CN111043388A - 一种水下高压***用高压电磁阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水下高压***用高压电磁阀，响应速率快，密封性好；且在***控制器的作用下，能够同时开起或关闭若干个电磁阀，从而达到控制***阵列同步或分时工作的目的。该高压电磁阀包括线圈模块和阀体模块，线圈模块用于通电产生电磁力，驱使铁芯带动阀销克服弹簧的弹力做相应的运动，打开内部气路通道，断电时，电磁阀内部磁场消失，在弹簧的弹性力作用下，铁芯带动阀销运动关闭内部气路。该电磁阀中的线圈采用分层线圈的设计，降低了线圈的电阻和电感，提高了电磁阀的响应速度，在阵列***使用时，能有效提高***阵列工作的同步性增加同步性；同时电阻减小，在相同电流作用下，产生的电磁力大。

Description

一种水下高压***用高压电磁阀

技术领域

本发明涉及一种电磁阀，具体涉及一种高压电磁阀。

背景技术

高压***阵列是目前使用最为广泛的一种低频人工震源，是一种能够产生次声物理场的高效能发声器，主要用于海底资源探测和深海科考。***震源向海底发射地震波，然后采集海底反射回来的地震波信号，根据不同地质结构的反射特性，解析出真实的海底油气资源分布。

其次，在军事领域，通过高压***组合(阵)的工作方式，将不同气室容积、不同气体释放口的***进行组合，安装于扫雷艇上组成***阵列，控制其同步或分时工作，可有效扫除声引信水雷。

此外，在安全防务领域，高压***作为能产生次声场的水下气爆声源，可单枪或组网成阵部署于我重要军港、码头、岛礁、核电站、海上钻井平台等重要设施的关键水域，可对非法入侵的水下蛙人进行非致命性打击，迫使其浮出水面，便于抓捕。

高压电磁阀作为高压***声源的重要组成部分，是***阵列可靠工作的关键，为满足上述气爆式声源的功能及其工作时的可靠性，要求电磁阀应具备以下功能：

1)高气压通过电磁阀时，开起及关闭的响应性；

2)由于电磁阀装配与***构成一体，水下工作时受到水压与振动的冲击，要求其具有良好的抗振能力和可靠的密封性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种水下高压***用高压电磁阀，响应速率快，密封性好；且在***控制器的作用下，能够同时开起或关闭若干个电磁阀，从而达到控制***阵列同步或分时工作的目的。

所述的水下高压***用高压电磁阀包括：密封对接的线圈模块和阀体模块；

所述线圈模块包括：两个插针、插针座、线圈组件和外壳；所述线圈组件和插针座同轴固定安装在外壳的中心孔内；两个插针设置在插针座上，两个插针分别通过导线与所述线圈组件相连；在所述线圈组件和所述插针座之间设置有用于和阀体模块相连的连接座；

所述阀体模块包括：顶座、卡套、弹簧、铁芯、套筒、阀销和阀座；所述顶座为一端设置有轴肩，另一端加工有外螺纹的柱形结构，其轴肩端加工有中心盲孔；所述阀座一端设置有轴肩，且阀座轴肩外圆周设置有环形凸台；

所述顶座的轴肩与阀座的轴肩对接固定，且对接面以角结构形式密封；所述顶座伸入线圈模块中线圈组件的中心孔内，且所述顶座与连接座螺纹连接；所述阀座上的环形凸台与所述外壳对接，并在对接面以角结构形式密封；

所述铁芯为一端开口一端加工有过孔的中空柱形结构，同轴套装在顶座的中心盲孔内，并与所述中心盲孔滑动配合；所述套筒同轴套装在铁芯内部过孔所在端，所述阀销一端安装在套筒内，销头部分伸出铁芯；所述卡套一端伸入铁芯内部，另一端伸出铁芯；所述卡套伸入铁芯内部的端部与套筒相对，且相对面间间隔设定距离；在所述卡套伸入铁芯内部的外圆周套装有弹簧，所述弹簧两端分别顶在卡套的轴肩处和套筒的端面上，在所述弹簧的弹力作用下，所述卡套的端部紧贴顶座中心盲孔的内底面，所述阀销的销头部分伸出铁芯端部的过孔；

在所述阀座内部与所述阀销相对的轴线上加工有气流通道A，在阀座内部还加工有贯穿阀座轴肩部分轴向两端的气流通道B；

所述铁芯能够在所述线圈组件产生的电磁力的作用下带动所述阀销沿其轴线移动，实现气流通道A与气流通道B之间气路的连通和关闭；所述弹簧用于在电磁力消失后，所述铁芯和所述阀销的复位。

