CN103410808B - 一种本安型防火防爆电液执行器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种本安型防火防爆电液执行器及其控制方法，用于控制截断阀开启或关闭，包括机体、执行机构和液压控制单元，执行机构和液压控制单元安装在机体上；执行机构包括用于连接截断阀的液压缸，液压控制单元与液压缸连通；液压控制单元包括泵控支路和液控支路，泵控支路和液控支路并联连接并与液压缸连通；泵控支路包括液压泵和电控系统，液控支路包括蓄能器、第一温控阀、第二温控阀和油箱，蓄能器、第一温控阀、液压缸、第二温控阀和油箱依次串接连通；本发明的控制方法用于控制电液执行器工作保障安全。本发明具有安全性能高，结构简单，维修方便的优点。

Description

一种本安型防火防爆电液执行器及其控制方法

技术领域

本发明涉及控制工业阀门运行的一种执行器，具体涉及一种本安型防火防爆电液执行器及其控制方法，广泛应用与石化、电力、冶金和矿山等行业。

背景技术

现有技术的电液执行器，通常是靠液压泵驱动液压缸来控制阀门的开启或关闭，实现对油路或气路的控制，在发生危险时，电控装置向液压泵发出关闭阀门的信号，从而关闭油路或气路以保障安全，但在某些特殊工况下，例如易燃、易爆、火灾的场合，电信号有可能会引起事故的二次发生，从而进一步引发爆炸的危险，因此在紧急状态下，首先要切断电源，这时往往需要人员参与阀门的关闭。但在人员无法进入的危险现场，如火灾现场，温度急剧升高，没有及时、快速切断主管路，最终加剧了事故的后果。

中国专利CN101929487A还公开了另外一种自动复位电液动装置，该发明涉及自动复位电液动装置,包括电机、油泵、油箱组合件、单向阀、电磁溢流阀、三位四通电磁换向阀组,还包括一蓄能器组；蓄能器组一接口通过一只单向阀与电磁溢流阀连接,系统对蓄能器注入压力油,实现储能；蓄能器组另一接口通过一只二位三通常开式电磁球阀和一只液控单向阀与三位四通电磁换向阀组回油口连接,断电时蓄能器对系统释放储能,油缸自动伸出,实现自动关闭闸门。该发明只能用在断电的时候产生复位，有很大的局限性。有些事故如火灾刚发生时，还未断电，有可能会进一步地扩大事故。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提供一种具体涉及一种本安型防火防爆电液执行器及其控制方法，广泛应用与石化、电力、冶金和矿山等行业。在紧急事故状态下，无需电源信号控制就能快速实现自动关闭阀门。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案实现：

一种本安型防火防爆电液执行器，包括机体、执行机构和液压控制单元，执行机构和液压控制单元安装在机体上；执行机构包括液压缸和截断阀，液压缸可推动截断阀动作，液压控制单元与液压缸连通并驱动液压缸动作；液压控制单元包括泵控支路和液控支路，泵控支路、液控支路并联连接并与液压缸连通；泵控支路包括液压泵和电控系统，液控支路包括蓄能器、第一温控阀、第二温控阀和油箱，蓄能器、第一温控阀、液压缸、第二温控阀和油箱依次串接连通；第一温控阀、第二温控阀为自力式温控阀；第一温控阀和/或第二温控阀关闭时，蓄能器处于保压状态，在危险温度下，第一温控阀和第二温控阀均开启，蓄能器快速泄压并推动液压缸动作关闭截断阀。

本发明还可以通过以下技术措施进一步完善：

液压泵经单向阀连通蓄能器，液压泵可打开单向阀为蓄能器提供压力补偿。单向阀包括第一单向阀和第二单向阀，第一单向阀、第二单向阀分别连接于液压泵的两端口。自力式温控阀包括中空柱体，该中空柱体上端密闭连接有安装座，安装座上端设有罩壳；中空柱体上设有进液口、出液口，中空柱体内腔活动设置有用于封闭进液口、出液口的阀芯；安装座内设有活动导杆，该活动导杆与阀芯之间支撑有弹簧；罩壳壁上设有一组通孔，罩壳内设有感温玻璃球，该感温玻璃球一端抵于活动导杆，另一端抵于罩壳内端面上。液压缸安装在机体的下部，油箱安装在机体的中部，液压泵的泵体浸在油箱内，蓄能器、第一温控阀和第二温控阀安装在机体的上部。机体上设有液压集成阀块，第一温控阀、第二温控阀和单向阀均插装在液压集成阀块上。液控支路包括压力表和检修手动阀，压力表、检修手动阀串接于蓄能器和第一温控阀之间，压力表和检修手动阀均插装在液压集成阀块上。蓄能器为弹簧式、气囊式或重锤式蓄能器。

