CN107218423B - 一种导阀辅助型自力式阀门执行机构 - Google Patents

Abstract

一种导阀辅助型自力式阀门执行机构，包括执行机构腔室、执行机构阀芯、阀口入口端、阀口出口端、控制导阀、系统阀芯，所述执行机构阀芯设于所述执行机构腔室内，所述阀口入口端、阀口出口端分别与所述执行机构阀芯分隔出的所述执行机构腔室的两侧相通，所述控制导阀通过所述阀口入口端与所述执行机构腔室连接，所述系统阀芯与所述执行机构阀芯固定连接并联动，所述执行机构阀芯由所述阀口入口端与阀口出口端的压差驱动，所述控制导阀根据控制需求控制进入所述阀口入口端的流体流量，即控制执行机构阀芯两侧压差的大小。本发明的导阀辅助型自力式阀门执行机构，具有结构简单、维护简便、性能优良、成本较低、节能环保等特点。

Description

一种导阀辅助型自力式阀门执行机构

技术领域

本发明涉及控制阀技术领域，具体地，涉及一种导阀辅助型自力式阀门执行机构

背景技术

控制阀是一种用于流体流动控制的阀门，它根据接控制器的指令改变流道尺寸来实现流体流动控制。这使流量的直接控制与过程量(如压力、温度和液位)的间接控制得以实现。控制阀通过它的执行机构来驱动，该执行机构可以使用高压气体、电能或受控的液体做为动力源。

当采用高压气体作为动力源时，这种执行机构称为气动执行机构，它能够实现高扭矩、快速动作，且对有毒和易燃的环境是安全的。然而，生产压缩气体需要空气压缩机和压缩气体输送管道的空压机系统。在过去30年中，尽管气动控制阀和/或执行机构在某些工业过程中仍有应用，但它在商业应用中正逐步被淘汰。

当采用电力作为执行机构动力源时，这种执行机构称为电动执行机构。电动执行机构在今天的流动控制中被广泛使用。这种阀门需要特定的电压，需要连接特定的电线。对于大阀门，这种执行机构的价格很高。

当阀的动作是由所控制的流体作为动力源时，因其不需要外部动力，所以对应的执行机构被称为自力式执行机构。自力式执行机构或阀门已经存在很久了，然而，它的功能局限在恒定压控制、恒定压差控制、恒定流量的控制、恒定过热度控制、恒定水位控制等。

参照图1所示，恒压型自力式控制阀与执行机构包括控制阀、执行机构，所述控制阀由阀室110、阀芯120、入口端130、出口端140、阀盖150组成，所述执行机构由执行机构腔室160、执行机构阀芯170、螺旋弹簧180构成。当控制阀的入口130、出口140均连到执行机构的接口时，执行机构会保持流体流经阀门的压降恒定。该阀的接口可以移动到任一被控对象的进口与出口，相应的，该执行机构可以会保持流体流经被控对象的压降恒定。如果入口端130没有连接，执行机构可以控制阀出口端140压力恒定。如果出口端140没有连接，执行机构可以改变流动使入口端130压力维持在一个合理的水平。如果其中一个接口没有连接，另一个接口连接到循环水或流体管路的另一个位置，那么该执行机构将能够维持该接口位置的压力恒定。许多机械机构必须被开发来执行同样的任务。需要指出的是，如果阀与被控对象距离远，它们之间的管道以及管道的维护就可能成为问题，因此自力式执行机构一般非常靠近被控对象。

参照图2所示，恒流型自力式控制阀与执行机构包括控制阀、执行机构，所述执行机构包括两个螺旋弹簧290、295、两个执行机构阀芯280、275、执行机构阀室285；所述控制阀包括阀室210、阀芯220、孔板口260、入口250、出口240、传动口225、孔板230。为了改变流量至所需值，必须在现场以手动方式预先调节出该流量，且执行一次调节，实现一个流量的设定。许多用于恒定流动的控制其他机械机构已经被开发出来。

