CN103591362B - 一种通断控制器专用执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种通断控制器专用执行器，包括电路执行控件和阀体，电路控件包括驱动电机，驱动轮，齿轮箱，控制电路板和控制导线；阀体包括阀杆，密封胶圈，球弧面密封层和阀芯，其特征在于所述电路执行控件内设有开阀光电开关、关阀光电开关、遮光转盘和遮光板；遮光板由遮光转盘带动，检测驱动电机转动行程是否到位；所述阀体的两端设有外螺纹，外螺纹与标准的表接头匹配连接；所述阀体的制造模具工艺参数进行合理调整，控制阀体内部球弧面密封层和阀芯之间的密封接触压力，阀芯在工作介质为水，1.6MP工作压力下的启动扭矩小于0.1N·m，驱动电机和齿轮组的使用寿命大于10万次。

Description

一种通断控制器专用执行器

技术领域

本发明涉及供热计量和供热调控的供热管路通断（启闭）控制，具体为一种通断控制器专用执行器（电动球阀）。该专用执行器主要适用于通断时间面积法热计量系统。

背景技术

当前降低建筑能耗成为我国能源结构调整的重要组成部分。建筑节能作为推进可持续能源发展战略的重要举措，具体包括采用一系列节能措施及能源管理手段。集中供热作为北方冬季取暖的必备措施，在建筑能源消耗上占据较大比例。尤其是在当前空气品质堪忧的地区，供热采暖作为城市大气雾霾的主要元凶之一，如何实现其节能减排引起越来越多的重视。目前我国正在大力推进供热体制改革，实行按户热计量收费，以减少热不均性及不必要的热浪费。通断时间面积法是《供热计量技术规程》中列出的用户热量分摊方法之一，是基于通断式供热控制模式的热分摊技术，目前在实际工程中得到了广泛的推广，取得了较高的社会经济、环境效益。实施基于通断面积法热分摊计量的主要装置之一是通断控制器，通断控制器包含软、硬件部分。其中软件部分包括基于计算通断时间的内置程序及控制指令，硬件部分主要为通断控制器专用执行器（电动球阀）。目前市场上该类产品差异主要为软件程序部分和硬件结构上，因此开发出结构完备、可靠耐用的通断控制专用执行器是该计量方式有效实施的前提条件。

现有的通断时间面积法热计量装置通断控制器执行器是选用普通电动球阀，其阀体部件内部密封层和阀芯之间的密封为浮动紧密封结构，普通电动球阀在1.6MP工作压力下（工作介质为水）的启动扭矩一般大于0.13N·m，导致其驱动电机的使用寿命在7万次以下。普通电动球阀阀杆的轴向密封结构为单层胶圈密封，在启闭工作次数超过5万次以后，易出现轴向泄露。普通电动球阀采用机械结构的限位开关来限制和反馈球阀的启闭状态，限位开关为机械硬接触，易磨损，其机械接触的磨损限制了球阀控制器的寿命，一般情况下启闭7万次以上就会出现较高的限位开关故障率。普通电动球阀没有设置安装通断控制器温度传感器测温探头的开孔，只能另外配套测温球阀安装测温探头，增加了工程成本和安装施工难度。普通电动球阀的两端都是内螺纹结构，易于安装连接到管路中，但不符合通断控制器执行器便于拆卸维护的要求。通断时间面积法热计量装置对通断控制器执行器的要求是：使用寿命达到启闭10万次以上，可安装温度传感器测温探头，便于安装施工及维护维修。目前使用的普通电动球阀不能很好地达到上述要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种通断控制器专用执行器。该执行器适用于通断时间面积法热计量系统，能够在通断时间面积法热计量系统中执行通断控制器的控制指令，实现通断功能，具有使用寿命长，可靠性高，工程安装和维护维修便利，节约成本等特点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种通断控制器专用执行器，该执行器包括电路执行控件和阀体，电路控件包括驱动电机，驱动轮，齿轮箱，控制电路板和控制导线；阀体包括阀杆，密封胶圈，球弧面密封层和阀芯，其特征在于所述电路执行控件内设有开阀光电开关、关阀光电开关、遮光转盘和遮光板；遮光板由遮光转盘带动，检测驱动电机转动行程是否到位；所述阀体的两端设有外螺纹，外螺纹与标准表的接头匹配连接；所述阀体的制造模具工艺参数进行合理调整，控制阀体内部球弧面密封层和阀芯之间的密封接触压力，阀芯在工作介质为水，1.6MP工作压力下的启动扭矩小于0.1N·m，驱动电机和齿轮组的使用寿命大于10万次；阀体中阀杆轴向密封结构设计为多层（2层或2层以上）密封胶圈，材料为氰化丁腈橡胶，保证阀杆的轴向密封良好，在工作介质为水，1.6MP工作压力下启闭10万次无轴向泄露；阀体底部设有测温孔，测温孔内设有可与温度传感器进行连接的标准螺纹，用于安装温度传感器测温探头。

