一种带有自冷却系统的防爆电磁阀的制作方法

1.本实用新型涉及电磁阀技术领域，具体是一种带有自冷却系统的防爆电磁阀。


背景技术：

2.在现有技术中，传统常通电类型电磁阀结构主要采用两个线圈包裹在阀芯周围，实现产生电磁力。如图1所示，以norgren电磁阀为例，有以下几点缺点：
3.第一、电磁线圈发热量大，散热困难，使得电磁线圈无法做大，结构的限定使得最大磁力受到限制；
4.第二、常开状态时，电磁线圈持续升温，容易导致漆包线的绝缘线老化，从而缩短电磁阀的使用寿命；
5.第三、由于电磁阀工作状态的环境温度较高，如果将电磁阀用在氢环境下，一旦设备中的氢气出现泄漏，可能会发生爆炸，因此，在氢气环境下使用电磁线圈带来很大的安全隐患；
6.第四、如果将电磁阀用在氢环境等类似超低温环境下，由于环境温度不稳定，会导致电磁阀的性能不稳定，使用效果差；
7.第五、传统线圈结构在使用时，为了使线圈温度不超过限定值，就需要采用大线圈来承担很小的功率，就是本领域技术人员通常说的“大马拉小车”的情况，这样的操作会导致成本上升，重量增加等问题。


技术实现要素：

8.实用新型目的：本实用新型的目的是为了解决现有技术的不足，提供了一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，有效解决电磁线圈散热困难的问题，电磁线圈的整体重量轻且易操作，安全性强，使用寿命长。
9.技术方案：为了实现以上目的，本实用新型所述的一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，它包括：线圈轮毂，和线圈轮毂同轴并且设置在轴套内的固定镀镍铁芯、移动镀镍铁芯和阀芯，以及位于固定镀镍铁芯和移动镀镍铁芯中间处的回座弹簧。它还包括：线圈支架轮毂，铜线圈，支撑机构和散热系统，所述的线圈支架轮毂径向套设在轴套的外侧，铜线圈绕在线圈支架轮毂的径向外侧，支撑机构用于支撑线圈支架轮毂实现对线圈支架轮毂的径向和轴向固定，散热系统通过利用散热介质在铜线圈的径向和轴向流动实现对铜线圈的温控，所述的线圈支架轮毂为中空结构，线圈支架轮毂和支撑机构之间设有间隙，铜线圈和散热系统之间设有间隙，通过在铜线圈内部设置绝缘冷却油的流通通道，可以有效利用外壳降温后使绝缘冷却油密度增加而向下流动，从而驱使流体形成自然对流，保证对铜线圈的散热达到最佳效果。
10.固定镀镍铁芯和移动镀镍铁芯安装在轴套内，其中固定镀镍铁芯和轴套固定在一起，而移动镀镍铁芯沿着轴套轴向移动实现控制阀芯的移动，从而控制阀门的开启和关闭，由于固定镀镍铁芯、移动镀镍铁芯、阀芯、回座弹簧和轴套的连接关系和工作原理为现有技
术，因此，此处对其连接关系和工作原理不作重复说明。
11.作为本实用新型的进一步优选，所述的支撑机构包括：线圈支架，线圈支撑柱，垫环和线圈保护壳盖板，所述的位于同一截面的多个垫环固设在线圈轮毂的内侧壁上，环状线圈支架的内环部分与线圈支架轮毂端部的外表面固连成为一个整体结构，所述的环状线圈支架和线圈支架轮毂为一体成型的“工”字形结构，线圈支架的外环部分卡入垫环后与其相抵实现对线圈支架轮毂的径向和轴向固定，线圈保护壳盖板将散热系统固定在铜线圈的径向外侧，线圈支撑柱均匀排布在线圈支架和线圈保护壳盖板的中间处实现对线圈支架轮毂的轴向固定。
12.当作为散热介质的绝缘冷却油从线圈保护壳盖板上的注油孔进入螺线圈保护壳内，利用螺线圈保护壳内外温差实现对铜线圈整体进行降温。当需要更换绝缘冷却油时，打开线圈保护壳盖板上的排油孔，利用重力将绝缘冷却油从螺线圈保护壳内排出即可，注油孔和排油孔均通过油盖利用螺纹连接或卡扣连接的方式与线圈保护壳盖板连接，实现注油孔和排油孔的打开和关闭。
