—永久磁体的密度，kg/m³；

ρ₂—磁流体的密度，kg/m³；

C₄—永久磁体的剩磁系数，C₄取0～1。

进一步，当电磁线圈通有不同强度的电流时，由于电磁线圈产生的磁场作用，磁流体产生不同程度的形变，并达到控制不同阀门开度的目的。当电磁线圈达到最大强度的电流时，电磁线圈产生较大磁场，在磁场力的作用下磁流体形成一体，将阀门完全关闭。为了保证电磁线圈能够产生足够的电流时确保阀门的使用性能，所述电磁线圈的匝数为N和所述电磁线圈的电流为I，满足下列条件：

其中：

P₀—管道内流体的工作压力，MPa；

d_N—阀体管道的公称直径，mm；

d₂—阀体内空腔直径，mm；

v—阀体通过流体最大流速，m/s；

B—磁流体产生于线圈处的磁场强度，A/s；

I—电磁线圈内的电流，A；

N—电磁线圈的线圈匝数。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的磁流体阀门，当电磁线圈通有不同强度的电流时，会产生不同强度的电磁场，使磁流体产生不同程度的形变，控制不同阀门开度以控制流量的目的，通道截面为圆形可以保证活体水产具有良好的通过性。

2.本发明所述的磁流体阀门，当电磁线圈电流变大，使阀门关小时，具有一定弹性的磁流体可以保证活体水产不会被突然收缩的管道撞击致死。

3.本发明所述的磁流体阀门，通过阀体的内腔相关尺寸的关系，保证磁流体的体积能够保证阀门的密封性，

4.本发明所述的磁流体阀门，通过给出了永久磁体厚度L₃的关系，保证阀门全开时，磁流体受到永久磁体的恒定磁场的作用力可以均匀稳定的分步在内腔壁内。

5.本发明所述的磁流体阀门，通过给出了电磁线圈的匝数N和电流I应满足的关系，保证电磁线圈产生足够的电流确保阀门的使用。

附图说明

图1为本发明所述的磁流体阀门主视图。

图2为图1的左视图。

图3为本发明所述的磁流体阀门开度为半开时的阀门结构图。

图4为本发明所述的磁流体阀门开度为关闭时的阀门结构图。

图中：

1-阀体；2-阀门上半外壳；3-永久磁体；4-电磁线圈；5-阀门下半外壳；6-磁流体；7-紧固螺栓。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和图2所示，本发明所述的一种磁流体阀门，包括阀体1、阀门上半外壳2，阀门下半外壳5、永久磁体3、电磁线圈4和磁流体6，所述阀体1为具有公称直径的管道，所述阀体1外壁安装永久磁体3和电磁线圈4，所述阀门上半外壳2和阀门下半外壳5分别包裹在所述永久磁体3和电磁线圈4的外侧，且所述阀门上半外壳2和阀门下半外壳5安装在阀体1上；所述阀门上半外壳2和阀门下半外壳5之间通过紧固螺栓7连接，所述阀体1内壁设有磁流体6。如图3和图4所示，当电磁线圈4不通电时，由于永久磁体3的作用使磁流体6分布在所述阀体1内壁上且靠近永久磁体3处，从而使阀体1两端导通；当电磁线圈4通电时，磁流体6聚集在永久磁体3和电磁线圈4之间的阀体1内，使阀体1两端关闭。所述阀体1内壁设有空腔，所述空腔靠近永久磁体3，当电磁线圈4不通电时，所述空腔内填充磁流体6。所述阀体1设有与所述空腔连通的孔，用于补充磁流体6，一般工作情况下，该孔用堵头堵塞。

为了防止永久磁体3和电磁线圈4互相作用，所述永久磁体3和电磁线圈4之间通过隔板隔开；所述隔板可与阀门外壳一体或与阀体1一体。图1中的隔板与阀体1为一体的。

以一个活体水产运输管道为例，其阀体1管道的公称直径d_N为200mm，管道内流体的工作压力P₀＝4MPa，最大流速为4m/s。

所述磁流体6的体积设为V，满足如下要求，

L₁≥4(d₂-d_N)

d₂≥1.4d_N

V≥0.96d_N ³

其中：

d_N—阀体1管道的公称直径，mm；

d₂—阀体1内空腔直径，mm；

V—磁流体6的体积，mm³；

L₁—阀体1内空腔长度，mm。

计算得出：d₂≥280mm，L₁≥320mm；V≥7680000mm³。

取d₂＝280mm，L₁＝320mm；从永久磁铁3内径d₃即为阀体1的外径力学上计算得出：d₃≥1.2d₂，即d₃≥336mm，故取d₃＝336mm。

所述永久磁体3在阀体1内部产生磁场，并对磁流体6产生引力作用，当电磁线圈4未通电，为了保证磁流体6在受到永久磁体3的恒定磁场力作用下可以均匀稳定的分步在阀体1的空腔内，所述永久磁铁采用的材料为烧结钕铁硼，ρ₁＝7500kg/m³，阀体1内腔采用水基磁流体MeFe₂O₄，密度为ρ₂＝3000kg/m³，永磁铁的剩磁系数C₄为0.6；所述永久磁体3厚度L₃应满足以下要求：