与现有技术相比，本通断控制器专用执行器因为改进阀体结构的密封设计要求和制造方法，合理控制阀体部件的制造模具工艺参数，使其阀门启动扭矩小于0.1N·m；阀体中阀杆轴向密封结构设计为多层（2层或2层以上）密封胶圈，更好地预防轴向泄露；以开阀光电开关和关阀光电开关代替传统机械限位开关，典型的实施例还在阀体增加测温孔，通过探头丝堵将测温探头嵌于阀体中；阀体两端设有可与表接头连接的外螺纹，工程安装和维护维修便利，具有寿命长、可靠性高、节约成本，体积小等特点。

附图说明

图1为本发明通断控制器专用执行器一种实施例的外部形状结构示意图。

图2为本发明通断控制器专用执行器一种实施例中电路执行控件的内部组成结构示意图。

图3为本发明通断控制器专用执行器一种实施例的阀体内部组成结构示意图。

图4为发明通断控制器专用执行器一种实施例的光电开关与挡板处横向结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步详细描述。

本发明设计的通断控制器专用执行器（简称执行器，参见图1-4），包括电路执行控件1和阀体2，电路控件1包括驱动电机11，驱动轮12，齿轮箱13，控制电路板16和控制导线17；阀体2包括阀杆21，密封胶圈22，球弧面密封层23和阀芯24，其特征在于所述电路执行控件1内设有开阀光电开关15、关阀光电开关18、遮光转盘14和遮光板19；遮光板19由遮光转盘14带动，检测驱动电机11转动行程是否到位；所述阀体2的两端设有外螺纹26，外螺纹26与标准表的接头匹配连接；所述阀体2的制造模具工艺参数进行合理调整，控制阀体2内部球弧面密封层23和阀芯24之间的密封接触压力，阀芯24在工作介质为水，1.6MP工作压力下的启动扭矩小于0.1N·m，驱动电机和齿轮组的使用寿命大于10万次。

本发明执行器所述阀体2中的密封胶圈22为2层或2层以上。

本发明执行器所述密封胶圈22所用材料优选氰化丁腈橡胶。

本发明执行器还可配备温度传感器，且在阀体2底部设有测温孔25，该测温孔25带有内螺纹，可与温度传感器的探头丝堵32匹配连接,利用温度传感器的测温探头31测定热用户水温（供水或回水）。

本发明执行器安装于供热管路中，执行接通或阻断管路内流体流动的动作。电路执行控件1内设有开阀光电开关15和关阀光电开关18，由遮光转盘14带动遮光板19，用于检测电机转动行程是否到位，具有可靠度强和长寿命特点。

本发明执行器的工作过程和原理是（参见图1-3），当该执行器中的电路执行控件1通过控制导线17接收到外部通断控制器发出的控制信号，由电路控制板16来控制驱动电机11带动齿轮箱13内的驱动轮12，使阀杆21发生转动，此时齿轮箱13起到减速和增力的作用，阀杆21运转实现阀芯24的转动开启或关闭。

本发明执行器为通断时间面积法热计量装置的特有专属功能设计和制造，与普通电动球阀（目前使用的通断控制器执行器）不同，其设计的主要控制参数是使用寿命（启闭次数），而不是水流方向的密封性。本发明执行器在设计阀体2的制造模具工艺参数时，进行合理调整和改进，以控制装配后阀体2内部的球弧面密封层23和阀芯24之间的密封接触压力，适当降低水流方向的密封性，使阀芯24在工作介质为水，1.6MP工作压力下的转动启动扭矩小于0.1N·m，保证电路执行控件1内装设的驱动电机11和齿轮箱13内齿轮组的使用寿命大于10万次。同时增加阀杆21轴向密封胶圈22的层数，由现有普通电动球阀的单层密封改为多层密封（2层或2层以上），大大提高阀杆21轴向的密封可靠性，保证10万次启闭寿命内无泄露。阀体2的底部设有测温孔25，通过与探头丝堵32匹配相连，使测温探头31嵌入到阀体2中，测温导线33与外部的通断控制器测温电路相连接，从而使阀体2具有测温球阀的作用，以达到测定热用户水温（供水或回水）的目的。阀体2两端设有外螺纹26，用于连接标准的表接头，便于安装和拆卸维护。

