CN105003715A - 一种具有应急关阀功能的闸阀电液驱动系统及闸阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有应急关阀功能的闸阀电液驱动系统及闸阀，其中闸阀电液驱动系统，包括电机，液压泵，集成控制阀，执行油缸，蓄能器，液压油箱；本发明主要特征为带蓄能器应急功能，系统工作分为两种模式：调速模式，常规模式，在调速模式时，蓄能器在正常工作时同样起中间‘能量储存’作用，这样可以有效减小电机的功率，且开关的速度更快；本系统具有自诊断功能，安全可靠，系统可根据压力传感器检测的实时信号，来判定系统工作是否正常，本系统集成手动应急功能，无动力情况下，可实现手动重复多次开启、关闭阀门。

Description

一种具有应急关阀功能的闸阀电液驱动系统及闸阀

技术领域

本发明属矿山排水技术领域，具体涉及一种具有应急关阀功能的闸阀电液驱动系统及闸阀。

背景技术

闸阀由于其结构简单，密封性好等优势，广泛应用于矿山等给排水系统。市场上闸阀执行机构比较常见的为手轮开关。随着闸阀向高压，大通径及自动化方向发展。手轮开关执行机构已不能满足需求。目前，出现了电动执行方案，通过电机旋转运动及减速机增扭，替代手轮机构，一方面可以较少劳动强度，另一方面易于实现远程控制；但其存在问题较多：主要是带载启动困难，过载保护不易实现，往往造成结构冲击损坏，另外，停电紧急情况下的应急开阀或应急关阀功能难以实现。为克服电动执行器的问题，市场上出现了部分液动执行器方案，目前已有的几种方案如下：

专利CN202012516U及CN201110057860《一种煤矿自动排水用液动执行器》，存在的问题：1、虽然解决了应急开/关动力问题，但无法实现执行机构在任意位置对蓄能器进行充液，仅油缸伸到头或缩到头后才能对蓄能器进行充液，极大限制了该机构功能扩展，如闸阀在保持半开的状态下，需要对蓄能器进行充液时，无法实施；2、无系统检测报警，故障自诊断功能，安全应急设备可靠性要求高，应急蓄能器充气压力是否满足要求，无法提供实时动态检测判断；3、根据其提供的两个原理，应急功能在电磁铁得电时才有效，而所需的应该是断电的紧急情况下能实现紧急关阀功能；4、双杠驱动，容易产生不同步从 而导致油缸或结构憋坏的问题，在实际使用中不实用。

专利CN200510048257《液压可控闸阀》采用液压马达替代电机直接驱动丝杠旋转运动从而实现阀门开闭，本质上仍然输出旋转运动，与直接电机驱动类似，且无应急功能。

专利CN201110075968《一种矿用潜水电液控制闸阀》采用双向齿轮泵正反转来驱动油缸进行闸阀开关，控制简单，但无应急功能。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种具有应急关阀功能的闸阀电液驱动系统及闸阀，可以有效解决上述问题。本发明的技术方案如下：

一种具有应急关阀功能的闸阀电液驱动系统，包括电机，液压泵，集成控制阀，执行油缸，蓄能器，液压油箱；

所述集成控制阀包括：补油溢流阀，单向阀，常闭式两位两通比例方向阀，测压接头，两位三通电磁球阀，常开式两位两通电磁球阀，可调节流阀，压力传感器，两位四通电磁换向阀，双向液压锁，溢流阀；

所述液压泵为齿轮泵，液压泵由电机驱动，液压泵的吸油口与液压油箱相连，液压泵的压力油口并联补油溢流阀，补油溢流阀回油口接液压油箱，液压泵的出油口同时连接单向阀，液压泵的压力油路通过单向阀后分为两条油路，一条连接两位三通电磁球阀的p1口；另一条油路连接常闭式两位两通比例方向阀的进油口，常闭式两位两通比例方向阀的出油口连接蓄能器，蓄能器出口设置有可调节流阀；蓄能器出口经过可调节流阀后，同时并联另一条油路，与常开式两位两通电磁球阀进口相连，常开式两位两通电磁球阀出油口与两位三通电磁球阀的p2口连接；压力传感器设置在可调节流阀与常开式两位两通电磁球 阀之间的压力油路上。两位三通电磁球阀的出口与两位四通电磁换向阀的P口相连，两位四通电磁换向阀的A、B口分别连接双向液压锁的a、b口，执行油缸的大小腔分别连接到双向液压锁的出油口。