优选的：所述线圈组件为分层线圈组件，包括：线圈架以及缠绕在线圈架上的内绕组层、缠绕在内绕组层上的中绕组层、缠绕在中绕组层上的外绕组层，所述内绕组层、中绕组层、外绕组层之间并联。

优选的：所述顶座为高导磁率材料制备。

优选的：所述线圈组件中的线圈采用单金铜材料制成。

优选的：由上卡箍和下卡箍对接形成的卡箍固定在外壳上插针所在端端部，所述卡箍用于固定电磁阀的线缆。

优选的：所述线圈组件、插针座以及连接座通过填充胶封装固定在外壳内，且所述插针座通过填充胶与连接座对接固定。

有益效果：

(1)该电磁阀由线圈模块和阀体模块构成，二者仅通过螺纹配合安装在一起，其结构简单，装备和维护方便；且整体密封性好，能够满足水下使用的要求。

(2)采用分层线圈的设计，降低了线圈的电阻和电感，提高了电磁阀的响应速度，在阵列***使用时，能有效提高***阵列工作的同步性增加同步性；同时电阻减小，在相同电流作用下，产生的电磁力大。

(3)设置顶座，顶座为高导磁率材料，将线圈产生的电磁聚集到顶座所在端，提高对铁芯的电磁吸合力。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为线圈模块的结构示意图；

图3为阀体模块的结构示意图；

图4为分层线圈绕制结构示意图；

图5为本发明电磁阀与***结构装配后的示意图。

其中：1-线圈模块、2-阀体模块、3-密封圈A、4-螺钉A、5-上卡箍、6-下卡箍、7-上插针、8-下插针、9-插针座、10-填充胶、11-分层线圈组件、12-外壳、13-顶座、14-卡套、15-弹簧、16-铁芯、17-套筒、18-阀销、19-密封圈B、20-螺钉B、21-阀座、22-线圈架、23-内绕组层、24-中绕组层、25-外绕组层、26-线缆、27-密封圈C、28-密封圈D、29-密封圈E、30-枪体、31-储气室、32-激发气室、33-进气孔、34-出气孔、35-活塞、36-泄气口

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种水下高压***用高压电磁阀，响应速率快，密封性好；且在***控制器的作用下，能够同时开起或关闭若干个电磁阀，从而达到控制***阵列同步或分时工作的目的。

如图1所示，该高压电磁阀包括线圈模块1和阀体模块2，由于该电磁阀是装配在气爆式声源上的，在水下一定深度工作，且工作环境恶劣，电磁阀内还要承受一定的内压。为保证其能安全可靠地工作、又方便其内部器件的维护与保养，将电磁阀的承压构件主体设计成线圈模块1的外壳12与阀体模块2的阀座21两部分，阀体模块2通过顶座13螺纹与线圈模块1连接，以减小枪体结构的体积。为达到可靠密封，线圈模块1和阀体模块2采用标准的角结构密封形式。外壳12与阀座21选用马氏体不锈钢材料制作，目的是利用该材料自身具有一定的导磁性的特点，同时强度高、硬度大，具有一定抗海水腐蚀等特点。

如图2所示，线圈模块包括由上卡箍5和下卡箍6对接形成的卡箍、上插针7、下插针8、插针座9、分层线圈组件11和外壳12。为保证线圈模块1在工作时，能在有限的体积与重量范围内发挥出最佳的电磁力来满足使用要求，采取的具体实施方式是：外壳12为中空柱形结构，分层线圈组件11和插针座9同轴固定安装在外壳12的中心孔内；通过填充胶10将分层线圈组件11和插针座9封装固定在外壳12内，以达到良好的散热和密封效果。上插针7和下插针8并列设置在插针座9上，上插针7和下插针8分别通过导线与分层线圈组件11相连。在分层线圈组件11和插针座9之间设置有用于和阀体模块2的顶座13螺纹连接的连接座，连接座与分层线圈组件11相对的一端加工有具有内螺纹的盲孔。连接座通过填充胶10封装固定在外壳12内，插针座9通过填充胶10与连接座对接固定。

上插针7和下插针8的作用是连接外部控制单元与电磁阀内分层线圈组件11之间的桥梁，为提高其使用寿命，采用强度及刚度较高的黄铜制作。插针座9为聚甲醛材料制作，其作用一是固定上插针7和下插针8的位置，防止两根插针接触而造成短路，二是起密封作用。

由上卡箍5和下卡箍6对接形成的卡箍通过螺钉A4固定在外壳12上插针7和下插针8所在端端部，卡箍的功能是安装及固定电磁阀的线缆26(图5所示)，螺钉4、上卡箍5下卡箍6均由316不锈钢材质制作。

