CN110000147A - 一种磁致伸缩超声清洗阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁致伸缩超声清洗阀，包括阀体，端盖，超磁致伸缩材料，励磁线圈，质量块，磨料入口和水流入口，阀门结构从左到右依据有冷却腔，混合腔、加速腔、喷射腔，磨料从磨料入口经过磨料通道到达混合腔，水流从水流入口经过冷却腔、水流槽到达混合腔，水流和磨料在混合腔中进行充分混合，再经加速腔和喷射腔从阀口喷射出来。本发明磁致伸缩超声清洗阀，具有小体积、结构紧凑等特点，在阀体结构中的混合腔、加速腔、喷射腔作用下可产生适用于工业清洗的高速清洗液体，在超声清洗、除尘除垢除锈等方面具有较好的应用价值。

Description

一种磁致伸缩超声清洗阀
技术领域
本发明涉及清洗阀领域，特别是涉及一种磁致伸缩超声清洗阀。
背景技术
近年来，超声能量及其装置受到了广泛关注，相关器件应用已成为解决工业领域的瓶颈问题的突破口，如超声清洗在除尘、除垢、除锈等领域的应用。利用超声能量给含磨料的水流加速，解决现有高压水枪对庞大加压装置的依赖需求，是近年来超声清洗领域的热点难点问题。
高压水枪，主要是利用水枪结构中截面积的变化，实现高压驱动下水流速度的加速。但是，这一工作方式，对高压驱动装置的依赖性较强，不利于便携式应用，机动性能差，大大虚弱了其在工业中的普及应用；同时，现有装置中较难实现小体积结构下高速水流输出的需求。针对这一需求，本专利提出采用超磁致伸缩材料产生超声能量，以实现对含磨料的水流加速，拓展超声水射流在工业除尘、除垢、除锈等领域的工程应用。基于这一思路，本专利提出了一种磁致伸缩超声清洗阀。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种磁致伸缩超声清洗阀。
一种磁致伸缩超声清洗阀，包括阀体，端盖，超磁致伸缩材料，质量块，磨料入口，水流入口， 超磁致伸缩材料采用圆环结构，套在T型质量块的凸台上，超磁致伸缩材料的外表面粘接有励磁线圈，T型质量块采用中空结构，其右侧端面焊接有变幅杆，变幅杆左侧底端开设有V型通槽，通槽与T型质量块的通槽构成磨料通道，T型质量块的端面粘接有法兰盘，法兰盘上下开设有水流槽。超磁致伸缩材料、励磁线圈、质量块、变幅杆和法兰盘放在阀体的中心，通过端部的端盖进行固定。阀门结构从左到右依次设有冷却腔，混合腔、加速腔和喷射腔。磨料从磨料入口经过磨料通道到达混合腔，水流从水流入口经过冷却腔、水流槽到达混合腔，水流和磨料在混合腔中进行充分混合，再经加速腔和喷射腔从阀口喷射出来。
作为优选，阀体、端盖、法兰盘采用高强度高导磁#钢，超磁致伸缩材料的材料为TbDyFe合金，质量块、变幅杆采用非导磁的非晶合金材料。
作为优选，励磁线圈选用“直流+交变电流”的电信号，以满足工业应用中对各种流速下阀门配套应用的需求，其中，直流电流约产生20-40kA/m的恒定磁场，交变电流采用正玄波，电流幅值约产生10-20kA/m峰峰值交变磁场，交变电流的频率选定为20kHz-30kHz的一阶谐振模态频率。
作为优选，励磁线圈采用直流+交流的电信号，其调试规范如下，①励磁线圈通入等值30kA/m的直流电信号，②在此基础上，通入等值10kA/m的交流电信号，进行扫频测试，完成阀门结构在20kHz-30kHz间的一级谐振模态/频率筛选，③在一级谐振频率下，调节等值10-20kA/m的交变电信号幅值，总结一级谐振频率的漂移范围，并明确最优工作频率，④在上述最优工作频率下，调节直流电流的大小，以获取最大功率输出点为目标，完成交变频率的修正，⑤重复步骤三和步骤四，完成超声阀门结构中励磁线圈电流信号的最优调试。
作为优选，超磁致伸缩材料、励磁线圈通过环氧灌封粘接在T型质量块的凸台上，超磁致伸缩材料与质量块具有相同的质量M。质量块与法兰盘采用小间隙配合，且通过结构胶进行粘接固定。
作为优选，变幅杆采用三级变幅结构，各级变幅杆的端部直径d1:d2:d3:d4=1:0.5:0.125:0.05，第一级变幅d1:d2用于磨料和水流的超声混合，第二级变幅d2:d3用于混合液的超声加速，第三级变幅d3:d4用于混合液的超声喷射，且变幅杆端部直径d4为阀出口直径的1.5。
作为优选，阀门结构的工作方法如下，超磁致伸缩材料在励磁线圈所产生的直流磁场+交变磁场作用下，产生超声振动能量，驱动质量块产生高频振动，并经由变幅杆，于加速腔进行流体加速，于喷射腔实现流体的超声高速喷出。