参照图3所示，应用于空调系统的自力式热力膨胀阀与执行机构包括过热感温包305、阀芯310、蒸发器气体腔室315、隔膜320、螺旋弹簧330、液体口340以及蒸发器接口350。与蒸发器出口过热蒸汽温度对应的饱和压力作用在隔膜320顶部位置，蒸发器出口蒸汽压力作用在隔膜320的另一面，螺旋弹簧330用于调节过热温度。过热度比设定阀门高时，阀芯310被向下推动来增加制冷剂流量，反之亦然。该自力式执行结构可以保持恒定过热温度。

参照图4所示，应用于热泵的换向阀与执行机构的组成包括：四通导阀410、柱状阀芯405、阀室420、压缩机口430、吸入口440、室外机端口450、室内机端口460。四通导阀410能将压缩机排气压力引入阀室420右侧，吸气压力引入阀室420左侧。在左、右两侧的压差作用下，柱状阀芯405被推向左侧，然后，高压高温气体被引入室内机用于加热。如果四通导阀410将压缩机高压引入阀室420左侧，将吸气端压力引入阀室420右侧，该柱状阀芯405被推向右侧，控制阀将高温高压气体送入室外机。由于使用了四通导阀，且该四通导阀由电力驱动，因此该阀并不完全是自力式装置。这种阀可以称之为导阀辅助的自力式控制阀。这是示范双位控制的一个好例子。

综上所述，应将开发了很多中自力式的控制阀和执行机构，然而，它们都局限于恒定压力、恒定温度、恒定流量中一个恒定参数的控制。在现代控制行业，控制目标常常需要优化和改变。如，空气处理单元的入口空气静压应该根据建筑负荷重新设置，最小设定值可以低至最大设定值的30％，单一恒定控制目标限制了自力式控制阀与执行机构在当前控制工业中的应用。除了应用的局限性外，它们的机械结构非常的复杂，并且安装实施困难。对于气动或者电动的执行机构，执行机构的成本和配套的电力或气动系统的成本都很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导阀辅助型自力式阀门执行机构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种导阀辅助型自力式阀门执行机构，包括执行机构腔室、执行机构阀芯、阀口入口端、阀口出口端、控制导阀、系统阀芯，所述执行机构阀芯设于所述执行机构腔室内，所述阀口入口端、阀口出口端分别与所述执行机构阀芯分隔出的所述执行机构腔室的两侧相通，所述控制导阀通过所述阀口入口端与所述执行机构腔室连接，所述系统阀芯与所述执行机构阀芯固定连接并联动，所述执行机构阀芯由所述阀口入口端与阀口出口端的压差驱动，所述控制导阀根据控制需求控制进入所述阀口入口端的流体流量，即控制执行机构阀芯两侧压差的大小。执行机构阀芯能够通过垂直或者旋转动作来控制阀位。所述阀口入口端、阀口出口端分别至少为1个。

优选的，所述导阀辅助型自力式阀门执行机构设有螺旋弹簧，所述螺旋弹簧一端与执行机构阀芯连接，另一端与所述执行机构腔室的壳体内侧连接，用于对让所述执行机构阀芯的阀位进行限定并提高所述执行机构阀芯运行的稳定性。如，通过螺旋弹簧，使所述执行机构阀芯及系统阀芯在初始状态下处于常开或常闭的阀位。

优选的，所述导阀辅助型自力式阀门执行机构设有轨道杆，所述轨道杆两端分别与所述执行机构腔室的壳体内侧连接，所述执行机构阀芯、螺旋弹簧沿轨道杆运行，起固定或导引螺旋弹簧、确保执行机构阀芯正常运行的作用。所述轨道杆可设置1个，也可设置多个。

优选的，所述导阀辅助型自力式阀门执行机构还设有泄流孔，所述泄流孔的有效泄流面积小于所述阀口入口端、阀口出口端中任一截面积，所述泄流孔设于所述执行机构阀芯与所述轨道杆的交叉处，所述轨道杆穿过所述泄流孔。这里，泄流孔有效泄流面积为所述泄流孔的开孔面积与所述轨道杆截面积之差。流体可通过所述泄流孔从所述执行机构腔室的一侧流入另一侧，从而调节执行机构阀芯两侧的压力，进一步起缓冲的作用，防止所述执行机构阀芯运行过快过猛。