分层线圈组件11的作用是在电磁阀工作时提供足够的电磁力，用于打开电磁阀内部气路的通道。为提高分层线圈组件11的使用寿命，分层线圈组件11中的线圈选用单金铜材料制成，利用其自身具有稳定的导电性与导热性。为减小分层线圈组件11的电阻，将其分层缠绕在线圈架22上。具体的，如图4所示，分层线圈组件11包括：线圈架22以及缠绕在线圈架22上的内绕组层23、缠绕在内绕组层23上的中绕组层24、缠绕在中绕组层24上的外绕组层25，所形成的内绕组层23、中绕组层24、外绕组层25之间并联，线圈架22采用聚甲醛材料制作。

如图3所示，阀体模块2包括：顶座13、卡套14、弹簧15、铁芯16、套筒17、阀销18和阀座21；其中顶座13为一端设置有轴肩，轴肩外径和外壳12与其对接端的内径相同；另一端加工有外螺纹的柱形结构，其轴肩端加工有中心盲孔；阀座21一端设置有轴肩，轴肩部分的直径和外壳12与其对接端的内径相同；且阀座21轴肩部分的外圆周设置有环形凸台，环形凸台的厚度和外壳12与其对接端的壁厚相同。顶座13的轴肩与阀座21的轴肩对接，并通过不锈钢螺钉B20连接。顶座13与阀座21对接面间并通过密封圈B19以角结构形式密封形成阀体模块2整体，由此保证电磁阀在工作过程中，高压气体只存在于阀体模块2内部，不会渗漏到线圈模块1和阀体模块2配合的间隙中。

顶座13以及阀座21的一部分伸入线圈模块1中分层线圈组件11的中心孔内，且顶座13与连接座螺纹连接，以顶座13为中心导向杆，确保线圈模块1与阀体模块2的同轴度要求。阀座21上的环形凸台的位置保证，顶座13与连接座螺纹连接后，该环形凸台与外壳12对接，并在对接面通过密封圈A3以角结构形式密封。顶座13为高导磁率材料，将分层线圈组件11产生的电磁聚集到顶座13所在端，提高对铁芯16的电磁吸合力。

铁芯16同轴套装在顶座13的中心盲孔内，端部与中心盲孔的内底面间间隔设定距离；所述铁芯16能够在线圈组件1产生的电磁力的作用下沿其轴线移动；铁芯16为一端开口一端加工有过孔的中空柱形结构，套筒17同轴套装在铁芯16内部过孔所在端，阀销18一端安装在套筒17内，锥形销头部分伸出铁芯16端部的过孔；卡套14一端伸入铁芯16内部，另一端伸出铁芯16与顶座13中心盲孔的内底面抵触；卡套14伸入铁芯16内部的端部与套筒17相对，且相对面间有间隙，且在卡套14伸入铁芯16内部的外圆周套装有弹簧15，弹簧15两端分别顶在卡套14的轴肩上和套筒17端面上。在弹簧15的弹力作用下，卡套14的端部紧贴顶座13中心盲孔的内底面，阀销18的锥形销头部分伸出铁芯16。在阀座21内部与阀销18相对的轴线上加工有用于和***的出气孔34连通的气流通道A，在阀座21内部还加工有贯穿阀座21轴肩部分轴向两端的气流通道B，气流通道B用于和***的进气孔33连通。

线圈模块1和阀体模块2完成组装后，铁芯16连同阀销18的锥形销头刚好顶住阀座21的气流通道A，阻断气流通道A与气流通道B之间的气路(即阻断进气孔33与出气孔34)。分层线圈组件11通电时，产生电磁力，在电磁力的作用下，铁芯16克服弹簧15的弹力向左运动，同时带动套筒17和阀销18向左运动，从而连通气流通道A与气流通道B(即打开进气孔33与出气孔34之间的气路)；分层线圈组件11断电后，电磁力消失，弹簧16复位，推动套筒17和阀销18向右运动，阀销18的锥形销头顶住阀座21的气流通道A，使气流通道A与气流通道B不连通(即阻断进气孔33与出气孔34之间的气路)。铁芯16在整个结构中是产生磁路的主要通道，因此选用铁素体不锈钢制作，利用其具有高导磁性的特点。

图5所示为本发明电磁阀装配至气高压***上的结构示意图。该电磁阀安装在高压***上，通过密封圈C与线缆26连接，通过密封圈D28和密封圈E29与枪体30密封连接。进气孔33与***的储气室31连通，出气孔34与***的激发气室32连通。由高压气站提供设定的具有一定压力的气体，经充气嘴向高压***储气室31充气，当储气室31气压达到高压气站的设定值时，气站内的气体不再向储气室31供气。当该高压电磁阀接收到电信号时，电磁阀内部产生磁场，铁芯16在电磁力的作用下带着阀销18向左运动，打开电磁阀体内部通道，即连通进气孔33与出气孔34，储气室31内的高压气体迅速从进气孔33经过出气孔34到达激发气室34，从而推动活塞杆35向右运动，此时封闭在储气室31的高压气体迅速从***的泄气口36放出，达到产生气爆声场的目的，由此完成对高压***的控制。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (9)

