CN108843822A

CN108843822A - 一种气动功率放大器

Info

Publication number: CN108843822A
Application number: CN201810854600.2A
Authority: CN
Inventors: 胡正超; 雷科扬
Original assignee: Chen Xing Instrument (chengdu) Co Ltd
Current assignee: Chen Xing Instrument (chengdu) Co Ltd
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2018-11-20
Anticipated expiration: 2038-07-30
Also published as: CN108843822B

Abstract

本发明公开了一种气动功率放大器，它包括左壳体（49）和与左壳体（49）固连于一体的右壳体（34），左壳体（49）内从左往右顺次设置有左进气阀座（46）和左密封座组件（45），左密封座组件（45）位于腔体左侧，左进气阀座（46）内设置有台阶孔A（65），台阶孔A（65）内设置有左阀芯，左阀芯内设置有左阀芯通孔（50），左阀芯由顺次连接的左进气阀芯（48）和左排气阀芯（47）组成，左阀芯上套有左弹簧（57），左弹簧（57）的一端抵压于左进气阀芯（48）上，左弹簧的另一端固定于左壳体的左端部上。本发明的有益效果是：减少工作腔数量，减少橡胶膜片数量，降低腔内差提高腔内压力的稳定性及精度，控制各工作腔有效作用面积的离散性。

Description

一种气动功率放大器

技术领域

本发明涉及自动化仪表领域，是阀门定位器的核心部件之一，对阀门定位器的压力、流量输出进行控制，特别是一种气动功率放大器。

背景技术

如图1为以往的气动放大器的结构示意图，它包括复位弹簧10、进气阀芯11，排气阀芯12，排气孔13，第一膜片14，隔板15、第二膜片16、输入腔17、输出腔18和排气腔19，从图1可知该气动放大器包括五类工作腔：输入腔、输出腔、排气腔、背压腔、基准压腔。其中背压腔的压力由恒节流小孔提供并由外部的喷嘴挡板机构调节，基准压腔的压力由气源直接提供。气动放大器的工作过程是各工作腔作用力的平衡过程，除基准压腔外其余工作腔的压力均在发生变化，所以这个平衡的实质是基准压腔的作用力与其余工作腔作用力代数和的比较结果。

基压腔压力由气源直接提供，工业现场气源及调压阀输出气源精度为±10％，往往更差，将基压腔压力作为平衡过程的基准必然对定位器输出压力的精度、稳定性产生不良影响。在五类工作腔中基压腔内压力最大，腔内的橡胶膜片寿命也最低。工作腔数量多必然橡胶膜片数量也多，橡胶膜片的张力导致灵敏度降低，各膜片的位置精度、橡胶膜片在壳体及其它压持件的压紧下产生翘曲变形均将影响各工作腔的有效作用面积，直接影响定位器输出精度。

图2(a)和图2(b)所示分别为目前国内外定位器采用的放大器有两种膜片布置形式。图2(a)在背压腔与基压腔之间设有排气腔，可看出膜片上行后在下行，膜片的当量直径图2(b)背压腔与基压腔之间由膜片隔断，同样可看出膜片上行后在下行，膜片的当量直径P_S为外部设备气源压力P_n为内部的控制压力P_O为放大器输出压力。

该气动放大器还存在以下缺陷：(1)气动放大器膜片数量多，张力大导致灵敏度低的问题。(2)气动放大器基压腔压力最大，其膜片工作寿命低的问题。(3)动放大器以基本无精度要求的气源压力直接送入基压腔作为比较基准参与气动放大器的平衡过程使定位器输出特性难以提高的问题。(4)气动放大器膜片数量多，在装配压持力下橡胶膜片变形的大小难以控制也无法检测，工作腔的有效作用面积不确定且离散性很大，造成输出压力回差大且装配调试工作量极大，不适合大批量自动化调试生产模式的要求。(5)气动放大器存在有效作用面积与膜片座的运动方向有关的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种减少工作腔数量，减少橡胶膜片数量，降低腔内差提高腔内压力的稳定性及精度，控制各工作腔有效作用面积的离散性，降低装配调试难度使装配过程适合自动化调试的要求的气动功率放大器。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种气动功率放大器，它包括左壳体和与左壳体固连于一体的右壳体，所述左壳体和右壳体之间形成有腔体，左壳体内从左往右顺次设置有左进气阀座和左密封座组件，左密封座组件位于腔体左侧，左进气阀座内设置有台阶孔A，台阶孔A内设置有左阀芯，左阀芯内设置有左阀芯通孔，左阀芯由顺次连接的左进气阀芯和左排气阀芯组成，左阀芯上套有左弹簧，左弹簧的一端抵压于左进气阀芯上，左弹簧的另一端固定于左壳体的左端部上，左进气阀芯在左弹簧的弹力下将台阶孔A的小孔封闭；

