CN106090392B - 伺服控制的阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种伺服控制的阀，涉及水力测功器排水阀领域，包括蝶阀，蝶阀固定安装在阀座上，蝶阀的阀杆与蜗轮固定连接，蜗杆与蜗轮啮合连接，蜗杆的一端与伺服电机连接，蜗杆的另一端与手轮连接；阀杆与位置编码器固定连接。通过采用伺服电机、蜗轮蜗杆机构和位置编码器的结构组合，能够实现蝶阀阀门开度的精确自动控制，经测试，本发明的阀门在开度的调节范围约为0°~90°，在15°~70°之间其流量调节特性曲线基本为线性，具有较好的流量调节性能。

Description

伺服控制的阀

技术领域

本发明涉及水力测功器排水阀领域，特别是一种用于水力测功器的伺服控制的排水阀。

背景技术

低速大功率水力测功器通过水的能量传递来测量原动机的功率。水力测功器的轴系通过联轴节与被测试原动机联接，轴系通过两端的轴承支撑在外壳上，外壳支撑在底座两端的耳轴承架上，可以绕轴心线轻微转动。水力测功器工作时水流通过轴系上的转子旋转，由于摩擦作用，水流与固定在外壳上的定子间形成环形水圈。同时，外壳内的定子受水圈的冲击后，使外壳绕轴线产生微小的旋转，外壳的旋转速度比转子的转动要慢得多，因而水圈就要阻止转子的转动而产生一个阻力矩。这个阻力矩就是加在原动机的负荷。这个负荷可以通过调节水力测功器的进、出水量来控制。水圈愈厚，阻力矩越大，吸收的功率越多。现有的水力测功器排水阀一般采用电动或液压伺服控制的调节型蝶阀实行水量调节，其调节蝶阀启闭的执行机构都是采用普通电动减速机或液压控制的执行方式，阀门开度的调节精度不高，导致测功器运行时测量功率波动较大；阀门执行机构的响应速度较慢，在原动机的急停、快速卸荷等试验工况时无法实现快速开启或关闭，会影响设备安全；且现有的调节型蝶阀实一般安装在水力测功器壳体上的，壳体本身的摆动会使排水阀和执行机构产生振动，导致排水阀运行稳定性较差，故障率较高。

中国专利文献CN103032590A公开了一种对夹式数控电动蝶阀，包括阀体和电动装置，阀体内设有阀杆和阀板，阀杆上端与电动装置连接，电动装置包括电机和连接座，电机是步进电机或伺服电机。阀杆上端通过联轴器和螺钉与电动装置的连接座连接和固定，阀板与阀体密封面之间设有耐磨橡胶圈，阀体上下两端设有凸耳，凸耳上分别开有两个螺栓孔。相对于现有技术，本发明采用步进电机或伺服电机控制阀板开关，实现精确控制。但是该种连接方式下的步进电机或伺服电机扭矩较小，难以解决低速大功率水力测功器的水量调节，且步进电机存在失步的缺陷，影响控制精度，而利用伺服电机自带的反馈控制精度也不高，累积误差大。

现有技术中也有采用蜗轮蜗杆驱动的蝶阀，但是其动力均为采用手动驱动，不适宜本发明的工况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种伺服控制的阀，能够实现阀门开度精确的自动控制，优选的方案中，能够减少阀的极限位冲击，还能够减少安全隐患。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种伺服控制的阀，包括蝶阀，蝶阀固定安装在阀座上，蝶阀的阀杆与蜗轮固定连接，蜗杆与蜗轮啮合连接，蜗杆的一端与伺服电机连接，蜗杆的另一端与手轮连接；