优选的，当所述系统阀芯为截止阀或闸阀时，所述执行机构阀芯为垂直移动式阀芯。如，一种用于闸阀、截止阀的导阀辅助型自力式执行机构，可包括一个圆柱形执行机构腔室，一个螺旋弹簧和调节器，一个带轨道杆的盘状执行机构阀芯，一个位于执行机构腔室顶端的接口、一个位于执行机构腔室底端的接口，至少两个轨道杆，以及一个装在其中一条连接端口的管路上的两通控制导阀。

优选的，当所述系统阀芯为球阀、蝶阀或四通调节阀阀芯时，所述执行机构阀芯为旋转动作式阀芯。如，一种用于旋转动作阀的辅助导向自力式执行机构，可包括：一个执行机构腔室，一个板式执行机构阀芯，两个螺旋弹簧和调节器，一个轨道杆，一个位于执行机构腔室左侧的连接口，一个位于执行机构腔室右侧的连接口，和一个安装在其中一个连接口对应管路上两通控制导阀。另如，一种用于四通调节阀的导阀辅助型自力式执行机构，可包括：一个执行机构腔室，一个板式系统阀芯，两个螺旋弹簧和调节器，一个轨道杆，一个位于执行机构腔室左侧的连接口，一个位于执行机构腔室右侧的连接口，和一个四通控制导阀。

优选的，当所述执行机构阀芯为旋转动作式阀芯时，其最小旋转角度为90°。

优选的，所述四通调节阀为具有反向流动、阻断流动、和从0％到100％调节流量的功能的四通调节阀。

优选的，当所述执行机构阀芯为旋转动作式阀芯并用于四通调节阀调节时，其旋转角度范围不小于135°。

优选的，所述控制导阀为截止阀、闸阀、球阀、蝶阀或四通调节阀。

优选的，所述阀口入口端、阀口出口端的管径相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的导阀辅助型自力式阀门执行机构，通过对流体阀门控制的形状构造的设计，采用自力式结构，可以在0％-100％的范围内调节通过阀门的流体流量，以满足动态控制目标，提供优越的控制性能，能够适应所有过程控制的需求，适配四通调节阀、两通旋转动作阀(球阀、蝶阀)、垂直动作阀(闸阀、截止阀)等各种类型的阀门与各种控制过程，不需要配套支持设备，其成本仅为气动或电动执行机构的一小部分，具有结构简单、维护简便、性能优良、成本较低、节能环保等特点，可扩展应用到现代控制工业多个方面。