本发明还包括一种本安型防火防爆电液执行器的控制方法，控制方法包括：电控系统控制液压泵工作，液压泵驱动液压缸动作，液压缸推动截断阀开启，第一温控阀和第二温控阀监测环境温度；常态下，环境温度小于第一温控阀和第二温控阀的预设危险温度，第一温控阀和/或第二温控阀关闭，蓄能器的泄压油路被封闭，蓄能器处于保压状态；当环境温度达到第一温控阀和第二温控阀的预设危险温度时，第一温控阀和第二温控阀均开启，蓄能器中蓄积的液压油快速泄压，液压油经过液压缸并推动液压缸动作关闭截断阀。液压泵经单向阀连通蓄能器，蓄能器中的油压低于液压泵的出油压力时，液压泵可打开单向阀为蓄能器提供压力补偿。

由于采用了以上技术措施，本发明具有以下有益效果：

1. 液控支路和泵控支路相结合，泵控支路、液控支路并联连接并与液压缸连通，二者独立控制液压缸动作关闭截断阀，在泵控支路故障时，液控支路可以代替泵控支路工作驱动截断阀关闭，具有双重安全的效果。

2. 液控支路采用自力式控制，不需要电信号控制，即使在断电的情况下，液控支路也可以控制液压缸动作关闭截断阀，弥补了采用泵控支路而过度依赖电信号控制的缺陷。第一温控阀和第二温控阀均为自力式温控阀，当外界温度达到危险温度时，温度阀中的感温元件变形推动阀芯动作，打开蓄能器被封闭的油路，使蓄能器快速泄压，油压通过液压缸时推动活塞运动，进一步推动截断阀关闭，从而起到安全保护的作用，这种无需电信号的液控方式更好地解决了在易燃、易爆场合下，使用电信号控制容易引发次生灾害的危险。

3. 蓄能器采用弹簧式、气囊式或重力式蓄能器，蓄能器在本发明中起到关键的能量蓄积的作用，当第一温控阀和第二温控阀打开时，蓄能器与油箱连通的油路被打开，蓄能器快速泄压，当第一温控阀和/或第二温控阀关闭时，蓄能器与油箱连通的油路被关闭，蓄能器处于保压状态。但在保压状态下，液压泵通过单向阀和蓄能器连通，当蓄能器处发生泄漏压力降低，液压泵可以打开单向阀为蓄能器做压力补偿，从而使蓄能器的压力保持稳定。从这里可以看出，泵控支路和液控支路不仅可以分别独立控制液压缸动作，而且泵控支路和液控支路之间还可以相互协作，在泵控支路故障时，液控支路可以替代泵控支路工作关闭截断阀，当液控支路故障时，泵控支路可以液控支路补充压力，更好地解决了安全性问题。

4. 本发明整体上为三段式结构，上部为液控支路部分，中部为油箱和液压泵部分，下部为执行机构部分，这种布局非常有利于装配和检修并显著降低震动噪音，因为液控支路位于上部，所以该支路中的液压油由上向下运动，减少了油压的损耗，可以更轻松地关闭截断阀。液压缸安装在机体的下部，重心更低，可以有效地减少开启或关闭截断阀产生的振动和噪音，而油箱和液压泵位于机体中部，和人体的身高相适应，更有利于油路的检修和安装，也更有利电机的散热。

5. 本发明的液控支路采用的第一温控阀和第二温控阀为自力式温控阀，所谓自力式温控阀是和电动温控阀相区别，该类温控阀不需要外部信号控制，主要依赖自身具有温度敏感元件而完成相应的机械动作，当温度升高到温度敏感元件的变形温度时，温度敏感元件突跳变形，推动阀芯动作，开启蓄能器被密封油路，使蓄能器和油箱连通，该机械式的结构设计保证了在紧急情况下可以确保关闭截断阀，提升了系统的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例中电液执行器的整体结构示意图。

