CN105351598A - 先导式微功耗、双稳态膜片阀 - Google Patents

Abstract

本发明保护一种先导式微功耗、双稳态膜片阀，主要包括换向器1、阀盖2a、连杆机构3、膜片组件7和阀体8，换向器1内嵌有两块圆柱形磁铁1c，连杆机构3装在阀盖2a内，通过连杆4联接两个也带有圆柱形内磁铁6b的阀芯6形成阀盖组件。换向器1靠在阀盖组件2上，利用上、下两组永久磁铁之间的磁场强度的产生作用力，驱动阀盖组件2内部的跷跷板式的杠杆省力机构，拉动阀芯6来启、闭先导孔7a，并无需持续消耗电能做功来驱动，仅靠永久磁场即可保持此作用力一直稳定存在，维持阀门的常开和常闭，从而实现双稳态。本发明成倍增加了启、闭阀门先导孔的能力，更有利于提高在高压流体介质环境中的管道阀门的开、关阀能力。

Description

先导式微功耗、双稳态膜片阀

技术领域

本发明涉及液体和气体控制阀，具体涉及先导式膜片阀，适用于液体和气体介质，属于综合节能减排技术、气表和水表阀门的智能控制以及其它电控阀领域。

背景技术

气、液流体介质在管道内压力环境下输送的过程中，传统技术的先导式膜片阀均是电磁阀，采用电磁线圈驱动衔铁以带动阀杆上下直线运动，来启开和封闭先导阀起泄压功能的先导孔。这种驱动方式有两方面的缺点，一是高耗能，必须依靠外部供电，阀门的运用也受到了安装环境条件的限制。特别是在远距离、不具备使用外部电源的工况，长期需要依靠自备电源才能维持工作。二是普遍为单稳态控制，即阀门执行了一种开、关动作之后，仍需电能驱动来保持此作用力，才能维持阀门的此种状态，易受外部攻击而改变阀门状态，因而阀门可靠性较低。

鉴于现有技术存在的以上问题，行业内迫切需要设计一种先导式微功耗、双稳态膜片阀。

发明内容

本发明的目的是提出一种先导式微功耗、双稳态膜片阀，在切换完成开、关阀动作之后，实现无需持续消耗电能，阀门却可以长期稳定地保持其中任一种工作状态。

本发明的技术方案如下：

一种先导式微功耗、双稳态膜片阀，其包括阀盖、膜片组件和阀体等常规结构，膜片组件装在阀体内，阀盖装在阀体上，膜片组件上有先导孔。其改进是设计了换向器、连杆机构和阀芯。

所述换向器安装在阀盖组件的阀盖上端面，一端为轴，另一端为转盘，转盘以轴为中心旋转。转盘内嵌有两块圆柱形磁铁，磁铁相对轴中心对称，圆柱形磁铁的端面紧贴在阀盖上，两块圆柱形磁铁同端面的极性方向相反。所述先导孔的中心轴线竖直穿过这两块圆柱形磁铁以中心绕转轴转动的圆轨迹线。

所述连杆机构装在阀盖内，包括连杆。连杆中心可转动，连杆以销连接中心销孔，固定在阀盖内部连杆两端可绕中心销孔转动。阀芯有两个，通过转轴套在连杆的两端孔上，所述阀芯内部分别镶嵌有圆柱形内磁铁，两块内磁铁上端面的极性相同，内磁铁的下端面固定有橡胶垫；其中一个阀芯设置在先导孔上方，且在先导孔的中心轴线上，当阀芯落下时，橡胶垫刚好能封住先导孔。

所述阀芯受到磁场作用力下，在阀盖内具有能上、下运动的一段固定行程，当其中一端阀芯的上端面顶住阀盖的内顶面时，跷跷板式杠杆机构的另一端阀芯则被压下，其下端面的橡胶垫正好封住先导孔。

所述先导式微功耗、双稳态膜片阀依靠连杆机构两端阀芯的圆柱形内磁铁与换向器的转盘内两块的圆柱形磁铁之间极性配对时产生的磁场作用力，即转盘旋转一周，上、下两对磁铁的磁场即分别有一次周期性地耦合，分别产生一次排斥和吸引作用，启、闭阀门先导孔。

