CN104405930B - 机械联动切断阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机械联动切断阀。该机械联动阀包括：同为机械式二位三通阀且并排设置的第一阀门和第二阀门；杠杆联动机构，包括：支点座；以及杠杆，其第一端与第一阀门的连杆联接，其第二端与第二阀门的连杆连接，其位于第一端和第二端之间的支点支撑于支点座上；以及驱动装置，驱动杠杆在左侧倾斜状态和右侧倾斜状态之间切换。其中，第一阀门和第二阀门的阀板动作方向相反。本发明机械联动阀应用于蓄热氧化装置中，可以保证通风瓦斯与抽排瓦斯管道同步切断，避免人为操作、远程操控疏漏，提高了抽排瓦斯切断的可靠性和系统的安全性。

Description

机械联动切断阀

技术领域

本发明涉及机械行业阀门技术领域，尤其涉及一种机械联动切断阀。

背景技术

长期以来，煤矿通风瓦斯甲烷浓度低(＜0.75％)、富集难、气量大，利用技术难度较大，因此一般都直接排放大气，极少被回收利用。蓄热式通风瓦斯氧化技术被认为是处理煤矿通风瓦斯、减少温室气体排放重要的、最具发展前景的瓦斯减排利用技术，其通过在蓄热氧化装置内交替切换煤矿通风瓦斯与烟气流经蓄热体，将通风瓦斯预热并使其中的甲烷氧化释放热量；通过余热回收利用系统将甲烷氧化释放的多余热量取出加以利用。

考虑到蓄热氧化装置长期、稳定、有效的运行：一方面部分煤矿通风瓦斯甲烷浓度过低(＜0.3％)且波动大，不利于维持氧化装置运行的稳定；另一方面用户(矿区)存在冷、热、电等用能需求，仅依靠低浓度通风瓦斯中甲烷释放的能量不足以同时维持氧化床内部温度及用户用能需求。目前，解决这些问题的方式是在低甲烷浓度通风瓦斯中掺混一定量较高浓度(20～30％)的抽排瓦斯，维持瓦斯气体甲烷浓度需要及稳定，实现氧化装置稳定运行及用户对冷、热、电的需求，拓宽氧化装置处理瓦斯的浓度范围。

在低甲烷浓度通风瓦斯中掺混一定量较高浓度(20～30％)的抽排瓦斯不可避免的存在如下问题：如何实现安全掺混，保证在系统故障时，低甲烷浓度通风瓦斯切断时较高浓度抽排瓦斯同时切断，从而确保甲烷不集聚，使得其浓度处在安全范围(甲烷在空气中的爆炸极限约为5％～15％，掺混装置通常设置其掺混后的浓度上限为1.2％)。

为了解决上述问题，目前通常的做法是安装甲烷浓度检测仪，检测获得掺混后甲烷浓度，浓度信号反馈到控制系统中，通过控制系统判断并给出调节或切断抽排瓦斯的指令。

然而，上述控制方法局限于控制信号、电动阀门的可靠性，并且这种远程控制方式增加了人为判断以及复杂联锁控制策略和操作步骤，操作失误易造成抽排瓦斯集聚，甲烷浓度上升，降低了通风瓦斯氧化装置运行的可靠性和安全性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种具有更高安全性的机械联动阀。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种机械联动切断阀。该机械联动阀包括：第一阀门10，为机械式二位三通阀；第二阀门20，为机械式二位三通阀，与第一阀门10并排设置，两者的连杆朝向同一方向；杠杆联动机构30，包括：支点座31，位于第一阀门10和第二阀门20之间的预设位置；以及杠杆32，其第一端与第一阀门的连杆15联接，其第二端与第二阀门的连杆25连接，其位于第一端和第二端之间的支点支撑于支点座31上；以及驱动装置，驱动杠杆32在左侧倾斜状态和右侧倾斜状态之间切换。其中，第一阀门10和第二阀门20的阀板动作方向相反，当驱动装置40驱动杠杆32在左侧倾斜状态时，第一阀门10和第二阀门20同时处于第一状态；当驱动装置驱动杠杆32在右侧倾斜状态时，第一阀门10和第二阀门20同时处于第二状态，其中，第一状态为进气状态和放散状态的其中之一，第二状态为进气状态和放散状态的其中另一。