其中：

d_N—阀体管道的公称直径，mm；

d₂—阀体1内空腔直径，mm；

d₃—永久磁铁3内径，mm；

ρ₁—永久磁体3的密度，kg/m³；

ρ₂—磁流体6的密度，kg/m³；

C₄—永久磁体3的剩磁系数，C₄取0～1。

计算得到：L₃>184.4mm，取L₃＝190mm。

当电磁线圈4通有不同强度的电流时，由于电磁线圈4产生的磁场作用，磁流体6产生不同程度的形变，并达到控制不同阀门开度的目的。当电磁线圈4达到最大强度的电流时，电磁线圈4产生较大磁场，在磁场力的作用下磁流体6形成一体，将阀门完全关闭。为了保证电磁线圈4能够产生足够的电流时保证阀门的使用性能，电磁线圈4的匝数N和电流I，满足下面公式：

其中：

P₀—管道内流体的工作压力，MPa；

d_N—阀体1管道的公称直径，mm；

d₂—阀体1内空腔直径，mm；

v—阀体1通过流体最大流速，m/s；

B—磁流体6产生于电磁线圈4处的磁场强度，A/s；

I—电磁线圈4内的电流，A；

N—电磁线圈4的线圈匝数。

计算得到：IN≥1.756×10⁵

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种磁流体阀门，其特征在于，包括阀体(1)、阀门外壳(2，5)、永久磁体(3)、电磁线圈(4)和磁流体(6)，所述阀体(1)为具有公称直径的管道，所述阀体(1)外壁安装永久磁体(3)和电磁线圈(4)，所述阀门外壳(2，5)包裹在所述永久磁体(3)和电磁线圈(4)的外侧，且所述阀门外壳(2，5)安装在阀体(1)上；所述阀体(1)内壁设有磁流体(6)；当电磁线圈(4)不通电时，由于永久磁体(3)的作用使磁流体(6)分布在所述阀体(1)内壁上且靠近永久磁体(3)处，使阀体(1)两端导通；当电磁线圈(4)通电时，磁流体(6)聚集在永久磁体(3)和电磁线圈(4)之间的阀体(1)内，使阀体(1)两端关闭。

2.根据权利要求1所述的磁流体阀门，其特征在于，所述永久磁体(3)和电磁线圈(4)之间通过隔板隔开；所述隔板可与阀门外壳(2，5)一体或与阀体(1)一体。

3.根据权利要求1所述的磁流体阀门，其特征在于，所述阀门外壳(2，5)为半开式结构。

4.根据权利要求1所述的磁流体阀门，其特征在于，所述阀体(1)内壁设有空腔，所述空腔靠近永久磁体(3)，当电磁线圈(4)不通电时，所述空腔内填充磁流体(6)。

5.根据权利要求4所述的磁流体阀门，其特征在于，所述阀体(1)设有与所述空腔连通的孔，用于补充磁流体(6)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的磁流体阀门，其特征在于，所述磁流体(6)的体积设为V，所述阀体(1)管道的公称直径为d_N，满足下列要求：

L₁≥4(d₂-d_N)

d₂≥1.4d_N

V≥0.96d_N ³

其中：

d_N—阀体(1)管道的公称直径，mm；

d₂—阀体(1)内空腔直径，mm；

V—磁流体(6)的体积，mm³；

L₁—阀体(1)内空腔长度，mm。

7.根据权利要求1-5任一项所述的磁流体阀门，其特征在于，所述永久磁体(3)厚度L₃应满足以下要求：

其中：

d_N—阀体(1)管道的公称直径，mm；

d₂—阀体(1)内空腔直径，mm；

d₃—永久磁铁(3)内径，mm；

ρ₁—永久磁体(3)的密度，kg/m³；

ρ₂—磁流体(6)的密度，kg/m³；

C₄—永久磁体(3)的剩磁系数，C₄取0～1。

8.根据权利要求1-5任一项所述的磁流体阀门，其特征在于，所述电磁线圈(4)的匝数为N和所述电磁线圈(4)的电流为I，满足下列条件：

其中：

P₀—管道内流体的工作压力，MPa；

d_N—阀体(1)管道的公称直径，mm；

d₂—阀体(1)内空腔直径，mm；

v—阀体(1)通过流体最大流速，m/s；

B—磁流体(6)产生于线圈处的磁场强度，A/s；

I—电磁线圈(4)内的电流，A；

N—电磁线圈(4)的线圈匝数。