CN117404496A - 一种外控外泄式高温电磁阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外控外泄式高温电磁阀，包括驱动机构、二位三通电磁阀、主体阀、柔性石墨密封填料层，所述二位三通电磁阀和所述主体阀安装于所述驱动机构的两端，通过所述驱动机构的移动实现内部通道的通断，所述柔性石墨密封填料层安装于所述驱动机构和所述主体阀内部对接部，用于实现高温气体的动密封。该高温电磁阀通过活塞直接带动主阀芯开启或关闭，采用球头对锥面全金属密封方案，通过活塞压力放大效应，形成足够密封比压，能够实现阀口零泄漏，最高工作温度可达1000℃，具有工作温度高、动作可靠、结构简单、可靠性高、密封性好等优势。
Description
技术领域
本发明涉及电磁阀技术领域，尤其是一种外控外泄式高温电磁阀。
背景技术
电磁阀广泛应用于各类液压气动控制系统中，用于实现流体通路的导通和关断控制。常规电磁阀阀口采用塑料或橡胶软密封方式，受限于塑料或橡胶耐温能力，其最高工作温度不超过240℃，部分采用金属硬密封方式的电磁阀，由于电磁力有限，无法在阀口处形成足够的密封比压，阀口密封部位做不到零泄漏，严重限制了此类电磁阀的应用。但电力领域的电站蒸气压力控制回路、军工领域固体燃气发生器压力控制回路等应用场合中，需要电磁阀工作温度最高可达1000℃，在此高温下，现有电磁阀设计方案已不能适应高温要求。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种外控外泄式高温电磁阀，该高温电磁阀通过活塞直接带动主阀芯开启或关闭，采用球头对锥面全金属密封方案，通过活塞压力放大效应，形成足够密封比压，能够实现阀口零泄漏，最高工作温度可达1000℃，具有工作温度高、动作可靠、结构简单、可靠性高、密封性好等优势。
一种外控外泄式高温电磁阀，包括驱动机构、二位三通电磁阀、主体阀、柔性石墨密封填料层，所述二位三通电磁阀和所述主体阀安装于所述驱动机构的两端，通过所述驱动机构的移动实现内部通道的通断，所述柔性石墨密封填料层安装于所述驱动机构和所述主体阀内部对接部，用于实现高温气体的动密封；
所述驱动机构包括壳体，所述壳体内部设有主阀芯，所述主阀芯上套设有主复位弹簧，所述主阀芯底部穿过所述壳体，顶部连接有活塞，所述活塞与所述主阀芯通过压螺固定连接，所述壳体顶部通过壳盖进行固定密封，所述壳盖、活塞及壳体围合形成活塞腔；
所述二位三通电磁阀通过法兰一与所述壳体固定连接，所述二位三通电磁阀设有进气通道、出气通道、泄压通道，所述进气通道接常温气源，所述出气通道与所述活塞腔连通，所述出气通道与所述活塞腔通过相对设置的先导组件和泄压组件实现通断，所述泄压通道与外部环境连通；
所述主阀体通过法兰二与所述壳体固定连接，所述柔性石墨密封层设于所述壳体与所述主阀体之间，所述主阀体设有主阀进气通道和主阀出气通道，所述主阀进气通道接高温气源，所述主阀体的内部流道区域内模压有隔热层，所述主阀体内部设有锥型阀座，所述锥形阀座与所述主阀芯形成主阀口，所述主阀芯穿过所述柔性石墨密封填料层，通过对所述主阀口的开启和关闭来控制高温气体的导通与截止，所述柔性石墨密封填料层用于实现主阀体高温区域与驱动结构、二位三通电磁阀常温区域的隔离。
作为上述技术方案的优选，所述先导组件包括先导阀芯，所述先导阀芯设于所述进气通道内，所述进气通道与所述出气通道通过先导阀口连通，所述先导阀芯的小端穿过所述先导阀口，通过锥面密封，所述先导阀芯的大端外套设有先导复位弹簧，所述先导阀芯和所述先导复位弹簧通过先导压螺限位于所述进气通道内；所述泄压组件包括泄压阀芯，所述泄压阀芯为对称结构且中间为大端两侧为小端，所述泄压阀芯设于所述泄压通道内，所述泄压通道与所述出气通道通过泄压阀口连通，所述泄压阀芯的一个小端外套设有泄压复位弹簧且穿过所述泄压阀口并与所述泄压阀口通过锥面密封，所述泄压阀芯和所述泄压复位弹簧通过泄压压螺限位于所述泄压通道内，所述泄压阀芯的另一个小端安装有电磁铁，所述泄压阀芯和所述先导阀芯的位置通过所述电磁铁驱动调整。
