一種核工業緊急納潮取水用非能動永磁閥的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種核工業緊急納潮取水用非能動永磁閥，其組成包括：法蘭盤（1）、閥門導管（2）、永磁鐵（3）、氣隙（4）、磁軛（5）、軸承（6）、旋轉柄（7）、浮球繩索（8）、定位銷（9）、磁閥蓋（10）及密封圈（10a）、浮球（11）、磁閥蓋罩（12）和閥門殼體。本實用新型永磁閥是按工況及實際應用要求用有限元方法進行磁路和結構設計及驗證。永磁、磁軛和阻磁件構成磁路控制閥門的運行。不需任何動力或人的操作，在特定的設計下，根據需要開關閥門。其結構簡單、造價低、無外瀉密封性好、可靠性高、抗腐蝕性好，及具有非能動特性。特別適用于核電站的非能動自動取水及各種應急情況下的氣、液流體的輸送。
【專利說明】
一種核工業緊急納潮取水用非能動永磁閥
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種核工業緊急納潮取水用非能動永磁閥，特別涉及一種適用于核電站的非能動自動取水及各種應急情況下用于輸送氣、液流體的非能動永磁閥。
【背景技術】
[0002]核電站等大型工業設施一般設有緊急取水冷卻設施，緊急取水冷卻設施一般采用電力和人工來控制需要時，緊急供水。但在惡劣的條件下，如地震等情況下，電力和人工卻無法實現打開閥門，將大量冷卻水注入核站需要部位，如2011年日本福島大地震。
[0003]因此，如何解決在失去電力和人工手動完成緊急情況下的閥門開放，將蓄水池中的水注入核站需要冷卻部位，以及各種應急情況下的氣、液流體的輸送成為國內外亟待解決關鍵性問題。

【發明內容】

[0004]本實用新型的目的在于提供一種核工業緊急納潮取水用非能動永磁閥。該永磁閥按工況及實際應用要求用有限元進行磁路和結構設計及驗證，包括法蘭盤、閥門導管、永磁鐵、氣隙、磁軛、軸承、旋轉柄、浮球繩索、定位銷、磁閥蓋及密封圈、浮球、磁閥蓋罩和閥門殼體。該永磁閥不需任何動力或人的操作。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:
[0006]—種核工業緊急納潮取水用非能動永磁閥，其組成包括:法蘭盤、閥門導管、永磁鐵、氣隙、磁軛、軸承、旋轉柄、浮球繩索、定位銷、磁閥蓋及密封圈、浮球、磁閥蓋罩和閥門殼體；
[0007]永磁鐵、磁軛和氣隙構成磁路系統，磁路系統套在閥門導管上；閥門導管一端設法蘭盤，另一端是導管密封面；導管密封面與磁閥蓋相鄰，磁閥蓋密封面上有環形凹槽，凹槽中嵌有環形橡膠密封圈；
[0008]永磁閥包括上下兩層磁系:固定圓盤磁系層和可轉動圓盤磁系層，固定圓盤磁系層靠近導管密封面和磁閥蓋側;每層磁系包括4塊以上釹鐵硼永磁鐵，永磁鐵外弧按N、S、N、S磁極分布;永磁鐵的內外弧形磁極端兩側邊有磁軛(5)，即永磁鐵夾在每對弧形磁軛之間；每組相鄰永磁鐵-磁軛的非磁極端頭之間有氣隙，每層磁系之間有氣隙；
[0009]可轉動圓盤磁系層的環內側與閥門導管之間嵌有環型軸承;可轉動圓盤磁系層的環外側嵌有一個旋轉柄和一個定位銷;旋轉柄通過浮球繩索連接浮球;永磁閥最外層為閥門殼體。
[0010]所述的一種核工業緊急納潮取水用非能動永磁閥，所述的永磁鐵，由8塊以上偶數塊組成兩層磁系，即固定圓盤磁系層和可轉動圓盤磁系層，每層磁系的永磁塊數相同，可轉動圓盤磁系層下方設有軸承。
[0011 ]本實用新型的優點與效果是:
[0012]I)通過可轉動圓盤磁系對固定圓盤磁系的相對運動實現磁力相加、相減，達到非能動開關作用，可在失去電力和人工手動完成緊急情況下的閥門開放。
[0013]2)產品制造及使用簡單，使用苛刻工況下的緊急輸送流體及管理。