13.作为本实用新型的进一步优选，所述的线圈支撑柱和线圈保护壳盖板通过过盈配合连接、螺纹连接、焊接或铆接的方式紧固在一起，通过多个线圈支撑柱支撑线圈支架轮毂，保证了安装铜线圈的稳定性和可靠性。
14.作为本实用新型的进一步优选，所述的散热系统包括：螺线圈保护壳，散热片，注油孔和排油孔，所述的螺线圈保护壳安装在铜线圈的径向外侧，螺线圈保护壳的两个轴向端面分别与线圈保护壳盖板紧固，注油孔和排油孔分别位于两个线圈保护壳盖板上，散热片均匀安装在螺线圈保护壳的外表面。
15.作为本实用新型的进一步优选，所述的线圈支架和线圈保护壳盖板之间的间隙为5mm～10mm，所述的螺线圈保护壳和铜线圈之间的间隙为5mm～10mm，所述的线圈支架轮毂和轴套之间的间隙为5mm～10mm，经过反复实验验证，间隙尺寸建议在5mm～10mm之间。通道小于5mm时，油品粘性会显著降低自然对流流动效果。虽然通道尺度越大，散热效果越好，但是阀体尺寸增加，会导致成本增加。
16.作为本实用新型的进一步优选，所述的螺线圈保护壳内设有用于散热介质流动的空腔，所述的散热介质为绝缘冷却油，铜线圈的温度得到有效控制后，通过利用绝缘冷却油作为散热介质可以使铜线圈长时间保持通电，无需担心在氢环境、以及其它易燃易爆等特殊气体环境下，由于电磁线圈温度过高带来的爆炸隐患。
17.作为本实用新型的进一步优选，散热介质的体积与空腔容积比为1:5～1:1。
18.作为本实用新型的进一步优选，所述的空腔容积为线圈支架与线圈保护壳盖板之间的容积，螺线圈保护壳和铜线圈之间的容积以及线圈支架轮毂和轴套之间的容积之和。
19.工作原理
20.自由对流，亦称“自由对流换热”,简称“自然对流”。由于各部分温度不均匀而形成密度差,从而在重力场或其他力场中产生浮升力所引起的对流换热现象。
21.当铜线圈通电持续发热，铜线圈内部和铜线圈接触的绝缘冷却油的温度会逐渐上升，当和铜线圈接触的绝缘冷却油温度高于外部环境温度时，绝缘冷却油在线圈支架轮毂与轴套之间的缝隙向上流动，自然对流开始生效。此时，持续空冷的散热片进一步会冷却靠近螺线圈保护壳的绝缘冷却油，该区域变压油温度下降，则对应密度上升，该区域的绝缘冷
却油在螺线圈保护壳和铜线圈之间向下缓慢流动，而内腔变压油持续缓慢被线圈加热升温，从而密度降低而上浮。
22.因此在空腔里，形成自然对流。内腔变压油温度会进一步上升，直到和外部环境温度之间形成某一温差，在该温差时，内部线圈产生热量的速度，等于外部散热片散热的速度，此时，达成动态平衡，系统温度整体上区域平衡。
23.随着螺线圈保护壳内空腔容积中的温度和外部环境温度的温差从0开始逐渐变大，直到达成动态平衡之后，该温差相对达到一个稳定值，自然对流的流动强度和该温差正相关。温差值越大，则自然对流越强，内部流体介质流动速率越快，单位时间降低的热量也越多。
24.有益效果：本实用新型所述的一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，与现有技术相比，具有以下优点：
25.(1)、通过在铜线圈外侧加设散热系统，从而保证铜线圈在长时间通电的状态下，同样可以实现温度可控；
26.(2)、在铜线圈内部形成绝缘冷却油流通通道，有效利用外壳降温后使绝缘冷却油密度增加而向下流动，从而驱使流体形成自然对流，保证对铜线圈的散热达到最佳效果；
27.(3)、铜线圈的温度得到有效控制后，可以使铜线圈长时间保持通电，无需担心在氢环境、以及其它易燃易爆等特殊气体环境下，由于电磁线圈温度过高带来的爆炸隐患；