附图说明

图1为恒压降型自力式控制阀与执行机构的原理图；

图2为恒流型自力式控制阀与执行机构的原理图；

图3为应用于空调系统的自力式热力膨胀阀与执行机构的原理图；

图4为应用于热泵的换向阀与执行机构的原理图；

图5为本发明应用于垂直动作阀门的导阀辅助型自力式执行机构的实施例的原理图；

图6为本发明应用于旋转动作阀门的导阀辅助型自力式执行机构的实施例的原理图；

图7为本发明应用于四通调节阀的导阀辅助型自力式执行机构的实施例的原理图；

其中：110.阀室，120.系统阀芯，130.入口端，140.出口端，150.阀盖，160.执行机构腔室，170.执行机构阀芯，180.螺旋弹簧，210.阀室，220.系统阀芯，225.传动口，230.孔板，240.出口，250.进口，260.孔板口，275.执行机构阀芯，280.执行机构阀芯，285.执行机构阀室，290.螺旋弹簧，295.螺旋弹簧，305.过热感温包，310.系统阀芯，315.蒸发器气体腔室，320.隔膜，330.螺旋弹簧，340.液体接口，350.蒸发器接口，405.柱状系统阀芯，410.四通导阀，420.阀室，430.压缩机口，440.吸入口，450.室外机端口，460.室内机端口，505.执行机构腔室，510.螺旋弹簧和调节螺丝，520.执行机构阀芯，530.轨道杆，535.泄流孔，540.阀口入口端，550.阀口出口端，560.控制导阀，580.系统阀芯，610.执行机构腔室，620.执行机构阀芯，630.轨道杆，640螺旋弹簧，650.泄流孔，660.阀门入口端，665.控制导阀，670.阀门出口端，680.系统阀芯，710.执行机构腔室，720.执行机构阀芯，730.轨道杆，740.螺旋弹簧，750.泄流孔，760阀门入口端，770阀门出口端，780.四通调节导阀，785.导阀入口，787.导阀出口，790.系统阀芯。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图5、图6、图7所示，一种导阀辅助型自力式阀门执行机构，包括执行机构腔室、执行机构阀芯、阀口入口端、阀口出口端、控制导阀、系统阀芯，所述执行机构阀芯设于所述执行机构腔室内，所述阀口入口端、阀口出口端分别与所述执行机构阀芯分隔出的所述执行机构腔室的两侧相通，所述控制导阀通过所述阀口入口端与所述执行机构腔室连接，所述系统阀芯与所述执行机构阀芯固定连接并联动，所述执行机构阀芯由所述阀口入口端与阀口出口端的压差驱动，所述控制导阀根据控制需求控制进入所述阀口入口端的流体流量，即控制阀芯两侧压差的大小。执行机构阀芯能够通过垂直或者旋转动作来控制阀位。所述阀口入口端、阀口出口端分别至少为1个。

所述导阀辅助型自力式阀门执行机构设有螺旋弹簧，所述螺旋弹簧一端与执行机构阀芯连接，另一端与所述执行机构腔室的壳体内侧连接，用于对让所述执行机构阀芯的阀位进行限定并提高所述执行机构阀芯运行的稳定性。如，通过螺旋弹簧，使所述执行机构阀芯及系统阀芯在初始状态下处于常开或常闭的阀位。

所述导阀辅助型自力式阀门执行机构设有轨道杆，所述轨道杆两端分别与所述执行机构腔室的壳体内侧连接，所述执行机构阀芯、螺旋弹簧沿轨道杆运行，起固定或导引螺旋弹簧、确保执行机构阀芯正常运行的作用。所述轨道杆可设置1个，也可设置多个。

所述导阀辅助型自力式阀门执行机构还设有泄流孔，所述泄流孔的有效泄流面积小于所述阀口入口端、阀口出口端中任一截面积，所述泄流孔设于所述执行机构阀芯与所述轨道杆的交叉处，所述轨道杆穿过所述泄流孔。流体可通过所述泄流孔从所述执行机构腔室的一侧流入另一侧，从而调节执行机构阀芯两侧的压力，进一步起缓冲的作用，防止所述执行机构阀芯运行过快过猛。

实施例一：

参照图5所示，应用于垂直动作阀门的导阀辅助型自力式阀门执行机构，包括执行机构腔室505，螺旋弹簧和调节螺丝510，执行机构阀芯520，至少2个轨道杆530，泄流孔535，阀口入口端540，阀口出口端550，控制导阀560，系统阀芯580。所述泄流孔535设于所述执行机构阀芯520与轨道杆530交汇处。系统阀芯580能够垂直动作来调节流量以适应控制的要求；执行机构腔室505的形状可以做成圆柱形、方柱形或其他形状。

螺旋弹簧和调节螺丝510安装于所述执行机构阀芯520的阀芯盘的顶部。调节螺丝可调节螺旋弹簧的张力或缩力。另外，也可在执行机构阀芯520的阀芯盘的顶侧、底侧分别设置螺旋弹簧和调节螺丝510。执行机构阀芯520沿着执行机构腔室505内壁垂直上下运动。执行机构阀芯520与执行机构腔室505应该有良好的接触，使从顶部到底部或从底部到顶部的流体泄漏量低于限定值。轨道杆530应确保执行机构阀芯520正常的升降；泄流孔535为在执行机构阀芯520设置的由轨道杆530穿过的通孔。阀口入口端540连接到阀门的入口；阀口出口端550连接到阀门的出口。这里，阀门的入口和阀口的出口可根据连接需要相互更换连接到阀门的不同接口，即阀门的入口与阀门出口端550连接、阀门的出口与阀门入口端540连接。

