一种超高温高压大流量快速反应电磁阀的制作方法

1.本实用新型涉及电磁阀领域，特别是涉及一种超高温高压大流量快速反应电磁阀。


背景技术：

2.现有的电磁阀适用介质通常以中性气体和中性液体为主，密封件以橡胶为主体，特殊介质以工程塑料为辅，当介质为超高温高压时，所有电磁阀内部的元器件将全部失效，线圈会因为高温而烧掉，密封件会因为高温而融化，材料会因为高温而变形。
3.现有的电磁阀只适用于燃料，比如天然气、煤气、汽油、柴油和煤油等，电磁阀是用来控制这些燃料的通断，而电磁阀开关需要一个过程，燃料经过电磁阀出口后还需要点燃、燃烧和喷射等多个过程，这一个个环节加起来，会导致反应时间过长，无法实现一个高速飞行的飞行物快速变轨，这一难题一直是我们急需解决的。现有的电磁阀只能做到用燃料作为介质，在真正应用时，响应时间和精准度控制等和国际上的毫秒级反应还有很大的差距。
4.现有的电磁阀，特别是大口径高压力时，电磁阀的开关时间会大大增加，很难做到快速启闭，当介质为高压时，一般电磁阀均采用先导式结构，开关均会出现一个压差形成过程，此时关闭电磁阀的时间根本无法做到断电迅速关闭，在一些对开关速度极为苛刻的场所很难应用。尤其在一些飞行物实现快速变轨时，对电磁阀的开关时间和响应速度提出了非常高的要求。
5.现有的电磁阀，大部分采用的都是单线圈，有部分厂家也采用了双线圈的设计，但其往往忽略了最关键的问题，双线圈和多线圈如何以倍数的磁性能去提升开启速度和压力，而不是每个线圈只负责自已这一块区域；有些厂家为了提升开启速度，加大了电磁线圈功率，来提升电磁阀的响应速度，但其又忽略了电磁阀如何快速复位关闭这一关键点，电磁阀是一个开和关的过程，两者缺一不可。


技术实现要素：

6.(一)要解决的技术问题
7.本实用新型所要解决的问题是提供一种超高温高压大流量快速反应电磁阀，以克服现有电磁阀开闭响应时间长和不适用高温高压环境的缺陷。
8.(二)技术方案
9.为解决所述技术问题，本实用新型提供一种超高温高压大流量快速反应电磁阀，包括：
10.活动阀芯组件，包括可滑动的中心管以及沿轴向间隔设置在所述中心管外壁上的上活动铁芯和下活动铁芯，所述上活动铁芯和所述下活动铁芯之间安装有隔磁环；
11.隔磁管组件，外套在所述活动阀芯组件上，包括与所述上活动铁芯相对设置的上固定铁芯以及与所述下活动铁芯相对设置的下固定铁芯；
12.线圈组件，安装在所述隔磁管组件外侧，包括与所述上活动铁芯相对应的上线圈
以及与所述下活动铁芯相对应的下线圈，所述上线圈与所述下线圈之间安装有隔磁件；所述线圈组件还包括设置在所述下线圈两侧的第一导磁板和第二导磁板，所述上线圈的下端设置有第三导磁板，所述第一导磁板和所述第三导磁板分别位于所述隔磁件的两侧。
13.本电磁阀，采用双线圈叠加的方式，能够增强电磁阀的开启速度，打破传统电磁阀单线圈的开启方式，使电磁阀能快速响应和具有强劲的开启力。本实用新型中上线圈的两侧有上固定铁芯和第三导磁板两个磁性材料的配件，下线圈的两侧有第一导磁板和第二导磁板两个磁性材料的配件，中间有一隔磁件；当两个线圈同时通电时，各线圈均会产生磁场，而在叠加交汇处，磁场会相互干扰，当一根普通的活动铁芯放置在中心时，活动铁芯不能明确方向，不会出现位移；而本实用新型在两线圈之间放置一隔磁材料，使上线圈和下线圈的磁路成为个体，分别作用在各自的固定铁芯和活动铁芯上，吸合力倍增。