图2是图1中电液执行器的左侧视图。

图3是实施例中液压控制系统的构造示意图。

图4是实施例中的液压集成阀块的截面图。

图5是图4中液压集成阀块的俯视图。

附图标记说明

1. 液压泵；        2. 液压集成阀块；    3. 第一温控阀；

4. 第二温控阀；    5. 蓄能器；          6. 油箱；

7. 连接轴；        8. 截断阀；          9. 液压缸；

10.第一手动阀；    11.第二手动阀；      12.第一单向阀；

13.第二单向阀；    14.检修手动阀；      15.压力表。

图3中的液压元器件采用本领域的常用简化画法。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细地说明。

实施例：

如图1至图5所示的一种本安型防火防爆电液执行器，用于控制截断阀8开启或关闭，包括机体、执行机构和液压控制单元，执行机构和液压控制单元安装在机体上。执行机构包括用于连接截断阀8的液压缸9，液压缸9可推动截断阀8开启或关闭，当截断阀8开启时，主管路（油路或气路）连通，当截断阀8关闭时，主管路被截断，停止向故障点输油或气。液压控制单元与液压缸9连通并驱动液压缸9动作；液压控制单元包括泵控支路和液控支路，泵控支路、液控支路并联连接并与与液压缸9连通，即液控支路的与液压缸9连接的两个输出端与泵控支路与液压缸9连接的两个输出端连接，并联连接的意义在于使泵控支路和液控支路可以独立控制液压缸9动作，泵控支路可控制液压缸9双向运动，即可控制截断阀8开启或关闭，而液控支路仅能使液压缸9单向运动，即仅能控制截断阀8关闭，用于保障安全。泵控支路包括液压泵1和电控系统，电控系统控制液压泵1工作，电控系统可以安装在机体上，也可以安装在控制室内进行远程控制。液控支路包括蓄能器5、第一温控阀3、第二温控阀4和油箱6，蓄能器5、第一温控阀3、液压缸9、第二温控阀4和油箱6依次串接连通；第一温控阀3、第二温控阀4为自力式温控阀且两温控阀的结构完全相同，开启温度也完全相同；第一温控阀3和第二温控阀4均关闭时，蓄能器5的泄压油路被封闭，蓄能器5处于保压状态，在危险温度下，第一温控阀3和第二温控阀4均开启，蓄能器5快速泄压并推动液压缸9动作关闭截断阀8。本发明的危险温度是指在发生火灾时，油路中的温度和/或环境温度迅速上升，超过了正常工作可能达到的温度，通常危险温度也是第一温控阀3和第二温控阀4的动作温度，本实施例中危险温度为135℃，达到该温度第一温控阀3和第二温控阀4均打开。

本实施例中的第一温控阀3和第二温控阀4包括中空柱体，该中空柱体上端密闭连接有安装座，安装座上端设有罩壳；中空柱体上设有进液口、出液口，中空柱体内腔活动设置有用于封闭进液口、出液口的阀芯；安装座内设有活动导杆，该活动导杆与阀芯之间支撑有弹簧；罩壳壁上设有一组通孔，罩壳内设有感温玻璃球，该感温玻璃球一端抵于活动导杆，另一端抵于罩壳内端面上，具体结构详见申请人的在先专利文献CN201210396494.0。

由于蓄能器5在使用过程中可能会因泄漏等原因导致压力下降，危险情况发生时，如果压力不足就无法驱动液压缸9关闭截断阀，不能起到安全保护作用。为了保障蓄能器5的压力稳定，本实施例中将液压泵1经单向阀连通蓄能器5，液压泵1可打开单向阀为蓄能器5提供压力补偿。单向阀包括第一单向阀12和第二单向阀13，第一单向阀12、第二单向阀13分别与液压泵1的两端口连通。液压泵1为双向液压泵，设置两个单向阀的目的是无论液压泵1正向运转使截断阀8关闭，还是反向运转使截断阀8开启时都可以为蓄能器5进行压力补偿。当液压泵1正向运转时，如果这时蓄能器1的压力不足，本实施例中蓄能器1保压压力为20MPa，液压泵1推开第一单向阀12向蓄能器5充油，提升其保压压力，直至液压泵1的工作压力和蓄能器5的保压压力相同。反之，当液压泵1反向运转时，液压泵1推开第二单向阀13为蓄能器5提供压力补偿。

如图1和图2所示，本实施例中的电液执行器采用了新颖的三段式结构来进行元器件的布局，液压缸9安装在机体的下部，液压缸9上设有连接截断阀8的连接轴7，连接轴7的运动可带动截断阀8的开启或关闭。液压泵1和油箱6设在机体的中部，液压泵1为齿轮泵，包括泵体和电机，泵体浸入在油箱6里，蓄能器5、第一温控阀3和第二温控阀4安装在机体的上部。这种布局非常有利于装配和检修并显著降低震动噪音，因为液控支路的主要元器件均位于上部，所以该支路中的液压油由上向下运动，减少了油压的损耗，可以更轻松地关闭截断阀8。液压缸9安装在机体的下部，重心更低，可以有效地减少开启或关闭截断阀8产生的振动和噪音，而液压泵1位于机体中部，和人体的身高相适应，更有利于油路的检修和安装，也更有利电机的散热。

