CN104315196B - 一种凸轮机构的电动梭阀 - Google Patents

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Abstract

一种凸轮机构的电动梭阀，三通阀体(1)为两位三通结构，设有三个呈倒T形分布的孔形成入口以及出口，法兰端盖(5)固定连接在出口，密封压盖(10)固定连接在入口。阀芯(8)位于法兰端盖(5)与三通阀体(1)连接处，导杆(7)穿过阀芯(8)并固定连接为一体。阀杆(18)穿过密封压盖(10)并深入三通阀体(1)内部通过轴承装配在三通阀体(1)内部。阀杆(18)中部加工有偏心圆凸轮。导杆(7)的位于三通阀体(1)内部的一端通过固定环(22)与连接框架(25)固定连接，使得两个导杆(7)抵住所述凸轮并形成一体化联动结构。通过阀杆(18)的旋转带动所述的凸轮转动，由此使得一侧的阀芯(8)远离法兰端盖(5)使得入口和一侧的出口连通。

Description

一种凸轮机构的电动梭阀
技术领域
本发明涉及一种电动阀门，可用于航天环控生保系统的再生式CO2去除系统和再生式微量有害气体去除系统的吸附和解析。
背景技术
航天环控生保系统为航天器上的人员提供生命保障所需的空气，同时净化、吸收航天员在太空产生的废气以及内部装置产生的微量有害气体。该系统包含各种物理、化学反应装置和各种手动、电动阀门，在航天器的整个生命周期一直工作，每个工作流程均通过相应阀门的开关，来完成气路系统的切换。
目前，手动选择阀较多采用球阀，其结构简单，流阻小，密封性能好，但流路的切换必须提供长转轴的移动路径，或者在90度换向路径的情况下必须能够反向操作。例如，公开号为CN1639491A，名称为“三通球阀”的中国专利公开了一种阀门，包括阀体、传动元件、换向元件、基座件和密封垫等，阀球和阀体通过密封垫实现流道密封。其中，换向元件具有三个在共同的平面上以120度间隔的盲孔，使阀门在两个端口之间切换的转轴不需要在一个方向被转动后再在相反的方向上被转动，而是只在一个方向上驱动转轴，每转动60度，球阀从一个端口切换到另一个端口。但是，换向元件与密封垫之间的密封性与装配时的预紧力有直接关系，为了提高密封性能，需要加大密封垫的预紧力，必然会增加换向件与密封垫之间的滑动摩擦力，以提高阀门切换操作的转动力矩。同时，长周期运行后，密封垫会发生磨损，密封性能下降，同时产生多余物，因此无法满足航天气路系统的洁净度要求。
在环控生保系统中，需要一种生命周期覆盖地面、发射、在轨、返回阶段等多种力学环境的电动阀门，不仅需要质积比小、电驱动、转动力矩小、工作寿命长，而且能适应空间环境和洁净度等多指标的阀门，普通的手动选择阀门已经无法满足这一特定要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于航天环控生保系统的凸轮机构的电动梭阀，该阀门采用电机单向驱动，具有结构简单，密封性能好，驱动力矩小，不产生多余物，使用寿命长的特点。
本发明的技术解决方案是：一种凸轮机构的电动梭阀，包括三通阀体、法兰端盖、导杆、阀芯、密封压盖、阀杆、第一轴承、固定环、连接框架、第二轴承；所述的三通阀体为两位三通结构，设有三个呈倒T形分布的孔形成位于顶部的入口以及位于两侧的出口，法兰端盖固定连接在出口处，密封压盖固定连接在入口处；阀芯位于法兰端盖与三通阀体的连接处，导杆穿过阀芯并与阀芯固定连接为一体；阀杆穿过密封压盖并深入三通阀体内部通过第一轴承和第二轴承装配在三通阀体内部；阀杆中部加工有偏心圆凸轮；导杆的位于三通阀体内部的一端通过固定环与连接框架固定连接，使得两个导杆抵住所述凸轮并形成一体化联动结构；通过阀杆的旋转带动所述的凸轮转动，由此使得一侧的阀芯远离法兰端盖使得入口和一侧的出口连通；通过导杆往复运动压紧阀芯与法兰端盖实现流路切换。
电动梭阀还包括第一密封填料、第二密封填料、碟簧和上压盖，第一密封填料和第二密封填料位于阀杆与密封压盖之间，并通过碟簧和上压盖压紧，进行密封预紧和密封力补偿；所述的第一密封填料和第二密封填料均为楔形密封填料，材料为聚四氟乙烯。
所述的导杆与阀芯之间安装有碟簧，通过导杆与阀芯的相对运动压缩碟簧实现密封力补偿。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明中，凸轮机构的从动件为移动式阀杆，连接框架把两个从动件连为一体，实现了两个从动件的联动，避免了使用弹簧回弹机构，从而简化了阀门结构，提高了整体的可靠性。同时，该结构使得采用电机单向驱动阀杆即可完成流路的切换，结构简单；