本发明是利用两组永久磁铁之间的磁场强度产生作用力施加在杠杆上来启、闭阀门。当需要改变阀门状态时，靠外部电机和减速器的驱动作用使换向器转动到一定角度，至该组配对的磁铁之间交换了极性的位置时，磁场作用力的方向也随之发生了调换，使跷跷板式的连杆机构旋即又切换到另一个固定的反向受力状态，阀门从而实现双稳态。

同时，阀门在开、关阀过程中，依靠阀盖内杠杆两端的磁铁，与外部换向器的两块磁铁产生的排斥力和吸引力，一推、一拉地反向双作用在阀芯的橡胶垫上，成倍增加了连杆机构开启、封闭先导孔的作用力，同时也更有利于提高在高压流体介质环境中管道阀门的开、关阀能力。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、双稳态：本发明利用永久磁铁的磁场强度的产生作用力来启、闭阀门，且只有在阀门需要启、闭动作执行的短暂过程耗能，其余时段则利用两组永久磁铁的磁场作用力，长期维持连杆机构所处的状态，即保证了阀门的双稳态。

2、微功耗：靠几块永久磁铁之间的磁场力作用在跷跷板式的省力杠杆两端，从而使阀门保持双稳态控制。电源只在需要开关阀门时，外部电机和减速器通电驱动换向器转动180°，阀门执行完开、关阀动作后即停，其余时刻无需再持续供电消耗电源能量，而能维持阀门的常开或常闭，实现低功耗。

3、该阀门采用小功率、低电压（2.7VDC~3.6VDC）的微电机和减速器驱动，满足气、液流体介质在压力管道内远距离输送时，不具备使用外部电源的工况条件下，靠自备电源实现微功耗控制阀门换向，阀门却可以长期稳定地保持其中任一种工作状态。

附图说明

图1阀门关阀的状态图；

图2阀门开阀的状态图；

图3阀盖组件的结构图；

图4换向器的结构图；

图5和图5A连杆机构的结构图；

图6阀芯的结构图；

图7和图7A膜片组件的结构图；

图中：1、换向器；1a、轴；1b转盘；1c、磁铁；2、阀盖组件；2a、阀盖；3、连杆机构；4、连杆；4a、轴孔；4b、中心销孔；5、销；6、阀芯；6a、阀芯外套；6b、内磁铁；6c、转轴；6d、阀芯内套；6e、橡胶垫；6f、胶垫套；7、膜片组件；7a、先导孔；7b、进水口；7c、压板；7d、膜片；7e、过滤盘；7f、密封垫；7g、螺钉；8、阀体；8a、阀体封水口；9、丝圈；10、垫圈。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

请参阅图1和图2，在本实施例中，先导式微功耗、双稳态膜片阀具有膜片式阀门通用的结构，如阀盖组件2、膜片组件7、压板7c、阀体8、丝圈9、垫圈10。

两个阀芯6套在连杆4两端，连杆4中心穿有两根销轴5通过中心销孔4b固定在阀盖组件2内部。参见图7和图7A，由过滤盘7e将膜片7d、压板7c、密封垫7f上、下分别串联在一起，并通过两颗螺钉紧固成一个膜片组件7。膜片组件7上有先导孔7a和进水孔7b，阀盖组件2扣在膜片组件7上，其中一个阀芯6位在先导孔7a上方，与之同轴，把膜片组件7和阀盖组件2装进阀体，膜片组件下端面的密封垫7e封住阀体封水口8a。垫圈10套在阀盖组件2的台阶上，拧紧丝圈9，阀盖组件2、膜片组件7、阀体8即被密封为一个封闭腔体。

本发明进一步设计了换向器1、连杆机构3，并改进了阀芯6的结构。

结合参见图3，换向器1一端为轴1a，另一端为转盘1b，转盘1b内嵌有两块圆柱形磁铁1c，二者相对轴1a中心对称。转盘1b可以轴1a为中心的旋转，轴的动力来自外部电机和减速器。两块圆柱形磁铁1c的装配要求是二者同端面的极性方向相反，转盘1b端面靠在阀盖组件2的阀盖2a顶端上平面。