作为上述技术方案的优选，所述柔性石墨密封填料层包括下限位垫、石墨填料和上限位垫，所述上限位垫和下限位垫用于控制石墨填料的压缩量和预紧力，并调节主阀芯的轴向运动摩擦力，所述上限位垫上部还设有隔热垫。
作为上述技术方案的优选，所述主阀芯的行程大于所述主阀进气通道的通径，在主阀口开启状态下，所述主阀芯能够完全回缩至燃气流动区域之外，保证主阀芯不受高温燃气冲刷。
作为上述技术方案的优选，所述主阀芯下端与所述锥型阀座配合部位为圆角，圆角尺寸为R0.5～R1.5，所述锥形阀座的锥角为45°～60°，所述主阀口密封形式为圆头对锥面硬接触线密封方式。
作为上述技术方案的优选，所述主阀芯外圆与所述柔性石墨填料层动配合处精密研磨，表面粗糙度不低于Ra0.8；所述主阀芯外圆与所述锥形阀座配合的主阀芯圆角型面精密研磨，表面粗糙度不低于Ra0.4；所述主阀芯外圆与所述锥形阀座密封部位精密研磨，表面粗糙度不低于Ra0.4。
作为上述技术方案的优选，所述主阀芯和所述主阀体采用镍基高温合金材料制成，所述隔热层采用高硅氧酚醛复合隔热材料。
作为上述技术方案的优选，所述活塞的横截面积与所述主阀芯的横截面积之比为4～10。
本发明的有益效果在于：
1、采用外控外泄式结构设计方案，通过引入外部常温气体对活塞进行驱动控制，活塞与阀芯刚性连接及一体运动，能够形成充足的驱动力，保证主阀芯动作可靠和密封可靠，具有驱动力大、动作可靠、结构简单、可靠性高的优势；
2、通过主阀体内部流道的隔热设计、连接端面隔热设计、主阀芯行程匹配设计，能够将高温工作区域与常温工作区域隔离，使得驱动结构和二位三通电磁阀大部分零件使用常规材料即可，降低了产品成本，提高了经济性。
附图说明
图1为主阀口开启时本发明的剖视图。
图2为主阀口关闭时本发明的剖视图。
附图标记如下：1-壳体、2-主阀芯、3-主复位弹簧、4-活塞、5-压螺、6-壳盖、7-活塞腔、8-法兰一、9-进气通道、10-出气通道、11-泄压通道、12-法兰二、13-主阀进气通道、14-主阀出气通道、15-隔热层、16-锥型阀座、17-主阀口、18-先导阀芯、19-先导阀口、20-先导复位弹簧、21-先导压螺、22-泄压阀芯、23-泄压阀口、24-泄压复位弹簧、25-泄压压螺、26-电磁铁、27-下限位垫、28-石墨填料、29-上限位垫、30-隔热层。
具体实施方式
下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示的一种外控外泄式高温电磁阀，包括驱动机构、二位三通电磁阀、主体阀、柔性石墨密封填料层，所述二位三通电磁阀和所述主体阀安装于所述驱动机构的两端，通过所述驱动机构的移动实现内部通道的通断，所述柔性石墨密封填料层安装于所述驱动机构和所述主体阀内部对接部，用于实现高温气体的动密封；
所述驱动机构包括壳体1，所述壳体1内部设有主阀芯2，所述主阀芯上套设有主复位弹簧3，所述主阀芯2底部穿过所述壳体1，顶部连接有活塞4，所述活塞4与所述主阀芯2通过压螺5固定连接，所述壳体1顶部通过壳盖6进行固定密封，所述壳盖6、活塞4及壳体1围合形成活塞腔7；
所述二位三通电磁阀通过法兰一8与所述壳体1固定连接，所述二位三通电磁阀设有进气通道9、出气通道10、泄压通道11，所述进气通道9接常温气源，所述出气通道10与所述活塞腔7连通，所述出气通道10与所述活塞腔7通过相对设置的先导组件和泄压组件实现通断，所述泄压通道11与外部环境连通；
所述主阀体通过法兰二12与所述壳体1固定连接，所述柔性石墨密封层设于所述壳体1与所述主阀体之间，所述主阀体设有主阀进气通道13和主阀出气通道14，所述主阀进气通道13接高温气源，所述主阀体的内部流道区域内模压有隔热层15，所述主阀体内部设有锥型阀座16，所述锥形阀座17与所述主阀芯2形成主阀口17，所述主阀芯2穿过所述柔性石墨密封填料层，通过对所述主阀口17的开启和关闭来控制高温气体的导通与截止，所述柔性石墨密封填料层用于实现主阀体高温区域与驱动结构、二位三通电磁阀常温区域的隔离。其中，所述主阀芯2与活塞4、活塞4与壳体1、主阀芯2与壳体1、壳体1与主阀体之间均设计轴孔配合，并通过活塞4、壳体1、主阀体、主阀芯2零件的同轴度设计，保证主阀芯2轴向运动顺畅，并实现主阀芯2与锥形阀座17同轴配合，提高密封性能。