当使用一个压缩的螺旋弹簧和调节螺丝510时，该阀是常开的；当使用一个拉伸的螺旋弹簧和调节螺丝510时，阀门是常闭的。在此假设使用了一个压缩的螺旋弹簧和调节螺丝510，且控制导阀560是关闭的。因为执行机构阀芯520的阀芯盘顶侧和底侧通过泄流孔535连接，所以执行机构腔室505内的压力是均匀的。在螺旋弹簧和调节螺丝510的压力作用下，系统阀芯580被推下，阀门全开。根据控制需求，控制导阀560能够调节到从全关到全开的任何状态。为了关掉阀门，控制导阀560开大一些，更多高压水流入执行机构阀芯520底侧，使执行机构阀芯520底部压力高于顶部压力，执行机构阀芯520被上推，然后阀门系统阀芯580被推着向上运动，阀门关小。阀位取决于螺旋弹簧和调节螺丝510的弹力、执行机构阀芯520底侧与顶侧的压力的合力。通过调节控制导阀560的开度，执行机构阀芯520的阀芯盘顶侧的压力可以有效地改变。因此，系统阀芯580能够被控制到任一期望的位置，进而可实现设计流量在0％到100％的调节。

应用于垂直动作阀门的导阀辅助型自力式阀门执行机构能够应用于闸阀、截止阀和任何系统阀芯垂直动作的阀门之上。

用于垂直动作阀门的导阀辅助型自力式阀门执行机构可以与装有预紧弹簧的常开或者常闭部件的阀门配合，它也可以与没有预装弹预定阀位的阀门配合。事实上，它可以将这些阀门转化常开或者常闭阀门。这能够减少阀门的结构和成本。

实施例二：

参照图6所示，应用于旋转动作阀门的导阀辅助型自力式阀门执行机构，包括执行机构腔室610，执行机构阀芯620，轨道杆630，螺旋弹簧640，泄流孔650，阀门入口端660，控制导阀665，阀门出口端670，系统阀芯680。执行机构阀芯620在螺旋弹簧弹力与其左、右两侧压力的合力作用下围绕阀轴旋转。轨道杆630可以稳定执行机构阀芯620并保持泄流孔650的洁净。螺旋弹簧640可以保证执行机构阀芯620的稳定，并将执行机构阀芯620定位在执行机构腔室610的中心。轨道杆630从泄流孔650中穿过。泄流孔650允许流体从高压侧流向低压侧。阀门出口端670、阀门入口端660分别连接阀门的入口、阀门的出口，其连接也可互换，但不可连接同一侧。控制导阀665能够控制阀位在0％开度到100％开度变化。系统阀芯680可以是蝶型系统阀芯、球型系统阀芯或其他任何一种通过转动来调节流量的阀芯。

阀门出口端670连接阀门的出口，阀门入口端660连接阀门的入口。当系统阀芯680完全关闭时，执行机构阀芯620将紧贴在阀井上。为了使系统阀芯680全开，控制导阀665打开，执行机构阀芯620右侧压力逐渐升高，执行机构阀芯620被推着向左侧旋转。只需要调节控制导阀665的开度，改变执行机构阀芯620右侧压力，就可以实现阀位从0％到100％的调节。

图中未示出的是，为了强化稳定性，执行机构阀芯620两侧均可装设螺旋弹簧。

应用于旋转动作阀门的导阀辅助型自力式阀门执行机构可用于蝶阀、球阀和任何通过系统阀芯旋转运动来调节流量的阀门。

实施例三：

参照图7所示，应用于四通调节阀的导阀辅助型自力式阀门执行机构，包括执行机构腔室710，执行机构阀芯720，轨道杆730，螺旋弹簧740，泄流孔750，阀门入口端760，阀门出口端770，四通调节导阀780，导阀入口785，导阀出口787，系统阀芯790。

