CN107084275B - 可提供双重保护的单作用气动执行器驱动的自动阀门系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于自动阀门技术领域，一种可提供双重保护的单作用气动执行器驱动的自动阀门系统，包括主管道、主阀门、单作用气动执行器、两位三通电磁阀和两位三通换向阀，主阀门设置在主管道上，单作用气动执行器与主阀门连接；两位三通电磁阀包括第一进口、第一出口和第一放空口，第一进口与动力气源连接，两位三通换向阀包括第二进口、第二出口和第二放空口，第二进口与第一出口连接，第二出口与单作用气动执行器的腔体连接；第一、第二两位三通阀其中一个为两位三通电磁阀，另一个为两位三通换向阀，上游管道上设置有压力变送器和控制器，控制器根据压力变送器信号控制两位三通电磁阀工作状态；两位三通换向阀的压力腔体通过连通管与上游管道连接。

Description

可提供双重保护的单作用气动执行器驱动的自动阀门系统
技术领域
本发明属于自动阀门技术领域，尤其涉及一种可以提供双重保护的在压力超过设定值时自动开启或关闭的由单作用气动执行器驱动的阀门系统。
背景技术
为了保护压力管道、压力容器以及它们上下游的装置与设备，通常需要配置在超压工况下能够自动开启或关闭的阀门系统。在以往的实践中，经常使用由压力变送器、控制系统、两位三通道电磁阀、单作用气动执行器和主阀门组成的自动阀门系统实现超压工况下的自动启闭。
其中的压力变送器用于检测压力管道或者压力容器中的压力，并输出信号至控制系统，当压力超过设定值时，控制系统会发出指令改变安装于单作用气动执行器供气管路的电磁阀的供电状态，进而改变电磁阀气流通道的状态，从而使气动执行器动作，达到开启或关闭主阀门的目的。
其中使用的执行器是单作用执行器，该类执行器仅设有一个气室，另外还装有弹簧，在动力气源形成的推力和弹簧力之间的差值作用下主阀门动作。
与单作用气动执行器相匹配的电磁阀是一种两位三通道换向阀门，该类电磁阀通常由电磁部件和两位三通道阀门本体组成。电磁部件由电磁线圈和磁芯等部件组成，阀门本体由阀芯、阀体和弹簧等部件组成。两位是指阀芯相对于阀体有两个工作位置。当电磁线圈通电或断电时，电磁力和弹簧力的共同作用将使阀芯从一个工作位置动作至另外一个工作位置，进而改变电磁阀内部的通道，达到控制动力气源按所需通道进出气动执行器的目的。
使用压力变送器、控制系统、两位三通道电磁阀、单作用气动执行器和主阀门共同实现超压时阀门自动启闭的主要潜在风险在于，如果压力变送器失效，或者压力变送器与控制系统之间的信号传输失效，或者电磁阀的供电出现问题，就可能出现压力已经超过设定压力，气动执行器却未使主阀门如期动作的情形，给压力管道、压力容器以及它们上下游的装置与设备带来威胁。因此，如何提高该自动阀门系统的可靠性，确保超压时主阀门能够如期动作一直是业界努力的方向。
发明内容
为解决现有技术存在的自动阀门系统可靠性不高的缺陷，本发明提供一种可提供双重保护的单作用气动执行器驱动的自动阀门系统。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种可提供双重保护的单作用气动执行器驱动的自动阀门系统，包括主管道、主阀门、单作用气动执行器、第一两位三通阀和第二两位三通阀，所述的主阀门设置在所述主管道上，并将所述主管道分隔为上游管道和下游管道，所述的单作用气动执行器与所述主阀门连接，用于控制所述主阀门的启闭；
所述第一两位三通阀包括第一进口、第一出口和第一放空口，所述第一进口与动力气源连接，所述第二两位三通阀包括第二进口、第二出口和第二放空口，所述第二进口与所述第一出口连接，所述的第二出口与所述单作用气动执行器的腔体连接；所述第一两位三通阀和第二两位三通阀其中一个为两位三通电磁阀，另一个为两位三通换向阀，所述的上游管道上设置有压力变送器和控制器，所述压力变送器用于检测所述上游管道内的压力，所述控制器根据所述压力变送器检测到的压力值控制所述两位三通电磁阀的工作状态；所述两位三通换向阀的压力腔体通过连通管与所述上游管道连接。