在本实施例中，所述先导组件包括先导阀芯18，所述先导阀芯18设于所述进气通道9内，所述进气通道9与所述出气通道10通过先导阀口19连通，所述先导阀芯18的小端穿过所述先导阀口19，通过锥面密封，所述先导阀芯18的大端外套设有先导复位弹簧20，所述先导阀芯18和所述先导复位弹簧20通过先导压螺21限位于所述进气通道9内；所述泄压组件包括泄压阀芯22，所述泄压阀芯22为对称结构且中间为大端两侧为小端，所述泄压阀芯22设于所述泄压通道11内，所述泄压通道11与所述出气通道10通过泄压阀口23连通，所述泄压阀芯22的一个小端外套设有泄压复位弹簧24且穿过所述泄压阀口23并与所述泄压阀口23通过锥面密封，所述泄压阀芯22和所述泄压复位弹簧24通过泄压压螺25限位于所述泄压通道11内，所述泄压阀芯22的另一个小端安装有电磁铁26，所述泄压阀芯22和所述先导阀芯18的位置通过所述电磁铁26驱动调整。
在本实施例中，所述柔性石墨密封填料层包括下限位垫27、石墨填料28和上限位垫29，所述上限位垫29和下限位垫27用于控制石墨填料28的压缩量和预紧力，并调节主阀芯2的轴向运动摩擦力，所述上限位垫29上部还设有隔热垫30。
在本实施例中，所述主阀芯2的行程大于所述主阀进气通道13的通径，在主阀口17开启状态下，所述主阀芯2能够完全回缩至燃气流动区域之外，保证主阀芯2不受高温燃气冲刷。
在本实施例中，所述主阀芯2下端与所述锥型阀座16配合部位为圆角，圆角尺寸为R0.5～R1.5，所述锥形阀座17的锥角为45°～60°，所述主阀口17密封形式为圆头对锥面硬接触线密封方式。
在本实施例中，所述主阀芯2外圆与所述柔性石墨填料层动配合处精密研磨，表面粗糙度不低于Ra0.8；所述主阀芯2外圆与所述锥形阀座17配合的主阀芯2圆角型面精密研磨，表面粗糙度不低于Ra0.4；所述主阀芯2外圆与所述锥形阀座17密封部位精密研磨，表面粗糙度不低于Ra0.4。
在本实施例中，所述主阀芯2和所述主阀体采用镍基高温合金材料制成，所述隔热层15采用高硅氧酚醛复合隔热材料。其中，隔热层15的材料厚度按照最高工作温度、最大工作流量下工作最长时间时不超过活塞部位的O型密封圈工作温度为设计原则。在相邻两个密封件之间设置O型密封圈以增强密封性为本领域的常识，在此不做赘述。
在本实施例中，所述活塞4的横截面积与所述主阀芯2的横截面积之比为4～10。其具体取值以先导组件进气口的最低压力、主阀体进气口最高压力下能够驱动主阀芯2关闭，并保证密封阀口具有合适的密封比压力为设计原则。
本实施例的工作原理如下。
二位三通电磁阀的电磁铁26得电时，电磁铁26的电磁铁衔铁吸合，推动泄压阀芯22关闭，并一步推动先导阀芯18开启，二位三通电磁阀进气通道9内气体通过开启的先导阀口19进入活塞腔7，活塞腔7压力升高，当活塞腔7压力高于主阀芯2气压力和主复位弹簧3力时，活塞7带动主阀芯2向下移动，将主阀口17关闭。
二位三通电磁阀的电磁铁26失电时，电磁力消失，在泄压复位弹簧24和活塞腔7气压力作用下，泄压阀芯22开启；在先导复位弹簧20和进气通道9内气压力作用下，先导阀芯18关闭；此时活塞腔7内的气体，通过开启的泄压阀口从泄压通道11排出，活塞腔7压力下降，当活塞腔7压力低于主阀芯2气压力和主复位弹簧3力时，活塞4带动主阀芯2上移，将主阀口17打开，主阀进气通道13内气体通过开启的主阀口17向主阀出气通道14排出。
本实施例中，主阀进气通道压力范围为0MPa～10MPa，二位三通电磁阀进气通道压力范围为3MPa～10MPa，主阀进气通道气体工作温度范围为-20℃～1000℃，二位三通电磁阀进气通道气体工作温度范围为-20℃～250℃。