14.进一步的，所述上固定铁芯的高度为所述上固定铁芯外凸部、所述上线圈和所述第三导磁板总高度的1/3，所述下固定铁芯的高度为所述第一导磁板、所述下线圈和所述第二导磁板总高度的1/3。所述上活动铁芯的中心位于所述上固定铁芯外凸部、所述上线圈和所述第三导磁板总高度的1/3处，所述下活动铁芯的中心位于所述第一导磁板、所述下线圈和所述第二导磁板总高度的1/3处。
15.活动阀芯组件的运动轨迹受固定铁芯的位置影响，本电磁阀隔磁管组件上下固定铁芯均采用最佳位置设计，使其具有最佳吸合点再配合活动阀芯组件最佳隔磁设计，能够使电磁阀发挥最强的磁性能，大大提升开启速度。
16.进一步的，所述上活动铁芯与所述上固定铁芯之间安装有上弹簧，所述隔磁环固定在所述上活动铁芯的端部，所述上弹簧使所述隔磁环抵靠在所述下固定铁芯上，所述上固定铁芯上设置有用于安装所述上弹簧的上弹簧槽；所述下活动铁芯与所述下固定铁芯之间安装有下弹簧，所述下固定铁芯上设置有用于安装所述下弹簧的下弹簧槽。
17.电磁阀磁场力提升标志着电磁阀的开启力增大，而对快速响应电磁阀而言，光有快速的开启能力是不够的，还需要有快速的关闭能力；本实用新型采用双固定铁芯加双弹簧的创新，当电磁阀断电磁场消失后，需要弹簧来进行复位并密封，而双弹簧分别置于各线圈固定铁芯位置，使活动阀芯组件回弹受力均匀，可以起到快速关闭电磁阀的目的。
18.进一步的，所述超高温高压大流量快速反应电磁阀还包括：
19.罩壳，套装在所述线圈组件外侧，其一端设置有喇叭形的介质喷射口；
20.阀体，固定在所述罩壳的另一端，其内设置有介质入口，所述中心管的一端置于所述阀体内并与所述介质入口连通。
21.进一步的，所述阀体的内壁上设置有散热槽，所述散热槽的两侧均设置有阶梯散热结构；所述阶梯散热结构包括依次连接的耐高温陶瓷片、钛合金密封片和高温喷涂材料，所述中心管的外壁与所述耐高温陶瓷片滑动接触。其中，所述中心管的内壁上喷涂有隔热层，所述隔热层的厚度为20mm。
22.由于高温火焰直接作用于电磁阀，本电磁阀中心管外壁有散热槽并与耐高温陶瓷片进行硬连接，中心管在运动时，保持了非常好的气密间隙，可以有效阻断火焰进入，并能阻止高温传递；中心管内壁喷涂有耐1500℃的隔热层，可以有效的将高温进行隔离，当涂层厚度达到20mm时，中心管内通1500℃的火焰(燃烧介质)后，在隔热层的作用下，中心管外侧温度只有60℃，可以非常好的保护电磁线圈不被高温所影响。
23.进一步的，所述罩壳在靠近所述介质喷射口处安装有喷射导流装置，所述喷射导流装置包括导流座，所述导流座上安装有与所述中心管相对应的金属密封件，所述金属密封件的外侧环形等间距设置有多个喷射孔，所述喷射孔朝向外侧倾斜设置；所述喷射孔的外侧环形等间距设置有多个弧形回流槽，所述弧形回流槽沿竖直方向设置。
24.由于超高温介质(火焰)，一般的密封件温度到600℃后基本就被融化或者变形；本实用新型采用硬质合金材质作为金属密封件，同时采用平面金钢砂进行端面磨平，使金属密封件更加光滑平整，可以有效的阻挡超高温介质的冲击，密封效果好；电磁阀的喷射孔采用圆形环绕孔的设计，将火焰均匀的向介质喷射口喷射，使喷射的推力非常平稳，飞行物变轨姿态良好；同时由于喷射的高温火焰会将尾部的气体进行隔离，此时喷射孔外围设计有气体回流槽，使火焰和气体非常融洽的进行分配和回流，使飞行物运行平稳。
25.进一步的，所述隔磁管组件还包括固定在所述上固定铁芯与所述下固定铁芯之间的上隔磁管，所述下固定铁芯的下侧固定有下隔磁管；所述上线圈安装在所述上隔磁管外侧，所述下线圈安装在所述下隔磁管外侧。
26.(三)有益效果
27.本实用新型提供的一种超高温高压大流量快速反应电磁阀，与现有技术相比具有以下优点：
