阀针锥面密封型微流量超磁致伸缩比例阀

摘要

本发明提供了一种阀针锥面密封型微流量超磁致伸缩比例阀，包括从左至右依次连接的阀体、隔磁环、极靴，隔磁环上套设有线圈组件，极靴内设有堵头，堵头内设有阀座，阀体内设有阀芯，阀芯的右端设有阀针，阀针与阀孔相靠近的一边对应设有锥形密封面，阀芯上套设有支撑筒和超磁致伸缩筒，阀芯的左端设有台肩结构，台肩结构右端与支撑筒接触，台肩结构的左端与阀体壁面之间设有复位部件。本发明相对于原有的微小流量比例阀，调节范围大，且调节精度高；可实现阀门的微小开度成比例控制，控制精度高，密封性能好、寿命长，且阀门开度变化线性度好；阀门响应速度快、重复性好、可靠性高。

说明书

技术领域

本发明涉及阀门技术领域，具体涉及一种阀针锥面密封型微流量超磁致伸缩比例阀。

背景技术

压力控制与流量控制是航天飞行器姿轨控制动力系统的重要环节，尤其是微小卫星和深空探测器微小推动领域，如电推进系统和冷气推进系统。在姿态控制和变轨控制时，所需输出推力为毫牛或微牛级。对于这一需求，目前的通用做法是在电磁阀后面设置一个微流量节流嘴，通过节流嘴进行限流，这样发动机仅能产生一个恒定的推力，不能根据需要而调节推力，且推力太小。尽管也开发出了电流比例长柱型流量阀和压电式陶瓷比例阀，但是，由于比例电磁铁灵敏性不高，滞环大，很难实现比例控制，大大限制了推进系统的机动能力与寿命；压电陶瓷比例阀的结构复杂，输出力不大，未得到广泛使用。

例如，公开号为CN106641374A的中国专利公开了一种微小流量压电陶瓷比例阀，该比例阀包括上壳体、下壳体，上壳体、下壳体通过螺栓连接，下壳体内设有压电陶瓷组件，压电陶瓷组件上端设有入口接头，下端设有阀针，压电陶瓷组件为若干压电陶瓷片通过安装环安装在下壳体内，通电时，压电陶瓷片产生形变，带动阀针动作，引起阀门开度的变化。然而，压电陶瓷在电场作用下本身产生的形变量就很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一，而该比例阀的压电陶瓷片需要用安装环安装在下壳体内，产生形变时，材料本身会从上下两个方向伸缩，使得仅有一部分变形量作用在阀针上，因而阀针的可动作范围过于小；要增加其调节范围，则需要大大增加压电陶瓷片的厚度和数量，又会大大增加阀门体积和重量。另外，要使压电陶瓷片的变形量足以带动阀针，导通阀门，同时又要保证压电陶瓷片不变形时阀针处于关闭阀门的状态，就需要在组装时精确控制一定的压力，而压电陶瓷片的形变量、输出力小，对压力的适应能力差，使得比例阀的组装有很大的难度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种阀针锥面密封型微流量超磁致伸缩比例阀。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供了一种阀针锥面密封型微流量超磁致伸缩比例阀，包括从左至右依次连接的阀体、隔磁环、极靴，所述隔磁环上套设有线圈组件，所述极靴内设有堵头，堵头内设有阀座，阀座内设有阀孔与阀体内腔相通，所述阀体上设有流体入口，阀体内设有阀芯，阀芯的右端设有阀针，阀针与阀孔相靠近的一边对应设有锥形密封面，阀芯上套设有支撑筒和超磁致伸缩筒，超磁致伸缩筒的轴向位置与隔磁环至少部分重合，阀芯的左端设有台肩结构，台肩结构右端与支撑筒接触，台肩结构的左端与阀体壁面之间设有复位部件。