优选地，本发明机械联动切断阀中，第一阀门10和第二阀门20的阀板动作方向相反为：第一阀门10和第二阀门20中：对于其中之一的阀门，其阀板处于上位时，该阀门处于进气状态，阀板处于下位时，该阀门处于放散状态；对于其中另一的阀门，其阀板处于上位时，该阀门处于放散状态，阀板处于下位时，该阀门处于进气状态。

优选地，本发明机械联动切断阀中，第一阀门的阀板14与相应的连杆15之间、第二阀门的阀板24与相应的连杆25之间均通过万向节连接。

优选地，本发明机械联动切断阀中，杠杆的第一端与相应的连杆15之间、杠杆的第二端与相应的连杆25均采用连接鞘32a、32b连接。

优选地，本发明机械联动切断阀中，杠杆的支点与鞘轴配接并支撑于支点座31上。

优选地，本发明机械联动切断阀中，杠杆32由支点分成第一段和第二段；第一段的长度L₁和第二段的长度L₂满足：

$\frac{L_1}{L_2}=\frac{H_1}{H_2}$

其中，第一段为靠近第二阀门的一段，第二段靠近第一阀门的一段；H₁为第一阀门的阀板14的行程，H₂为第二阀门的阀板24的行程。

优选地，本发明机械联动切断阀中，第一阀门和第二阀门的阀板的外围包裹有软性材料的套层；且阀门的内部，阀门的上下行程止点的位置，设置软性材料的密封垫。优选地，软性材料为橡胶或塑料。

优选地，本发明机械联动切断阀中，驱动装置为液压驱动装置、气动驱动装置或电磁驱动装置。

优选地，本发明机械联动切断阀中，驱动装置为液压驱动装置40，该液压驱动装置40包括：液压站41；油缸支座42，固定于支点座的一侧；油缸43，其底部安装于油缸支座42上，其活塞杆的前端枢接于杠杆除支点外的一点上，其进/回油管路连接至液压站41。

优选地，本发明机械联动切断阀中，液压站41的控制端连接至控制系统50，并依据该控制系统50的信号进行相应动作；其中，控制系统50根据传感器反馈的信号来判断目前是否存在危险情况，进而判断打开或关闭机械联动切断阀。

优选地，本发明机械联动切断阀中，在液压站停止工作时，依靠液压站的储能部分驱动油缸动作，从而关闭第一阀门10和第二阀门20。

优选地，本发明机械联动切断阀还包括：钢结构支撑架；第一阀门10、第二阀门20和支点座31均固定于该钢结构支撑架上，且第一阀门10和第二阀门20安装连杆的一端以及支点座的下端均处于同一平面上。

优选地，本发明机械联动切断阀中，第一阀门10为通风瓦斯二位三通阀，其进气口11连接于通风瓦斯主管道64，其出气口12在下，放散口13在上，在其上端，阀板14通过连杆15连接至杠杆的第一端。

第二阀门20为抽排瓦斯二位三通阀，其进气口21连接于抽排瓦斯主管道61，其出气口22在上，放散口23在下，在其上端，阀板24通过连杆25连接至杠杆的第二端。

优选地，本发明机械联动切断阀中，支点座位于靠近的第二阀门20的一侧。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明机械联动阀具有以下有益效果：