28.1)采用双线圈叠加设计，通过隔磁件和隔磁环规避了线圈磁场间的相互干扰，采用双活动铁芯设计，使活动铁芯运动方向更加明确，在双线圈作用下发挥其最大的磁性能，使电磁阀开启力以倍数增加；
29.2)隔磁管组件最佳吸合点配合活动阀芯组件最佳隔磁设计，能够使电磁阀发挥最强的磁性能，大大提升开启速度；
30.3)双弹簧设计，在磁场消失时，最佳吸合位置也是弹簧放置位置，关闭速度更快；
31.4)根据推力大小，可以设计成双线圈或多线圈，良好的磁路分配，合理的磁性能设计，加上快速开关的特点，使电磁阀应用于飞行器中可以实现快速的变轨；并且除了可以同时启动多个线圈，使电磁阀开启力大大提升，同时喷射后的推力大大提升外，还可以实现多线圈单独控制，当变轨需要微调时，只需要开启单个或者多个线圈，当需要实现大角度变轨或者躲避时，可以多线圈联动来增加喷射后的推力；
32.5)打破了以往电磁阀只负责输送燃料，再经过点燃再喷射的方式，本设计点燃的火焰直接在电磁阀腔体内喷射，减少了许多不必要的环节，大大缩短了喷射响应时间；并且采用喷射导流装置，设置回流槽可防止气体回流不畅出现膨胀产生强烈振动。
附图说明
33.图1为本实用新型一种超高温高压大流量快速反应电磁阀关闭状态下的结构示意图；
34.图2为本实用新型一种超高温高压大流量快速反应电磁阀活动阀芯组件和隔磁管组件连接的结构示意图；
35.图3为本实用新型一种超高温高压大流量快速反应电磁阀活动阀芯组件的结构示意图；
36.图4为本实用新型一种超高温高压大流量快速反应电磁阀隔磁管组件的结构示意
图；
37.图5为本实用新型一种超高温高压大流量快速反应电磁阀活动阀芯组件、隔磁管组件和线圈组件连接的结构示意图；
38.图6为本实用新型一种超高温高压大流量快速反应电磁阀两线圈通电后安装隔磁件前后产生磁场的结构示意图；
39.图7为本实用新型一种超高温高压大流量快速反应电磁阀中心管与阀体连接的结构示意图；
40.图8为本实用新型一种超高温高压大流量快速反应电磁阀喷射导流装置的结构示意图；
41.图9为本实用新型一种超高温高压大流量快速反应电磁阀喷射导流装置的立体图；
42.图10为本实用新型一种超高温高压大流量快速反应电磁阀喷射导流装置使用时的结构示意图；
43.图11为本实用新型一种超高温高压大流量快速反应电磁阀开启时的结构示意图；
44.图12为本实用新型一种超高温高压大流量快速反应电磁阀应用在飞行器时的结构示意图；
45.图中各个附图标记的对应的部件名称是：11、中心管；12、上活动铁芯；13、下活动铁芯；14、隔磁环；15、隔热层；21、上固定铁芯；22、下固定铁芯；23、上弹簧槽；24、下弹簧槽；25、上隔磁管； 26、下隔磁管；31、上线圈；32、下线圈；33、隔磁件；34、第一导磁板；35、第二导磁板；36、第三导磁板；4、上弹簧；5、下弹簧； 6、罩壳；61、介质喷射口；7、阀体；71、介质入口；72、散热槽； 73、阶梯散热结构；731、耐高温陶瓷片；732、钛合金密封片；733、高温喷涂材料；8、喷射导流装置；81、导流座；82、金属密封件； 83、喷射孔；84、弧形回流槽；85、高温喷射物；86、高温气体。
具体实施方式
46.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
47.参阅图1至图12，本实用新型提供一种超高温高压大流量快速反应电磁阀，包括可滑动的活动阀芯组件、隔磁管组件、线圈组件、罩壳6和阀体7。