进一步地，所述的第一两位三通阀为两位三通电磁阀，所述第二两位三通阀为两位三通换向阀。
作为上述技术方案的替换，所述的第一两位三通阀为两位三通换向阀，所述第二两位三通阀为两位三通电磁阀。两位三通换向阀和量为三通电磁阀位置可以互换，达到的效果相同。
进一步地，当第一两位三通阀处于工作位一时，所述第一进口与第一出口连通，所述第一出口与第一放空口相对封闭，当第一两位三通阀处于工作位二时，所述第一进口与第一出口相对封闭，所述第一出口与第一放空口连通；当第二两位三通阀处于工作位一时，所述第二进口与第二出口连通，所述第二出口与第二放空口相对封闭，当第二两位三通阀处于工作位二时，所述第二进口与第二出口相对封闭，所述第二出口与第二放空口连通
作为优选，所述的两位三通换向阀为压杆失稳触发型换向阀。
进一步地，所述的压杆失稳触发型换向阀包括阀芯组件、换向缸、杆笼、气缸和细长杆，所述阀芯组件设置在所述换向缸内，所述杆笼和气缸分别设置在所述换向缸的两端，所述杆笼和所述换向缸之间设置有阀盖，所述阀芯组件一端穿过所述阀盖并延伸至所述杆笼内，所述细长杆支撑设置在所述杆笼与阀芯组件之间，所述阀芯组件另一端设置有活塞头，所述活塞头位于所述气缸内，所述气缸的腔体形成所述两位三通换向阀的压力腔，所述连通管一端与所述气缸的腔体连通。当压力变送器、控制器、两位三通电磁阀失效或信号传输失效时，两位三通电磁阀不会随上游管道内介质的压力变化而改变工作状态，两位三通电磁阀处于工作位一，动力气源直接导通至两位三通换向阀(以第一两位三通阀为两位三通电磁阀，第二两位三通阀为两位三通换向阀为例)，此时两位三通换向阀作用如下：当连通管内介质的压力(即上游管道内介质的压力)低于整定压力时，介质通过活塞头和阀芯组件传递至细长杆的力小于细长杆的临界载荷，细长杆稳定，细长杆的轴向推力使阀芯组件处于工作位置一，动力气源进入单作用气动执行器，主阀门处于关闭状态；当连通管内介质的压力(即上游管道内介质的压力)高于整定压力时，介质通过活塞头和阀芯组件传递至细长杆的力高于细长杆的临界载荷，细长杆失稳并丧失承载能力，阀芯组件在介质压力的推动下运动至工作位置二，动力气源通道被切换，不会进入单作用气动执行器并使其动作，单作用气动执行器内气体放空，单作用气动执行器动作带动主阀门开启，上游管道和下游管道连通。
作为上述技术方案的另一种替换，所述的压杆失稳触发型换向阀包括阀芯组件、换向缸、膜片、杆笼和细长杆，所述的换向缸一端设置有膜腔，另一端设置所述杆笼，所述膜片设置在所述膜腔内，并将膜腔分隔为相对封闭的两部分；所述阀芯组件设置在所述换向缸内，其一端抵靠在所述膜片上，另一端延伸至所述杆笼内，所述的细长杆支撑设置在所述阀芯组件和杆笼之间，所述膜腔远离所述阀芯组件的部分形成所述两位三通换向阀的压力腔，所述的连通管一端与所述膜腔远离所述阀芯组件的部分连通。其作用原理与上述方案类似，区别在于，上游管道内介质的压力通过膜片和阀芯组件传递至细长杆，阀芯组件工作原理与上述技术方案相同。
有益效果：本申请中主管道上并联设置两位三通电磁阀系统和两位三通换向阀来独立触发自动阀门系统动作，即使两位三通电磁阀系统中的两位三通电磁阀、压力变送器、控制系统或其之间信息传递失效，两位三通换向阀也会触发自动阀门系统动作，作为整个压力系统提供的第二重保护，使得自动阀门系统更加可靠。
附图说明
图1为两位三通电磁阀处于工作位一，两位三通换向阀处于工作位一，自动阀门系统关闭状态结构示意图，第一两位三通阀为两位三通电磁阀，第二两位三通阀为两位三通换向阀；
图2为两位三通电磁阀处于工作位二，两位三通换向阀处于工作位一，自动阀门系统打开状态结构示意图，第一两位三通阀为两位三通电磁阀，第二两位三通阀为两位三通换向阀；
图3为两位三通电磁阀处于工作位一，两位三通换向阀处于工作位二，自动阀门系统开启状态结构示意图，第一两位三通阀为两位三通电磁阀，第二两位三通阀为两位三通换向阀；
