CN114183561A - 一种换向阀阀芯和一种包括所述换向阀阀芯的电磁换向阀 - Google Patents

一种换向阀阀芯和一种包括所述换向阀阀芯的电磁换向阀 Download PDF

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CN114183561A CN202111439923.3A CN202111439923A CN114183561A CN 114183561 A CN114183561 A CN 114183561A CN 202111439923 A CN202111439923 A CN 202111439923A CN 114183561 A CN114183561 A CN 114183561A
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苑博
任亚斐
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Abstract

本发明公开了一种换向阀阀芯,包括芯体，芯体包括圆柱型的杆部，在所述杆部的外圆周上设置至少一个密封唇部，杆部和密封唇部由相同的金属材料制成，杆部的直径小于密封唇部的最大圆周直径；和密封层，芯体外圆周表面厚度均匀地、无间隙地固定包覆密封层，密封层的形状与所述芯体外形相配合，由耐低温弹性材料制成。另一方面，本发明还提供了一种包括所述换向阀阀芯的电磁换向阀。本发明涉及的换向阀阀芯整体能够耐低温，且能够承受大温差不会产生导致介质泄露的间隙，并且是轻量型的换向阀阀芯。本发明涉及的电磁换向阀可适用于零下40度的低温环境，具有良好的密封性和耐用性，可使用在航天器上，并能有效降低发射成本。

Description

一种换向阀阀芯和一种包括所述换向阀阀芯的电磁换向阀
技术领域
本发明涉及阀门技术领域，具体为一种换向阀阀芯和一种包括所述换向阀阀芯的电磁换向阀。
背景技术
阀门的密封性能是考核阀门质量优劣的主要指标之一。在阀门领域中,一提及泄漏就会首先考虑到密封件,因为密封件是阀体中最主要的防止泄漏的元件。密封件的物化性能等方面的质量直接影响阀门产品的质量，而阀门的密封结构对阀门的选用影响也很大。
中国实用新型专利CN 205639793 U提供了一种电磁阀阀芯，包括第一阀芯段、第二阀芯段、第三阀芯段、第一阀芯段、第二阀芯段及第三阀芯段之间依次通过第一轴颈及第二轴颈连接，第一阀芯段及第三阀芯段在靠近端部一侧分别设有切削部。该实用新型提供的电磁阀包括上述的阀芯位于该电磁阀的阀体内部的阀芯腔内，阀芯与阀体之间设有密封圈；阀芯往复运动时，其一端的阀芯段与该侧的密封圈相密封时，另一端的阀芯段的切削部与该侧的密封圈之间的空隙形成气体通路，供电磁阀两侧的气压室内的气体的流入及流出。在现有技术中，常规的换向阀阀芯的密封件是具有一定厚度的弹性密封圈，设置于杆部的环形凹槽内。所以不能避免地存在两处对密封性有影响的间隙，第一处间隙存在阀体与密封圈之间，第二层间隙存在密封圈与环形凹槽之间。换向阀在执行换向动作时，由密封圈与阀体内壁动密封地接触，换向动作完成后，密封圈与阀体之间为静密封，由密封圈与阀体和杆部的配合密封结构对流通的介质密封。密封件的安装沟槽设计不当，安装间隙与压缩量选择不合理，都可能导致泄露。由于金属的阀芯与弹性软质的密封件的热膨胀系数差别很大，阀门的工作环境的温度变化太大，会导致弹性密封件与金属阀芯之间因为里外收缩率不同而产生间隙，造成泄露。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能够承受大温差不会产生导致介质泄露的间隙的，整体耐低温耐久性好，轻量型的换向阀阀芯。并提供一种能够耐低温，耐用且密封性能良好的电磁换向阀。
一方面，本发明提供了一种换向阀阀芯。
本发明涉及的换向阀阀芯,包括：
芯体，所述芯体包括圆柱型的杆部，在所述杆部的外圆周上设置至少一个环形的密封唇部，所述杆部和所述密封唇部由相同的金属材料制成，所述杆部的直径小于所述密封唇部的最大圆周直径；和