所述支撑筒的左端面和阀体的壁面之间还设有压紧部件。

所述压紧部件为第二弹簧，第二弹簧与阀体之间设有第二弹簧垫片。

所述极靴为带有外翻边的筒形，线圈组件的右端与极靴的外翻边接触，线圈组件的左端至少覆盖阀体的一部分。

所述线圈组件包括线圈、线圈套，线圈与隔磁环之间设有绝缘胶，线圈套端面贯穿地设有接线柱，接线柱与线圈连接。

所述线圈套左端设有内翻边结构，内翻边结构与阀体接触。

所述阀座与堵头之间为螺纹连接，阀座的左端设有密封圈。

所述阀座上还设有锁紧螺母。

所述阀体的左端设有直管。

所述阀针与阀孔的锥形密封面斜度相同，且阀针大端的直径大于阀孔直径。

所述复位部件为第一弹簧，第一弹簧与阀体之间设有第一弹簧垫片。

所述阀芯与超磁致伸缩筒之间有缝隙，支撑筒上设有流体通道将缝隙与流体入口连通。

阀体与隔磁环之间为焊接、隔磁环与极靴之间为焊接、极靴与堵头之间为焊接、极靴与线圈套之间为焊接。

本发明的有益效果在于：

与现有技术相比，本发明具有如下优点：(1)调节电流即可调节阀门开度，进而对流体流量、压力进行比例调节，相对于原有的微小流量比例阀，调节范围大，且调节精度高；(2)可实现阀门的微小开度成比例控制，控制精度高，比例特性不会随着使用衰减；(3)由于超磁致伸缩材料的输出力较大，阀针与阀孔17可采用金属锥面密封，密封性能好、寿命长，且阀门开度变化线性度好；(4)由于超磁致伸缩材料的运动刚性和动态稳定性好，阀门响应的重复性好、可靠性高；(5)采用磁场控制阀芯位移，无需电流直接通入阀体内，提高了安全性；(6)阀针周围具有流体集中空间，使流体压力分布均匀，避免了阀门开闭瞬间压力突变；(7)由于超磁致伸缩材料具有无限的位移分辨率，可以通过施加电流来实现阀门的微小开度成比例控制，控制精度较高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是超磁致伸缩材料在不同预压力下的伸缩系数与电磁强度的关系示意图。

图中：1-阀体；2-复位部件；3-压紧部件；4-阀芯；5-支撑筒；6-超磁致伸缩筒；7-隔磁环；8-线圈组件；9-极靴；10-堵头；11-阀座；12-线圈；13-线圈套；14-绝缘胶；15-接线柱；16-阀针；17-阀孔；18-密封圈；19-锁紧螺母；20-台肩结构；21-第一弹簧垫片；22-第二弹簧垫片；23-直管。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1所示为本发明的结构示意图：

本发明提供了一种阀针锥面密封型微流量超磁致伸缩比例阀，包括从左至右依次连接的阀体1、隔磁环7、极靴9，所述隔磁环7上套设有线圈组件8，所述极靴9内设有堵头10，堵头10内设有阀座11，阀座11内设有阀孔17与阀体1内腔相通，所述阀体1上设有流体入口，阀体1内设有阀芯4，阀芯4的右端设有阀针16，阀针16与阀孔17相靠近的一边对应设有锥形密封面，阀芯4上套设有支撑筒5和超磁致伸缩筒6，超磁致伸缩筒6的轴向位置与隔磁环7至少部分重合，阀芯4的左端设有台肩结构20，台肩结构20右端与支撑筒5之间的间隙不大于0.0015mm，台肩结构的左端与阀体1壁面之间设有复位部件2。

所述台肩结构20右端与支撑筒5之间的间隙为0.0015～0.0005mm。使得超磁致伸缩筒6推动支撑筒5与台肩结构接触时，超磁致伸缩筒6的伸长量与磁场强度的变化关系进入线性变化范围，便于准确控制阀门开度。