当换向器1在一定的转速下，以轴1a为中心旋转，转盘1b内部的两块圆柱形磁铁1c也随之转动，因此当两块圆柱形磁铁1c的位置转动180°，即相当于两块圆柱形磁铁1c调换了位置，此时原来两个位置的磁场极性就发生了调换，故换向器1对阀盖组件2内的磁场作用力方向也随即变为反向。

结合参见图4、图5和图5A，连杆机构3装在阀盖组件2内。连杆机构3前后两侧各装有一对连杆4，连杆4的两端各套着一个阀芯6。每根连杆4两端有轴孔4a，且中间也有一个中心销孔4b。每个阀芯6的外圆柱面的两侧都并排有两根转轴6c。连杆4两端的轴孔4a分别挂在两个阀芯6外圆柱面上的转轴6c上，以销5穿过中心销孔4b将连杆机构3固定在阀盖2的型腔内，而连杆4两端可绕中心销孔4b转动。连杆机构3的两个阀芯6的内部分别嵌有一个圆柱形内磁铁6b，内磁铁6b的下端面固定了一块橡胶垫6e。其中一个阀芯6设置在先导孔7a上方，与先导孔7a的中心轴线同轴。

参见图6，阀芯6的具体结构包括圆柱形磁铁6b、橡胶垫6e、阀芯外套6a、阀芯内套6d、胶垫套6f和转轴6c。圆柱形磁铁6b固定在阀芯外套6a内并在阀芯内套6d顶面，橡胶垫6e装在胶垫套6f内，并固定在阀芯内套6d中。阀芯外套6a、阀芯内套6d、胶垫套6f采用聚甲醛塑料的注塑成型，并用超声波焊接的工艺将它们与圆柱形磁铁6b和橡胶垫6e固定结合成一个整体的结构型式。

本发明对换向器1的转盘1b与阀盖组件2的相对位置要求是：以先导孔7a的中心轴线与连杆机构3的阀芯同轴，竖直穿过两块圆柱形磁铁1c的中心绕转轴1a转动的圆轨迹线。如此，转盘1b旋转一周，上、下两对磁铁的磁场即分别有一次周期性地耦合，就分别产生一次排斥和吸引作用，使连杆机构3两端的磁场同时受到相反的磁场作用力后，即产生了以销5为中心的偏转力矩作用，驱动连杆4两端的阀芯6围绕着销5发生转动。当其偏转至连杆机构3其中一端的阀芯6的上端面顶住了阀盖2的内顶面而才停止。此时，即是阀门的一个稳定的死点位置。若转盘1a继续转过180°，上、下两对磁铁的磁场极性变换，偏转力矩则反向，连杆机构3就如跷跷板式地反向偏转，阀芯6达到下一个死点位置。因此，这靠永久磁铁的磁场强度作用在跷跷板式的连杆机构3上，并能够保持稳定的两个死点，即阀门的连杆机构3具有了双稳态。

本发明的换向器1的转动使连杆机构3两端的磁芯6随着两对连杆4转动而下上、下竖直运动，而在阀盖2a内就有了上、下两个死点位置。因此，磁芯6在阀盖2a内即具有了能上、下运动的一段固定行程，这样连杆机构3上的带橡胶垫6e的阀芯（6，就能随着换向器1的转动而在阀盖2a内沿着竖直方向上、下运动，以其下端面的橡胶垫6e来启、闭膜片阀上具有泄水功能的先导孔7a，保持开、关阀状态，从而实现膜片式先导阀的双稳态。