[0014]3)生產成本低廉，易于工業化及質量穩定可靠等優點。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型永磁閥組件示意圖；
[0016]圖2為本實用新型永磁閥組件分解示意圖；
[0017]圖3為本實用新型永磁閥磁閥蓋罩示意圖；
[0018]圖4為本實用新型永磁閥開關原理示意圖；
[0019]圖5為有限元分析永磁閥磁系的磁感應強度示意圖。圖中(a)為對外不顯磁時(磁閥開放狀態)的磁感應強度;(b)為對外顯磁時(磁閥關閉狀態)的磁感應強度。
[0020]附圖1-3中:1-法蘭盤、2-閥門導管、2a_導管密封面、3_永磁鐵、4_氣隙、5_磁軛、6-軸承、旋轉柄、8_浮球繩索、9_定位銷、10-磁閥蓋、1a-磁閥蓋密封圈、11-浮球；12-磁閥至^皿卓。
【具體實施方式】
[0021]科技原理:本產品為永磁鐵多磁系組成，S卩8塊以上偶數塊永磁鐵體組成了固定圓盤磁系和可轉動圓盤磁系兩層磁系，每層的磁系有相鄰的磁鐵的N極和S極交替放置的偶數塊永磁鐵組成，即按N、S、N、S磁極分布。
[0022]磁力閥關閉狀態，上下兩層磁系的永磁體處于磁力相加狀態，總磁力F關大于管道中流體壓力F流，使磁閥蓋緊緊地吸在磁盤(導管)密封面上，而阻斷流體運動，
[0023]SP: F關〉F流；
[0024]磁力閥開放狀態，上下兩層磁系的永磁體處于磁力相減狀態，管道中的流體壓力F流大于此時磁力F開，流體壓力推開吸在磁盤上磁閥蓋，而流體流出，
[0025]8口:靡開。
[0026]磁力的相加減狀態是旋轉柄控制可轉動圓盤磁系對固定圓盤磁系相對位置所決定。旋轉柄被浮球上或下所轉動，浮球上或下有流體位子決定，即用液體場所無液體時空芯的浮球失去浮力，重力將旋轉柄向下拉動而使可轉動圓盤磁系旋轉而改變相對固定圓盤磁系的位子。沒有浮力的浮球自重F球大于總磁力F關減去流體壓力F流等于F開。此時即打開非能動磁力閥。
[0027]即:F球=F開=F關~F流
[0028]當用液體場所有液體時，液體對浮球產生浮力，總磁力F關又大于了流體壓力F流，磁系的磁力又將磁閥蓋從磁閥蓋罩(龍頭)中吸到磁盤上，即關閉了非能動磁力閥。
[0029]8塊永磁體組成的非能動磁力閥的可轉動圓盤磁系可旋轉90度，10塊永磁體組成的非能動磁力閥的可轉動圓盤磁系可旋轉72度，12塊60度，依此類推，即可實現非能動永磁閥的開關。
[0030]磁閥蓋密封面上有環形凹槽，凹槽中嵌有環形橡膠密封圈，以實現磁閥蓋密封面與磁系密封面的緊密密封。
[0031]具體磁路設計是依照磁學原理-環路、不可交叉、磁路最短及磁阻最小的原則。
[0032]本申請永磁閥結構如附圖1-3所示:
[0033]①組件由上下兩層磁系組成(每層四塊釹鐵硼永磁鐵3，其外弧按N、S、N、S磁極分布;靠導管密封面/磁閥蓋側的磁層為固定圓盤磁系層；另個磁層是可轉動圓盤磁系層)。②每層的每塊弧形永磁鐵的內外弧端(磁極端)兩側邊有磁軛5(每塊弧形永磁鐵夾在每對弧形磁軛之間)ο③每組相鄰永磁鐵-磁軛的非磁極端頭之間和每層磁系之間有阻磁件/氣隙
4。④可轉動圓盤磁系層內側與閥門導管2嵌有環型軸承6。⑤永磁鐵、磁軛和阻磁件構成磁路系統，其套在閥門導管2上；閥門導管一端有供安裝的法蘭盤I，另一端是導管密封面(盤)2a。⑥與導管密封面相鄰的是磁閥蓋10，其密封面上有環形凹槽，凹槽中嵌有環形橡膠密封圈10a。⑦在可轉動圓盤磁系層嵌有一個旋轉柄7和一個定位銷9。⑧浮球繩索8—端連接著旋轉柄7，另一端系著浮球11。⑨最外層為316L不銹鋼制成的閥門殼體。
[0034]附圖4中:
[0035]當永磁閥磁極/磁軛處于圖(a)狀態時，磁力線從永磁N極經磁軛和鐵磁性閥蓋(工件)，再回到磁軛進入磁體的S極(兩磁系的磁力相加)。這樣，就能把閥蓋(工件)牢牢地吸在永磁閥的工作極面上，使磁閥緊閉(關/通路)。