在两位四通电磁换向阀的P、T口，并联设置有溢流阀；溢流阀的进油口与P口连接，回油口与T口连接；

进一步的，在两位四通电磁换向阀的P、T口，并联设置有手动泵；手动泵吸油口与T口连接，压力油口与与P口连接；

进一步的，本系统还包括油缸位移传感器，实现执行油缸活塞位置检测功能，由位置传感器判定油缸活塞的位置，从而实时显示闸阀的开启或关闭状态；根据传感器位置信号，判断开/关是否到位，到位后停止动作。

进一步的，双向液压锁内包含两个液控单向阀，与执行油缸大小腔各连接一个；

进一步的，所述常闭式两位两通比例方向阀用单向阀代替。

本系统中补油溢流阀的作用为防止故障情况下电机反转引起油泵吸空损坏系统，同时设定系统最大充液压力；溢流阀为动作压力设定的二次溢流阀，设定系统的执行机构的压力。补油溢流阀的压力大于溢流阀的设定压力。

本系统中手动泵主要用于系统无动力情况下进行检修时，用作手动应急的动力。

进一步的，所用执行油缸伸出末端1/3处带有缓冲结构。

本发明同时提供一种闸阀，具有上述的闸阀电液驱动系统。

本发明的有益效果如下：

1、提供应急关闭方案；

2、速度可调，在调速模式时，蓄能器在正常工作时同样起中间‘能量储存’ 作用，这样可以有效减小电机的功率，且开关的速度更快；

3、系统具有自诊断功能，安全可靠。系统可根据压力传感器检测的实时信号，来判定系统工作是否正常：

4、执行机构带末端缓冲，防止水锤现象。阀门关闭时，前段行程在蓄能器作用下，流量迅速释放，阀门快速运动，至关闭末端时，油缸进入缓冲段，最终实现阀门缓慢关闭，有效防止水锤现象。

5、带集成式手动泵，提供手动应急功能，方便无动力情况下的检修。

6、专用集成控制阀，所有控制元件集成于专用集成块，结构紧凑，系统布置方便。

7、带二次溢流阀，易于防止过载。

附图说明

图1是本发明的系统原理图

附图标号说明

1电机，2液压油箱，3液压泵，4集成控制阀，5执行油缸，6位移传感器，7蓄能器；

41补油溢流阀，42单向阀，43常闭式两位两通比例方向阀，44测压接头，45两位三通电磁球阀，46常开式两位两通电磁球阀，47可调节流阀，48压力传感器，49两位四通电磁换向阀，410双向液压锁，411溢流阀，412手动泵

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明，如图1所示，一种具有应急关阀功 能的闸阀电液驱动系统，包括电机1，液压泵3，集成控制阀4，执行油缸5，蓄能器7，液压油箱2；

所述集成控制阀4包括：补油溢流阀41，单向阀42，常闭式两位两通比例方向阀43，测压接头44，两位三通电磁球阀45，常开式两位两通电磁球阀46，可调节流阀47，压力传感器48，两位四通电磁换向阀49，双向液压锁410，溢流阀411，手动泵412；

液压泵3为齿轮泵，液压泵3由电机1驱动，液压泵3的吸油口与液压油箱2相连，液压泵3的压力油口并联补油溢流阀41，补油溢流阀41回油口接液压油箱2，液压泵3的出油口同时连接单向阀42，液压泵3的压力油路通过单向阀42后分为两条油路，一条连接两位三通电磁球阀45的p1口；另一条油路连接常闭式两位两通比例方向阀43的进油口，常闭式两位两通比例方向阀43的出油口连接蓄能器7，蓄能器7出口设置有可调节流阀47；蓄能器出口经过可调节流阀47后，同时并联另一条油路，与常开式两位两通电磁球阀46进口相连，常开式两位两通电磁球阀46出油口与两位三通电磁球阀45的p2口连接；压力传感器48设置在可调节流阀47与常开式两位两通电磁球阀46之间的压力油路上。两位三通电磁球阀45的出口与两位四通电磁换向阀49的P口相连，两位四通电磁换向阀49的A、B口分别连接双向液压锁410的a、b口，执行油缸5的大小腔分别连接到双向液压锁410的出油口。

