一种低功耗低噪音泄复压阀、泄压和复压方法与流程

1.本发明涉及一种低功耗低噪音泄复压阀、泄压和复压方法，用于对功耗控制和噪音控制有高要求的密闭空间泄复压使用，如空间站等，属于电磁阀技术领域。


背景技术：

2.空间站内为了舱内气体泄复压需要一种泄复压阀。传统的电磁阀为了维持打开状态，需长时间通电，功耗高，且阀芯阀座开口处流道复杂，容易产生气动噪音，影响宇航员的工作和生活。
3.现有技术中，磁自锁阀采用永磁自锁的方式能够维持电磁阀打开或关闭状态，极大的降低了电磁线圈功耗。但磁自锁阀流道普遍偏小，阀芯阀口气体流速过快，气体流动噪音大。传统的消声器有两种结构，一种是腔体式，通过对气体减速、移频来降低气动噪音，另一种是包覆式，通过吸引材料包覆控制阀，达到隔离噪音的目的。腔体式的消声器会产生流体阻力，降低阀门的流通性能；包覆式的消声方法，包覆材料大多为吸音棉等非金属材料，随着气流冲刷，容易老化，产生细微纤维等多余物，造成密闭空间污染。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了泄复压阀的功耗大、噪音大问题。
5.本发明目的通过以下技术方案予以实现：
6.一种低功耗低噪音泄复压阀，包括隔离消声器、壳体组件，以及两个相同的磁自锁阀；
7.隔离消声器包括隔离壳体、阻尼夹层、移频内层；隔离壳体为一侧设有开口的腔体；阻尼夹层与移频内层组合后，分别安装在隔离壳体的顶部、与开口相对的侧面；阻尼夹层与移频内层组合后还安装在隔离壳体内作为隔层，隔层顶部与腔体顶部留有间隙，隔层和与开口相对的侧面形成通道；隔层的下部设有通孔；阻尼夹层利用多孔材料对噪音进行衰减，移频内层用于吸音并隔离阻尼夹层；
8.壳体组件安装在隔离壳体内，与隔离壳体底面连接，两个磁自锁阀并排安装在壳体组件上；壳体组件内设有流道，流道的一端连接隔层的通孔，另一端连接外部，两个磁自锁阀均打开时，壳体组件内的流道完全导通；
9.两个磁自锁阀与隔离壳体顶部之间的间隙、隔层和与开口相对的侧面形成的通道、壳体组件内的流道共同形成整个介质流道。
10.优选的，所述磁自锁阀包括阀体、阀芯、轭铁、衔铁、弹簧、永磁铁、外壳、开线圈和关线圈；
11.阀芯穿过轭铁中心孔后与衔铁连接，弹簧位于轭铁和阀芯之间，阀芯、轭铁、衔铁和弹簧组合后插入阀体的内孔，轭铁与阀体连接；
12.所述开线圈、永磁铁、关线圈沿轴向依次设置于阀体的外部；从开线圈到关线圈的
方向，阀体依次包括端头、上隔磁环、导磁环、下隔磁环、底座；且导磁环的位置与永磁铁相对应；
13.所述外壳套装在阀体上，且与阀体的端头、底座均连接，与永磁铁紧密接触，外壳还用于与壳体组件连接；
14.阀芯与壳体组件配合形成密封副。
15.优选的，端头、上隔磁环、导磁环、下隔磁环、底座依次焊接连接。
16.优选的，阀芯与壳体组件配合的端面为密封面，密封面内嵌有橡胶块。
17.优选的，阀芯密封面的直径大于衔铁的直径。
18.优选的，所述壳体组件包括壳体和过滤器；
19.壳体用于为介质提供流道，并为两个磁自锁阀提供密封安装接口，且与隔离消声器的底部连接；
20.过滤器安装在壳体上，用于对进入壳体流道中的介质进行过滤。
21.优选的，所述隔离壳体采用金属材质制成，用于为阻尼夹层和移频内层提供支撑，并用于隔离衰减噪音。
22.优选的，所述阻尼夹层采用聚酯纤维吸音板。
23.优选的，所述移频内层包括骨架、内层金属丝网、中层金属丝网、外层金属丝网，将骨架、内层金属丝网、中层金属丝网、外层金属丝、骨架依次平铺叠放在一起，进行点焊，组成一个整体，并覆盖所有阻尼夹层材料。
24.优选的，所述磁自锁阀仅在打开关闭状态切换过程中接通脉冲电压信号，其他时间均无需供电。