图4为实施例1中两位三通换向阀处于工作位置一时结构示意图；
图5为实施例1中两位三通换向阀处于工作位置二时结构示意图；
图6为实施例2中两位三通换向阀处于工作位置一时结构示意图；
图7为实施例2中两位三通换向阀处于工作位置二时结构示意图；
图8为两位三通电磁阀处于工作位一，两位三通换向阀处于工作位一，自动阀门系统关闭状态结构示意图，其中第一两位三通阀为两位三通换向阀，第二两位三通阀为两位三通电磁阀；
图9为两位三通电磁阀处于工作位二，两位三通换向阀处于工作位一，自动阀门系统打开状态结构示意图，其中第一两位三通阀为两位三通换向阀，第二两位三通阀为两位三通电磁阀；
图10为两位三通电磁阀处于工作位一，两位三通换向阀处于工作位二，自动阀门系统开启状态结构示意图，其中第一两位三通阀为两位三通换向阀，第二两位三通阀为两位三通电磁阀。
图中1.上游管路，2.下游管路，3.单作用气动执行器，4.主阀门，5.两位三通电磁阀，51.电磁阀进口，52.电磁阀出口，53.电磁阀放空口，6.两位三通换向阀，601.换向阀进口，602.换向阀出口，603.换向阀放空口，61.换向缸，62.阀芯组件，63.细长杆，64.杆笼，65.膜腔，66.膜片，67.气缸，68.活塞头，69.阀盖，7.连通管，8.动力气源，9.压力变送器，91.控制器。
具体实施方式
实施例1
如图1～3所示，一种可提供双重保护的单作用气动执行器驱动的自动阀门系统，包括主管道、主阀门4、单作用气动执行器3、第一两位三通阀和第二两位三通阀，所述的主阀门4设置在所述主管道上，并将所述主管道分隔为上游管道1和下游管道2，所述的单作用气动执行器3与所述主阀门4连接，用于控制所述主阀门4的启闭；
如图1～5所示，所述第一两位三通阀包括第一进口、第一出口和第一放空口，所述第一进口与动力气源8连接，所述第二两位三通阀包括第二进口、第二出口和第二放空口，所述第二进口与所述第一出口连接，所述的第二出口与所述单作用气动执行器3的腔体连接；当第一两位三通阀处于工作位一时，所述第一进口与第一出口连通，所述第一出口与第一放空口相对封闭，当第一两位三通阀处于工作位二时，所述第一进口与第一出口相对封闭，所述第一出口与第一放空口连通；当第二两位三通阀处于工作位一时，所述第二进口与第二出口连通，所述第二出口与第二放空口相对封闭，当第二两位三通阀6处于工作位二时，所述第二进口与第二出口相对封闭，所述第二出口与第二放空口连通。
其中第一两位三通阀为两位三通电磁阀5，第二两位三通阀为两位三通换向阀6(以进口与动力气源8直接连接的两位三通阀为第一两位三通阀，其中第一进口为电磁阀进口51，第一出口为电磁阀出口52，第一放空口为电磁阀放空口53，第二进口为换向阀进口601，第二出口为换向阀出口602，第二放空口为换向阀放空口603)，所述的上游管道1上设置有压力变送器9和控制器91，所述压力变送器9用于检测所述上游管道1内的压力，所述控制器91根据所述压力变送器9检测到的压力值控制所述两位三通电磁阀5的工作状态；所述两位三通换向阀6的压力腔体通过连通管7与所述上游管道1连接。
所述的两位三通换向阀6为压杆失稳触发型换向阀。具体地，如图4和5所示，所述的压杆失稳触发型换向阀包括阀芯组件62、换向缸61、杆笼64、气缸67和细长杆63，所述阀芯组件62设置在所述换向缸61内，所述杆笼64和气缸67分别设置在所述换向缸61的两端，所述杆笼64和所述换向缸61之间设置有阀盖69，所述阀芯组件62一端穿过所述阀盖69并延伸至所述杆笼64内，所述细长杆63支撑设置在所述杆笼64与阀芯组件62之间，所述阀芯组件62另一端设置有活塞头68，所述活塞头68位于所述气缸67内，所述气缸67的腔体形成所述两位三通换向阀6的压力腔，所述连通管7一端与所述气缸67的腔体连通。