(2)本发明中，阀芯和导杆之间使用碟簧进行密封力补偿。在阀芯处，通过串联使用几个碟簧，可以增大碟簧的压缩行程，从而降低凸轮机构的磨损量对密封性能的影响，提高了阀门的工作寿命；
(3)本发明阀门的内密封采用端面密封结构，橡胶端面与法兰端盖之间形成首个密封，阀芯下端锥面与法兰端盖内锥面形成第二个密封。该端面密封结构避免了密封件与换向件的滑动摩擦，减小了阀杆的驱动力矩。同时，密封件不会发生磨损，不产生多余物，提高了阀门的工作寿命；
(4)本发明中，动密封填料材料选用聚四氟乙烯材料，表面进行抛光处理，有效降低了阀杆处的摩擦阻力。在阀杆凸轮外立面以及导杆端面上进行润滑处理，可以形成一层固体润滑膜，有效降低凸轮与阀芯之间的滑动摩擦力，减小阀门的驱动力矩，从而降低电机的功耗。
附图说明
图1为本发明电动梭阀的立体图；
图2为本发明电动梭阀的整体剖面图；
图3为本发明电动梭阀的俯视图；
图4为本发明电动梭阀的内密封结构示意图；
图5为本发明电动梭阀的外密封结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的电动梭阀由三通阀体1、第一密封圈2、法兰端盖5、M8薄螺母6、导杆7、阀芯8、第二密封圈9、密封压盖10、第一密封填料12、第二密封填料13、碟簧16、上压盖17、阀杆18、第一轴承20、第三密封圈21、固定环22、波纹管24、连接框架25、第二轴承26组成。法兰端盖5、第一密封圈2安装到三通阀体1上(左侧和右侧)；密封压盖10、第二密封圈21、第一轴承20安装到三通阀体1上(顶部)；第一密封填料12、第二密封填料13、碟簧16、上压盖17安装到三通阀体上1(顶部，密封压盖10与第一轴承20之间)；波纹管24与导杆7、阀芯8焊接为一体，在导杆7和阀芯8之间安装碟簧16。M8薄螺母6装配于导杆7上穿出阀芯8的部位，减轻导杆7的移动对阀芯8的压力。
三通阀体1上设有三个孔，呈T形分布，入口分别连通两路出口。阀芯8端面设置燕尾槽，安装第二密封圈9。两端的阀芯8通过连接框架25连接为一体，实现联动，阀芯8与法兰端盖5配合使用，使凸轮梭阀的入口根据需要分别连同两路出口。阀门在保证空间尺寸和重量满足要求的前提下，利用凸轮机构，实现了航天环控生保系统吸附和解析功能的选择。
内密封设置在法兰端盖5和阀芯8之间，为端面密封结构。阀芯8端面设有环形燕尾密封槽，用于安装第二密封圈9。同时，为了增加密封可靠性，阀芯8与法兰端盖5锥面接触处还设置了球面硬密封。为了提供阀芯8与法兰端盖5间的密封力，在导杆7与阀芯8之间安装碟簧16，同时，在它们之间焊接波纹管24，密封两个运动件。阀体内密封结构如图4所示。
外密封采用端面密封和填料密封结构。密封压盖10上端面设有环形密封槽，用于安装第一密封填料12、第二密封填料13、上压盖17和碟簧16，对阀杆18实现轴向动密封，防止阀门动密封外漏，同时也减小阀门的转动力矩。三通阀体1上端面设有环形密封槽，用于安装第三密封圈21，防止阀门静密封外漏。阀体外密封结构如图5所示。
本发明中，第一密封圈2、第二密封圈9、第三密封圈21均为O形密封圈；第一密封填料12、第二密封填料13为楔形聚四氟密封填料，表面进行抛光处理。这些密封材料均能适应高低温变化，耐老化，符合长寿命、卫生学使用要求。
阀杆18的旋转动密封采用了填料密封，阀门进行流路切换时，阀杆18的凸轮外立面与导杆7端面之间是滑动摩擦。因此，对阀杆18凸轮外立面以及导杆7的端面进行润滑处理，形成一层固体润滑膜，降低阀杆18凸轮与导杆7之间的滑动摩擦力。通过这些减磨设计，有效降低了运动副之间的摩擦阻力，减小了阀门的操作力矩，从而降低了电动阀门的功耗。
导杆7、阀芯8之间安装碟簧16，进行阀体内部密封力补偿，防止导杆7和阀芯8长寿命工作后，密封力下降。阀杆18的填料密封处安装碟簧16，实现密封预紧和密封力补偿。
图2、3所示阀门处于右侧连通位置，位于左侧的阀芯8被凸轮挤压，往法兰端盖5侧移动，阀芯8上的第二密封圈9被阀芯8和法兰端盖5挤压变形，密封住左侧管路。而顶端管口与右侧管口连通，两管口连接的系统，完成气体的流动。第一轴承20和第二轴承26相配合，共同辅助阀杆18的旋转。
如果需要切换阀门的连通通路，只要电机驱动阀杆18转动180°，使右侧的阀芯8与法兰端盖5压紧，通过两者之间的O形密封圈实现右侧管路的密封。而左侧的阀芯8在连接框架25的带动下，脱离法兰端盖5，实现与顶端管口的连通。两侧的导杆7通过固定环22与连接框架25固定连接，从而实现联动。
以上仅为本发明的技术方案的一个实施例，可以根据实际需要，改变阀门出口的设置位置和数量，实现多位多通功能。
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。