25.采用上述低功耗低噪音泄复压阀的泄压方法，包括：
26.在所述低功耗低噪音泄复压阀的两端形成压力差，且内部高于外部，介质依次从两个磁自锁阀与隔离壳体顶部之间的间隙、隔层和与开口相对的侧面形成的通道、壳体组件内的流道通过后输出到外部；其中两个磁自锁阀均打开，使壳体组件内的流道完全导通。
27.采用上述低功耗低噪音泄复压阀的复压方法，包括：
28.在所述低功耗低噪音泄复压阀的两端形成压力差，且外部高于内部，介质依次从壳体组件内的流道、隔层和与开口相对的侧面形成的通道、两个磁自锁阀与隔离壳体顶部之间的间隙通过后输出；其中两个磁自锁阀均打开，使壳体组件内的流道完全导通。
29.本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
30.1.本发明采用磁自锁阀作为介质(气体)控制阀，能够低功耗运行。
31.2.本发明采用阀芯密封面外置结构能够扩大自锁阀流通能力，降低气体流速，减小气动噪音。
32.3.本发明泄复压阀能够实现双向密封，满足泄压和复压的功能。
33.4.本发明消声器能够耐受气流冲刷，不会产生多余物，适应于对环境有高要求的密封环境。
34.5.本发明消声器为隔离式消声器，不影响阀门自身流通能力。
35.6.本发明所述泄复压阀的隔离式消声器采用高度集成化设计，特别是隔离式消声器结构、磁自锁阀、壳体组件与整体流道一体式设计，保证了低功耗、低噪声的技术效果，同时实现了减小空间尺寸，降低产品重量的目的。
附图说明
36.图1为本发明低功耗低噪音泄复压阀结构原理图。
37.图2为本发明磁自锁阀结构原理图。
38.图3为本发明壳体组件原理图。
39.图4为本发明隔离消声器结构原理图。
40.图5为本发明阀体结构原理图。
41.图6为本发明低功耗低噪音泄复压阀泄压状态示意图。
42.图7为本发明低功耗低噪音泄复压阀复压状态示意图。
43.附图标记如下：
44.1-磁自锁阀a；2-磁自锁阀b；3-壳体组件；4-隔离消声器；5-阀体；6-开线圈；7-外壳；8-永磁铁；9-关线圈；10-衔铁；11-销钉；12-阀芯；13-轭铁；14-弹簧；15-上气隙；16-下气隙；17-壳体；18-过滤器；19-密封平台a；20-密封平台b；21-隔离壳体；22-阻尼夹层a；26-阻尼夹层b；27-阻尼夹层c；28-阻尼夹层d；23-移频内层a；24-移频内层b；25-移频内层c；29-内层金属丝网；30-中层金属丝网；31-外层金属丝网；32-骨架；33-端头；34-上隔磁环；35-导磁环；36-下隔磁环；37-底座。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
46.实施例1：
47.一种低功耗低噪音大流量的泄复压阀，包括磁自锁阀a 1、磁自锁阀b 2、隔离消声器4和壳体组件3；
48.所述磁自锁阀a 1、磁自锁阀b 2主要包括阀体5、阀芯12、销钉11、轭铁13、衔铁10、弹簧14、永磁铁8、外壳7、开线圈6和关线圈9；
49.所述壳体组件3包括壳体17和过滤器18；
50.所述隔离消声器4包括隔离壳体21、阻尼夹层a 22、阻尼夹层b 26、阻尼夹层c 27、阻尼夹层d 28和移频内层a 23、移频内层b 24、移频内层c 25；
51.所述磁自锁阀a 1、磁自锁阀b 2、阀芯12穿过轭铁13中心孔，衔铁10和阀芯12通过销钉11连接，弹簧14位于轭铁13和阀芯12之间，阀芯12、轭铁13、衔铁10、销钉11和弹簧14组成的组件插入阀体5内孔，轭铁13外螺纹与阀体5内螺纹配合拧紧；
52.所述开线圈6、永磁铁8、关线圈9沿轴向依次设置于阀体5外部的凹槽中；