工作原理：压力变送器9检测到上游管道1内压力，并将信号传送至控制器91，当检测到的压力小于预定值时，控制器91不改变两位三通电磁阀5的工作状态，两位三通电磁阀5和两位三通换向阀6均处于工作位一，动力气源8直接导通至单作用气动执行器3腔体内，在动力气源8的作用下，单作用气动执行器3不动作，主阀门4处于关闭状态，如图1所示；如图2所示，当检测到的压力超过预定值时，控制器91发出指令改变两位三通电磁阀5的供电状态，进而使其工作位一变换至工作位二，两位三通换向阀6保持工作位一，单作用气动执行器3腔体内的气体依次通过第二两位三通阀的第二出口、第二进口、第一两位三通阀的第一出口和第一放空口并放空，单作用气动执行器3带动主阀门4动作，进而打开主阀门4，上游管道1和下游管道2连通；当上游管路1压力减小后，控制器91控制两位三通电磁阀5的供电状态，使其由工作位二变换至工作位一，动力气源由第一进口、第一出口、第二进口和第二出口导通至单作用气动执行器3中的腔体中，单作用气动执行器3带动主阀门4复位，如图1所示。单作用气动执行器3的腔体中气体处于放空状态才打开主阀门，这样当动力气源出现供应问题时，使得上游管路1和下游管路2导通，避免上游管路1压力不稳定出现生产事故。当然也可以根据实际生产情况设置为在单作用气动执行器3的腔体中气体处于放空状态时关闭主阀门。
当压力变送器9、控制器91、两位三通电磁阀5失效或信号传输失效时，两位三通电磁阀5不会随上游管路1内介质的压力变化而改变工作状态，如图1和3所示，两位三通电磁阀5处于工作位一，动力气源8直接导通至两位三通换向阀6，可通过两位三通换向阀6来实现主阀门4的动作，具体如下：如图4所示，当连通管7内介质的压力(即上游管道1内介质的压力)低于整定压力时，介质通过活塞头68和阀芯组件62传递至细长杆63的力小于细长杆63的临界载荷，细长杆63稳定，细长杆63的轴向推力使阀芯组件62处于工作位置一，第二进口和第二出口导通，即第二出口与动力气源8导通，动力气源动力进入单作用气动执行器3，主阀门4处于关闭状态，如图1所示；如图5所示，当连通管7内介质的压力(即上游管道1内介质的压力)高于整定压力时，介质通过活塞头68和阀芯组件62传递至细长杆63的力高于细长杆63的临界载荷，细长杆63失稳并丧失承载能力，阀芯组件62在介质压力的推动下运动至工作位置二，动力气源通道被切换，即第二进口和第二出口不导通，动力气源8不会进入单作用气动执行器3，并且单作用气动执行器3腔体内的气体通过第二出口和第二放空口放空，单作用气动执行器3动作带动主阀门4开启，上游管道1和下游管道2连通，如图3所示。其中两位三通换向阀6为纯机械机构，实现了压力变送器9、两位三通电磁阀5和控制器91三者的功能，能够独立触发自动阀门系统动作，作为二重保护。
实施例2
如图6和7所示，将实施例1中的压杆失稳触发型换向阀替换为如下结构，包括阀芯组件62、换向缸61、膜片66、杆笼64和细长杆63，所述的换向缸61一端设置有膜腔65，另一端设置所述杆笼64，所述膜片66设置在所述膜腔65内，并将膜腔65分隔为相对封闭的两部分；所述阀芯组件62设置在所述换向缸61内，其一端抵靠在所述膜片66上，另一端延伸至所述杆笼64内，所述的细长杆63支撑设置在所述阀芯组件62和杆笼64之间，所述膜腔65远离所述阀芯组件62的部分形成所述两位三通换向阀6的压力腔，所述的连通管7一端与所述膜腔65远离所述阀芯组件62的部分连通。其他结构同实施例1。其作用原理与上述方案类似，区别在于，上游管道1内介质的压力通过膜片66和阀芯组件62传递至细长杆63，阀芯组件62工作原理与上述技术方案相同。
实施例3
如图8～10所示，与实施例1区别在于，第一两位三通阀为两位三通换向阀，第二两位三通阀为两位三通电磁阀(以进口与动力气源8直接连接的两位三通阀为第一两位三通阀，其中第一进口为换向阀进口601，第一出口为换向阀出口602，第一放空口为换向阀放空口603，第二进口为电磁阀进口51，第二出口为电磁阀出口52，第二放空口为电磁阀放空口53)，其他结构及工作原理与实施例1相同。
实施例4
与实施例3区别在于，将其两位三通换向阀6结构替换为实施例2中两位三通换向阀6结构，其他结构及工作原理与实施例3相同。