(1)机械联动，保证通风瓦斯与抽排瓦斯管道同步切断，避免人为操作、远程操控疏漏，提高了抽排瓦斯切断的可靠性和系统的安全性；

(2)两阀体通过杠杆连接，统一调试后安装在定制的钢架结构中，简化了工程现场调试，便于安装。

附图说明

图1A为根据本发明实施例机械式联动切断阀中两阀门处于进气状态的示意图；

图1B为根据本发明实施例机械式联动切断阀中两阀门处于放散状态的示意图；

图2为图1A和图1B所示机械式联动切断阀的两阀门中阀板及对应部位的示意图；

图3为图1A和图1B所示机械联动切断阀中液压驱动装置的控制示意图；

图4为本实施例机械联动切断阀与蓄热氧化装置组成的工艺系统示意图。

【主要元件】

10-第一阀门；

11-进气口 12-出气口

13-放散口； 14-阀板；

14a-密封垫； 14b-软性材料套层；

15-连杆；

第二阀门20；

21-进气口 22-出气口

23-放散口； 24-阀板；

24a-密封垫； 24b-软性材料套层；

25-连杆；

30-杠杆联动机构；

31-支点座； 32-杠杆；

40-液压驱动装置；

41-液压站； 42-油缸支座；

43-油缸；

50-控制系统；

60-乏风瓦斯蓄热氧化工艺系统；

61-抽排瓦斯主管道； 62-脱水器；

63-安全阀组； 64-通风瓦斯主管道；

65-掺混段； 66-除水除尘装置；

67-蓄热氧化装置； 68-引风机；

69-烟囱。

A、A′、B、B′、C、C′：状态。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

本发明基于杠杆原理，驱动装置驱动杠杆，采用机械方式同时联动控制两个机械式二位三通阀。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种机械联动切断阀。图1A为根据本发明实施例机械式联动切断阀中两阀门处于进气状态的示意图。图1B为根据本发明实施例机械式联动切断阀中两阀门处于放散状态的示意图。请参照图1A和图1B，本实施例机械式联动切断阀包括：第一阀门10、第二阀门20、杠杆联动机构30和驱动装置。其中，第一阀门10为机械式二位三通阀。第二阀门20为机械式二位三通阀，其与第一阀门10并排设置，两者的连杆朝向同一方向。杠杆联动机构30包括：支点座31，位于第一阀门10和第二阀门20之间的预设位置；以及杠杆32，其第一端通过连接鞘与第一阀门的连杆连接，其第二端通过连接鞘与第二阀门的连杆连接，其位于所述第一端和第二端之间的支点与鞘轴配接并支撑于支点座31上。驱动装置驱动杠杆32在左侧倾斜状态(B)和右侧倾斜状态(B′)之间切换；

在第一阀门10和第二阀门20中，对于其中之一的阀门而言，其阀板处于上位(A或C′)时，该阀门处于进气状态，阀板处于下位时，该阀门处于放散状态；对于其中另一的阀门而言，其阀板处于上位时，该阀门处于放散状态，阀板处于下位(A′或C)时，该阀门处于进气状态。

本实施例中，驱动装置40驱动杠杆32在左侧倾斜状态时，第一阀门和第二阀门同时处于第一状态，驱动装置驱动杠杆在右侧倾斜状态时，第一阀门和第二阀门同时处于第二状态，其中，第一状态为进气状态和放散状态的其中之一，第二状态为进气状态和放散状态的其中另一。

以下对本实施例联动切断阀的各个组成部分进行详细说明。

请参照图1A和图1B，第一阀门10、第二阀门20、支点座31、液压驱动装置40均固定于同一钢结构支撑架9。该钢结构支撑架9保证了第一阀门10和第二阀门20的上端处于同一平面上，从而两个阀门的阀板开关到位。

本实施例中，第一阀门10和第二阀门20在同一水平面并排设置，但本发明并不以此为限。本领域技术人员可以根据现场和设计情况设置该第一阀门和第二阀门的位置、方向和连杆朝向，在此不再详述。

本实施例中，第一阀门10为通风瓦斯二位三通阀，其进气口11连接于通风瓦斯主管道40，其出气口12在下，放散口13在上，即当阀板14处于上位(A)时，进气口11和出气口12相连通，阀门处于进气状态；当阀板14处于下位(A′)时，进气口11和放散口13相连通，阀门处于放散状态。在第一阀门10的上端，阀板14通过连杆15连接至杠杆第一端。