53.所述阀体5沿轴向由下至上依次为底座37、下隔磁环36、导磁环35、上隔磁环34和端头33，通过两两焊接而来，底座37上设置有内螺纹；
54.所述阀芯12伸出轭铁13螺纹端面，其下端面为密封面，密封面内嵌有橡胶块；
55.所述外壳7与阀体5上下凸肩及永磁铁8相接触，底部为方形法兰为磁自锁阀a 1和磁自锁阀b 2装配提供机械接口；
56.所述壳体17为机械加工金属零件，为泄复压阀提供气体流道，为磁自锁阀a 1提供密封平台a 19，为磁自锁阀b 2提供密封平台b 20，并实现磁自锁阀的插装式集成安装，为隔离消声器4提供安装接口；
57.所述过滤器18安装于壳体17右侧，通过螺纹连接于壳体17装配；
58.所述气体流道为泄复压阀中控制气体流动的通道；
59.所述壳体密封平台为壳体17与阀芯12形成的密封配合，壳体17中包含两个密封平台，分别与磁自锁阀a和磁自锁阀b形成密封副；
60.所述壳体17上端面设置有螺纹孔，与外壳7下端方法兰配合，固定磁自锁阀；
61.所述壳体17上端包含两个圆孔，分别插入磁自锁阀a 1和磁自锁阀b 2，并与阀体5下端圆柱面通过胶圈实现密封，防止气体外漏。
62.所述隔离壳体21是隔离消声器4的最外层，采用铝合金材质，将磁自锁阀a1、磁自锁阀b 2及壳体17等噪声源全部包覆在内，依靠金属壁面隔离衰减噪音，为阻尼夹层和移频内层提供支撑。
63.所述阻尼夹层a 22、阻尼夹层b 26、阻尼夹层c 27、阻尼夹层d 28是隔离消声器4中间层，采用聚酯纤维吸音板，结构上根据隔离壳体预留的腔体，裁剪成相应形状，平铺填充入隔离壳体内。
64.所述移频内层a 23、移频内层b 24、移频内层c 25是隔离消声器4的最内层，起吸音和隔离阻尼夹层的目的。由骨架32、内层金属丝网29、中层金属丝网30和外层金属丝网31组成。将内层金属丝网29、中层金属丝网30、外层金属丝31和骨架32依次平铺叠放在一起，进行点焊，组成一个整体，安装在隔离消声器4最内层，覆盖所有阻尼夹层材料。
65.当需要磁自锁阀a 1或磁自锁阀b 2打开时，给开线圈6接通不小于10ms的脉冲电压信号，衔铁10在电磁力作用下沿轴向向上运动，上气隙空间减小，下气隙空间扩大，通过销钉11带动阀芯12向上运动，并维持在打开状态；
66.当需要磁自锁阀a 1或磁自锁阀b 2关闭时，给关线圈9接通不小于10ms的脉冲电压信号，衔铁10在电磁力和弹簧力作用下沿轴向向下运动，上气隙空间扩大，下气隙空间减小，通过销钉11带动阀芯12向下运动，并维持在关闭位置。
67.所述磁自锁阀仅打开关闭状态切换过程中接通不小于10ms的脉冲电压信号，其他状态均无需供电。
68.所述壳体17上端面包含两个圆孔，分别插入磁自锁阀a 1和磁自锁阀b 2；
69.所述壳体设置有两个密封平台a 19、密封平台b 20，分别与磁自锁阀a和b阀芯配合形成密封副，双道密封形成冗余密封；
70.所述壳体17流道左右近似对称设置，保证无论泄复压阀处于泄压工作状态还是复压工作状态，与真空接触的磁自锁阀阀芯12，气体作用力始终有利于阀芯12密封，可以有效提高真空密封性能。
71.所述骨架32为金属带材成型制造，为金属丝网提供支撑及固定作用；
72.所述内层金属丝网29为0.028mm网孔尺寸不锈钢网，与阻尼夹层接触；
73.所述中层金属丝网30为0.1mm网孔尺寸不锈钢网；
74.所述外侧金属丝网31为1mm网孔尺寸不锈钢网，与气体流道接触；
75.所述阀芯12伸出轭铁13螺纹端面，阀芯12下端面为密封面，密封面内嵌有橡胶块，所述橡胶块和阀芯可以采用橡胶硫化技术连接；
76.所述阀芯12密封面直径可以大于衔铁直径。