[0036]當磁極處于圖(b)狀態時(上磁組盤相對下磁組盤旋轉90°)，磁力線不到永磁閥的工作極面(閥蓋)，就在永磁閥內部組成磁路的閉合回路，幾乎沒有磁力線從永磁閥的工作極面(閥蓋)上出來(兩磁系的磁力相減)，所以對閥蓋不會產生吸力，就能順利實現開閥(開/斷路)。
[0037]實施步驟如下:
[0038]1、首先按應用的工況及產品實際要求進行產品設計及磁路設計，再根據磁學原理-環路、不可交叉、磁路最短及磁阻最小進行磁路設計及制造。
[0039]I)按實際應用工況，設計全部材料應滿足要求，同時滿足流體的用量要求，將外海海水取到緊急用水的蓄水池中設定海水用量，即確定非能動永磁閥尺寸規格，主要確定流體(閥門)導管2的直徑閥門；導管一端有供安裝的法蘭盤I，另一端是導管密封面(盤)2a;
[0040]2)磁路設計及制造:①根據流體壓力F流設定非能動永磁閥磁力(關閉磁閥力)F關，即F關大于F流。按所需的永磁閥磁力選定永磁鐵3極面的幾何尺寸;②再通過磁路設計與計算得出永磁鐵與磁軛5尺寸/寬度比(吸引力最大時)，磁路采用了漏磁小、加工容易的多磁系自屏式結構。③按永磁閥開關行程需要確定永磁鐵塊個數，如旋轉90度開關，即用上下8塊；④同時也確定了磁軛尺寸及個數(永磁鐵塊個數的一倍)，每層的每塊弧形永磁鐵的內外弧端(磁極端)兩側邊有磁軛5 (每塊弧形永磁鐵夾在每對弧形磁軛之間);⑤每組相鄰永磁鐵-磁軛的非磁極端頭之間和每磁系層/盤之間裝配有阻磁件/氣隙4;⑥永磁鐵、磁軛和阻磁件構成磁路系統，其套在閥門導管2上，而可轉動圓盤磁系層內側與閥門導管2嵌有環型軸承6;與導管密封面相鄰的是磁閥蓋10，也是磁路系統組成一部分，其密封面上有環形凹槽，凹槽中嵌有環形橡膠密封圈1a;⑦通過可轉動圓盤磁系層嵌的一個旋轉柄7可使其轉動，嵌入一個定位銷9可起到限位作用;⑧旋轉柄7系著浮球繩索8，浮球繩索8另一端系著浮球11，沒有浮力的浮球自重F球大于總磁力F關;⑨最外層為316L不銹鋼制成的閥門殼體。
[0041]2、對所設計的產品結構及磁路進行有限元分析，判定產品能滿足實際應用要求。按設計的3D模型的兩種狀態-對外不顯磁(閥門開放狀態)和對外顯磁(閥門關閉狀態)，對產品的X、Y、Z軸向的磁場強度及矢量和、磁感應強度及分布進行分析，判定是否滿足使用要求。
[0042]3、按設計、
【發明內容】
及設計圖制造各部件和組裝產品，制造產品。
[0043]永磁鐵是按設計的形狀及尺寸，由強磁場的稀土釹鐵硼磁性材料40N、50N或55N制造。并由偶數多塊永磁鐵體組成了固定圓盤磁系和可轉動圓盤磁系兩層磁系，可轉動圓盤磁系下方有軸承。每層的磁系有相鄰的磁鐵的N極和S極交替放置的偶數塊永磁鐵組成，SP按N、S、N、S磁極分布。
[0044]阻磁件/氣隙是按設計的形狀及尺寸，由6010或6061鋁合金材料制造。
[0045]磁閥蓋罩(龍頭)由6010或6061鋁合金材料制造。
[0046]磁軛是純鐵DT4、Q235或45#鋼制造。
[0047]磁閥蓋是純鐵DT4、Q235或45#鋼制造，其密封面上有環形凹槽，凹槽中嵌有環形橡膠密封圈。
[0048]繩索為尼龍繩。
[0049]法蘭盤、閥門導管(導管上有密封面)、旋轉柄、定位銷、浮球及閥門殼體是由316L不銹鋼制造。
[0050]實施例1
[0051 ] 閥門導管為內徑210mm、外徑220mm的316L不銹鋼管，永磁40N極面:DT4純鐵磁軛=1:5，磁軛高20mm，磁鐵弧長71.31mm，阻磁件為6010招合金。
[0052]永磁閥開關行程為90度，可轉動圓盤磁系層和固定圓盤磁系層各裝四塊釹鐵硼永磁鐵。
[0053]安裝順序:首先固定圓盤磁系層(盤)的阻磁件/氣隙圓盤套到帶有密封面(盤)的閥門導管上，再將每塊弧形永磁鐵按內外弧端(磁極端)N、S、N、S磁極交替用內外磁軛夾好，嵌入氣隙圓盤中，即安裝好了固定圓盤磁系層(盤)；