本实施例中的蓄能器5可以为弹簧式、气囊式或重锤式蓄能器，优选气囊式蓄能器，这主要由于对本实施例来说，气囊式蓄能器的综合性能最适应。当然，弹簧式蓄能器和重锤式蓄能器也可以实现本发明的发明目的。绿野， 宏亚新材料

如图4和图5所示，为了便于装配和检修，机体上设有液压集成阀块2，第一温控阀3、第二温控阀4和第一单向阀12和第二单向阀13均插装在液压集成阀块2上。液控支路包括压力表15和检修手动阀14，压力表15和检修手动阀串接于蓄能器5和第一温控阀3之间，压力表15和检修手动阀14均插装在液压集成阀块2上。检修手动阀14和压力表15的设置用于监控蓄能器5的工作状态，当蓄能器5故障时，用户可以通过压力表15观测到，并关闭检修手动阀14，切断蓄能器和液压系统的油路连接，这样就可以拆卸蓄能器进行维修。同样的作用，为了便于维修液控支路中的其它元器件并便于安装，本实施例中在液控支路与液压缸之间设置了第一手动阀10和第二手动阀11，同时关闭这两个手动阀就可以切断液控支路和液压缸9之间的连接，这时泵控支路仍然可以继续工作，在检修液控支路的同时，不会影响到整个系统在常规状态下正常工作，检修时不需要停机，提高了生产效率。

本实施例还包括上述本安型防火防爆电液执行器的控制方法，控制方法包括：电控系统控制液压泵1工作，液压泵1驱动液压缸9动作，液压缸9推动截断阀8开启，第一温控阀3和第二温控阀4监测环境温度；常态下，环境温度小于第一温控阀3和第二温控阀4的预设危险温度，本实施例中的危险温度是135℃，第一温控阀3和第二温控阀4，蓄能器5的泄压油路被封闭，蓄能器5处于保压状态；当环境温度达到第一温控阀3和第二温控阀4的预设危险温度135℃时，第一温控阀3和第二温控阀4均开启，蓄能器5中蓄积的液压油连通油箱6快速泄压，液压油经过液压缸9并推动液压缸9动作关闭截断阀8。液压泵1经单向阀连通蓄能器6，蓄能器6中的油压低于液压泵1的出油压力20MPa时，液压泵1可打开单向阀为蓄能器5提供压力补偿。

如图3所示，在本实施例中，为了达到封闭蓄能器5的目的，第一温控阀3和第二温控阀4可以均关闭，也可以是其中任一个关闭，即只要其中有一个温控阀关闭，蓄能器与油箱之间连通的油路就被切断，蓄能器的泄压油路就被封闭而处于保压状态，但在上述实施例中为了进一步保障安全采用了两个温控阀同时关闭的实施方式。

对于上述实施例中的温控阀结构，本发明也可以采用其它的自力式温控阀，市场上已经有各种类型的自力温控阀提供，本领域的技术人员可以通过简单的实验而选用功能参数匹配的温控阀。

对于上述实施例中的蓄能器压力补偿回路，也可以在仅设置第一单向阀即可，也就是说，压力补偿可以是仅在截断阀开启时进行，而在截断阀关闭时，不需要进行蓄能器的压力补充。

由于空间布局的原因，上述实施例中的液控支路中的部分起控制作用的液压元器件未插装在液压集成阀块2上，当事实上，所有的液控支路中所有的液压元器件均可插装在液压集成阀块2上，只要合理分配液压集成阀块2的油路设计和机械结构就可以实现。

本发明的工作原理是，在需要控制输送油类或气体的管路开启或关闭的场合，在管路上安装截断阀，然后将本发明的产品中液压缸与截断阀连接，或者将截断阀与本发明装配成一体。在需要输送油类或气体时，泵控支路开启，液压油进入液压缸，液压缸的活塞动作，推动截断阀开启，这时液控支路中的第一温控阀和第二温控阀均关闭，蓄能器的泄压油路被封闭，蓄能器处于保压状态。同时，第一温控阀和第二温控阀中的温度敏感元件感知环境温度，电控系统同步检测单向阀的阀位偏移情况，阀位偏移情况反映了蓄能器的保压压力损失情况，当阀位偏移量达到1%-2%时，电控系统启动液压泵工作，液压油就会推开单向阀向蓄能器中补油，并使阀位恢复到起始位置。在发生危险时，例如火灾或者部分器件温度异常时，环境温度迅速升高，当温度升高到温控阀设定的危险温度时，温控阀中的温度敏感元件就发生突跳变形，使两个温控阀开启，这时，蓄能器的泄压油路被开启，蓄能器中蓄积的液压油迅速通过液压缸流入油箱内，液压油通过液压缸时，推动活塞运动，活塞杆推动截断阀关闭，截断主管路，保障设备的安全。