作为优选，同时，水流经冷却腔、水流槽到达混合腔，磨料经磨料流道与水流在混合腔中进行混合，且混合腔处于变幅杆的一级变幅区域，在一级超声能量的作用下，磨料和水流得到充分的混合，混合液体再经加速腔和喷射腔从阀口喷射出来，所以，该结构装置具有一级混合、一级加速、一级喷射的特点，以确保清洗液的高质量、高速输出效果。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
1）本发明所提出的磁致伸缩超声清洗阀，主要利用超磁致伸缩材料优越的磁机耦合特性和高的能量转换效率，便于超声换能器的小型、高性能化设计；同时该装置所产生的超声能量，可实现对含磨料的水流进一步加速，以满足工业应用中除尘、除锈对高压水枪的需求。
2）本发明的磁致伸缩超声清洗阀，其本身便具有传统阀门结构的水流加速功能，同时采用变幅杆三级加速方法，与混合腔、加速腔和喷射腔配合使用。其中，一级变幅超声能量作用于混合腔，使磨料与水流充分混合；二级变幅超声能量作用于加速腔，对混合液进行超声加速；三级变幅超声能量作用于喷射腔，完成混合液的超声喷射。
3）本发明的磁致伸缩超声清洗阀，结构紧凑，易于安装拆卸，写可与现有阀门结构对接，采用“直流+交流”电信号的工作方式，可满足现有阀门结构中宽流速调节的工程应用需求。
附图说明
图1是磁致伸缩超声清洗阀结构的主视图。
具体实施方式
一种磁致伸缩超声清洗阀，包括阀体01，端盖02，超磁致伸缩材料03，质量块05，磨料入口14，水流入口15， 超磁致伸缩材料03采用圆环结构，套在T型质量块05的凸台上，超磁致伸缩材料03的外表面粘接有励磁线圈04。T型质量块05采用中空结构，其右侧端面焊接有变幅杆06，变幅杆06左侧底端开设有V型通槽，通槽与T型质量块05的通槽构成磨料通道12。
T型质量块05的端面粘接有法兰盘07，法兰盘07上下开设有水流槽13。超磁致伸缩材料03、励磁线圈04、质量块05、变幅杆06和法兰盘07放在阀体01的中心，通过端部的端盖02进行固定。阀门结构从左到右依次设有冷却腔08，混合腔09、加速腔10和喷射腔11，磨料从磨料入口14经过磨料通道12到达混合腔09，水流从水流入口15经过冷却腔08、水流槽13到达混合腔09，水流和磨料在混合腔09中进行充分混合，再经加速腔10和喷射腔11从阀口喷射出来。
阀体01、端盖02、法兰盘07采用高强度高导磁10#钢，超磁致伸缩材料03的材料为TbDyFe合金，质量块05、变幅杆06采用非导磁的非晶合金材料。
励磁线圈04选用“直流+交变电流”的电信号，以满足工业应用中对各种流速下阀门配套应用的需求。其中，直流电流约产生20-40kA/m的恒定磁场，交变电流采用正玄波，电流幅值约产生10-20kA/m峰峰值交变磁场，交变电流的频率选定为20kHz-30kHz的一阶谐振模态频率。
励磁线圈04采用直流+交流的电信号，其调试规范如下，①励磁线圈04通入等值30kA/m的直流电信号；②在此基础上，通入等值10kA/m的交流电信号，进行扫频测试，完成阀门结构在20kHz-30kHz间的一级谐振模态/频率筛选；③在一级谐振频率下，调节等值10-20kA/m的交变电信号幅值，总结一级谐振频率的漂移范围，并明确最优工作频率；④在上述最优工作频率下，调节直流电流的大小，以获取最大功率输出点为目标，完成交变频率的修正；⑤重复步骤三和步骤四，完成超声阀门结构中励磁线圈电流信号的最优调试。
超磁致伸缩材料03、励磁线圈04通过环氧灌封粘接在T型质量块05的凸台上，超磁致伸缩材料03与质量块05具有相同的质量M，质量块05与法兰盘07采用小间隙配合，且通过结构胶进行粘接固定，变幅杆06采用三级变幅结构，各级变幅杆的端部直径d1:d2:d3:d4=1:0.5:0.125:0.05，第一级变幅d1:d2用于磨料和水流的超声混合，第二级变幅d2:d3用于混合液的超声加速，第三级变幅d3:d4用于混合液的超声喷射，且变幅杆端部直径d4为阀出口直径的1.5。
阀门结构的工作方法如下：超磁致伸缩材料03在励磁线圈04所产生的直流磁场+交变磁场作用下，产生超声振动能量，驱动质量块05产生高频振动，并经由变幅杆06，于加速腔10进行流体加速，于喷射腔11实现流体的超声高速喷出。
同时，水流经冷却腔08、水流槽13到达混合腔09，磨料经磨料流道12与水流在混合腔09中进行混合，且混合腔处于变幅杆06的一级变幅区域，在一级超声能量的作用下，磨料和水流得到充分的混合，混合液体再经加速腔和喷射腔从阀口喷射出来。