当要开启阀门时，线圈组件8通电，产生磁场，超磁致伸缩筒6在磁场的作用下伸长，左端推动支撑筒5带动阀芯4向左移动，使阀针16离开阀孔17，从而阀门开启；磁场力随着电流而改变，从而超磁致伸缩筒6的伸长量可由电流比例控制，进而对阀门开度进行比例控制。当要关闭阀门时，断开电流，磁场消失，阀芯4在复位部件2的作用下向右移动，使得阀针16插入阀孔17，形成密封。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：调节电流即可调节阀门开度，进而对流体流量、压力进行比例调节，相对于原有的微小流量比例阀，调节范围大，且调节精度高；可实现阀门的微小开度成比例控制，控制精度高，比例特性不会随着使用衰减；由于超磁致伸缩材料的输出力较大，阀针16与阀孔17可采用金属锥面密封，密封性能好、寿命长，且阀门开度变化线性度好；由于超磁致伸缩材料的运动刚性和动态稳定性，阀门响应速度快、重复性好、可靠性高；采用磁场控制阀芯4位移，无需电流直接通入阀体1内，提高了安全性；阀针16周围有流体集中空间，使流体压力分布均匀，避免了阀门开闭瞬间压力突变；由于超磁致伸缩材料具有无限的位移分辨率，可以通过施加电流来实现阀门的微小开度成比例控制，控制精度较高。

所述支撑筒5的左端面和阀体1的壁面之间还设有压紧部件3。压紧部件3将支撑筒5压紧，对超磁致伸缩筒6形成预压力，提高其伸缩性能。如图2所示为超磁致伸缩材料在不同预压力下的伸缩量与电磁强度关系曲线，图中，λ为超磁致伸缩系数，可见，增加了预压力后，超磁致伸缩筒6的伸缩性能明显提高，减小了磁场强度需求。

所述压紧部件3为第二弹簧，第二弹簧与阀体1之间设有第二弹簧垫片22。利用第二弹簧对超磁致伸缩材料施加预压力，第二弹簧作为预压力部件占用空间小、频响高、刚度大，有利于减小比例阀的体积。

所述极靴9为带有外翻边的筒形，线圈组件8的右端与极靴9的外翻边接触，线圈组件8的左端至少覆盖阀体1的一部分。磁场经过极靴9、阀座11、超磁致伸缩筒6、阀体1、线圈组件8形成一圈闭合回路，提高了磁场的利用率。

所述线圈组件8包括线圈12、线圈套13，线圈12与隔磁环7之间设有绝缘胶14，线圈套13端面贯穿地设有接线柱15，接线柱15与线圈12连接。接线柱15便于线圈12与外部控制电路的连接。

所述线圈套13左端设有内翻边结构，内翻边结构与阀体1接触。线圈12两端分别通过阀体1和极靴9导磁，形成线圈套13——极靴9——堵头10——超磁致伸缩筒6——支撑筒5——阀体1——线圈套13的闭合磁路，便于集中磁场，减小磁场能量耗散，提高有用磁场与电流之间的线性度，便于控制磁场的线性规律。

所述阀座11与堵头10之间为螺纹连接，阀座11的左端设有密封圈18。通过螺纹连接，便于阀座11的拆装和位置调节，便于安装时调试，通过密封圈18对阀座11与堵头10之间进行密封，防止泄露。

所述阀座11上还设有锁紧螺母19。当调节好阀座11位置后，由锁紧螺母19将阀座11锁死，可有效避免阀座11长时间使用时松动，导致阀开口大小改变。

所述阀体1的左端设有直管23。比例阀通过直管23安装在推力系统输出线路上，可采用焊接或过盈配合，安装方便，流动性好。

所述阀针16与阀孔17的锥形密封面斜度相同，且阀针16大端的直径大于阀孔17直径。提高密封效果，并使得阀针16匀速运动时阀门开度变化线性度好，减小压力波动。

所述复位部件2为第一弹簧，第一弹簧与阀体1之间设有第一弹簧垫片21。第一弹簧频响高、响应速度快，有利于阀芯4的快速复位。

所述阀芯4与超磁致伸缩筒6之间有缝隙，支撑筒5上设有流体通道将缝隙与流体入口连通。阀芯4与堵头10之间对应设有缺口使缝隙与阀针周围的空间连通，流体在流体通道内集中流动，减小阻力。

阀体1与隔磁环7之间、隔磁环7与极靴9之间、极靴9与堵头10之间、极靴9与线圈套13之间为焊接。提高比例阀的整体性和密封性，并且保证连接处的强度，确保在流体压力高的情况下使用安全。

所述阀体1、支撑座5、极靴9、线圈套13、堵头10由导磁材料制成；隔磁环7、阀芯4、阀座11由非导磁材料制成。