与此对应，第二阀门20为抽排瓦斯二位三通阀，其进气口21连接于抽排瓦斯主管道50，其出气口22在上，放散口23在下，即当阀板24处于上位(C′)时，进气口11和放散口13相连通，阀门处于放散状态；当阀板14处于下位(C)时，进气口11和出气口12相连通，阀门处于进气状态。在第二阀门20的上端，阀板24通过连杆25连接至杠杆第二端的连接鞘32b。

为了保证传动关系的顺畅性，第一阀门的阀板14与连杆15之间、第二阀门的阀板24与连杆25之间均通过万向节连接。同时，为了保证杠杆起降时连杆垂直运动，在第一阀门中，连杆15与杠杆的第一端之间采用连接鞘32a连接，在第二阀门中，连杆25与杠杆的第二端之间采用连接鞘32b连接。

一般情况下，第一阀门10和第二阀门20中的阀板(15、25)均由金属板材制备，而在其上下两行程止点位置的阀门内部的相应部件也由金属材料制备，如果不加以处理的话，阀板运动到行程止点时，与相应部位碰撞产生火花，对于瓦斯气体而言，这是非常危险的。

图2为图1A和图1B所示机械式联动切断阀的两阀门中阀板及对应部位的示意图。如图2所示，两阀门的阀板的外围包裹有软性材料套层(14b、24b)。同时，在阀门内部，阀板的上、下两行程止点的位置，设置软性材料密封垫(14a、24a)。在阀板运动到行程止点位置时，其外围的软性材料套层(14b、24b)与软性材料密封垫(14a、24a)接触，缓冲了阀板运动的冲量，同时，达到了阀板密封的目的。

本领域技术人员应当了解，上述的软性材料可以为橡胶、塑料等材料。除此之外，阀板的外围可以不用软性材料的套层，而直接用软性材料制备，同样能够达到相同的目的，在此不再赘述。

请参照图1A和图1B，杠杆32中部的支点通过支点座31承接，保证其自由旋转。杠杆32由支点分成第一段(靠近第二阀门的一段)和第二段(靠近第一阀门的一段)。其中，第一段的长度L₁和第二段的长度L₂满足以下关系式：

$\frac{L_1}{L_2}=\frac{H_1}{H_2}---\left(1\right)$

其中，H₁为第一阀门的阀板14的行程，H₂为第二阀门的阀板24的行程。

本实施例中，杠杆在左侧倾斜状态和右侧倾斜状态之间的切换动力来源于液压驱动装置40。图3为图1A和图1B所示机械联动切断阀中液压驱动装置的结构示意图。请参照图1A、图1B和图3，液压驱动装置40包括：液压站41、油缸支座42和油缸43。其中，油缸支座42固定于钢结构支撑架的上方，支点座的一侧。油缸43的底部安装于该油缸支座42上，其活塞杆的前端枢接于杠杆第二段的某一点上，其进/回油管路连接至液压站41。液压站41的控制端连接至控制系统50。而控制系统50根据安装于整套装置内部各个传感器反馈的信号来判断目前是否存在危险情况，进而判断是否需要关闭机械联动切断阀。

此外，即使系统出现断电，液压站停止工作时，仅需依靠液压站的储能部分即可使活塞恢复到缩回状态，从而关闭通风瓦斯二位三通阀和抽排瓦斯二位三通阀即可保证系统安全。

需要说明的是，本实施例采用的液压驱动装置来驱动机械式联动切断阀，但本发明并不以此为限。在本发明的其他实施例中，还可以采用气动或电磁部件来驱动机械式联动切断阀，这些方式已经为本领域技术人员所熟知，此处不再详细说明。

图4为本实施例机械联动切断阀与蓄热氧化装置组成的工艺系统示意图。如图4所示，第二阀门20的进气口连接至抽排瓦斯主管道61中，其出气口通过管道连接至通风瓦斯主管道64，其放散口空置。第一阀门10的进气口连接至通风瓦斯主管道64的末端，其出气口通过管道连接至蓄热氧化装置67，其放散口空置。第二阀门20及相应的阀门组成安全阀组63。