密封层，所述芯体外圆周表面厚度均匀地、无间隙地固定包覆密封层，所述密封层的形状与所述芯体外形相配合，由耐低温弹性材料制成。
所述芯体由金属材料制成，所述密封唇部是设置于杆部的凸起。因为将密封圈改为覆盖在芯体全部外圆表面的密封层，实现了密封层与作为安装基体的芯体之间存在一个最大面积的安装接触面，所述密封层固定且无间隙地固定在芯体上，当换向阀在执行换向动作时，虽然是由位于密封唇部上部的密封层与阀体内壁动密封地接触，但是密封唇部上部的密封层受到的滑动摩擦力被均匀地分散至整个密封层结构中，大面积整体的密封层具有更好的抗摩擦、抗扯拉的性能，不易被滑动摩擦力损坏。具有良好的耐用性可满足在航天器领域的耐用性要求。换向动作完成后，密封层与阀体之间为静密封，由密封层与阀体和杆部的配合密封结构对流通的介质密封，由于从结构上，密封层与杆体之间不存在间隙，也就减少了50％的泄露的可能性。在温度变化幅度大时，虽然金属芯体与弹性密封层的热膨胀系数不同，会由于热胀冷缩产生温差间隙，但是所述温差间隙只会产生在密封层与芯体之间，对密封层与阀体内壁密封影响很小。加之，密封层由耐低温弹性材料制成，芯部由金属耐低温耐高温的金属制成，所以本发明涉及的阀芯是整体耐低温、能够承受大温差不会产生导致介质泄露的间隙的换向阀阀芯。
根据本发明的一个方面，所述杆部的直径与所述密封唇部的最大圆周直径之比为1/2至1/4。
所以本发明涉及的阀芯可以将杆体尽量地轻量化，与传统阀芯相比，能够降低10％-25％的重量。在航空航天领域使用本发明涉及的阀芯时，能够降低发射成本。
根据本发明的一个方面，所述芯体的轴心处设置通孔，所述通孔的直径与所述中间杆部的直径之比为1/2。
作为轻量化的另一种方法，还可以在阀芯的杆体中心设置通孔用以减重，这样杆体的直径可以适当增大，能够更好地保证阀芯的刚性。
根据本发明的一个方面，包覆于所述密封唇部的所述密封层具有平面部，所述平面部为圆形柱面。
平面部是阀体内壁与阀芯接触的部分，将阀芯与阀体的动摩擦接触设置成面接触，有效地增加了密封的可靠性。
根据本发明的一个方面，优选地，所述平面部的宽度范围为0.3mm-0.7mm。
根据本发明的一个方面，所述密封层包括第一密封层，是可耐受零下40°温度的耐低温丁晴橡胶层。
优选地，所述第一密封层表面硫化处理。
经过硫化处理的丁晴橡胶可获得较高的交联密度，得到高回弹性，低永久变形性，同时对耐低温型进一步提高。
优选地，根据本发明的一个方面，所述密封层包括第一和第二密封层，所述第一密封层是可耐受零下40°温度的耐低温丁晴橡胶层，所述第二密封层厚度均匀、形状相配合地包覆于第一密封层的外表面，所述第二密封层是可耐受零下40°温度的耐低温聚四氟乙烯层。
耐低温聚四氟乙烯层具有自润滑功能，能够有效减少密封层与阀体之间的摩擦力。
根据本发明的一个方面，所述密封唇部的截面形状为顶角为圆弧角的三角形或等腰梯形或方形。
所述密封唇部对密封层与阀体摩擦接触的平面部起支撑作用，三角形截面形状的密封唇部的顶角需设置圆弧角，以减少棱边造成的对平面部的应力集中，避免降低平面部的耐磨损性。
根据本发明的一个方面，优选地，所述截面为等腰梯形或方形的密封唇部的顶部平面上设置至少一个截面为等边三角形的凹槽部，所述凹槽部的宽度为0.3mm-0.5mm。
具有凹槽的密封唇部上可设置更厚的密封层，有利于增强密封性。
根据本发明的一个方面，还包括同轴地固定设置于所述杆部两端的左安装座和右安装座。
杆部两端的安装座用于连接安装，可以在安装座端面设置连接结构，避免了连接结构破坏阀芯的密封层的整体性。
另一方面，本发明还提供了一种包括所述换向阀阀芯的电磁换向阀。
所述电磁换向阀包括左先导阀组件、右先导阀组件和阀体组件，所述左先导阀组件、所述右先导阀组件固定设置于所述阀体组件端面的左密封端盖、右密封端盖上，且与所述阀体组件之间具有介质连通的流路；所述左先导阀组件内部设置有左磁铁和左线圈，通电后产生电磁力，所述阀体组件轴向依次设置多个通气口，所述换向阀阀芯可滑动地设置于所述阀体组件的内部，在两端左安装座、右安装座上固定设置左活塞，右活塞；所述阀体组件上设置导阀口。
