CN211344213U - 一种内置压电俘能组件水压节流阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内置压电俘能组件水压节流阀，其特征在于：包括左阀盖、右阀盖、阀芯、阀芯俘能组件、阀体、阀套俘能组件、阀套和调节手柄等。阀体上有进水口，左阀盖上有出水口，阀体中部有环形台肩，与阀芯形成节流口；阀体和左右阀盖间有圆形止口定位；阀芯内部有阀芯俘能组件，与阀套间采用螺纹连接；阀套内部有多个径向分布的阀套俘能组件，与调节手柄采用螺纹连接；调节手柄和右阀盖间有螺纹连接，端部为外六方结构。本实用新型结构紧凑，未改变节流阀的负载，在阀芯和阀套上均内置了压电俘能组件，无论节流口关闭与否，均可对压力脉动和压力冲击分别进行回收，一定程度可减小压力脉动和压力冲击，并产生了电能，实现了变废为宝。

Description

一种内置压电俘能组件水压节流阀

技术领域

本实用新型涉及节流阀，具体涉及一种内置压电俘能组件水压节流阀。

背景技术

浮力调节液压系统是水下航行器的重要子系统，可通过水压泵和水压阀，实现水和可调压载舱的交换和转移，进而调节水下航行器的重量，实现其上浮和下潜。各种结构形式的水压泵在工作过程中会产生流量脉动，流量脉动流经水压阀(如节流阀)阀口时会产生压力脉动，压力脉动则会激起管路振动和流体噪声。在浮力调节液压系统工作过程中，水压泵产生的基频压力脉动和谐频压力脉动频率较低，一般为几十至几百赫兹，但当水下航行器进行大潜深度工作时，节流阀阀口处极易发生气穴现象，进而激发出上千赫兹的高频脉动压力，因此浮力调节液压系统中的压力脉动呈现宽频特性。

水下航行器中存在压力传感器、通讯模块、位移传感器和漏水监测传感器等需要电源供电的低电功耗元件。如能将水下航行器浮力调节液压系统输出的压力脉动俘获，并形成电能储存，进而驱动低电功耗元件，则对水下航行器的节能具有重要的现实意义

近年来，随着新能源的发展和节能要求的提高，流致振动逐渐成为了一种重要的能量来源，流致振动压电俘能技术也得以广泛研究。其中，采用压电材料压电式俘能技术是目前国内外能量收集技术研究的热点，该技术是利用压电材料在阻流过程中产生变形导致的电压变化来汲取能量的，具有结构简单、无电磁干扰、无污染、不发热和易于小型化集成化等优点。

实用新型内容

针对浮力调节液压系统中的宽频压力脉动，本实用新型提供了一种内置压电俘能组件水压节流阀，该阀采用压电材料内置于阀芯和阀套的方法，将宽频压力脉动进行压电能量回收。

一种内置压电俘能组件水压节流阀，包括左阀盖、O型圈、阀芯、阀芯俘能组件、阀体、阀套俘能组件、阀套、组合密封圈、右阀盖、调节手柄和内六角螺钉。阀体上开有水压节流阀的进水口，左阀盖上开有出水口，阀体中部为空心圆环结构，并有环形台肩，阀芯和该台肩形成节流口，阀体的空心圆环结构与阀套之间采用间隙配合；阀体和左阀盖、右阀盖之间采用内六角螺钉连接，且依靠O型圈进行密封，并有圆形止口进行定位；阀芯内部有阀芯俘能组件，与阀套之间采用螺纹进行固定，二者之间有组合密封圈密封，防止阀体中部空心圆环中的水进入到阀芯俘能组件中；阀套内部有多个径向分布的阀套俘能组件，与调节手柄采用螺纹连接，二者之间依靠组合密封圈进行密封；调节手柄和右阀盖之间采用O型圈进行密封，并有螺纹进行连接，端部为外六方结构。

进一步地，所述阀芯俘能组件有一组，包括阀芯、碟簧、导向套、格莱圈、压电陶瓷堆、阀芯俘能压盖和内六角螺钉。碟簧始终处于压缩状态，使导向套压紧压电陶瓷堆，并紧贴在阀芯俘能压盖的止口上，阀芯俘能压盖通过内六角螺钉连接于阀芯上；导向套上有圆环形沟槽，用于安置格莱圈；压电陶瓷堆轴向方向可采用多片压电陶瓷叠放的形式，位于阀芯中间。