以下介绍本实施例机械联动切断阀的工作原理：

(1)当控制系统判断无异常情况发生时，向液压站41发送安全信号，液压站41控制油缸13，使其活塞杆处于伸出状态，此时，第一阀门的阀板14处于下位，进气口与出气口连通，放散口关闭；由于杠杆的作用，第二阀门的阀板处于上位，进气口与出气口连通，放散口关闭，如图1A所示；

此时，第一阀门10和第二阀门20均处于进气状态，抽排瓦斯经脱水器62、安全阀组63中流量调节后进入通风瓦斯主管道64的掺混段65进行掺混，混合后的瓦斯经过除水除尘装置66处理进入第一阀门10的进气口，并由出气口进入蓄热氧化装置，蓄热氧化装置67正常运行，氧化后的气体经引风机68通过烟囱69排出。

(2)当蓄热氧化装置停机或系统发生故障时，控制系统向液压站41发送危险信号，液压站41控制油缸13，使其活塞杆处于缩回状态，此时，第一阀门的阀板14处于上位，进气口与放散口连通，出气口关闭；由于杠杆的作用，第二阀门的阀板处于下位，进气口与放散口连通，出气口关闭，如图1B所示。

此时，第一阀门10和第二阀门20均处于放散状态，此时，在第一阀门10中，进气口和放散口连通，出气口关闭，通风瓦斯开始放散。同时，第二阀门处于下位，其出气口关闭，开启放散，抽排瓦斯不能再进入通风瓦斯主管道64的掺混段65进行掺混，从而避免了抽排瓦斯未关断而在通风瓦斯管道中集聚导致甲烷浓度升高。

可见，本实施例用一个杠杆联动机构和钢架支撑平台将两个不同瓦斯管道二位三通阀集成为联动切断阀。这种机械联动方式一方面可保证通风瓦斯与抽排瓦斯同时开启掺混的需要，另一方面可保证当系统出现故障时，切断通风瓦斯的同时确保切断抽排瓦斯，从而避免了人为操作、远程操控疏漏，提高了抽排瓦斯切断的可靠性和系统的安全性。同时，简化了管道安装，提高了操作过程可靠性。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明机械联动切断阀有了清楚的认识。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：除了液压式驱动装置之外，还可以采用气动式驱动装置或电磁式驱动装置来驱动机械式联动切断阀。

综上所述，本发明基于杠杆原理，驱动装置杠杆在第一状态和第二状态之间切换，同时打开或关闭第一阀门和第二阀门，其优点在于结构、操作步骤简单，同时，机械连杆结构可靠性高，远程控制系统参与度低，是一种避免和弥补人为误操作、控制系统动作疏漏的有效方法。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种机械联动切断阀，其特征在于，包括：

第一阀门(10)，为机械式二位三通阀；

第二阀门(20)，为机械式二位三通阀，与所述第一阀门(10)并排设置，两者的连杆朝向同一方向；

杠杆联动机构(30)，包括：

支点座(31)，位于所述第一阀门(10)和第二阀门(20)之间的预设位置；以及

杠杆(32)，其第一端与所述第一阀门的连杆(15)连接，其第二端与第二阀门的连杆(25)连接，其位于所述第一端和第二端之间的支点支撑于所述支点座(31)上；以及

驱动装置，驱动所述杠杆(32)在左侧倾斜状态和右侧倾斜状态之间切换；

其中，所述第一阀门(10)和第二阀门(20)的阀板动作方向相反，当所述驱动装置(40)驱动所述杠杆(32)在左侧倾斜状态时，所述第一阀门(10)和第二阀门(20)同时处于第一状态；当所述驱动装置驱动所述杠杆(32)在右侧倾斜状态时，所述第一阀门(10)和第二阀门(20)同时处于第二状态，其中，所述第一状态为进气状态和放散状态的其中之一，所述第二状态为进气状态和放散状态的其中另一；