以上仅为本发明的优选实施例而已，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 (8)
1.一种外控外泄式高温电磁阀，其特征在于：包括驱动机构、二位三通电磁阀、主体阀、柔性石墨密封填料层，所述二位三通电磁阀和所述主体阀安装于所述驱动机构的两端，通过所述驱动机构的移动实现内部通道的通断，所述柔性石墨密封填料层安装于所述驱动机构和所述主体阀内部对接部，用于实现高温气体的动密封；
所述驱动机构包括壳体，所述壳体内部设有主阀芯，所述主阀芯上套设有主复位弹簧，所述主阀芯底部穿过所述壳体，顶部连接有活塞，所述活塞与所述主阀芯通过压螺固定连接，所述壳体顶部通过壳盖进行固定密封，所述壳盖、活塞及壳体围合形成活塞腔；
所述二位三通电磁阀通过法兰一与所述壳体固定连接，所述二位三通电磁阀设有进气通道、出气通道、泄压通道，所述进气通道接常温气源，所述出气通道与所述活塞腔连通，所述出气通道与所述活塞腔通过相对设置的先导组件和泄压组件实现通断，所述泄压通道与外部环境连通；
所述主阀体通过法兰二与所述壳体固定连接，所述柔性石墨密封层设于所述壳体与所述主阀体之间，所述主阀体设有主阀进气通道和主阀出气通道，所述主阀进气通道接高温气源，所述主阀体的内部流道区域内模压有隔热层，所述主阀体内部设有锥型阀座，所述锥形阀座与所述主阀芯形成主阀口，所述主阀芯穿过所述柔性石墨密封填料层，通过对所述主阀口的开启和关闭来控制高温气体的导通与截止，所述柔性石墨密封填料层用于实现主阀体高温区域与驱动结构、二位三通电磁阀常温区域的隔离。
2.根据权利要求1所述的外控外泄式高温电磁阀，其特征在于：所述先导组件包括先导阀芯，所述先导阀芯设于所述进气通道内，所述进气通道与所述出气通道通过先导阀口连通，所述先导阀芯的小端穿过所述先导阀口，通过锥面密封，所述先导阀芯的大端外套设有先导复位弹簧，所述先导阀芯和所述先导复位弹簧通过先导压螺限位于所述进气通道内；所述泄压组件包括泄压阀芯，所述泄压阀芯为对称结构且中间为大端两侧为小端，所述泄压阀芯设于所述泄压通道内，所述泄压通道与所述出气通道通过泄压阀口连通，所述泄压阀芯的一个小端外套设有泄压复位弹簧且穿过所述泄压阀口并与所述泄压阀口通过锥面密封，所述泄压阀芯和所述泄压复位弹簧通过泄压压螺限位于所述泄压通道内，所述泄压阀芯的另一个小端安装有电磁铁，所述泄压阀芯和所述先导阀芯的位置通过所述电磁铁驱动调整。
3.根据权利要求1所述的外控外泄式高温电磁阀，其特征在于：所述柔性石墨密封填料层包括下限位垫、石墨填料和上限位垫，所述上限位垫和下限位垫用于控制石墨填料的压缩量和预紧力，并调节主阀芯的轴向运动摩擦力，所述上限位垫上部还设有隔热垫。
4.根据权利要求1所述的外控外泄式高温电磁阀，其特征在于：所述主阀芯的行程大于所述主阀进气通道的通径，在主阀口开启状态下，所述主阀芯能够完全回缩至燃气流动区域之外，保证主阀芯不受高温燃气冲刷。
5.根据权利要求1所述的外控外泄式高温电磁阀，其特征在于：所述主阀芯下端与所述锥型阀座配合部位为圆角，圆角尺寸为R0.5～R1.5，所述锥形阀座的锥角为45°～60°，所述主阀口密封形式为圆头对锥面硬接触线密封方式。
6.根据权利要求1所述的外控外泄式高温电磁阀，其特征在于：所述主阀芯外圆与所述柔性石墨填料层动配合处精密研磨，表面粗糙度不低于Ra0.8；所述主阀芯外圆与所述锥形阀座配合的主阀芯圆角型面精密研磨，表面粗糙度不低于Ra0.4；所述主阀芯外圆与所述锥形阀座密封部位精密研磨，表面粗糙度不低于Ra0.4。
7.根据权利要求1所述的外控外泄式高温电磁阀，其特征在于：所述主阀芯和所述主阀体采用镍基高温合金材料制成，所述隔热层采用高硅氧酚醛复合隔热材料。
8.根据权利要求1所述的外控外泄式高温电磁阀，其特征在于：所述活塞的横截面积与所述主阀芯的横截面积之比为4～10。
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