进一步地，所述阀套俘能组件有多组，沿阀套径向均布，包括阀套俘能压盖、阀套、碟簧、导向套、格莱圈、压电陶瓷堆和内六角螺钉。阀套俘能压盖通过内六角螺钉连接在阀套上，并开有圆形小孔，可使进水口处的水流入阀套俘能组件；压电陶瓷堆采用多片压电陶瓷叠放的形式，碟簧处于压缩状态，可将压紧压电陶瓷堆紧贴阀套的止口上；导向套上安装有格莱圈。

更进一步地，阀芯整体为锥形阀芯，左侧端部有内六角孔；阀芯上开有多组小角度引流孔、中角度引流孔和大角度引流孔，三种引流孔沿径向均布，其中小角度引流孔角度范围为 10°～25°，中角度引流孔角度范围为30°～45°，大角度引流孔角度要保证节流口处于关闭时，阀芯俘能组件可与进水口相通；阀芯中部靠引流孔侧有汇流孔，将节流口处的水引致此处汇流；阀芯中部右侧有阀芯俘能组件安装孔，以进行安装阀芯俘能组件；阀芯的外圆周有定位台肩，使在通过外螺纹安装的过程中能够保证阀芯和阀套同轴度要求。

更进一步地，阀套的左右两侧有导向孔和内螺纹，导向孔和阀芯上的定位台肩或调节手柄配合，二者通过螺纹连接在一起；阀套上开有阀套导流孔，可使进水口与节流口相通，该孔沿阀套径向均匀分布；阀套的中部可由多个均匀分布的阀套俘能组件安装孔，阀套俘能组件安装孔靠近阀套轴线侧有阀套压电陶瓷堆安装孔；阀套的轴线上有电线引孔。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型在阀芯和阀套上均内置了压电俘能组件，对管路系统中的压力脉动和压力冲击分别进行回收，一定程度可减小压力脉动和压力冲击，并产生电能进行储存，实现了变废为宝。

(2)本实用新型中节流阀的节流口关闭后，阀芯俘能组件和阀套俘能组件均可对系统中的压力脉动进行回收，能量回收功能并未受影响。

(3)本实用新型中采用内置压电俘能组件的方法，结构紧凑，水进入到组件后只有脉动水不停的进出，并未改变节流阀的负载阻力。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是阀芯俘能组件的结构示意图；

图3是阀芯的结构示意图；

图4是阀套俘能组件的结构示意图；

图5是阀套的结构示意图；

图6是节流口关闭时水在节流阀中的分布示意图。

上述图中标识为：1、左阀盖；2、O型圈；3、阀芯；4、阀芯俘能组件；5、阀体；6、阀套俘能组件；7、阀套；8、组合密封圈；9、右阀盖；10、调节手柄；11、内六角螺钉；301、内六角孔；302、小角度引流孔；303、中角度引流孔；304、大角度引流孔；305、汇流孔； 306、阀芯俘能组件安装孔；307、外螺纹；308、定位台肩；401、碟簧；402、导向套；403、格莱圈；404、压电陶瓷堆；405、阀芯俘能压盖；601、阀套俘能压盖；701、导向孔；702、内螺纹；703、阀套导流孔；704、阀套俘能组件安装孔；705、阀套压电陶瓷堆安装孔；706、电线引孔；A、出水口；B、进水口；C、节流口。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

图1是本实用新型的一种实施例，包括左阀盖1、O型圈2、阀芯3、阀芯俘能组件4、阀体5、阀套俘能组件6、阀套7、组合密封圈8、右阀盖9、调节手柄10和内六角螺钉11。阀体5上开有节流阀的进水口B，左阀盖1上开有出水口A，阀体5中部为空心圆环结构，并有环形台肩，阀芯3和该台肩形成节流口C，阀体5的空心圆环结构与阀套7之间采用间隙配合；阀体5和左阀盖1、右阀盖9之间采用内六角螺钉连接，且依靠O型圈2进行密封，并有圆形止口进行定位；阀芯3内部有阀芯俘能组件4，与阀套7之间采用螺纹进行固定，二者之间有组合密封圈8密封，防止阀体5中部空心圆环中的水进入到阀芯俘能组件4中；阀套7内部有多个径向分布的阀套俘能组件6，与调节手柄10采用螺纹连接，二者之间依靠组合密封圈8进行密封；调节手柄10和右阀盖9之间采用O型圈2进行密封，并有螺纹进行连接，端部为外六方结构，以便对阀芯进行左右调节，从而改变节流口C的大小。