同时两位四通电磁换向阀49的P、T口，并联设置了溢流阀411、手动泵412；溢流阀411的进油口与P口连接，回油口与T口连接；手动泵412吸油口与T口连接，压力油口与与P口连接；

进一步的，本系统还包括油缸位移传感器6，实现油缸活塞位置检测功能，由位置传感器6判定油缸活塞的位置，从而实时显示闸阀的开启或关闭状态； 根据传感器位置信号，判断开/关是否到位，到位后停止动作。

所述双向液压锁410内包含两个液控单向阀，与油缸大小腔各连接一个；

所述常闭式两位两通比例方向阀43可用单向阀代替。

本系统中补油溢流阀41的作用为防止故障情况下电机反转引起油泵吸空损坏系统，同时设定系统最大充液压力；溢流阀411为动作压力设定的二次溢流阀，设定系统的执行机构的压力。补油溢流阀41的压力大于溢流阀411的设定压力。

本系统中手动泵412主要用于系统无动力情况下进行检修时，用作手动应急的动力。

进一步的，所用执行油缸5伸出末端1/3处带有缓冲结构。

本领域技术人员可以在本发明方案的基础上进行如下改变，1、常闭式两位两通比例方向阀43可用单向阀代替；

2、专业技术人员可在此基础上，设计应急常开式；采用双油缸；

3、所示元件双向液压锁410可用两个液控单向阀代替。

4、油缸在结构上可以采用倒装

本发明的工作原理及过程如下：

系统工作分为两种模式：调速模式，常规模式。

调速模式分为‘充液’，‘保压’，‘放液’及‘紧急’工况。

充液工况：系统启动时，DT01得电，DT02失电，电机启动，驱动油泵开始对蓄能器进行充液，当压力传感器压力达到设定压力Pmax时，电机停止，系统进入‘保压’工况；

保压工况：DT01得电，电机关闭，DT02得电；系统压力传感器48监测压力信号，当压力信号小于Pmin时，进入‘充液’工况，电机开启，驱动油泵对 蓄能器充液，直至压力达到Pmax。

放液工况：执行机构需要动作时，系统进入放液工况。DT01得电，DT02得电，电磁比例阀Y01打开，蓄能器7中的压力油经过节流阀47，至两位两通比例方向阀43，到两位三通电磁球阀45的P口。当进行关阀动作时，两位四通电磁换向阀49失电，压力油通过双向液压锁410的单向阀进入油缸5无杆腔，推动活塞杆伸出，实现闸板关闭，当闸板关闭到要求位置时，控制系统发出信号，Y01关闭，油缸在液控单向阀的保持下，锁定在固定位置。执行开阀动作时，DT01得电，DT02得电，DT03得电，蓄能器中压力油通过油路进入油缸有杆腔，推动活塞杆回缩。

紧急工况：系统失电或发出紧急指令时，DT01，DT02，DT03失电，蓄能器7中的压力油通过油路进入油缸5无杆腔，推动活塞杆伸出，实现闸板紧急关闭。

调速模式的优点是开关速度可通过调节两位两通比例方向阀43的控制电流，改变开关阀门的速度，在开启的初始阶段，或开启到位或关闭到位的末端，缓慢动作，从而使系统平稳运行，而在运行的中间段，可加大流量，实现闸板快速运动。同时，可通过对Y01设定不同的电流范围，满足不同场合的开关速度要求。