阀杆与位置编码器 固定连接。

优选的方案中，阀杆还与角度撞杆连接，还设有与阀片启闭位置相对应的全闭位置止挡和全开位置止挡，以限定阀片的摆动角度；

在靠近全闭位置止挡的附近设有全闭位置行程开关，以给出角度撞杆靠近全闭位置止挡的信号，全闭位置行程开关位于距全关位置3°的位置；

相应在靠近全开位置止挡的附近设有全开位置行程开关，以给出角度撞杆靠近全开位置止挡的信号，全开位置行程开关位于距全开位置3°的位置；

角度撞杆触动行程开关，向伺服系统给出信号，此时伺服电机会以较低的速度、较大的输出扭矩旋转，以减小蝶阀阀板对阀体密封材料的冲击。

优选的方案中，所述的蜗轮为扇形蜗轮。

优选的方案中，阀杆穿过安装座板与联轴器连接，联轴器与位置编码器 连接，位置编码器 固定安装在支架上，安装座板与阀座固定连接。

优选的方案中，所述的联轴器为弹性联轴器。

优选的方案中，蝶阀通过拉紧螺栓一端与排水法兰连接，另一端与进水橡胶软管接头连接。

优选的方案中，所述的阀座为直角梯形结构，直角的一侧靠近排水法兰。

优选的方案中，手轮与蜗杆之间通过互相套接的锥形套筒部和锥形凸台部连接。

优选的方案中，锥形套筒部与手轮连接，锥形凸台部与蜗轮连接，在锥形套筒部的外壁设有用于限位的限位块；

优选的方案中，在锥形套筒部与锥形凸台部之间设有弹簧，弹簧的端头设有轴承。

本发明提供的一种伺服控制的阀，通过采用伺服电机、蜗轮蜗杆机构和位置编码器的结构组合，能够实现蝶阀阀门开度的精确自动控制，本发明的阀门在开度的调节范围约为0°~90°，在15°~70°之间其流量调节特性曲线基本为线性，具有较好的流量调节性能。进一步优选的方案中，阀门总成直接安装在水力测功器的底座上，并不随着水力测功器的外壳摆动，提高了排水阀的运行稳定性，通过采用进水橡胶软管接头进行连接，又能够克服与摆动的外壳进行连接问题。设置的角度撞杆，能够精确控制阀片的启闭极限位置，并能够在接近止挡的时候自动减速。设置的锥形套筒部和锥形凸台部，能够避免手轮在不使用时，随着伺服电机的转动而转动，从而避免安全隐患。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的主视示意图。

图2为图1的左视示意图。

图3为图1的俯视示意图。

图4为本发明中蜗轮蜗杆机构的结构示意图。

图中：阀座1，排水法兰2，进水橡胶软管接头3，蝶阀4，阀杆5，轴6，伺服电机7，安装座板8，联轴器9，支架10，位置编码器11，位置编码器压板12，有机玻璃盖板13，蜗轮14，手轮15，全闭位置止挡16，全开位置行程开关17，全开位置止挡18，角度撞杆19，全闭位置行程开关20，蜗杆21，限位块22，锥形套筒部23，弹簧24，轴承25，锥形凸台部26，阀片27。

具体实施方式

实施例1：

如图1~4中，一种伺服控制的阀，包括蝶阀4，蝶阀4固定安装在阀座1上， 优选的方案如图2中，蝶阀4通过双头螺栓一端与排水法兰2连接，另一端与进水橡胶软管接头3连接，进水橡胶软管接头3与水力测功器的外壳连接，通过进水橡胶软管接头的软管部分补偿外壳摆动带来的位置变化。所述的阀座1为直角梯形结构，直角的一侧靠近排水法兰2。阀座1固定安装在水力测功器的底座上。

蝶阀4的阀杆5被设置在与阀座1固定连接的壳体内，蝶阀4的阀杆5与蜗轮14固定连接，具体为蜗轮14通过键与阀杆5固定连接，蜗杆21与蜗轮14啮合连接，蜗杆21的一端与伺服电机7连接，蜗杆21的另一端与手轮15连接；具体结构为，蜗杆21的套筒通过键与轴6固定连接，轴6的一端通过联轴器与伺服电机7连接，伺服电机7固定安装在壳体上，轴6的另一端与手轮15连接。由此结构，通过伺服电机7经过蜗轮14蜗杆21减速后，精确控制阀片27的开度。阀杆5与位置编码器 11固定连接。优选的方案如图1中，阀杆5穿过安装座板8与联轴器9连接，联轴器9与位置编码器 11连接，位置编码器 11固定安装在支架10上，安装座板8与阀座1固定连接。优选的方案中，所述的联轴器9为弹性联轴器。由此结构，由位置编码器11从最终环节给出控制的角度位置信息，从而进一步提高控制的精确度。