77.实施例2：
78.如图1所示，一种低功耗低噪音的泄复压阀，主要由磁自锁阀a 1、磁自锁阀b 2、隔离消声器4和壳体组件3组成，进行集成化设计，采用插装式集成于一体，空间尺寸小，重量轻。
79.发明的工作原理是：当泄复压阀处于未工作状态时，磁自锁阀a 1和磁自锁阀b 2的阀芯12在轴向向下的永磁铁8磁力和弹簧力共同作用下，与壳体组件3的密封凸台处于接触状态，实现对壳体组件3流道的双道密封，这个状态产品无噪音，无功耗。
80.当泄复压阀需要由关闭转化为打开时，给磁自锁阀a 1和磁自锁阀b 2的开线圈接通不小于10ms的脉冲电压信号，阀芯12与壳体组件3的密封凸台分离，实现对壳体组件3流道的畅通，对从壳体组件3过滤器流入的气体进行泄压，在泄压过程中，隔离消声器4为气体流动带来的气动噪音进行降噪。试验研究表明，未装入隔离消声器的泄复压阀，气动噪音为88db(a)，装入隔离消声器后气动噪音降至59.7db(a)，降噪28.3db(a)，有效降低了气动噪音。
81.当泄复压阀需要由打开转化为关闭时，给磁自锁阀a 1和磁自锁阀b 2的关线圈接通不小于10ms的脉冲电压信号，磁自锁阀阀芯与壳体组件3的密封凸台接触，实现对壳体组件3流道的双道密封。
82.如图2所示为磁自锁阀，主要由阀体5、阀芯12、销钉11、轭铁13、衔铁10、弹簧14、永磁铁8、外壳7、开线圈6和关线圈9组成。
83.阀体5由底座、下隔磁环、导磁环、上隔磁环和端头从下到上依次焊接而来，中心为导向孔，底部为内螺纹；阀芯12穿过轭铁13中心孔，衔铁10和阀芯12通过销钉11连接，弹簧14位于轭铁和阀芯之间，阀芯、轭铁、衔铁、销钉和弹簧组成的组件插入阀体5导向孔，轭铁外螺纹与阀体内螺纹配合拧紧，衔铁将阀体和轭铁形成的圆柱形导向孔空间分为了上气隙15和下气隙16，阀芯伸出轭铁螺纹端面，其下端面为密封面，密封面内嵌有橡胶块，橡胶块和阀芯采用橡胶硫化技术连接，阀芯密封面直径大于衔铁直径，提高了磁自锁阀的流通能力；开线圈6、永磁铁8、关线圈9沿轴向从上至下依次设置于阀体5外部的凹槽中，外壳7与阀体5上下凸肩及永磁铁8相接触，底部为方形法兰为磁自锁阀装配提供机械接口。
84.磁自锁阀的工作原理是：
85.当需要磁自锁阀打开时，给开线圈6接通不小于10ms的脉冲电压信号，衔铁10在电磁力作用下沿轴向向上运动，上气隙空间减小，下气隙空间扩大，通过销钉11带动阀芯12向上运动，并维持在打开状态；当需要磁自锁阀关闭时，给关线圈9接通不小于10ms的脉冲电压信号，衔铁10在电磁力和弹簧力作用下沿轴向向下运动，上气隙空间扩大，下气隙空间减小，通过销钉11带动阀芯12向下运动，并维持在关闭位置。磁自锁阀仅打开关闭状态切换过程中接通不小于10ms的脉冲电压信号，其他状态均无需供电，因此磁自锁阀功耗低。
86.如图3所示为壳体组件，由壳体17和过滤器18组成。壳体17为机械加工零件，左侧为通用外螺纹接口，右侧为内螺纹接口，为过滤器18提供安装；上端面包含两个圆孔，分别插入磁自锁阀a 1和磁自锁阀b 2，并与阀体5下端圆柱面通过胶圈实现密封，防止气体外漏；内部为气体流道，气体流向如图3箭头所示，设置有两个密封平台a 19、密封平台b 20，分别与磁自锁阀a 1和磁自锁阀b 2的阀芯12配合形成密封副，双道密封形成冗余密封，保证了真空密封性能。
87.当泄复压阀用于泄压时，壳体组件3左侧外螺纹接口连接舱外真空环境，当泄复压
阀用于复压时，壳体组件3左侧外螺纹接口连接气源系统。壳体组件3流道呈近似对称设置，保证无论泄复压阀处于泄压工作状态还是复压工作状态，与真空接触的磁自锁阀阀芯12，气体作用力始终有利于阀芯12密封，可以有效提高真空密封性能。