48.参阅图2和图3，活动阀芯组件包括可滑动的中心管11以及沿轴向间隔设置在中心管11外壁上的上活动铁芯12和下活动铁芯13，上活动铁芯12和下活动铁芯13之间安装有隔磁环14。中心管11的内壁上喷涂有隔热层15，隔热层15的厚度为20mm。
49.当隔热层厚度达到20mm时，中心管通入温度为1500℃的高温火焰后，导管外壁用传感器测量表面温度为60℃，隔热效果非常理想，为保护线圈不被热传递所影响打下了扎实基础。其中，隔磁环 14起到了重要的作用，可以将上下线圈产生的磁场进行分配，虽然上活动铁芯和下活动铁芯在同一中心管上，但两活动铁芯均可朝着同一个方向移动，电磁阀运动方向更明确，吸合力更大，开启速度更快。
50.参阅图2和图4，隔磁管组件外套在活动阀芯组件上，隔磁管组件包括与上活动铁芯12相对设置的上固定铁芯21、与下活动铁芯13 相对设置的下固定铁芯22以及固定在上
固定铁芯21与下固定铁芯 22之间的上隔磁管25，下固定铁芯22的下侧固定有下隔磁管26。
51.常规电磁阀一根活动铁芯只配一个固定铁芯，在磁场力的作用下，一个固定铁芯只发挥了单线圈所能达到的吸合力；而本实用新型创造性的设计成双固定铁芯，双固定铁芯双线圈的设计，将活动阀芯移动的力进行了倍数的增加，同样随着线圈数量的增加，活动阀芯组件受到的磁场力也呈倍数增加。
52.参阅图1，线圈组件安装在隔磁管组件外侧，线圈组件包括与上活动铁芯12相对应的上线圈31以及与下活动铁芯13相对应的下线圈32，上线圈31安装在上隔磁管25外侧，下线圈32安装在下隔磁管26外侧，上线圈31与下线圈32之间安装有隔磁件33。线圈组件还包括设置在下线圈32两侧的第一导磁板34和第二导磁板35，上线圈31的下端设置有第三导磁板36，第一导磁板34和第三导磁板 36分别位于隔磁件33的两侧。
53.传统双线圈的方式，由于叠加处磁场会相互交叉相互干扰，吸合力只降不长。本实用新型在上线圈两侧设置磁性材料的部件，在下线圈两侧也设置了磁性材料部件，目的是让各线圈都发挥各自最大的磁性能，同时创造性的在上线圈和下线圈之间设置了隔磁件，同时在两个活动铁芯之间也设置有隔磁环，当双线圈通电后，两磁场之间不会相互影响，都能发挥各自最大的磁场吸合力，电磁阀打开压力更高。从图6左侧示意图中可以明显看出，双线圈工作时磁场的分布，当双线圈磁场交汇时，上下磁场会彼此影响，吸合力只降不升。从右侧图中可看出，而当两线圈之间放置一定厚度的隔磁材料后，上下磁场各自形成闭环，彼此不受影响，都发挥各自最强的磁性能，综合开启能力大大提升。
54.参阅图1和图5，上固定铁芯21的高度h1为上固定铁芯21外凸部、上线圈31和第三导磁板36总高度h1的1/3，下固定铁芯22 的高度h2为第一导磁板34、下线圈32和第二导磁板35总高度h2 的1/3。上活动铁芯12的中心位于上固定铁芯21、上线圈31和第三导磁板36总高度h1的1/3处，下活动铁芯13的中心位于第一导磁板34、述所下线圈32和第二导磁板35总高度h2的1/3处。
55.活动阀芯组件的运动轨迹受固定铁芯的位置影响，本实用新型对上下固定铁芯和上下活动阀芯均采用最佳位置设计，使隔磁管组件具有最佳的吸合面，此处磁场力最大，再配合活动阀芯组件和线圈组件的隔磁设计，能有效提升开启速度，反应迅速。
56.参阅图2和图4，上活动铁芯12与上固定铁芯21之间安装有上弹簧4，隔磁环14固定在上活动铁芯12的端部，上弹簧4使隔磁环 14抵靠在下固定铁芯22上，上固定铁芯21上设置有用于安装上弹簧4的上弹簧槽23；下活动铁芯13与下固定铁芯22之间安装有下弹簧5，下固定铁芯22上设置有用于安装下弹簧5的下弹簧槽24。