本发明执行器的电路执行控件1中采用开阀光电开关15和关阀光电开关18取代传统的限位开关，其工作原理是对红外发射光的阻断和导通，利用红外接收管感光导通与闭光截止特性来实现开和关的判断。为便于说明光电开关工作过程（参见图4），假定当前阀门为关闭状态，即遮光转盘14逆时针旋转45°，处在关阀光电开关18的凹槽内。当执行方式为开阀时，控制导线17传递额定开阀电压信号，控制电路板16接收到开阀电压信号，开阀光电开关15导通，驱动电机11通电开始运转，通过齿轮箱13内驱动轮12减速增扭逆时针带动阀杆21和遮光转盘14，经过约12秒周期时间，遮光转盘14逆时针旋转90°遮光板19转至开阀光电开关15的凹槽内，开阀光电开关15截止，驱动电机11断电，停止运转，此时阀门为开通状态；当给定控制导线17额定关阀电压信号，控制电路板16接收到关阀电压信号，关阀光电开关18导通，驱动电机11通电开始运转，通过齿轮箱13内驱动轮12减速增扭，逆时针带动阀杆21和遮光转盘14，经过约12秒周期时间，遮光转盘14逆时针旋转90°，遮光板19转至关阀光电开关18的凹槽内，关阀光电开关18截止，驱动电机11断电停止运转，此时阀门为关闭状态。本实施方式中，开阀光电开关15与关阀光电开关18，沿着遮光转盘14上遮光板19的圆周轨迹呈90°夹角设计，遮光转盘14的两个遮光板19按180°相对设计，由此完成每90°旋转开阀与关阀的定位状态。在运转过程中，无机械触点的半导体限位开关可以避免触点机械磨损与触点通断产生的电火花烧蚀，使这一光电设计结构具有运转噪声小、寿命长、可靠性高等优点。理论上来说，光电开关的寿命可以没有限制，远大于10万次。

本发明执行器属于一种通断时间面积法热计量装置主要部件，阀体2通过测温孔25可直接配装温度传感器，即将测温探头31通过测温孔25伸入阀体2内，探头丝堵32与测温孔25的内螺纹连接，测温导线33与外部的通断控制器测温电路相连接，不需要另配测温球阀来安装测定热用户水温的温度传感器探头。本发明采用的开阀光电开关15和关阀光电开关18，包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。当遮光板19经过二者之间且阻断光线时，光电开关将产生信号。该方式较传统常用的机械限位开关（位移开关）控制方式更为精确，可靠度也大为增强。非接触式控制使得产品更加耐用，很大程度上增加使用寿命。另外阀体2在材料和结构上也进行了改进，通过改变阀杆21轴向密封设计，增加密封胶圈22厚度和层数来达到阀杆21轴向防漏的目的，同时鉴于该执行器应用领域的专有性，可在水流方向密封上适当降低要求，调整和控制阀芯24和球弧面密封层23之间的装配接触压力，以减少阀芯24和球弧面密封层23的接触磨损，降低阀芯24转动的驱动扭矩，延长驱动电机11和齿轮箱13内齿轮组的寿命。

本发明执行器在水为介质、1.6MPa工作压力下的使用寿命以启闭次数计算超过10万次，其在通断时间面积法热计量装置中的使用可靠性可以得到充分保证，且创新设计的测温孔25，可以省掉通断控制器配套的测温球阀，有效降低成本和体积；创新设计的阀体2两端可与表接头连接的标准外螺纹结构，大大方便了工程安装施工和通断控制器执行器的维护维修。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种通断控制器专用执行器，包括电路执行控件和阀体，电路执行控件包括驱动电机，驱动轮，齿轮箱，控制电路板和控制导线；阀体包括阀杆，密封胶圈，球弧面密封层和阀芯，其特征在于所述电路执行控件内设有开阀光电开关、关阀光电开关、遮光转盘和遮光板；遮光板由遮光转盘带动，检测驱动电机转动行程是否到位；所述阀体的两端设有外螺纹，外螺纹与标准的表接头匹配连接；所述阀体的制造模具工艺参数进行合理调整，控制阀体内部球弧面密封层和阀芯之间的密封接触压力，阀芯的工作介质为水，1.6MP工作压力下的启动扭矩小于0.1N·m，驱动电机和齿轮组的使用寿命大于10万次。

2.根据权利要求1所述的通断控制器专用执行器，其特征在于所述阀体中的密封胶圈为2层以上。

3.根据权利要求1所述的通断控制器专用执行器，其特征在于所述密封胶圈所用材料为氰化丁腈橡胶。

4.根据权利要求1所述的通断控制器专用执行器，其特征在于该执行器可配装温度传感器，且在阀体底部设有测温孔，该测温孔带有内螺纹，可与温度传感器的探头丝堵匹配连接。

5.一种通断时间面积法热计量系统，其特征在该系统采用了权利要求1-4任一项所述的通断控制器专用执行器。