其中，所述第一阀门(10)为通风瓦斯二位三通阀，其进气口(11)连接于通风瓦斯主管道(64)，其出气口(12)在下，放散口(13)在上，在其上端，阀板(14)通过连杆(15)连接至所述杠杆的第一端；所述第二阀门(20)为抽排瓦斯二位三通阀，其进气口(21)连接于抽排瓦斯主管道(61)，其出气口(22)在上，放散口(23)在下，在其上端，阀板(24)通过连杆(25)连接至所述杠杆的第二端。

2.根据权利要求1所述的机械联动切断阀，其特征在于，所述第一阀门(10)和第二阀门(20)的阀板动作方向相反为：所述第一阀门(10)和第二阀门(20)中：

对于其中之一的阀门，其阀板处于上位时，该阀门处于进气状态，阀板处于下位时，该阀门处于放散状态；

对于其中另一的阀门，其阀板处于上位时，该阀门处于放散状态，阀板处于下位时，该阀门处于进气状态。

3.根据权利要求1所述的机械联动切断阀，其特征在于，第一阀门的阀板(14)与相应的连杆(15)之间、第二阀门的阀板(24)与相应的连杆(25)之间均通过万向节连接。

4.根据权利要求1所述的机械联动切断阀，其特征在于，杠杆的第一端与相应的连杆(15)之间、杠杆的第二端与相应的连杆(25)之间均采用连接鞘(32a、32b)连接。

5.根据权利要求1所述的机械联动切断阀，其特征在于，杠杆的支点与鞘轴配接并支撑于支点座(31)上。

6.根据权利要求1所述的机械联动切断阀，其特征在于，所述杠杆(32)由支点分成第一段和第二段；第一段的长度L₁和第二段的长度L₂满足：

$\frac{L_1}{L_2}=\frac{H_1}{H_2}$

其中，第一段为靠近第二阀门的一段，第二段靠近第一阀门的一段；H₁为第一阀门的阀板(14)的行程，H₂为第二阀门的阀板(24)的行程。

7.根据权利要求1所述的机械联动切断阀，其特征在于，第一阀门和第二阀门的阀板的外围包裹有软性材料的套层；且阀门的内部，所述阀门的上下行程止点的位置，设置软性材料的密封垫。

8.根据权利要求7所述的机械联动切断阀，其特征在于，所述软性材料为橡胶或塑料。

9.根据权利要求1所述的机械联动切断阀，其特征在于，所述驱动装置为液压驱动装置、气动驱动装置或电磁驱动装置。

10.根据权利要求9所述的机械联动切断阀，其特征在于，所述驱动装置为液压驱动装置(40)，该液压驱动装置(40)包括：

液压站(41)；

油缸支座(42)，固定于支点座的一侧；

油缸(43)，其底部安装于所述油缸支座(42)上，其活塞杆的前端枢接于杠杆除支点外的一点上，其进/回油管路连接至所述液压站(41)。

11.根据权利要求10所述的机械联动切断阀，其特征在于，所述液压站(41)的控制端连接至控制系统(50)，并依据该控制系统(50)的信号进行相应动作；

其中，所述控制系统(50)根据传感器反馈的信号来判断目前是否存在危险情况，进而判断打开或关闭所述机械联动切断阀。

12.根据权利要求10所述的机械联动切断阀，其特征在于，在液压站停止工作时，依靠液压站的储能部分驱动油缸动作，从而关闭所述第一阀门(10)和第二阀门(20)。

13.根据权利要求1所述的机械联动切断阀，其特征在于，还包括：钢结构支撑架；

所述第一阀门(10)、第二阀门(20)和支点座(31)均固定于该钢结构支撑架上，且所述第一阀门(10)和第二阀门(20)安装连杆的一端以及支点座的下端均处于同一平面上。

14.根据权利要求1所述的机械联动切断阀，其特征在于，所述支点座位于靠近的第二阀门(20)的一侧。