所述右壳体内从左往右顺次设置有右密封座组件和右进气阀座，右进气阀座内设置有台阶孔B，台阶孔B内设置有右阀芯，右阀芯内设置有右阀芯通孔，右阀芯由顺次连接的右进气阀芯和右排气阀芯组成，右阀芯上套有右弹簧，右弹簧的一端抵压于右排气阀芯上，右弹簧的另一端固定于右壳体的右端部上，右进气阀芯在右弹簧的弹力下将台阶孔B的小孔封闭；

所述腔体内设置有膜片座，膜片座的两端分别贯穿左密封座组件和右密封座组件设置，膜片座上固设有膜片，膜片的上下端部均夹持于左壳体和右壳体之间，膜片将腔体分隔为左控制腔和右控制腔，膜片座内开设有膜片座通孔，所述左排气阀芯在左弹簧的弹力下抵压于膜片座通孔的左端部，右排气阀芯在右弹簧的弹力下抵压于膜片座通孔的右端部，且膜片座通孔将左阀芯通孔和右阀芯通孔连通；

所述左壳体和右壳体的上端部中均开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有节流螺栓，螺纹孔的底部与节流螺栓之间填充有过滤填料，左壳体的顶部开设有连通螺纹孔的气流入口，左壳体内设置有连通左壳体的螺纹孔和左控制腔的恒节流孔，右壳体内设置有连通右壳体的螺纹孔和右控制腔的恒节流孔；

所述左进气阀座与左壳体之间围成有左输入腔，左进气阀座、左密封座组件与左壳体之间围成有左输出腔，左壳体上开设有连通左输入腔的左进气孔，左壳体上开设有连通左输出腔的左出气孔，所述右进气阀座与右壳体之间围成有右输入腔，右进气阀座、右密封座组件和右壳体之间围成有右输出腔，右壳体上开设有连通右输入腔的右进气孔，右壳体上还开设有连通右输出腔的右输出孔；