Claims (6)

1.一种磁致伸缩超声清洗阀，其特征在于，包括阀体（01），端盖（02），超磁致伸缩材料（03），质量块（05），磨料入口（14），水流入口（15）， 超磁致伸缩材料（03）采用圆环结构，套在T型质量块（05）的凸台上，超磁致伸缩材料（03）的外表面粘接有励磁线圈（04），T型质量块（05）采用中空结构，其右侧端面焊接有变幅杆（06），变幅杆（06）左侧底端开设有V型通槽，通槽与T型质量块（05）的通槽构成磨料通道（12），T型质量块（05）的端面粘接有法兰盘（07），法兰盘（07）上下开设有水流槽（13），超磁致伸缩材料（03）、励磁线圈（04）、质量块（05）、变幅杆（06）、法兰盘（07）放在阀体（01）的中心，通过端部的端盖（02）进行固定，阀门结构从左到右依次设有冷却腔（08），混合腔（09）、加速腔（10）和喷射腔（11），磨料从磨料入口（14）经过磨料通道（12）到达混合腔（09），水流从水流入口（15）经过冷却腔（08）、水流槽（13）到达混合腔（09），水流和磨料在混合腔（09）中进行充分混合，再经加速腔（10）和喷射腔（11）从阀口喷射出来。
2.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩超声清洗阀，其特征在于，所述阀体（01）、端盖（02）、法兰盘（07）采用高强度高导磁10#钢，超磁致伸缩材料（03）的材料为TbDyFe合金，质量块（05）、变幅杆（06）采用非导磁的非晶合金材料。
3.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩超声清洗阀，其特征在于，所述励磁线圈（04）选用“直流+交变电流”的电信号，以满足工业应用中对各种流速下阀门配套应用的需求，其中，直流电流约产生20-40kA/m的恒定磁场，交变电流采用正玄波，电流幅值约产生10-20kA/m峰峰值交变磁场，交变电流的频率选定为20kHz-30kHz的一阶谐振模态频率。
4.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩超声清洗阀，其特征在于，所述超磁致伸缩材料（03）、励磁线圈（04）通过环氧灌封粘接在T型质量块（05）的凸台上，超磁致伸缩材料（03）与质量块（05）具有相同的质量M，质量块（05）与法兰盘（07）采用小间隙配合，且通过结构胶进行粘接固定，变幅杆（06）采用三级变幅结构，各级变幅杆的端部直径d1:d2:d3:d4=1:0.5:0.125:0.05，第一级变幅d1:d2用于磨料和水流的超声混合，第二级变幅d2:d3用于混合液的超声加速，第三级变幅d3:d4用于混合液的超声喷射，且变幅杆端部直径d4为阀出口直径的1.5。
5.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩超声清洗阀，其特征在于，所述阀门结构的工作方法如下，超磁致伸缩材料（03）在励磁线圈（04）所产生的直流磁场+交变磁场作用下，产生超声振动能量，驱动质量块（05）产生高频振动，并经由变幅杆（06），于加速腔（10）进行流体加速，于喷射腔（11）实现流体的超声高速喷出；同时，水流经冷却腔（08）、水流槽（13）到达混合腔（09），磨料经磨料流道（12）与水流在混合腔（09）中进行混合，且混合腔处于变幅杆（06）的一级变幅区域，在一级超声能量的作用下，磨料和水流得到充分的混合，混合液体再经加速腔和喷射腔从阀口喷射出来。
6.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩超声清洗阀，其特征在于，所述励磁线圈（04）采用直流+交流的电信号，其调试规范如下，①励磁线圈（04）通入等值30kA/m的直流电信号，②在此基础上，通入等值10kA/m的交流电信号，进行扫频测试，完成阀门结构在20kHz-30kHz间的一级谐振模态/频率筛选，③在一级谐振频率下，调节等值10-20kA/m的交变电信号幅值，总结一级谐振频率的漂移范围，并明确最优工作频率，④在上述最优工作频率下，调节直流电流的大小，以获取最大功率输出点为目标，完成交变频率的修正，⑤重复步骤三和步骤四，完成超声阀门结构中励磁线圈电流信号的最优调试。
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