可见，本发明实质上是利用两组永久磁铁之间的磁场强度的产生作用力，驱动跷跷板式的杠杆省力机构，拉动阀芯6来启、闭阀门，并无需耗能做功来驱动，即可保持此作用力状态的稳定存在。当需要开关阀门时，使换向器1转动位置，直至改变了上下配对磁铁的极性时，而又切换到另一个反向的磁场受力状态，从而使连杆机构3具有两个稳定的形态，阀门也借此实现了的双稳态；靠连杆机构3两端阀芯6的圆柱形内磁铁6b与换向器1的两块圆柱形磁铁1c之间的磁场相互作用，通过跷跷板式的杠杆省力机构产生的双作用力，成倍增加了启、闭阀门先导孔的作用力，更有利于在高压流体介质环境中的管道阀门的开、关阀能力。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种先导式微功耗、双稳态膜片阀，包括：阀体（8）、装在阀体（8）内的膜片组件（7）和装在阀体（8）上的扣住膜片组件的阀盖组件（2），所述膜片组件（7）上有先导孔（7a）；其特征在于，还包括换向器（1）、连杆机构（3）和阀芯（6）；

所述换向器（1）安装在阀盖组件（2）的阀盖（2a）上，一端为轴（1a），另一端为转盘（1b），转盘（1b）可以轴（1a）为中心旋转；转盘（1b）内嵌两块圆柱形磁铁（1c），二者相对轴（1a）中心对称，磁铁（1c）的下端面靠在阀盖（2a）上，两块圆柱形磁铁（1c）同端面的极性方向相反；所述先导孔（7a）的中心轴线竖直穿过圆柱形磁铁（1c）以轴（1a）为中心转动的圆轨迹线；

所述连杆机构（3）装在阀盖（2a）内，包括连杆（4）；连杆（4）以销（5）连接中心销孔（4b），固定在阀盖（2a）内部，连杆（4）两端可绕中心销孔（4b）转动；阀芯（6）有两个，通过转轴（6c）套在连杆（4）两端的轴孔（4a）上，组成一个跷跷板式的杠杆机构；

所述两个阀芯（6）内部嵌有圆柱形内磁铁（6b），两块圆柱形内磁铁（6b）上端面的极性相同，内磁铁（6b）的下端面固定有橡胶垫（6e），其中一个阀芯（6）设置在先导孔（7a）上方，与先导孔（7a）的中心轴线同轴；

所述阀芯（6）在阀盖（2a）内具有能上、下运动的一段固定行程，能保证当一端的阀芯（6）的上端面顶住阀盖（2a）的内顶面时，另一端在先导孔（7a）上方的阀芯（6）下端面的橡胶垫（6e）正好封住先导孔（7a）；

所述先导式微功耗、双稳态膜片阀依靠连杆机构（3）两端阀芯（6）的圆柱形内磁铁（6b）与换向器（1）的转盘（1b）内两块的圆柱形磁铁（1c）之间极性配对，所产生的磁场作用力，即转盘（1b）旋转一周，上、下两对组磁铁的磁场即分别有一次周期性地耦合，而分别产生一次排斥和吸引作用来启、闭阀门先导孔（7a），实现开、关阀动作。

2.根据权利要求1所述的先导式微功耗、双稳态膜片阀，其特征在于，所述阀芯（6）包括所述圆柱形磁铁（6b）、所述橡胶垫（6e）、阀芯外套（6a）、阀芯内套（6d）、胶垫套（6f）和转轴（6c）；圆柱形磁铁（6b）固定在阀芯外套（6a）内并在阀芯内套（6d）顶面，橡胶垫（6e）装在胶垫套（6f）内，并固定在阀芯内套（6d）中，所述阀芯外套（6a）、阀芯内套（6d）、胶垫套（6f）采用聚甲醛塑料的注塑成型，并用超声波焊接的工艺将它们与圆柱形磁铁（6b）和橡胶垫（6e）固定结合成一个整体的结构型式。

3.根据权利要求1所述的先导式微功耗、双稳态膜片阀，其特征在于，所述连杆（4）设有前后各一对，每对为上下两根平行设置，两端通过轴孔连接阀芯（6）前后两侧，即将阀芯（6）夹在前后两对连杆的两端之间，形成杠杆省力结构。

4.根据权利要求1所述的先导式微功耗、双稳态阀芯，其特征在于，所述换向器（1）的两块圆柱形磁铁（1c）端面靠在阀盖组件（2）顶端上平面上。