28.(4)、垫环采用耐低温高分子材料，铜线圈外侧的漆包线采用耐低温高分子绝缘漆，因此整个线圈也可以在超低温下工作，可广泛应用于液氮、液氢、液化天然气、液氦等各种工况，使用场合多，易推广生产。
附图说明
29.图1为现有技术中电磁阀的全剖视图；
30.图2为本实用新型的主视图；
31.图3为本实用新型的俯视图；
32.图4为本实用新型的仰视图
33.图5为本实用新型未安装铜线圈的全剖视图；
34.图6为本实用新型的全剖视图。
具体实施方式
35.下面结合附图，进一步阐明本实用新型。
36.如图1所示为现有技术中的通电类型电磁阀全剖视图，主要采用两个线圈包裹在阀芯周围，实现产生电磁力。该结构的电磁线圈发热量大，散热困难，使得电磁线圈无法做大，结构的限定使得最大磁力受到限制；为了使线圈温度不超过限定值，就需要采用大线圈来承担很小的功率，这样的操作会导致成本上升，重量增加等问题。
37.如图2至图6所示为本实用新型所述的一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，它包括：线圈轮毂1、线圈支架2、线圈支撑柱3、高分子垫环4、线圈保护壳盖板5、螺线圈保护壳6、散热片7、回座弹簧8、移动镀镍铁芯9、阀芯10、线圈支架轮毂11、铜线圈12、轴套13、注油孔14、排油孔15和固定镀镍铁芯16。
38.位于线圈轮毂1下方的固定镀镍铁芯16、移动镀镍铁芯9和阀芯10同轴设置在轴套13内，回座弹簧8位于固定镀镍铁芯16和移动镀镍铁芯9的中间处，在电磁线圈通电后，固定镀镍铁芯16和移动镀镍铁芯9同时带磁，两者磁性的n极和s极方向相同，因此产生吸力，固定镀镍铁芯16和轴套13固定在一起无法移动，因此，固定镀镍铁芯16会吸引移动镀镍铁芯9，压缩回座弹簧8并使固定镀镍铁芯16、移动镀镍铁芯9吸合在一起，此时的移动镀镍铁芯9会吸引位于其下方的阀芯10一起移动，从而使得通电后阀门开启。
39.线圈支架轮毂11径向套设在轴套13的外侧，铜线圈12绕在线圈支架轮毂11的径向外侧，所述的线圈支架轮毂11为中空结构，线圈支架轮毂11的两个端面与线圈支架2通过一体成型的方式固连形成“工”字形结构；位于同一截面位置的多个垫环4固设在线圈轮毂1的内侧壁上，垫环4为高分子垫环，材质为绝缘材料，优选为ptfe或陶瓷材料；环状线圈支架2的内环部分与线圈支架轮毂11端部的外表面固连，线圈支架2的外环部分卡入垫环4后与其相抵实现对线圈支架轮毂11的径向和轴向固定，线圈保护壳盖板5将散热系统固定在铜线圈12的径向外侧，线圈支撑柱3均匀排布在线圈支架2和线圈保护壳盖板5的中间处实现对线圈支架轮毂11的轴向固定；
40.螺线圈保护壳6安装在铜线圈12的径向外侧，螺线圈保护壳6的两个轴向端面分别与线圈保护壳盖板5紧固，注油孔14和排油孔15分别位于两个线圈保护壳盖板5上，散热片7均匀安装在螺线圈保护壳6的外表面。
41.所述的线圈支架2与线圈保护壳盖板5之间设有5mm～10mm的间隙，螺线圈保护壳6和铜线圈12之间设有5mm～10mm的间隙，线圈支架轮毂11和轴套13之间设有5mm～10mm的间隙。
42.实施例
43.本次选用测试的变压油品，许用工作温度范围为-50℃到+120℃。满足本产品工作温度范围；
44.本发明经反复验证，内部自然对流通道即通道横截面，通道尺寸建议在5mm～10mm之间。通道小于5mm时，油品粘性会显著降低自然对流流动效果。虽然通道尺度越大，散热效果越好，但是阀体尺寸增加，会直接导致成本增加。