57.本实用新型采用双弹簧设计，分别在上下固定铁芯位置留有弹簧槽，当电磁阀断电，磁场消失后，在双弹簧的作用下可以使活动铁芯与固定铁芯快速分离，并与密封件吸合。从吸合位置分析，最佳吸合位置也是弹簧放置位置，这个节点也是电磁阀通电后磁场最强处，当电磁阀断电后，双弹簧可以使活动铁芯快速复位，关闭迅速。
58.参阅图1、图8和图9，罩壳6套装在线圈组件外侧，其一端设置有喇叭形的介质喷射口61；罩壳6在靠近介质喷射口61处安装有喷射导流装置8，喷射导流装置8包括导流座81，导流座81上安装有与中心管11相对应的金属密封件82，金属密封件82为硬质合金材质，金属密封件82的外侧环形等间距设置有多个喷射孔83，喷射孔83朝向外侧倾斜设置；喷射孔83的外侧环形等间距设置有多个弧形回流槽84，弧形回流槽84沿竖直方向设置。
59.本实用新型采用硬质合金作为密封材质，当高温介质直接接触密封件时，硬质合金材料不但钢性好，强度高，能耐高温冲击，而且在高温高压下材料依然保持非常好的平整度。本工艺采用高频激光堆焊的方式，将高强度的合金材料一点点堆焊至导流座81上，然后采用粗精磨结合的方式将密封面进行多次加工，最后采用研磨的方式以达到最佳的密封效果。
60.参阅图10，当电磁阀开启后，高温介质瞬间会从喷射导流装置喷出，高温火焰的热量会使周围气体形成一股涡流，使周围气体升温膨胀，此时会造成介质喷射口强烈振动；本实用新型喷射导流装置采用多个沿周向分布均匀的喷射孔，使介质喷射口推力均匀，同时喷射孔周围所产生的气体顺势从弧形回流槽回流，从而使介质喷射口处喷射非常稳定。
61.参阅图1和图7，阀体7固定在罩壳6的另一端，其内设置有介质入口71，中心管11的一端置于阀体7内并与介质入口71连通。阀体7的内壁上设置有散热槽72，散热槽72的两侧均设置有阶梯散热结构73；阶梯散热结构73包括依次连接的耐高温陶瓷片731、钛合金密封片732和高温喷涂材料733，中心管11的外壁与耐高温陶瓷片731滑动接触。
62.介质入口会直接与中心管接触，此时会有高温进行传递；本实用新型采用阶梯式散热设计，既保证中心管在腔体内移动顺畅，又保证良好的密封和热量隔离。
63.参阅图10，使用时，介质入口直接与燃烧室相通，燃烧室出口有止回隔热挡板，当电磁阀需要参与变轨工作时，燃烧室中止回隔热挡板打开，燃烧的高温火焰直接进入电磁阀中心管；当变轨指令下达给电磁阀时，所有电磁线圈同时通电产生多重磁场，在强磁场力的作用下使活动铁芯与对应的固定铁芯快速吸合，中心管端部迅速移动与金属密封件分离，火焰直接从介质喷射口喷出，电磁阀呈打开状态。当收到变轨完成的指令后，所有线圈同时断电，磁场力消失，活动铁芯在对应的弹簧作用下迅速与对应的固定铁芯分离，中心管一端与金属密封件接触，介质被阻断，电磁阀处于关闭状态。
64.参阅图11，本实用新型中火焰来做为电磁阀介质是独创的，即电磁阀直接控制火焰是否喷出；当然对电磁阀的设计提出了非常高的要求，它不需要过多的环节，只需要电磁阀能适用于火焰等高温燃烧介质，并且电磁阀能够快速响应。在应用中，只要在飞行物的周围布置多个电磁阀，需要变换姿态时，对应的电磁阀瞬间开启就能达到姿态调整的要求。这样的开关过程仅仅需要≤5ms的开关时间，对于大口径高压力的电磁阀来说，响应非常迅速，而且喷射效果好，速度快，喷射力大。
65.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。