CN110220002A - 一种节能电磁阀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种节能电磁阀，包括阀轴，所述节能电磁阀阀体在进气口处的阀轴上形成锥度设计结构，使得流入的气流能够随着锥度设计结构进行流动力转向。所述节能电磁阀阀体在出气口处的阀轴上设置有一个凹槽结构，所述凹槽结构与节能电磁阀阀体之间形成漩涡气室。本发明能有效达到节能的效果。
Description
技术领域
本发明涉及电磁阀技术领域，特别是涉及一种利用阀芯作为流体进出口切换的电磁阀。
背景技术
气动电磁阀通过控制阀芯的移动来切换进出口气源，高压气体就会进入不同的管路，然后通过气动电磁阀的气压来推动气缸的芯轴，通过开断控制电磁阀的电磁铁就控制电磁阀内部阀芯的直线机械运动。
图1所示的是现有技术中气动电磁阀的阀轴示意图，从图中可知，该阀轴整体呈对称结构，气体进气口和气体出气口的结构完全相同。由此可见，该气动电磁阀内部所使用的阀轴未考虑到气压流体在电磁阀体中切换过程所产生的流动力损耗，也就是说，其在节能的角度上需要使用更多气压源来达到电磁阀切换作动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种节能电磁阀，能有效达到节能的效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种节能电磁阀，包括阀轴，所述节能电磁阀阀体在进气口处的阀轴上形成锥度设计结构，使得流入的气流能够随着锥度设计结构进行流动力转向。
所述锥度设计结构布置在进气口的入口和/或出口处。
所述锥度设计结构的锥角范围为110～135度。
所述进气口的入口和出口处的锥度设计结构的锥角均为125度。
所述节能电磁阀阀体在出气口处的阀轴上设置有一个凹槽结构，所述凹槽结构与节能电磁阀阀体之间形成漩涡气室。
所述节能电磁阀阀体在出气口处的阀轴上设置有一圆锥台结构，所述圆锥台结构与出气口的出口壁之间形成凹槽结构。
所述节能电磁阀阀体在出气口处的阀轴采用两段结构，其中两段结构的直径不同，且靠近出口的出口壁的一段直径小于另一段。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明在进气口处的阀轴上形成锥度设计结构，通过锥形结构实现流速转向以进行气流流动力的补偿，以此达到节能的效果。另外，本发明在出气口处的阀轴上设置有一个凹槽结构，所述凹槽结构与节能电磁阀阀体之间形成漩涡气室，利用该漩涡气室能够减少气流流动阻力的影响，从而达到节能的目的。
附图说明
图1是现有技术中气动电磁阀的阀轴示意图；
图2是本发明第一实施方式的结构示意图；
图3是本发明第一实施方式的气流流向示意图；
图4是现有技术中阀轴流动曲线图；
图5是本发明第二实施方式的结构示意图；
图6是现有技术的阀轴轴向作用面平均压力示意图；
图7是本发明第二实施方式的阀轴轴向作用面平均压力示意图；
图8是本发明第二实施方式另一种凹槽结构的结构示意图；
图9是现有技术的阀轴的最低操作压力量测结果示意图；
图10是本发明一种实施例的阀轴的最低操作压力量测结果示意图；
图11是本发明另一种实施例的阀轴的最低操作压力量测结果示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的第一实施方式涉及一种节能电磁阀，如图2所示，包括阀轴1，所述节能电磁阀阀体在进气口A处的阀轴上形成锥度设计结构2，使得流入的气流能够随着锥度设计结构进行流动力转向。
由此可见，本实施方式中采用流速转向法来实现流动力补偿，如图3所示，本实施方式是在现有的阀轴进气口处的基础上，将原来90度的部分做导角处理，使得进气口的入口处和出口处形成锥度设计，利用该锥度设计来引导气流，使得流入角度αs和流出角度βs均小于90度，从而实现流动力的补偿。
值得一提的是，本实施方式中进气口的入口处和出口处均设置有锥度设计，但是在实际应用中，该锥度设计可以只设置在进气口的入口处，也可以只设置在进气口的出口处，这些设置均能对流动力进行有效补偿。
为验证本实施方式的有效性，采用CFD数值模拟方法来分析流动力，为简化数值方式的复杂度，且不致失去准确性，将采用二维直角坐标的几何模型，仅仅考虑阀轴中心线右上半部分的区域，再分别设定模拟阀轴5个孔开度，分别为0.65mm、0.5mm、0.35mm、 0.2mm和0.1mm。
在验证时将现有技术中的阀轴作为对比例一起进行分析。如图4所示，CFD对现有技术中的阀轴进行模拟后可以得到阀轴流动曲线图，从图中可以看出，因孔口开度在即将开启时流动力阻力为最大，故在孔口开启过程呈现逐渐下降的趋势，而流动阻力计算平均值后为1.86N，可见其需要进行流动力补偿。
