CN110270464B - 一种磁致伸缩超声阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁致伸缩超声阀，包括阀体，端盖，超磁致伸缩驱动元件，超磁致伸缩驱动元件包括第一超磁致伸缩驱动元件和第二超磁致伸缩驱动元件，第一超磁致伸缩驱动元件和第二超磁致伸缩驱动元件放置在阀体内，且通过端盖进行密封固定，超磁致伸缩驱动元件包含超磁致伸缩材料、励磁线圈、前质量块、变幅杆和法兰盘，本发明磁致伸缩超声阀，具有小体积、结构紧凑等特点，在阀体结构中的采用两套超声振动元件，以实现更大功率的高速水流输出，在超声清洗、除尘除垢除锈等方面具有较好的应用价值。

Description

一种磁致伸缩超声阀
技术领域
本发明涉及一种磁致伸缩超声阀，用于工业除尘、除垢、除锈等领域。
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阀：
一种磁致伸缩超声阀，包括阀体、端盖和超磁致伸缩驱动元件，超磁致伸缩驱动元件包括第一超磁致伸缩驱动元件和第二超磁致伸缩驱动元件，第一超磁致伸缩驱动元件和第二超磁致伸缩驱动元件放置在阀体内，且通过端盖进行密封固定，阀体的中心线从左到右分别设置有磨料流道、流体流道、混合腔、加速腔和喷射腔，超磁致伸缩驱动元件包含超磁致伸缩材料、励磁线圈、前质量块、变幅杆和法兰盘，超磁致伸缩材料位于励磁线圈中心，超磁致伸缩材料与励磁线圈通过环氧灌封在前质量块的底端，变幅杆焊接在前质量块的另一端，法兰盘粘结在前质量块的端部。
作为优选，阀体、端盖、前质量块、法兰盘均采用高强度高导磁10#钢，超磁致伸缩材料的材料为TbDyFe合金，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，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20-30kHz的一阶谐振模态频率，阀门工作时第一超磁致伸缩驱动元件和第二超磁致伸缩驱动元件均处于谐振状态。
作为优选，其单一超磁致伸缩驱动元件的调试规范如下，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，完成单一超磁致伸缩驱动元件结构中励磁线圈电流信号的最优调试。在阀门结构中，需考虑第一超磁致伸缩驱动元件和第二超磁致伸缩驱动元件间的相互耦合对谐振频率的影响，其调试方法为：在单一超磁致伸缩驱动元件调试完成的基础上，进行第一超磁致伸缩驱动元件和第二超磁致伸缩驱动元件的谐振频率修正，过程中适当修正励磁线圈的“直流+交流”电信号数值。
作为优选，超磁致伸缩材料与前质量块具有相同的质量M，质量块与法兰盘间采用小间隙配合，且通过结构胶进行粘接固定，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=1:0.4:0.16:0.032。
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，并经由变幅杆产生超声能量，于喷射腔实现流体的超声高速喷出，同时，水流经流体流道到达混合腔，磨料经磨料流道与水流在混合腔中进行混合，混合液体再经加速腔和喷射腔从阀口喷射出来。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
本发明所提出的磁致伸缩超声阀，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。
本发明的磁致伸缩超声阀，其本身便具有传统阀门结构的水流加速功能，同时在阀门出口位置采用两个磁致伸缩驱动元件，实现喷射腔内水流的超声高速输出。
本发明的磁致伸缩超声阀，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是磁致伸缩超声阀结构的主视图；
图2是磁致伸缩超声阀结构另一侧的主视图；
图3是超磁致伸缩驱动元件的结构图。
具体实施方式
一种磁致伸缩超声阀，包括阀体01、端盖02和超磁致伸缩驱动元件03，超磁致伸缩驱动元件03包括第一超磁致伸缩驱动元件03-1和第二超磁致伸缩驱动元件03-2，第一超磁致伸缩驱动元件03-1和第二超磁致伸缩驱动元件03-2放置在阀体01内，且通过端盖02进行密封固定。阀体01的中心线从左到右分别设置有磨料流道04、流体流道05、混合腔06、加速腔07和喷射腔08。
超磁致伸缩驱动元件03包含超磁致伸缩材料031、励磁线圈032、前质量块033、变幅杆034和法兰盘035，超磁致伸缩材料031位于励磁线圈032中心，超磁致伸缩材料031与励磁线圈032通过环氧灌封在前质量块033的底端，变幅杆034焊接在前质量块033的另一端，法兰盘035粘结在前质量块033的端部。
阀体01、端盖02、前质量块033、法兰盘035均采用高强度高导磁10#钢；超磁致伸缩材料031的材料为TbDyFe合金；变幅杆034采用非导磁的非晶合金材料。
超磁致伸缩材料031与前质量块033具有相同的质量M。质量块033与法兰盘035间采用小间隙配合，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=1:0.4:0.16:0.032。
励磁线圈032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。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20-30kHz的一阶谐振模态频率。阀门工作时第一超磁致伸缩驱动元件03-1和第二超磁致伸缩驱动元件03-2均处于谐振状态。
其单一超磁致伸缩驱动元件03的调试规范如下，①励磁线圈032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，完成单一超磁致伸缩驱动元件03结构中励磁线圈032电流信号的最优调试。在阀门结构中，需考虑第一超磁致伸缩驱动元件03-1和第二超磁致伸缩驱动元件03-2间的相互耦合对谐振频率的影响，其调试方法为：在单一超磁致伸缩驱动元件03调试完成的基础上，进行第一超磁致伸缩驱动元件03-1和第二超磁致伸缩驱动元件03-2的谐振频率修正，过程中适当修正励磁线圈032的“直流+交流”电信号数值。
阀门结构的工作方法如下，超磁致伸缩材料031在励磁线圈032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033产生高频振动，并经由变幅杆034产生超声能量，于喷射腔08实现流体的超声高速喷出；同时，水流经流体流道05到达混合腔06，磨料经磨料流道04与水流在混合腔06中进行混合，混合液体再经加速腔07和喷射腔08从阀口喷射出来。