88.如图4所示为隔离消声器，由隔离壳体21、阻尼夹层a 22、阻尼夹层b 26、阻尼夹层c 27、阻尼夹层d 28和移频内层a 23、移频内层b 24、移频内层c 25组成。隔离壳体21是隔离消声器的最外层，起隔离噪音和结构支撑的作用。其结构尽可能将磁自锁阀a 1、磁自锁阀b 2及壳体组件3等噪声源全部包覆在内，依靠金属壁面隔离衰减噪音，同时为阻尼夹层a 22、阻尼夹层b 26、阻尼夹层c 27、阻尼夹层d 28、移频内层a 23、移频内层b 24和移频内层c 25提供支撑。阻尼夹层是隔离消声器4中间层，利用多孔材料吸音降噪的原理对噪音进行衰减，材料选择聚酯纤维吸音板，这种材料具有阻燃、密度小、易加工、无有害气体释放等特点，适应封闭空间环境使用。结构上根据隔离壳体预留的腔体，裁剪成相应形状，平铺填充入隔离壳体内。移频内层是隔离消声器4的最内层，起吸音和隔离阻尼夹层的目的，覆盖在所有阻尼夹层外表面。由骨架32、内层金属丝网29、中层金属丝网30和外层金属丝网31组成。将内层金属丝网29、中层金属丝网30、外层金属丝31和骨架32按阻尼内层相应形状加工成型，然后依次平铺叠放在一起，进行点焊，组成一个整体，安装在隔离消声器4最内层，覆盖所有阻尼夹层材料。骨架32为金属带材，为金属丝网提供支撑及固定作用。内层金属丝网29为0.028mm网孔尺寸不锈钢网，与阻尼夹层接触。中层金属丝网30为0.1mm网孔尺寸不锈钢网。外侧金属丝网31为1mm网孔尺寸不锈钢网，与气体流道接触。三层金属丝网采用“细中粗”的组合方式形成复合丝网结构，既保证了吸音降噪，又保证了阻尼夹层聚酯纤维的有效隔离。试验研究表明，复合丝网结构可以增加降噪2％～5％。
89.图5所示为阀体，由底座37、下隔磁环36、导磁环35、上隔磁环34和端头33组成，通过两两焊接而来，中部形成阀体内孔，底座37内设置有内螺纹，底座37外和端头33外设置有凸肩，用于和外壳7过盈连接；
90.图6所示为本发明泄压过程气体流动状态；舱内气体从泄复压阀隔离消声器4左侧进入，从磁自锁阀a 1和磁自锁阀b 2前、后和上方绕过，进入隔离消声器4右侧通道，往下进入壳体组件3过滤器18，气体从过滤器位置流入，进入磁自锁阀b 2密封平台，通过磁自锁阀b 2阀芯12与壳体密封平台a 19形成的环缝后进入壳体内腔，然后通过磁自锁阀a 1阀芯12与壳体密封平台b 20形成的环缝后进入壳体17左侧流道，壳体17左侧流道连接舱外真空外径，从而把舱内气体泄放至舱外。
91.图7所示为本发明复压过程气体流动状态；气源气体从泄复压阀壳体组件3左侧外螺纹接口进入，进入磁自锁阀a 1阀芯12下部容腔，通过磁自锁阀a 1阀芯12与壳体密封平台b 20形成的环缝后进入壳体内腔，然后通过磁自锁阀b 2阀芯12与壳体密封平台a 19形成的环缝后进入壳体17右侧流道，通过过滤器18后进入隔离消声器4右侧通道，往上流动，从磁自锁阀a 1和磁自锁阀b 2前、后和上方绕过，进入舱内，为舱内复压。
92.本发明除可应用于空间站外，在深海作业站、深空探测站、外行星地面站等密闭系统中均可推广使用，在安装空间有限、环境条件要求高、密封性要求高的场合具有广泛的应用前景，具有低功耗、低噪音、密封性、可靠性高、结构紧凑等优点。
93.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
94.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域
技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。