[0054]再依此將環型軸承套到閥門導管上，將可轉動圓盤磁系層(盤)的氣隙圓盤套在環型軸承上，再將每塊弧形永磁鐵按內外弧端(磁極端)N、S、N、S磁極交替用內外磁軛夾好，嵌入氣隙圓盤中，再安裝上氣隙圓盤片，即安裝好了可轉動圓盤磁系層(盤)；
[0055]將閥門導管一端的法蘭盤安好；
[0056]在導管密封面(盤)上安裝DT4純鐵制造的磁閥蓋(其密封面上有環形凹槽，凹槽中嵌有環形橡膠密封圈)；
[0057]將可轉動圓盤磁系層嵌上一個316L不銹鋼旋轉柄，旋轉柄系上尼龍浮球繩索，浮球繩索另一端系著316L不銹鋼浮球(沒有浮力的鋼浮球自重F球大于總磁力F關)；
[0058]用由6010或6061鋁合金材料制造的磁閥蓋罩(龍頭)將磁閥蓋罩；
[0059]最后用閥門殼體將整體永磁閥包裝好，即閥門殼體一端是法蘭盤，另一端是磁閥蓋罩(龍頭)，閥門殼體是用316L不銹鋼材料制成。
[0060]通過有限元分析及工程檢驗，永磁閥完全達到設計及滿足工程實際應用要求。即隨浮球上下，永磁閥開關自如、便利。
[0061]以上實施例用于理解本實用新型的方法和核心思想，不能認定本實用新型的【具體實施方式】僅限于此，也不應將其理解成是對本實用新型的限制。對于本領域技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，進行若干簡單的推演或替換，均應當視為屬于本實用新型的保護范圍。
[0062]本產品不需任何動力或人的操作，在特定的設計下，根據需要開關閥門。
[0063]其結構簡單、造價低、無外瀉密封性好、可靠性高、抗腐蝕性好，及具有非能動特性。
[0064]該產品特別適用于核電站的非能動自動取水及各種應急情況的氣、液流體的輸送。同時，本實用新型產品/材料的制造成本低、質量穩定。
[0065]另一方面，本實用新型中非能動永磁閥門，有利核電等安全生產。并形成新的經濟增長點，對相關的理論和生產的發展有借鑒作用，提升了行業進步，促使了閥門產品的更新換代，具有重要的社會效益和經濟效益。
【主權項】
1.一種核工業緊急納潮取水用非能動永磁閥，其特征在于:其組成包括:法蘭盤(I)、閥門導管(2)、永磁鐵(3)、氣隙(4)、磁軛(5)、軸承(6)、旋轉柄(7)、浮球繩索(8)、定位銷(9)、磁閥蓋(10)及密封圈(1a)、浮球(11 )、磁閥蓋罩(12)和閥門殼體； 永磁鐵、磁軛和氣隙構成磁路系統，磁路系統套在閥門導管(2)上；閥門導管一端設法蘭盤(I)，另一端是導管密封面(2a);導管密封面(2a)與磁閥蓋(10)相鄰，磁閥蓋(10)密封面上有環形凹槽，凹槽中嵌有環形橡膠密封圈(1a); 永磁閥包括上下兩層磁系:固定圓盤磁系層和可轉動圓盤磁系層，固定圓盤磁系層靠近導管密封面和磁閥蓋側;每層磁系包括4塊以上釹鐵硼永磁鐵，永磁鐵外弧按N、S、N、S磁極分布;永磁鐵的內外弧形磁極端兩側邊有磁軛(5)，即永磁鐵夾在每對弧形磁軛之間；每組相鄰永磁鐵-磁軛的非磁極端頭之間有氣隙，每層磁系之間有氣隙； 可轉動圓盤磁系層的環內側與閥門導管(2)之間嵌有環型軸承(6);可轉動圓盤磁系層的環外側嵌有一個旋轉柄(7)和一個定位銷(9);旋轉柄(7)通過浮球繩索(8)連接浮球(11);永磁閥最外層為閥門殼體。2.按照權利要求1所述的一種核工業緊急納潮取水用非能動永磁閥，其特征在于，所述的永磁鐵，由8塊以上偶數塊組成兩層磁系，即固定圓盤磁系層和可轉動圓盤磁系層，每層磁系的永磁塊數相同，可轉動圓盤磁系層下方設有軸承。
【文檔編號】F16K27/00GK205639811SQ201620160464
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月3日
【發明人】陳爾凡, 付耕瑜
【申請人】沈陽化大高分子材料研發中心有限公司