所述阀芯俘能组件4有一组，其结构示意图如图2所示，包括阀芯3、碟簧401、导向套 402、格莱圈403、压电陶瓷堆404、阀芯俘能压盖405和内六角螺钉11。碟簧401始终处于压缩状态，使导向套402压紧压电陶瓷堆404，并紧贴在阀芯俘能压盖405的止口上，阀芯俘能压盖405通过内六角螺钉11连接于阀芯3上；导向套402上有圆环形沟槽，用于安置格莱圈403，起到减小摩擦力和密封的作用；压电陶瓷堆404轴向方向可采用多片压电陶瓷叠放的形式，位于阀芯中间。

所述阀芯3的结构示意图如图3所示，阀芯3整体为锥形阀芯，左侧端部有内六角孔301，以便用扳手将阀芯3的外螺纹307预紧到规定的扭矩；阀芯3上开有多组小角度引流孔302、中角度引流孔303和大角度引流孔304，三种引流孔沿径向均布，其中小角度引流孔302角度范围为10°～25°，中角度引流孔303角度范围为30°～45°，保证阀芯3在左右调节过程中，阀芯俘能组件4始终处于工作状态，大角度引流孔304角度要保证节流口C处于关闭时，该孔可以与进水口B相通，以使阀芯俘能组件4处于工作状态；阀芯3中部靠引流孔侧有汇流孔305，将节流口C处的水引致此处汇流；阀芯3中部右侧有阀芯俘能组件安装孔306，以进行安装阀芯俘能组件4；阀芯3的外圆周有定位台肩308，使在通过外螺纹307安装的过程中能够保证阀芯3和阀套7同轴度要求。

所述阀套俘能组件6有多组，沿阀套径向均布，其结构示意图如图4所示，包括阀套俘能压盖601、阀套7、碟簧401、导向套402、格莱圈403、压电陶瓷堆404和内六角螺钉11。阀套俘能压盖601通过内六角螺钉11连接在阀套7上，并开有圆形小孔，可使进水口B处的水流入阀套俘能组件6；压电陶瓷堆404采用多片压电陶瓷叠放的形式，碟簧401处于压缩状态，可将压紧压电陶瓷堆404紧贴阀套7的止口上；导向套402上安装有格莱圈403。

图5为所述阀套7的结构示意图。阀套7的左右两侧有导向孔701和内螺纹702，导向孔701和阀芯3上的定位台肩308或调节手柄10配合，使阀芯3和阀套7或调节手柄10保持同轴，二者通过螺纹连接在一起；阀套7上开有阀套导流孔703，可使进水口B与节流口 C相通，该孔沿阀套径向均匀分布；阀套7的中部可由多个均匀分布的阀套俘能组件安装孔 704，用于安置阀套俘能组件6，阀套俘能组件安装孔704靠近阀套7轴线侧有阀套压电陶瓷堆安装孔705，用于安置压电陶瓷堆404；阀套7的轴线上有电线引孔706，用于引出电流导线。

节流阀工作时，水由进水口B流入，然后充满阀体3中部与阀套7和调节手柄10之间的腔体，并通过阀套7上的阀套导流孔703流至节流口C处，最后流至出水口A；在应用过程中，可旋转调节手柄10，改变节流口C的开度，从而调节通过节流阀的流量。在水流过节流阀的过程中，有两部分可产生电能：阀芯俘能组件4和阀套俘能组件6。一部分为水经阀套俘能压盖601上的圆心小孔流入阀套俘能组件6，由于液压泵产生水的流量呈现脉动性，因此阀套俘能组件6中的导向套402会进行往复运动，使压电陶瓷堆404产生形变，从而生成电能；另一部分为水经过节流口C处流速加快，产生脉动压力冲击，该部分脉动压力经阀芯3上的引流孔302、303和304，引致阀芯俘能组件4中，进而产生电能。两部分产生的电能均可由电线引孔706引至节流阀外，并可经外部整形、收集等电路进行存储。