Claims (3)

1.一种凸轮机构的电动梭阀，其特征在于：包括三通阀体(1)、法兰端盖(5)、导杆(7)、阀芯(8)、密封压盖(10)、阀杆(18)、第一轴承(20)、固定环(22)、连接框架(25)、第二轴承(26)；所述的三通阀体(1)为两位三通结构，设有三个呈倒T形分布的孔形成位于顶部的入口以及位于两侧的出口，法兰端盖(5)固定连接在出口处，密封压盖(10)固定连接在入口处；阀芯(8)位于法兰端盖(5)与三通阀体(1)的连接处，导杆(7)穿过阀芯(8)并与阀芯(8)固定连接为一体；阀杆(18)穿过密封压盖(10)并深入三通阀体(1)内部通过第一轴承(20)和第二轴承(26)装配在三通阀体(1)内部；阀杆(18)中部加工有偏心圆凸轮；导杆(7)的位于三通阀体(1)内部的一端通过固定环(22)与连接框架(25)固定连接，使得两个导杆(7)抵住所述凸轮并形成一体化联动结构；通过阀杆(18)的旋转带动所述的凸轮转动，由此使得一侧的阀芯(8)远离法兰端盖(5)使得入口和一侧的出口连通；通过导杆(7)往复运动压紧阀芯(8)与法兰端盖(5)实现流路切换。
2.根据权利要求1所述的一种凸轮机构的电动梭阀，其特征在于：还包括第一密封填料(12)、第二密封填料(13)、碟簧(16)和上压盖(17)，第一密封填料(12)和第二密封填料(13)位于阀杆(18)与密封压盖(10)之间，并通过碟簧(16)和上压盖(17)压紧，进行密封预紧和密封力补偿；所述的第一密封填料(12)和第二密封填料(13)均为楔形密封填料，材料为聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1或2所述的一种凸轮机构的电动梭阀，其特征在于：所述的导杆(7)与阀芯(8)之间安装有碟簧(16)，通过导杆(7)与阀芯(8)的相对运动压缩碟簧(16)实现密封力补偿。
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