在对本实施方式进行模拟时，将左侧锥度设计结构的初始锥度设为110度，并以每5 度递增的方式至135度，同样在对左侧锥度进行模拟时，将右侧锥度设计结构以同样的方式进行配合，即将右侧锥度设计结构的初始锥度设为110度，以以每5度递增的方式至135度。将模拟结果记录至表1中，其共有36组数据。通过表1可以发现，当左侧锥度设计结构和右侧锥度设计结构均在125度时，效果最佳，此时的阻力值为1.485N。相比于现有技术的1.86N组离职，大约有20.16％的节能比例。
表1
本发明的第二实施方式同样涉及一种节能电磁阀，其与第一实施方式的区别在于，如图5所示，本实施方式中，节能电磁阀阀体在出气口B处的阀轴1上设置有一个凹槽结构3，所述凹槽结构3与节能电磁阀阀体之间形成漩涡气室。此时气流经由阀室流经孔口时，会因为阀轴上凹槽结构形成的漩涡气室，将气流一分为二，其中，一部分会直接从孔口流出，并无流动力补偿效果，而另一部分则会流入漩涡气室，在漩涡气室中产生类似漩涡的效果，从而减少流动阻力，实现流动力补偿。
本实施方式流动力补偿效果可以通过作用在阀轴上的轴向平均压力进行计算得到。图 6为现有技术的阀轴轴向作用面平均压力示意图，从图中可以看出该阀轴的压力差为ΔP1＝PA-PB。本实施方式的阀轴因增加漩涡气室，如图7所示，因此需考虑四个面的压力分布，此时阀轴的压力差为ΔP2＝Pc-Pd+Pe-Pf。通过即可计算出减少的流动力百分比。
为验证本实施方式的有效性，采用CFD数值模拟方法来分析流动力。通过与第一实施方式中验证时的类似方法，本实施方式中凹槽结构采用两种方式实现，一种为在出气口B的阀轴上设置一个圆锥台结构4(见图5)，另一种是将出气口B的阀轴设计成两段结构 (见图8)，且两段结构的直径不同，且靠近出口的出口壁5的一段直径小于另一段。上述两种方式的主要差异在于第一种方式具有明显的漩涡气室，即气体流入气室时能有较佳的补偿效果。通过CFD数值模拟可知上述两种方式均能降低流动力阻力，其中第一种方式可以将流动力阻力降低至0.965N，第二种方式则可以将流动力阻力降低至1.02N。
通过对现有技术、第一实施方式和第二实施方式三种阀轴的压力差量测结果计算后，对第一实施方式和第二实施方式计算减少流动阻力百分比结果见表2。
表2
| 阀轴型式 | CFD模拟压力差值(bar) | 节能百分比 |
| 现有技术 | 0.61 | |
| 第一实施方式 | 0.505 | 17.21％ |
| 第二实施方式 | 0.42 | 34.04％ |
验证电磁阀节能比例时将采用以LABVIEW图控程序为基础的实验台，利用比例压力阀精密调控输入压力，并分别由SMC压力开关观察压力值与利用压力感测器将讯号接至LabVIEW图控程序里量测较精准的操作压力值，藉由以上设备来量测驱动阀轴位移的最低输入压力值所减少的比例，亦即为节能电磁阀的阀轴的节能比例。
图9所示的是现有技术的阀轴的最低操作压力量测结果，其结果为0.55bar。图10所示的是第一实施方式的阀轴的最低操作压力量测结果，其结果为0.45bar，因此节能百分比为18.18％。图11所示的是第二实施方式的阀轴的最低操作压力量测结果，其结果为0.37bar，因此节能百分比为33.73％。
不难发现，本发明的阀轴使用于各类型气压电磁阀体内部时能有效节能约17％～34％的节能比例，其减少供应源的用量即可驱动电磁阀切换。
Claims (7)
1.一种节能电磁阀，包括阀轴，其特征在于，所述节能电磁阀阀体在进气口处的阀轴上形成锥度设计结构，使得流入的气流能够随着锥度设计结构进行流动力转向。
2.根据权利要求1所述的节能电磁阀，其特征在于，所述锥度设计结构布置在进气口的入口和/或出口处。
3.根据权利要求1所述的节能电磁阀，其特征在于，所述锥度设计结构的锥角范围为110～135度。
4.根据权利要求1所述的节能电磁阀，其特征在于，所述进气口的入口和出口处的锥度设计结构的锥角均为125度。
5.根据权利要求1所述的节能电磁阀，其特征在于，所述节能电磁阀阀体在出气口处的阀轴上设置有一个凹槽结构，所述凹槽结构与节能电磁阀阀体之间形成漩涡气室。
6.根据权利要求5所述的节能电磁阀，其特征在于，所述节能电磁阀阀体在出气口处的阀轴上设置有一圆锥台结构，所述圆锥台结构与出气口的出口壁之间形成凹槽结构。
7.根据权利要求5所述的节能电磁阀，其特征在于，所述节能电磁阀阀体在出气口处的阀轴采用两段结构，其中两段结构的直径不同，且靠近出口的出口壁的一段直径小于另一段。
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