当节流阀的节流口C关闭时，进水口B和出水口A不相通，但此时两组俘能装置依然可进行压电回收电能。进水口B的水一部分可由阀套俘能压盖601上的圆形小孔进入到阀套俘能组件6中，另一部分则由阀套7上的阀套导流孔703进入到节流口C右侧的腔体，然后经阀芯3上的大角度引流孔304流入到阀芯俘能组件3中，两部分的水由于存在压力脉动，因此即使节流口C关闭，压电陶瓷堆404依然会产生变形，即可进行压电回收电能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种内置压电俘能组件水压节流阀，其特征在于：包括左阀盖、O型圈、阀芯、阀芯俘能组件、阀体、阀套俘能组件、阀套、组合密封圈、右阀盖、调节手柄和内六角螺钉；阀体上开有水压节流阀的进水口，左阀盖上开有出水口，阀体中部为空心圆环结构，并有环形台肩，阀芯和该台肩形成节流口，阀体的空心圆环结构与阀套之间采用间隙配合；阀体和左阀盖、右阀盖之间采用内六角螺钉连接，且依靠O型圈进行密封，并有圆形止口进行定位；阀芯内部有阀芯俘能组件，与阀套之间采用螺纹进行固定，二者之间有组合密封圈密封；阀套内部有多个径向分布的阀套俘能组件，与调节手柄采用螺纹连接，二者之间依靠组合密封圈进行密封；调节手柄和右阀盖之间采用O型圈进行密封，并有螺纹进行连接，端部为外六方结构。

2.根据权利要求1所述的一种内置压电俘能组件水压节流阀，其特征在于：所述阀芯俘能组件有一组，包括阀芯、碟簧、导向套、格莱圈、压电陶瓷堆、阀芯俘能压盖和内六角螺钉；碟簧始终处于压缩状态，使导向套压紧压电陶瓷堆，并紧贴在阀芯俘能压盖的止口上，阀芯俘能压盖通过内六角螺钉连接于阀芯上；导向套上有圆环形沟槽，用于安置格莱圈；压电陶瓷堆轴向方向可采用多片压电陶瓷叠放的形式，位于阀芯中间。

3.根据权利要求1所述的一种内置压电俘能组件水压节流阀，其特征在于：所述阀套俘能组件有多组，沿阀套径向均布，包括阀套俘能压盖、阀套、碟簧、导向套、格莱圈、压电陶瓷堆和内六角螺钉；阀套俘能压盖通过内六角螺钉连接在阀套上，并开有圆形小孔，可使进水口处的水流入阀套俘能组件；压电陶瓷堆采用多片压电陶瓷叠放的形式，碟簧处于压缩状态，可将压紧压电陶瓷堆紧贴阀套的止口上；导向套上安装有格莱圈。

4.根据权利要求1或2所述的一种内置压电俘能组件水压节流阀，其特征在于：阀芯整体为锥形阀芯，左侧端部有内六角孔；阀芯上开有多组小角度引流孔、中角度引流孔和大角度引流孔，三种引流孔沿径向均布，其中小角度引流孔角度范围为10°～25°，中角度引流孔角度范围为30°～45°，大角度引流孔角度要保证节流口处于关闭时该孔可与进水口相通；阀芯中部靠引流孔侧有汇流孔，将节流口处的水引致此处汇流；阀芯中部右侧有阀芯俘能组件安装孔，以进行安装阀芯俘能组件；阀芯的外圆周有定位台肩。

5.根据权利要求1或3所述的一种内置压电俘能组件水压节流阀，其特征在于：阀套的左右两侧有导向孔和内螺纹，导向孔和阀芯上的定位台肩或调节手柄配合，二者通过螺纹连接在一起；阀套上开有阀套导流孔，可使进水口与节流口相通，该孔沿阀套径向均匀分布；阀套的中部可由多个均匀分布的阀套俘能组件安装孔，阀套俘能组件安装孔靠近阀套轴线侧有阀套压电陶瓷堆安装孔；阀套的轴线上有电线引孔。

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