Claims (7)

1.一种可提供双重保护的单作用气动执行器驱动的自动阀门系统，其特征在于：包括主管道、主阀门(4)、单作用气动执行器(3)、第一两位三通阀和第二两位三通阀，所述的主阀门(4)设置在所述主管道上，并将所述主管道分隔为上游管道(1)和下游管道(2)，所述的单作用气动执行器(3)与所述主阀门(4)连接，用于控制所述主阀门(4)的启闭；
所述第一两位三通阀包括第一进口、第一出口和第一放空口，所述第一进口与动力气源(8)连接，所述第二两位三通阀包括第二进口、第二出口和第二放空口，所述第二进口与所述第一出口连接，所述的第二出口与所述单作用气动执行器(3)的腔体连接；所述第一两位三通阀和第二两位三通阀其中一个为两位三通电磁阀(5)，另一个为两位三通换向阀(6)，所述的上游管道(1)上设置有压力变送器(9)和控制器(91)，所述压力变送器(9)用于检测所述上游管道(1)内的压力，所述控制器(91)根据所述压力变送器(9)检测到的压力值控制所述两位三通电磁阀(5)的工作状态；所述两位三通换向阀(6)的压力腔体通过连通管(7)与所述上游管道(1)连接。
2.根据权利要求1所述的可提供双重保护的单作用气动执行器驱动的自动阀门系统，其特征在于：所述的第一两位三通阀为两位三通电磁阀(5)，所述第二两位三通阀为两位三通换向阀(6)。
3.根据权利要求1所述的可提供双重保护的单作用气动执行器驱动的自动阀门系统，其特征在于：所述的第一两位三通阀为两位三通换向阀(6)，所述第二两位三通阀为两位三通电磁阀(5)。
4.根据权利要求2或3所述的可提供双重保护的单作用气动执行器驱动的自动阀门系统，其特征在于：当第一两位三通阀处于工作位一时，所述第一进口与第一出口连通，所述第一出口与第一放空口相对封闭，当第一两位三通阀处于工作位二时，所述第一进口与第一出口相对封闭，所述第一出口与第一放空口连通；当第二两位三通阀处于工作位一时，所述第二进口与第二出口连通，所述第二出口与第二放空口相对封闭，当第二两位三通阀处于工作位二时，所述第二进口与第二出口相对封闭，所述第二出口与第二放空口连通。
5.根据权利要求2或3所述的可提供双重保护的单作用气动执行器驱动的自动阀门系统，其特征在于：所述的两位三通换向阀(6)为压杆失稳触发型换向阀。
6.根据权利要求5所述的可提供双重保护的单作用气动执行器驱动的自动阀门系统，其特征在于：所述的压杆失稳触发型换向阀包括阀芯组件(62)、换向缸(61)、杆笼(64)、气缸(67)和细长杆(63)，所述阀芯组件(62)设置在所述换向缸(61)内，所述杆笼(64)和气缸(67)分别设置在所述换向缸(61)的两端，所述杆笼(64)和所述换向缸(61)之间设置有阀盖(69)，所述阀芯组件(62)一端穿过所述阀盖(69)并延伸至所述杆笼(64)内，所述细长杆(63)支撑设置在所述杆笼(64)与阀芯组件(62)之间，所述阀芯组件(62)另一端设置有活塞头(68)，所述活塞头(68)位于所述气缸(67)内，所述气缸(67)的腔体形成所述两位三通换向阀(6)的压力腔，所述连通管(7)一端与所述气缸(67)的腔体连通。
7.根据权利要求5所述的可提供双重保护的单作用气动执行器驱动的自动阀门系统，其特征在于：所述的压杆失稳触发型换向阀包括阀芯组件(62)、换向缸(61)、膜片(66)、杆笼(64)和细长杆(63)，所述的换向缸(61)一端设置有膜腔(65)，另一端设置所述杆笼(64)，所述膜片(66)设置在所述膜腔(65)内，并将膜腔(65)分隔为相对封闭的两部分；所述阀芯组件(62)设置在所述换向缸(61)内，其一端抵靠在所述膜片(66)上，另一端延伸至所述杆笼(64)内，所述的细长杆(63)支撑设置在所述阀芯组件(62)和杆笼(64)之间，所述膜腔(65)远离所述阀芯组件(62)的部分形成所述两位三通换向阀(6)的压力腔，所述的连通管(7)一端与所述膜腔(65)远离所述阀芯组件(62)的部分连通。
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Assignee: Hanzhong (Nanjing) Technology Co., Ltd

Assignor: Jiangsu Reliable Mechanical Equipment Co.,Ltd.

Contract record no.: X2020980005319

Denomination of invention: Automatic valve system driven by single acting pneumatic actuator with double protection

Granted publication date: 20190125

License type: Exclusive License

Record date: 20200825