与现有技术相比，本发明具有以下显著的有益效果：本发明涉及的换向阀阀芯整体能够耐低温，且能够承受大温差不会产生导致介质泄露的间隙，并且是轻量型的换向阀阀芯。本发明涉及的电磁换向阀可适用于零下40度的低温环境，具有良好的密封性和耐用性，可使用在航天器上，并能有效降低发射成本。
附图说明
图1是本发明的一种实施方式的换向阀阀芯的剖视图；
图2是本发明的一种实施方式的换向阀阀芯的局部剖视图；
图3是本发明的一种实施方式的换向阀阀芯的杆部的结构示意图；
图4是本发明的一种实施方式的电磁换向阀的剖视图；
图5是本发明的一种实施方式的电磁换向阀的剖视图；
图6是本发明的一种实施方式的换向阀阀芯的局部剖视图。
附图编号：1-换向阀阀芯；11-芯体；11a-密封唇部；11b-杆部；12-密封层；12a-平面部；121-第一密封层；122-第二密封层；13-左安装座；14-右安装座；2-阀体组件；2a-导阀口；21-左密封端盖；22-右密封端盖；23-第四通气口；24-第二通气口；25-第五通气口；26-第一通气口；27-第三通气口；3-左先导阀组件；31-左线圈；32-左磁铁；4-右先导阀组件；41-右线圈；42-右静铁芯；
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
图1是本发明的一种实施方式的换向阀阀芯的剖视图；图2是本发明的一种实施方式的换向阀阀芯的局部剖视图；图3是本发明的一种实施方式的换向阀阀芯的杆部的结构示意图；如图1、图2和图3所示，本发明的一个实施例提供的换向阀阀芯1包括：
芯体11，芯体11包括圆柱型的杆部11b，在杆部11b的外圆周上设置至少一个环形的密封唇部11a，杆部11b和密封唇部11a由相同的金属材料制成，杆部11b的直径小于密封唇部11a的最大圆周直径；和
密封层12，芯体11外圆周表面厚度均匀地、无间隙地固定包覆密封层12，密封层12的形状与芯体11外形相配合，由耐低温弹性材料制成。
杆部11b的直径与密封唇部11a的最大圆周直径之比为1/3。
根据本发明的一个实施例，包覆于密封唇部11a的密封层12具有平面部12a，平面部12a为圆形柱面。
优选地，平面部12a的宽度范围为0.4mm。
如图2所示，根据本发明的一个实施例，优选地，密封层12包括第一和第二密封层122，第一密封层121是可耐受零下40°温度的耐低温丁晴橡胶层，第二密封层122厚度均匀、形状相配合地包覆于第一密封层121的外表面，第二密封层122是可耐受零下40°温度的耐低温聚四氟乙烯层。
根据本发明的一个实施例，密封唇部11a的截面形状为顶角为圆弧角的三角形。
根据本发明的一个实施例，还包括同轴地固定设置于杆部11b两端的左安装座13、右安装座14。杆部11b两端的左安装座13、右安装座14用于连接安装，可以在左安装座13、右安装座14端面设置连接结构，避免了连接结构破坏换向阀阀芯1的密封层12的整体性。
如图1所示，芯体11由金属材料制成，密封唇部11a是设置于杆部11b的凸起。因为将密封圈改为覆盖在芯体11全部外圆表面的密封层12，实现了密封层12与作为安装基体的芯体11之间存在一个最大面积的安装接触面，密封层12固定且无间隙地固定在芯体11上，当换向阀在执行换向动作时，虽然是由位于密封唇部11a上部的密封层12与阀体内壁动密封地接触，但是密封唇部11a上部的密封层12受到的滑动摩擦力被均匀地分散至整个密封层12结构中，大面积整体的密封层12具有更好的抗摩擦、抗扯拉的性能，不易被滑动摩擦力损坏。换向动作完成后，密封层12与阀体之间为静密封，由密封层12与阀体和杆部11b的配合密封结构对流通的介质密封，由于从结构上，密封层12与杆体之间不存在间隙，也就减少了50％的泄露的可能性。在温度变化幅度大时，虽然金属芯体11与弹性密封层12的热膨胀系数不同，会由于热胀冷缩产生温差间隙，但是温差间隙只会产生在密封层12与芯体11之间，对密封层12与阀体内壁密封影响很小。加之，密封层12由耐低温弹性材料制成，芯部由金属耐低温耐高温的金属制成，所以本实施例涉及的换向阀阀芯1是整体耐低温、能够承受大温差不会产生导致介质泄露的间隙的换向阀阀芯1。