45.散热介质在线圈支架2与线圈保护壳盖板5之间，螺线圈保护壳6和铜线圈12之间，以及线圈支架轮毂11和轴套13之间流动，当作为散热介质的绝缘冷却油从线圈保护壳盖板5上的注油孔14沿螺线圈保护壳6的内壁进入时，绝缘冷却油首先会由于重力作用在螺线圈保护壳6和铜线圈12之间向下流动；
46.当电磁阀启动时，固定镀镍铁芯16会吸引移动镀镍铁芯9向上作轴向运动，然后由移动镀镍铁芯9吸引阀芯10向上运动，此时的阀门被开启，铜线圈12开始做功，会产生大量热量，在移动镀镍铁芯9四周温度升高的作用下，会使绝缘冷却油在线圈支架轮毂11与轴套13之间的缝隙向上流动；
47.而螺线圈保护壳6外侧设有的金属材料制成的散热片7在持续空冷散热，会使接触螺线圈保护壳6内壁的绝缘冷却油的油温下降，此时，在线圈支架轮毂11与轴套13之间的绝缘冷却油会在重力和密度的作用下向线圈支架2和顶部的线圈保护壳盖板5流动，最终使绝缘冷却油进入螺线圈保护壳6和铜线圈12之间并在重力的作用下向下流动；
48.随着铜线圈12的不断升温和螺线圈保护壳6散热就会使绝缘冷却油在铜线圈12的
四周实现在内圈上升和外圈下降的自然对流和循环，通过以上方式，实现工作中的电磁线圈的良好散热，同时也保护了铜线圈12及漆包线，延长工作寿命。
49.当电磁阀断电后，固定镀镍铁芯16和移动镀镍铁芯9的磁力消失，在回座弹簧8的弹簧力作用下使移动镀镍铁芯9向下移动回座，带动阀芯10向下移动使阀门关闭。当需要再次通电时，重复上述操作，在电磁力的作用下，固定镀镍铁芯16吸引移动镀镍铁芯9，由移动镀镍铁芯9带动阀芯10向上运动，从而使得阀门开启。
50.需要注意的是，由于本自然对流利用了外界环境空气来作为冷媒降温。因此冬夏秋冬不同季节不同环境温度，达到温差平衡时，系统内部温度会不同。冬季低，而夏季高。如果外部环境温度，最高不超过50摄氏度的话，则根据本发明设计原理，系统内部最高温度不超过80摄氏度。
51.如果外界环境温度在20摄氏度以下时，本系统内部最高温度不超过50摄氏度。如果外界环境温度在20摄氏度以下时，本系统内部最高温度不超过50摄氏度。
52.上述实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此来限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做出的等同变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，它包括：线圈轮毂(1)，和线圈轮毂(1)同轴并且设置在轴套(13)内的固定镀镍铁芯(16)、移动镀镍铁芯(9)和阀芯(10)，以及位于固定镀镍铁芯(16)和移动镀镍铁芯(9)中间处的回座弹簧(8)，其特征在于：它还包括：线圈支架轮毂(11)，铜线圈(12)，支撑机构和散热系统，所述的线圈支架轮毂(11)径向套设在轴套(13)的外侧，铜线圈(12)绕在线圈支架轮毂(11)的径向外侧，支撑机构用于支撑线圈支架轮毂(11)实现对线圈支架轮毂(11)的径向和轴向固定，散热系统通过利用散热介质在铜线圈(12)的径向和轴向流动实现对铜线圈(12)的温控，所述的线圈支架轮毂(11)为中空结构，线圈支架轮毂(11)和支撑机构之间设有间隙，铜线圈(12)和散热系统之间设有间隙。2.根据权利要求1所述的一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，其特征在于：所述的支撑机构包括：线圈支架(2)，线圈支撑柱(3)，垫环(4)和线圈保护壳盖板(5)，所述的位于同一截面的多个垫环(4)固设在线圈轮毂(1)的内侧壁上，环状线圈支架(2)的内环部分与线圈支架轮毂(11)端部的外表面固连，线圈支架(2)的外环部分卡入垫环(4)后与其相抵实现对线圈支架轮毂(11)的径向和轴向固定，线圈保护壳盖板(5)将散热系统固定在铜线圈(12)的径向外侧，线圈支撑柱(3)均匀排布在线圈支架(2)和线圈保护壳盖板(5)的中间处实现对线圈支架轮毂(11)的轴向固定。