Claims (4)

1.一种磁致伸缩超声阀，其特征在于，包括阀体（01）、端盖（02）和超磁致伸缩驱动元件（03），所述超磁致伸缩驱动元件（03）包括第一超磁致伸缩驱动元件（03-1）和第二超磁致伸缩驱动元件（03-2），第一超磁致伸缩驱动元件（03-1）和第二超磁致伸缩驱动元件（03-2）放置在阀体（01）内，且通过端盖（02）进行密封固定，阀体（01）的中心线从左到右分别设置有磨料流道（04）、流体流道（05）、混合腔（06）、加速腔（07）和喷射腔（08），超磁致伸缩驱动元件（03）包含超磁致伸缩材料（031）、励磁线圈（032）、前质量块（033）、变幅杆（034）和法兰盘（035），超磁致伸缩材料（031）位于励磁线圈（032）中心，超磁致伸缩材料（031）与励磁线圈（032）通过环氧灌封在前质量块（033）的底端，所述变幅杆（034）焊接在前质量块（033）的另一端，所述法兰盘（035）粘结在前质量块（033）的端部；所述阀体（01）、端盖（02）、前质量块（033）、法兰盘（035）均采用高强度高导磁10#钢，超磁致伸缩材料（031）的材料为TbDyFe合金，变幅杆（034）采用非导磁的非晶合金材料；所述励磁线圈（032）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，直流电流产生20-40kA/m的恒定磁场，交变电流采用正弦波，电流幅值产生10-20kA/m峰峰值交变磁场，交变电流的频率选定为20-30kHz的一阶谐振模态频率，磁致伸缩超声阀工作时第一超磁致伸缩驱动元件（03-1）和第二超磁致伸缩驱动元件（03-2）均处于谐振状态。
2.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩超声阀，其特征在于，所述超磁致伸缩材料（031）与前质量块（033）具有相同的质量M；前质量块（033）与法兰盘（035）间采用小间隙配合，且通过结构胶进行粘接固定，变幅杆（034）采用三级变幅结构，各级变幅杆的端部直径d1:d2:d3:d4=1:0.4:0.16:0.032。
3.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩超声阀，其特征在于，所述磁致伸缩超声阀的工作方法如下，超磁致伸缩材料（031）在励磁线圈（032）所产生的直流磁场+交变磁场作用下，产生超声振动能量，驱动前质量块（033）产生高频振动，并经由变幅杆（034）产生超声能量，于喷射腔（08）实现流体的超声高速喷出；同时，水流经流体流道（05）到达混合腔（06），磨料经磨料流道（04）与水流在混合腔（06）中进行混合，混合液体再经加速腔（07）和喷射腔（08）从阀口喷射出来。
4.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩超声阀，其特征在于，其单一超磁致伸缩驱动元件（03）的调试规范如下，①励磁线圈（032）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，完成磁致伸缩超声阀在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，完成单一超磁致伸缩驱动元件（03）结构中励磁线圈（032）电流信号的最优调试，在磁致伸缩超声阀中，需考虑第一超磁致伸缩驱动元件（03-1）和第二超磁致伸缩驱动元件（03-2）间的相互耦合对谐振频率的影响，其调试方法为：在单一超磁致伸缩驱动元件（03）调试完成的基础上，进行第一超磁致伸缩驱动元件（03-1）和第二超磁致伸缩驱动元件（03-2）的谐振频率修正，过程中适当修正励磁线圈（032）的“直流+交流”电信号数值。
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GR01 Patent grant
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