优选的方案如图3中，阀杆5还与角度撞杆19固定连接，还设有与阀片27启闭位置相对应的全闭位置止挡16和全开位置止挡18，以限定阀片27的摆动角度；

在靠近全闭位置止挡16的附近设有全闭位置行程开关20，以给出角度撞杆19靠近全闭位置止挡16的信号；

相应在靠近全开位置止挡18的附近设有全开位置行程开关17，以给出角度撞杆19靠近全开位置止挡18的信号。如图3中，全开位置行程开关17和全闭位置行程开关20的触发位置位于全开位置止挡18和全闭位置止挡16之间。

优选的方案如图4中所示，所述的蜗轮14为扇形蜗轮。由此结构，使整个机构结构更为紧凑。采用整圆的蜗轮也是可行的。

优选的方案如图4中，手轮15与蜗杆21之间通过互相套接的锥形套筒部23和锥形凸台部26连接，具体结构为手轮15的轴上设有锥形套筒部23，蜗杆21的轴上设有锥形凸台部26，可替换的，采用相反的结构也是可行的，即手轮15的轴上设有锥形凸台部26，而蜗杆21的轴上设有锥形套筒部23，其中手轮15的轴能够在壳体内沿着轴向滑动。由此结构，在不使用手轮时，将锥形套筒部23与锥形凸台部26分离，二者之间不能传递扭矩，从而此时手轮15不转动，提高安全性，而需要使用手轮时，将锥形套筒部23与锥形凸台部26套合，即可传递从手轮的扭矩，带动蜗杆21旋转，此时，通常伺服电机7处于不工作的状态。

优选的方案如图4 中，锥形套筒部23与手轮15连接，锥形凸台部26与蜗轮14连接，在锥形套筒部23的外壁设有用于限位的限位块22；由此结构，避免锥形套筒部23从壳体脱出。

优选的方案如图4中，在锥形套筒部23与锥形凸台部26之间设有弹簧24，弹簧24的端头设有轴承25。

实施例2：

在实施例1的基础上，以下为通径为150mm，工作压力为1.0MPa的水力测功器排水阀按本发明的具体实施过程：

1、阀座1侧视图截面为直角梯形，如图2中所示，其底平面用螺栓固定在水力测功器的底座上，阀座垂直面的外侧固定有通径为250mm的排水法兰2，通过管径扩大，减小出水的压力，利于排水管路的畅通。阀座垂直面内侧有一组双头螺栓，通径为150mm、有效工作压力为1.0MPa的调节型蝶阀4通过橡胶排水接头3的法兰面和双头螺栓以对夹的方式安装在阀座内侧。调节型蝶阀4在开启的15°至70°之间其流量调节特性曲线基本为线性，具有极好的流量调节性能。进水橡胶软管接头3为橡胶制成，其带有弹性，可以在一定角度和长度范围内伸缩，进水橡胶软管接头3另一侧的法兰面联接在水力测功器的外壳上，这样可以有效地隔离水力测功器运行时壳体的振动，以提高本发明的排水阀运行的稳定性，减小故障发生率。阀座的顶面有一处腰形通孔，调节型蝶阀4的阀杆5从孔中穿出。

2、由蜗轮14和蜗杆21构成的减速机通过螺栓固定在阀座的顶面，传动比为1：100，其带有自锁能力，使得水力测功器排水阀在工作时阀片27能抵挡住水流的冲击，保持稳定的开度。减速机输入轴的一端为伺服电机7，另一端为减速机手轮15。在需要的情况下，可以直接旋转手轮使得减速机旋转，从而调节排水阀的开度。减速机的输出轴14为内花键形式，与阀杆5的外花键相配合联接。