所以本实施例涉及的换向阀阀芯1可以将杆体尽量地轻量化，与传统阀芯相比，能够降低10％-25％的重量。在航空航天领域使用本实施例涉及的换向阀阀芯1时，能够降低发射成本。
平面部12a是阀体内壁与换向阀阀芯1接触的部分，将换向阀阀芯1与阀体的动摩擦接触设置成面接触，有效地增加了密封的可靠性。
耐低温聚四氟乙烯层具有自润滑功能，能够有效减少密封层12与阀体之间的摩擦力。
密封唇部11a对密封层12与阀体摩擦接触的平面部12a起支撑作用，三角形截面形状的密封唇部11a的顶角需设置圆弧角，以减少棱边造成的对平面部12a的应力集中，避免降低平面部12a的耐磨损性。
杆部11b两端的安装座用于连接安装，可以在安装座端面设置连接结构，避免了连接结构破坏换向阀阀芯1的密封层12的整体性。
图4和图5是本发明的一种实施方式的电磁换向阀的剖视图。
如图4、图5所示，在本发明的另一个实施例中，还提供了包括以上的一个实施例的换向阀阀芯1的电磁换向阀。
电磁换向阀还包括左先导阀组件3、右先导阀组件4和阀体组件2，左先导阀组件3、右先导阀组件4固定设置于阀体组件2端面的左密封端盖21、右密封端盖22上，且与阀体组件2之间具有介质连通的流路；左先导阀组件3内部设置有左磁铁32和左线圈31，通电后产生电磁力，阀体组件2轴向依次设置第一通气口26，第二通气口24、第三通气口27、第四通气口23、第五通气口25，换向阀阀芯1可滑动地设置于阀体组件2的内部，在两端左安装座13、右安装座14上固定设置左活塞，右活塞；阀体组件2上设置导阀口2a。
本发明的一个实施例中的电磁换向阀主要包括阀体组件2、左先导阀组件3、右先导阀组件4和换向阀阀芯1。换向阀阀芯1与左先导阀组件3、右先导阀组件4配合形成介质回路，左先导阀组件3、右先导阀组件4控制气体的排放和关闭；左先导阀组件3、右先导阀组件4与阀体组件2形成驱动磁路通道，在衔铁气隙处产生电磁吸力，为换向阀阀芯1的滑动开通介质通路。
其中，右线圈41通电左线圈31断电时，右静铁芯42产生电磁力，右静铁芯42打开，流路中的压缩空气经过右密封端盖22后，进入阀体组件2内，使右活塞启动，右活塞推动换向阀阀芯1向左移动打开流道，第一通气口26、第二通气口24进气，第四通气口23、第五通气口25排气，如图4所示。
右线圈41断电，左线圈31通电时，左磁铁32产生电磁力，左磁铁32打开，流路中的压缩空气经过左密封端盖21后，进入阀体组件2内，使左活塞启动，左活塞推动换向阀阀芯1向右移动打开流道，第一通气口26、第四通气口23进气，第二通气口24、第三通气口27排气，如图5所示。
具体地，左线圈31通电时，电磁力带动左活塞向左侧移动，导阀口2a打开，阀体组件2内部的介质经过阀体组件2内腔、左密封端盖21后，又经左密封端盖21进入阀体组件2左侧，在压力差的作用下，流道中的流体推动左活塞向右侧移动；而此时右活塞推动流体，使流体经过右密封端盖22后通过右先导阀组件4排出。
根据本发明的另一个实施例的换向阀阀芯1,包括：
芯体11，芯体11包括圆柱型的杆部11b，在杆部11b的外圆周上设置至少一个密封唇部11a，杆部11b和密封唇部11a由相同的金属材料制成，杆部11b的直径小于密封唇部11a的最大圆周直径；和
密封层12，芯体11外圆周表面厚度均匀地、无间隙地固定包覆密封层12，密封层12的形状与芯体11外形相配合，由耐低温弹性材料制成。
在本发明的另一个实施例中，芯体11的轴心处设置通孔，通孔的直径与中间杆部11b的直径之比为1/2。
在换向阀阀芯1的杆体中心设置通孔用以减重，这样杆体的直径可以适当增大，能够更好地保证换向阀阀芯1的刚性。
在本发明的另一个实施例中，包覆于密封唇部11a的密封层12具有平面部12a，平面部12a为圆形柱面。
平面部12a是阀体内壁与换向阀阀芯1接触的部分，将换向阀阀芯1与阀体的动摩擦接触设置成面接触，有效地增加了密封的可靠性。