所述左壳体和右壳体的底部分别设置有左喷嘴组件a和右喷嘴组件b，左喷嘴组件a和右喷嘴组件b的上端口分别与左控制腔和右控制腔连通，喷嘴组件下方设置有挡板组件。

所述膜片座的柱面上设置有外螺纹和限位台，外螺纹上螺纹连接有螺纹压板，螺纹压板将膜片抵压于限位台和螺纹压板之间。

所述左壳体与右壳体左右对称设置。

所述左壳体的左端部、右壳体的右端部均封闭。

所述挡板组件的顶部设置有左挡板和右立柱挡板，左挡板位于左喷嘴组件a下端口的正下方，右挡板位于右喷嘴组件b下端口的正下方。

本发明具有以下优点：

1、本发明设置了排气通道，对比老结构省去了1个或多个排气腔，减少了1张或多张橡胶膜片，使灵敏度提高。

2、本发明采用一张平膜片则可以在压持部位设置限位结构固定膜片的最大压缩量，使膜片的变形量减少和变形量的一致性。

3、本发明采用1张平膜片及压持膜片的结构，无论膜片两边的压力大小交替变换、运动方向循环变换其有效作用效面积是不会变的如图4所示。

4、本发明将原老结构的基压腔改为控制腔，左、右控制腔压力来自于恒节流孔，腔内压力大幅减小且压差也减小，这对膜片寿命极为有利。

5、左控制腔和右控制腔的压力来自于恒节流孔，其压力的稳定性由恒节流孔保证，其稳定性能远高于现场气源，减小了气源波动对输出特性的影响。

附图说明

图1为现有气动放大器的结构示意图；

图2a为目前国内气动放大器中膜片的布置形式；

图2b为目前国外气动放大器中膜片的布置形式；

图3为本发明的结构示意图；

图4为本发明中膜片当量直径示意图；

图5为本发明的另一实施状态图；

图中，30-膜片座通孔，31-右输出腔，32-右输入腔，33-右阀芯通孔，34-右壳体，35-右进气阀芯，36-右排气阀芯，37-右进气阀座，38-右密封座组件，39-膜片座，40-膜片，41-螺纹压板，42-过滤填料，43-恒节流孔，44-节流螺栓，45-左密封座组件，46-左进气阀座，47-左排气阀芯，48-左进气阀芯，49-左壳体，50-左阀芯通孔51-左输入腔，52-左输出腔，53-左控制腔，54-右控制腔，55a-左喷嘴组件，55b-右喷嘴组件，56-挡板组件，57-左弹簧，58-右弹簧，59-左进气孔，60-左出气孔，61-右进气孔，62-右输出孔，63-左挡板，64-右挡板，65-台阶孔A，66-台阶孔B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图3～5所示，一种气动功率放大器，它包括左壳体49和与左壳体49固连于一体的右壳体34，所述左壳体49和右壳体34之间形成有腔体，左壳体49内从左往右顺次设置有左进气阀座46和左密封座组件45，左密封座组件45位于腔体左侧，左进气阀座46内设置有台阶孔A65，台阶孔A65内设置有左阀芯，左阀芯内设置有左阀芯通孔50，左阀芯由顺次连接的左进气阀芯48和左排气阀芯47组成，左阀芯上套有左弹簧57，左弹簧57的一端抵压于左进气阀芯48上，左弹簧57的另一端固定于左壳体49的左端部上，左进气阀芯48在左弹簧57的弹力下将台阶孔A65的小孔封闭；

所述右壳体34内从左往右顺次设置有右密封座组件38和右进气阀座37，右进气阀座37内设置有台阶孔B66，台阶孔B66内设置有右阀芯，右阀芯内设置有右阀芯通孔33，右阀芯由顺次连接的右进气阀芯35和右排气阀芯36组成，右阀芯上套有右弹簧58，右弹簧58的一端抵压于右排气阀芯36上，右弹簧58的另一端固定于右壳体34的右端部上，右进气阀芯35在右弹簧58的弹力下将台阶孔B66的小孔封闭。

所述腔体内设置有膜片座39，膜片座39的两端分别贯穿左密封座组件45和右密封座组件38设置，膜片座39上固设有膜片40，膜片40的上下端部均夹持于左壳体49和右壳体34之间，膜片40将腔体分隔为左控制腔53和右控制腔54，膜片座39内开设有膜片座通孔30，所述左排气阀芯47在左弹簧57的弹力下抵压于膜片座通孔30的左端部，右排气阀芯36在右弹簧58的弹力下抵压于膜片座通孔30的右端部，且膜片座通孔30将左阀芯通孔50和右阀芯通孔33连通；

所述左壳体49和右壳体34的上端部中均开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有节流螺栓，螺纹孔的底部与节流螺栓44之间填充有过滤填料42，左壳体的顶部开设有连通螺纹孔的气流入口，左壳体49内设置有连通左壳体49的螺纹孔和左控制腔53的恒节流孔43，右壳体34内设置有连通右壳体34的螺纹孔和右控制腔54的恒节流孔43。

所述左进气阀座46与左壳体49之间围成有左输入腔51，左进气阀座46、左密封座组件与左壳体49之间围成有左输出腔52，左壳体49上开设有连通左输入腔51的左进气孔59，左壳体49上开设有连通左输出腔52的左出气孔60，所述右进气阀座37与右壳体34之间围成有右输入腔32，右进气阀座37、右密封座组件38和右壳体34之间围成有右输出腔31，右壳体34上开设有连通右输入腔32的右进气孔61，右壳体34上还开设有连通右输出腔31的右输出孔62；

所述左壳体49和右壳体34的底部分别设置有左喷嘴组件55a和右喷嘴组件55b，左喷嘴组件55a和右喷嘴组件55b的上端口分别与左控制腔53和右控制腔54连通，喷嘴组件下方设置有挡板组件56。

所述膜片座39的柱面上设置有外螺纹和限位台，外螺纹上螺纹连接有螺纹压板41，螺纹压板41将膜片40抵压于限位台和螺纹压板41之间。所述左壳体49与右壳体34左右对称设置。所述左壳体49的左端部、右壳体34的右端部均封闭。所述挡板组件56的顶部设置有左挡板63和右挡板64，左挡板63位于左喷嘴组件55a下端口的正下方，右挡板64位于右喷嘴组件55b下端口的正下方。

本发明的工作过程如下：气源P_S流经过滤填料42，通过恒节流孔43送入左控制腔53和右控制腔54，在腔内分别形成控制压力P_n1、P_n2，P_n1及P_n2的大小受喷嘴组件和挡板组件56的控制，即当挡板组件56在垂向上发生偏转时，使ΔX₁增大ΔX₂将同步减小，则P_n1减小P_n2将同步增大，其中ΔX₁、ΔX₂为喷嘴的下端口与立柱之间的间隙，d为膜片的当量直径，此时膜片座39向左移动，左进气阀芯48与台阶孔A65分离，而左排气阀芯47将台阶孔B66的右开口封闭，随着台阶孔B66的关闭左输出腔52压力升高直至左进气阀芯48与左排气阀芯47进入动态平衡状态。由于ΔX₁与ΔX₂反向同步增减，即挡板组件56间隙的变化对膜片座39的作用恰好是原有老结构的两倍倍，提高了输出压力对挡板间隙变化的灵敏度，给结构设计及生产成本带来如下好处:可减小结构尺寸，可增大节流孔径减小加工难度，可减小对挡板机构的励磁电流。