四通调节阀具备换向流动、阻断流动或隔绝一次系统与二次系统、以及调节流动的作用。执行机构阀芯720在螺旋弹簧740弹力、执行机构阀芯720左右侧压力的合力作用下围绕其轴心进行旋转。轨道杆730用于稳定执行机构阀芯720并且保持泄流孔730清洁。螺旋弹簧740可以使执行机构阀芯720更稳定，同时使执行机构阀芯720定位在执行机构腔室710的中心。为了提高稳定性，在执行机构阀芯720两侧可各安装一个螺旋弹簧740。轨道杆730，从泄流孔750中穿过。这个泄流孔750允许流体从高压侧到低压侧。导阀入口785连接到阀门的入口，导阀出口787连接到阀门的出口。事实上导阀入口785的连接可以与导阀出口787的连接进行交换。

为了隔离或者阻断系统，将四通调节导阀调节至封闭导阀入口785和导阀出口787的位置。执行机构阀芯720位于执行机构腔体710中心位置。四通阀系统阀芯密封住从主流流入阀体腔室的通道，同时密封住从阀体腔室流回主流的通道。对于常规流动，连接导阀入口785到阀门出口端770；为了调节流动，调节导阀780阀位在左侧A度以内变化(A取值范围30-45)，改变进入执行机构腔室710的流量；为使流动换向，连接导阀入口785与阀门入口端760；为了调节流动，调节导阀780阀位在右侧A度范围以内变化(A取值范围30-45)。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种导阀辅助型自力式阀门执行机构，其特征在于，包括执行机构腔室、执行机构阀芯、阀口入口端、阀口出口端、控制导阀、系统阀芯，所述执行机构阀芯设于所述执行机构腔室内，所述阀口入口端、阀口出口端分别与所述执行机构阀芯分隔出的所述执行机构腔室的两侧相通，所述控制导阀通过所述阀口入口端与所述执行机构腔室连接，所述系统阀芯与所述执行机构阀芯固定连接并联动，所述执行机构阀芯由所述阀口入口端与阀口出口端的压差驱动，所述控制导阀根据控制需求控制进入所述阀口入口端的流体流量，即控制执行机构阀芯两侧压差的大小，所述导阀辅助型自力式阀门执行机构设有螺旋弹簧，所述螺旋弹簧一端与执行机构阀芯连接，另一端与所述执行机构腔室的壳体内侧连接，用于对所述执行机构阀芯的阀位进行限定并提高所述执行机构阀芯运行的稳定性，所述导阀辅助型自力式阀门执行机构设有轨道杆，所述轨道杆两端分别与所述执行机构腔室的壳体内侧连接，所述执行机构阀芯、螺旋弹簧沿轨道杆运行，起固定或导引螺旋弹簧、确保执行机构阀芯正常运行的作用，所述导阀辅助型自力式阀门执行机构还设有泄流孔，所述泄流孔的有效泄流面积小于所述阀口入口端、阀口出口端中任一截面积，所述泄流孔设于所述执行机构阀芯与所述轨道杆的交叉处，所述轨道杆穿过所述泄流孔。

2.根据权利要求1所述的导阀辅助型自力式阀门执行机构，其特征在于，当所述系统阀芯为截止阀或闸阀时，所述执行机构阀芯为垂直移动式阀芯。

3.根据权利要求1所述的导阀辅助型自力式阀门执行机构，其特征在于，当所述系统阀芯为球阀、蝶阀或四通调节阀阀芯时，所述执行机构阀芯为旋转动作式阀芯。

4.根据权利要求3所述的导阀辅助型自力式阀门执行机构，其特征在于，当所述执行机构阀芯为旋转动作式阀芯时，其最小旋转角度为90°。

5.根据权利要求4所述的导阀辅助型自力式阀门执行机构，其特征在于，当所述执行机构阀芯为旋转动作式阀芯并用于四通调节阀调节时，其旋转角度范围不小于135°。

6.根据权利要求5所述的导阀辅助型自力式阀门执行机构，其特征在于，所述四通调节阀为具有反向流动、阻断流动和从0％到100％调节流量的功能的四通调节阀。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的导阀辅助型自力式阀门执行机构，其特征在于，所述控制导阀为截止阀、闸阀、球阀、蝶阀或四通调节阀。