优选地，平面部12a的宽度范围为0.7mm。
密封层12包括第一密封层121，是可耐受零下40°温度的耐低温丁晴橡胶层。
优选地，第一密封层121表面硫化处理。
经过硫化处理的丁晴橡胶可获得较高的交联密度，得到高回弹性，低永久变形性，同时对耐低温型进一步提高。
在本发明的另一个实施例中，密封唇部11a的截面形状为顶角为等腰梯形。
如图6所示，优选地，截面为等腰梯形的密封唇部11a的顶部平面上设置2个截面为等边三角形的凹槽部，凹槽部的宽度为0.5mm。
具有凹槽的密封唇部11a上可设置更厚的密封层12，有利于增强密封性。
上述内容仅为本发明的具体技术方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
以上仅为本发明的一个具体实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换向阀阀芯,其特征在于，包括：
芯体(11)，所述芯体(11)包括圆柱型的杆部(11b)，在所述杆部(11b)的外圆周上设置至少一个环形的密封唇部(11a)，所述杆部(11b)和所述密封唇部(11a)由相同的金属材料制成，所述杆部(11b)的直径小于所述密封唇部(11a)的最大圆周直径；和
密封层(12)，所述芯体(11)外圆周表面厚度均匀地、无间隙地固定包覆密封层(12)，所述密封层(12)的形状与所述芯体(11)外形相配合，由耐低温弹性材料制成。
2.根据权利要求1所述的换向阀阀芯，其特征在于，所述杆部(11b)的直径与所述密封唇部(11a)的最大圆周直径之比为1/2至1/4。
3.根据权利要求1所述的换向阀阀芯，其特征在于，所述芯体(11)的轴心处设置通孔，所述通孔的直径与所述中间杆部(11b)的直径之比为1/2。
4.根据权利要求2或3所述的换向阀阀芯，其特征在于，包覆于所述密封唇部(11a)的所述密封层(12)具有平面部(12a)，所述平面部(12a)为圆形柱面。
所述平面部(12a)的宽度为0.3mm-0.7mm。
5.根据权利要求4所述的换向阀阀芯，其特征在于，所述密封层(12)包括第一密封层(121)，是可耐受零下40°温度的耐低温丁晴橡胶层；
所述第一密封层(121)表面硫化处理。
6.根据权利要求4所述的换向阀阀芯，其特征在于，所述密封层(12)包括第一密封层(121)和第二密封层(122)，所述第一密封层(121)是可耐受零下40°温度的耐低温丁晴橡胶层，所述第二密封层(122)厚度均匀、形状相配合地包覆于第一密封层(121)的外表面，所述第二密封层(122)是可耐受零下40°温度的耐低温聚四氟乙烯层。
7.根据权利要求5或6所述的换向阀阀芯，其特征在于，所述密封唇部(11a)的截面形状为顶角为圆弧角的三角形或等腰梯形或方形。
8.根据权利要求7所述的换向阀阀芯，其特征在于，所述截面为等腰梯形或方形的密封唇部(11a)的顶部平面上设置至少一个截面为等边三角形的凹槽部，所述凹槽部的宽度为0.3mm-0.5mm。
9.根据权利要求8所述的换向阀阀芯，其特征在于，还包括同轴地固定设置于所述杆部(11b)两端的左安装座(13)和右安装座(14)。
10.一种具有如权利要求1或9(用引用任一项的写法会产生多项引多项的形式问题)所述换向阀阀芯的电磁换向阀，其特征在于，还包括左先导阀组件(3)、右先导阀组件(4)和阀体组件(2)，所述左先导阀组件(3)、所述右先导阀组件(4)固定设置于所述阀体组件(2)端面的左密封端盖(21)、右密封端盖(22)上，且与所述阀体组件(2)之间具有介质连通的流路；所述左先导阀组件(3)内部设置有左磁铁(32)和左线圈(31)，通电后产生电磁力，所述阀体组件(2)轴向依次设置多个通气口，所述换向阀阀芯(1)可滑动地设置于所述阀体组件(2)的内部，在两端左安装座(13)、右安装座(14)上固定设置左活塞，右活塞；所述阀体组件(2)上设置导阀口(2a)。
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