3、减速机的顶面设计有一块安装座板8，其上通过螺栓固定有一个部分开口式的环形的支架10，位置编码器 11通过两个位置编码器压板12固定在支架上。位置编码器的轴通过弹性联轴器9与阀杆连接。阀杆转动时，弹性联轴器带动位置编码器的轴同时转动，将排水阀的开度信号反馈给伺服控制系统。位置编码器和伺服电机的分辨率均为0.01度，可以实现阀门开度的精确控制和流量调节。

4、由于蝶阀在距全关位置3°时阀片开始与阀体内的密封材料接触，在此角度时阀杆旋转需要较大的扭矩。在阀杆5的上端固定安装一个角度撞杆19，其端部有一个半球形短轴，在安装板上距离阀板全开或全闭3°的位置各固定为一个全开位置行程开关17和全闭位置行程开关20，短轴的半球部在阀板接近全开或全闭相差3°的位置时触动行程开关，向伺服系统给出信号，此时伺服电机会以较低的速度、较大的输出扭矩旋转，以减小蝶阀阀板对阀体密封材料的冲击，提高蝶阀的使用寿命。

5、由于蝶阀的阀板可以360°旋转，但其作为流量调节只需用到0至90度的范围内。阀板超出这个行程范围会影响整个排水阀的响应时间。在安装座板上阀的全开或全闭相应位置别固定有全闭位置止挡16和全开位置止挡18，当阀片旋转到全开或开全闭位置时，两个位置挡块会挡住角度撞杆，阻止阀杆因惯性继续旋转。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种伺服控制的阀，包括蝶阀（4），蝶阀（4）固定安装在阀座（1）上，蝶阀（4）的阀杆（5）与蜗轮（14）固定连接，蜗杆（21）与蜗轮（14）啮合连接，蜗杆（21）的一端与伺服电机（7）连接，蜗杆（21）的另一端与手轮（15）连接；

阀杆（5）与位置编码器 （11）固定连接；其特征是：

阀杆（5）还与角度撞杆（19）连接，还设有与阀片（27）启闭位置相对应的全闭位置止挡（16）和全开位置止挡（18），以限定阀片（27）的摆动角度；

在靠近全闭位置止挡（16）的附近设有全闭位置行程开关（20），以给出角度撞杆（19）靠近全闭位置止挡（16）的信号，全闭位置行程开关（20）位于距全关位置3°的位置；

相应在靠近全开位置止挡（18）的附近设有全开位置行程开关（17），以给出角度撞杆（19）靠近全开位置止挡（18）的信号，全开位置行程开关（17）位于距全开位置3°的位置；

角度撞杆（19）触动行程开关，向伺服系统给出信号，此时伺服电机会以较低的速度、较大的输出扭矩旋转，以减小蝶阀阀板对阀体密封材料的冲击。

2.根据权利要求1所述的一种伺服控制的阀，其特征是：所述的蜗轮（14）为扇形蜗轮。

3.根据权利要求1所述的一种伺服控制的阀，其特征是：阀杆（5）穿过安装座板（8）与联轴器（9）连接，联轴器（9）与位置编码器 （11）连接，位置编码器 （11）固定安装在支架（10）上，安装座板（8）与阀座（1）固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种伺服控制的阀，其特征是：所述的联轴器（9）为弹性联轴器。

5.根据权利要求1所述的一种伺服控制的阀，其特征是：蝶阀（4）通过拉紧螺栓一端与排水法兰（2）连接，另一端与进水橡胶软管接头（3）连接。

6.根据权利要求3所述的一种伺服控制的阀，其特征是：所述的阀座（1）为直角梯形结构，直角的一侧靠近排水法兰（2）。

7.根据权利要求1所述的一种伺服控制的阀，其特征是：手轮（15）与蜗杆（21）之间通过互相套接的锥形套筒部（23）和锥形凸台部（26）连接。

8.根据权利要求7所述的一种伺服控制的阀，其特征是：锥形套筒部（23）与手轮（15）连接，锥形凸台部（26）与蜗轮（14）连接，在锥形套筒部（23）的外壁设有用于限位的限位块（22）。

9.根据权利要求8所述的一种伺服控制的阀，其特征是：在锥形套筒部（23）与锥形凸台部（26）之间设有弹簧（24），弹簧（24）的端头设有轴承（25）。