常规模式：分为‘充液’，‘保压’，‘动作’及‘紧急’工况

充液工况，保压工况与调速模式中相同。

动作工况：执行机构需要动作时，DT01得电，DT02得电，电磁比例阀43处于关闭位，其作用相当于单向阀；此时蓄能器7中的压力油被两位两通电磁球阀46及电磁比例阀43封闭，处于应急待机状态。当要进行关阀动作时，两位四通电磁换向阀49失电，电机启动，液压泵3的压力油通过双向液压锁410 的单向阀进入油缸5无杆腔，推动活塞杆伸出，实现闸板关闭，当闸板关闭到要求位置时，控制系统发出信号，电机停止，油缸在液控单向阀的保持下，锁定在固定位置。执行开阀动作时，DT01得电，DT02得电，DT03得电，电机启动，液压泵3的压力油通过油路进入油缸5有杆腔，推动活塞杆回缩，实现闸板开启，当闸板开启到要求位置时，控制系统发出信号，电机停止，油缸在液控单向阀的保持下，锁定在固定位置。

调速模式和常规模式最根本的区别为：调速模式动作油源由蓄能器供给，常规模式动作油源由齿轮泵直接供给。

本发明在调速模式时，蓄能器作为动力源，一方面可通过对Y01设定不同的电流范围，满足不同场合的开关速度要求。另一方面由于蓄能器的中间蓄能作用，在需要快速大功率的场合，也可以采用小功率电机，有效减小装机功率。

本发明采用了缓冲油缸，可实现紧急关阀后段缓闭功能，有效防止水锤现象。本发明根据压力检测结果及运算，能提供在线故障诊断及过载保护，另外集成了手动应急功能，无动力情况下，可实现手动重复多次开启、关闭阀门。

以上是对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种具有应急关阀功能的闸阀电液驱动系统，其特征在于，包括电机，液压泵，集成控制阀，执行油缸，蓄能器，液压油箱；

所述集成控制阀包括：补油溢流阀，单向阀，常闭式两位两通比例方向阀，测压接头，两位三通电磁球阀，常开式两位两通电磁球阀，可调节流阀，压力传感器，两位四通电磁换向阀，双向液压锁，溢流阀；

所述液压泵为齿轮泵，液压泵由电机驱动，液压泵的吸油口与液压油箱相连，液压泵的压力油口并联补油溢流阀，补油溢流阀回油口接液压油箱，液压泵的出油口同时连接单向阀，液压泵的压力油路通过单向阀后分为两条油路，一条连接两位三通电磁球阀的p1口；另一条油路连接常闭式两位两通比例方向阀的进油口，常闭式两位两通比例方向阀的出油口连接蓄能器，蓄能器出口设置有可调节流阀；蓄能器出口经过可调节流阀后，同时并联另一条油路，与常开式两位两通电磁球阀进口相连，常开式两位两通电磁球阀出油口与两位三通电磁球阀的p2口连接；压力传感器设置在可调节流阀与常开式两位两通电磁球阀之间的压力油路上；两位三通电磁球阀的出口与两位四通电磁换向阀的P口相连，两位四通电磁换向阀的A、B口分别连接双向液压锁的a、b口，执行油缸的大小腔分别连接到双向液压锁的出油口；

在两位四通电磁换向阀的P、T口，并联设置有溢流阀；溢流阀的进油口与P口连接，回油口与T口连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有应急关阀功能的闸阀电液驱动系统，其特征在于，在两位四通电磁换向阀的P、T口，并联设置有手动泵；手动泵吸油口与T口连接，压力油口与与P口连接。

3.根据权利要求1所述的一种具有应急关阀功能的闸阀电液驱动系统，其特征在于，在执行油缸内设有油缸位移传感器。

4.根据权利要求1所述的一种具有应急关阀功能的闸阀电液驱动系统，其特征在于，所述双向液压锁内包含两个液控单向阀，与执行油缸大小腔各连接一个。

5.根据权利要求1所述的一种具有应急关阀功能的闸阀电液驱动系统，其特征在于，所述常闭式两位两通比例方向阀用单向阀代替。

6.根据权利要求1所述的一种具有应急关阀功能的闸阀电液驱动系统，其特征在于，所述执行油缸伸出末端1/3处带有缓冲结构。

7.一种闸阀，其特征在于，具有权利要求1-6任一项所述的具有应急关阀功能的闸阀电液驱动系统。