Claims

1.一种气动功率放大器，其特征在于：它包括左壳体（49）和与左壳体（49）固连于一体的右壳体（34），所述左壳体（49）和右壳体（34）之间形成有腔体，左壳体（49）内从左往右顺次设置有左进气阀座（46）和左密封座组件（45），左密封座组件（45）位于腔体左侧，左进气阀座（46）内设置有台阶孔A（65），台阶孔A（65）内设置有左阀芯，左阀芯内设置有左阀芯通孔（50），左阀芯由顺次连接的左进气阀芯（48）和左排气阀芯（47）组成，左阀芯上套有左弹簧（57），左弹簧（57）的一端抵压于左进气阀芯（48）上，左弹簧（57）的另一端固定于左壳体（49）的左端部上，左进气阀芯（48）在左弹簧（57）的弹力下将台阶孔A（65）的小孔封闭；

所述右壳体（34）内从左往右顺次设置有右密封座组件（38）和右进气阀座（37），右进气阀座（37）内设置有台阶孔B（66），台阶孔B（66）内设置有右阀芯，右阀芯内设置有右阀芯通孔（33），右阀芯由顺次连接的右进气阀芯（35）和右排气阀芯（36）组成，右阀芯上套有右弹簧（58），右弹簧（58）的一端抵压于右排气阀芯（36）上，右弹簧（58）的另一端固定于右壳体（34）的右端部上，右进气阀芯（35）在右弹簧（58）的弹力下将台阶孔B（66）的小孔封闭；

所述腔体内设置有膜片座（39），膜片座（39）的两端分别贯穿左密封座组件（45）和右密封座组件（38）设置，膜片座（39）上固设有膜片（40），膜片（40）的上下端部均夹持于左壳体（49）和右壳体（34）之间，膜片（40）将腔体分隔为左控制腔（53）和右控制腔（54），膜片座（39）内开设有膜片座通孔（30），所述左排气阀芯（47）在左弹簧（57）的弹力下抵压于膜片座通孔（30）的左端部，右排气阀芯（36）在右弹簧（58）的弹力下抵压于膜片座通孔（30）的右端部，且膜片座通孔（30）将左阀芯通孔（50）和右阀芯通孔（33）连通；

所述左壳体（49）和右壳体（34）的上端部中均开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有节流螺栓，螺纹孔的底部与节流螺栓（44）之间填充有过滤填料（42），左壳体的顶部开设有连通螺纹孔的气流入口，左壳体（49）内设置有连通左壳体（49）的螺纹孔和左控制腔（53）的恒节流孔（43），右壳体（34）内设置有连通右壳体（34）的螺纹孔和右控制腔（54）的恒节流孔（43）；

所述左进气阀座（46）与左壳体（49）之间围成有左输入腔（51），左进气阀座（46）、左密封座组件与左壳体（49）之间围成有左输出腔（52），左壳体（49）上开设有连通左输入腔（51）的左进气孔（59），左壳体（49）上开设有连通左输出腔（52）的左出气孔（60），所述右进气阀座（37）与右壳体（34）之间围成有右输入腔（32），右进气阀座（37）、右密封座组件（38）和右壳体（34）之间围成有右输出腔（31），右壳体（34）上开设有连通右输入腔（32）的右进气孔（61），右壳体（34）上还开设有连通右输出腔（31）的右输出孔（62）；

所述左壳体（49）和右壳体（34）的底部分别设置有左喷嘴组件（55a）和右喷嘴组件（55b），左喷嘴组件（55a）和右喷嘴组件（55b）的上端口分别与左控制腔（53）和右控制腔（54）连通，喷嘴组件下方设置有挡板组件（56）。

2.根据权利要求1所述的一种气动功率放大器，其特征在于：所述膜片座（39）的柱面上设置有外螺纹和限位台，外螺纹上螺纹连接有螺纹压板（41），螺纹压板（41）将膜片（40）抵压于限位台和螺纹压板（41）之间。

3.根据权利要求1所述的一种气动功率放大器，其特征在于：所述左壳体（49）与右壳体（34）左右对称设置。

4.根据权利要求1所述的一种气动功率放大器，其特征在于：所述左壳体（49）的左端部、右壳体（34）的右端部均封闭。

5.根据权利要求1所述的一种气动功率放大器，其特征在于：所述挡板组件（56）的顶部设置有左挡板（63）和右挡板（64），左挡板（63）位于左喷嘴组件（55a）下端口的正下方，右挡板（64）位于右喷嘴组件（55b）下端口的正下方。