需要特别指出的是，本发明的上述实施方式仅是列举优选的实施方式，并非穷举，任何在本发明的基础上做简单的非实质性的改进，均属于本发明的保护范围，如果实施将会构成侵权。

Claims (10)

1.一种本安型防火防爆电液执行器，用于控制截断阀开启或关闭，包括机体、执行机构和液压控制单元，执行机构和液压控制单元安装在机体上；所述执行机构包括用于连接截断阀的液压缸，液压控制单元与液压缸连通；其特征在于，所述液压控制单元包括泵控支路和液控支路，泵控支路和液控支路并联连接并与液压缸连通；所述泵控支路包括液压泵和电控系统，所述液控支路包括蓄能器、第一温控阀、第二温控阀和油箱，蓄能器、第一温控阀、液压缸、第二温控阀和油箱依次串接连通；所述第一温控阀、第二温控阀为自力式温控阀；第一温控阀和/或第二温控阀关闭时，蓄能器处于保压状态，在危险温度下，第一温控阀和第二温控阀均开启，蓄能器快速泄压并推动液压缸动作关闭截断阀。

2.根据权利要求1所述的本安型防火防爆电液执行器，其特征在于，所述液压泵经单向阀连通蓄能器，液压泵可打开单向阀为蓄能器提供压力补偿。

3.根据权利要求2所述的本安型防火防爆电液执行器，其特征在于，所述单向阀包括第一单向阀和第二单向阀，第一单向阀、第二单向阀分别连通液压泵的两端口。

4.根据权利要求1或2或3所述的本安型防火防爆电液执行器，其特征在于，所述自力式温控阀包括中空柱体，该中空柱体上端密闭连接有安装座，所述安装座上端设有罩壳；所述中空柱体上设有进液口、出液口，所述中空柱体内腔活动设置有用于封闭进液口、出液口的阀芯；所述安装座内设有活动导杆，该活动导杆与阀芯之间支撑有弹簧；所述罩壳壁上设有一组通孔，所述罩壳内设有感温玻璃球，该感温玻璃球一端抵于活动导杆，另一端抵于罩壳内端面上。

5.根据权利要求1或2或3所述的本安型防火防爆电液执行器，其特征在于，所述液压缸安装在机体的下部，油箱安装在机体的中部，液压泵的泵体浸在油箱内，蓄能器、第一温控阀和第二温控阀安装在机体的上部。

6.根据权利要求2或3所述的本安型防火防爆电液执行器，其特征在于，所述机体上设有液压集成阀块，第一温控阀、第二温控阀和单向阀插装在液压集成阀块上。

7.根据权利要求6所述的本安型防火防爆电液执行器，其特征在于，所述液控支路包括压力表和检修手动阀，压力表、检修手动阀串接于蓄能器和第一温控阀之间。

8.根据权利要求1或2或3所述的本安型防火防爆电液执行器，其特征在于，所述蓄能器为弹簧式、气囊式或重锤式蓄能器。

9.一种本安型防火防爆电液执行器的控制方法，其特征在于，所述本安型防火防爆电液执行器为权利要求1所述的本安型防火防爆电液执行器，所述控制方法包括：

电控系统件控制液压泵工作，液压泵驱动液压缸动作，液压缸推动截断阀开启，第一温控阀和第二温控阀监测环境温度；常态下，环境温度小于第一温控阀和第二温控阀的预设危险温度，第一温控阀和第二温控阀关闭，蓄能器的泄压油路被封闭，蓄能器处于保压状态；当环境温度达到第一温控阀和第二温控阀的预设危险温度时，第一温控阀和第二温控阀均开启，蓄能器中蓄积的液压油连通油箱快速泄压，液压油经过液压缸并推动液压缸动作关闭截断阀。

10.根据权利要求9所述本安型防火防爆电液执行器的控制方法，其特征在于，所述液压泵经单向阀连通蓄能器，蓄能器中的油压低于液压泵的出油压力时，液压泵可打开单向阀为蓄能器提供压力补偿。