3.根据权利要求2所述的一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，其特征在于：所述的线圈支撑柱(3)和线圈保护壳盖板(5)通过过盈配合连接、螺纹连接、焊接或铆接的方式紧固在一起。4.根据权利要求2所述的一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，其特征在于：所述的线圈支架(2)和线圈保护壳盖板(5)之间的间隙为5mm～10mm。5.根据权利要求1所述的一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，其特征在于：所述的散热系统包括：螺线圈保护壳(6)，散热片(7)，注油孔(14)和排油孔(15)，所述的螺线圈保护壳(6)安装在铜线圈(12)的径向外侧，螺线圈保护壳(6)的两个轴向端面分别与线圈保护壳盖板(5)紧固，注油孔(14)和排油孔(15)分别位于两个线圈保护壳盖板(5)上，散热片(7)均匀安装在螺线圈保护壳(6)的外表面。6.根据权利要求5所述的一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，其特征在于：所述的螺线圈保护壳(6)和铜线圈(12)之间的间隙为5mm～10mm。7.根据权利要求1所述的一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，其特征在于：所述的线圈支架轮毂(11)和轴套(13)之间的间隙为5mm～10mm。8.根据权利要求5所述的一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，其特征在于：所述的螺线圈保护壳(6)内设有用于散热介质流动的空腔。9.根据权利要求1所述的一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，其特征在于：散热介质的体积与空腔容积比为1:5～1:1。10.根据权利要求9所述的一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，其特征在于：所述的空腔容积为线圈支架(2)与线圈保护壳盖板(5)之间的容积，螺线圈保护壳(6)和铜线圈(12)之间的容积以及线圈支架轮毂(11)和轴套(13)之间的容积之和。

技术总结
本实用新型公开了一种带有自冷却系统的防爆电磁阀，它包括：线圈轮毂，和线圈轮毂同轴并设置在轴套内的固定镀镍铁芯、移动镀镍铁芯和阀芯，以及位于固定镀镍铁芯和移动镀镍铁芯中间处的回座弹簧，它还包括：线圈支架轮毂，铜线圈，支撑机构和散热系统，所述的线圈支架轮毂径向套设在轴套的外侧，铜线圈绕在线圈支架轮毂的径向外侧，支撑机构用于支撑线圈支架轮毂实现对线圈支架轮毂的径向和轴向固定，散热系统通过利用散热介质在铜线圈的径向和轴向流动实现对铜线圈的温控，该电磁阀有效解决电磁线圈散热困难的问题，电磁线圈的整体重量轻且易操作，安全性强，使用寿命长。使用寿命长。使用寿命长。


技术研发人员：白慧星
受保护的技术使用者：苏州先创流体控制技术有限公司
技术研发日：2023.01.12
技术公布日：2023/7/27