1.一种水下高压***用高压电磁阀，其特征在于，包括：密封对接的线圈模块(1)和阀体模块(2)；

所述线圈模块(1)包括：两个插针、插针座(9)、线圈组件和外壳(12)；所述线圈组件和插针座(9)同轴固定安装在外壳(12)的中心孔内；两个插针设置在插针座(9)上，两个插针分别通过导线与所述线圈组件相连；在所述线圈组件和所述插针座(9)之间设置有用于和阀体模块(2)相连的连接座；

所述阀体模块(2)包括：顶座(13)、卡套(14)、弹簧(15)、铁芯(16)、套筒(17)、阀销(18)和阀座(21)；所述顶座(13)为一端设置有轴肩，另一端加工有外螺纹的柱形结构，其轴肩端加工有中心盲孔；所述阀座(21)一端设置有轴肩，且阀座(21)轴肩外圆周设置有环形凸台；

所述顶座(13)的轴肩与阀座(21)的轴肩对接固定，且对接面以角结构形式密封；所述顶座(13)伸入线圈模块(1)中线圈组件的中心孔内，且所述顶座(13)与连接座螺纹连接；所述阀座(21)上的环形凸台与所述外壳(12)对接，并在对接面以角结构形式密封；

所述铁芯(16)为一端开口一端加工有过孔的中空柱形结构，同轴套装在顶座(13)的中心盲孔内，并与所述中心盲孔滑动配合；所述套筒(17)同轴套装在铁芯(16)内部过孔所在端，所述阀销(18)一端安装在套筒(17)内，销头部分伸出铁芯(16)；所述卡套(14)一端伸入铁芯(16)内部，另一端伸出铁芯(16)；所述卡套(14)伸入铁芯(16)内部的端部与套筒(17)相对，且相对面间间隔设定距离；在所述卡套(14)伸入铁芯(16)内部的外圆周套装有弹簧(15)，所述弹簧(15)两端分别顶在卡套(14)的轴肩处和套筒(17)的端面上，在所述弹簧(15)的弹力作用下，所述卡套(14)的端部紧贴顶座(13)中心盲孔的内底面，所述阀销(18)的销头部分伸出铁芯(16)端部的过孔；

在所述阀座(21)内部与所述阀销(18)相对的轴线上加工有气流通道A，在阀座(21)内部还加工有贯穿阀座(21)轴肩部分轴向两端的气流通道B；

所述铁芯(16)能够在所述线圈组件(1)产生的电磁力的作用下带动所述阀销(18)沿其轴线移动，实现气流通道A与气流通道B之间气路的连通和关闭；所述弹簧(15)用于在电磁力消失后，所述铁芯(16)和所述阀销(18)的复位。

2.如权利要求1所述的水下高压***用高压电磁阀，其特征在于：所述线圈组件为分层线圈组件(11)，包括：线圈架(22)以及缠绕在线圈架(22)上的内绕组层(23)、缠绕在内绕组层(23)上的中绕组层(24)、缠绕在中绕组层(24)上的外绕组层(25)，所述内绕组层(23)、中绕组层(24)、外绕组层(25)之间并联。

3.如权利要求1或2所述的水下高压***用高压电磁阀，其特征在于：所述顶座(13)为高导磁率材料制备。

4.如权利要求1或2所述的水下高压***用高压电磁阀，其特征在于：所述线圈组件中的线圈采用单金铜材料制成。

5.如权利要求1或2所述的用于水下高压***用高压电磁阀，其特征在于：由上卡箍(5)和下卡箍(6)对接形成的卡箍固定在外壳(12)上插针所在端端部，所述卡箍用于固定电磁阀的线缆。

6.如权利要求1或2所述的用于水下高压***用高压电磁阀，其特征在于：所述线圈组件、插针座(9)以及连接座通过填充胶(10)封装固定在外壳(12)内，且所述插针座(9)通过填充胶(10)与连接座对接固定。

7.如权利要求1或2所述的用于水下高压***用高压电磁阀，其特征在于：所述插针的材料为黄铜。

8.如权利要求1或2所述的用于水下高压***用高压电磁阀，其特征在于：所述外壳(12)与阀座(21)的材料为马氏体不锈钢。

9.如权利要求1或2所述的用于水下高压***用高压电磁阀，其特征在于：所述铁芯(16)的材料为铁素体不锈钢。

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