CN109237110A - 一种电液一体大型阀门快开集成化装置 - Google Patents

Abstract

一种电液一体大型阀门快开集成化装置，包括电液驱动装置、液动驱动装置、连接器以及被控阀门，所述连接器安装于被控阀门上端，连接器上端安装液动驱动器，液动驱动器上端安装电液驱动装置。该装置用于船舶、海洋平台及石油化工等领域的大型管道具有截止阀和球阀等多回转的控制阀门处，如通海阀、油气输送管道的截止止回阀等。

Description

一种电液一体大型阀门快开集成化装置

技术领域

本发明涉及一种电液一体大型阀门快开集成化装置。

背景技术

阀门作为一种常见的机械结构，常用于液体或气体管道，在大型船舶的海底门上也有广泛应用。大型船舶通常设有多个压载舱和多个海底门，海底门用于调节压载舱内的载水量，旨在调节船舶在载货情况不同时的浮态。现有的多回转阀门（如大型截止阀）的启闭是通过外接液压油驱动液压马达后带动阀门转向，这类启闭方式无法实现及时控制，而通过电机驱动涡轮蜗杆进而带动阀门转向的方式则会导致结构过大、安装不便。

包括舰船作战、货船破舱、集装箱船货物装卸等过程，通海阀的响应速度直接影响到这些船舶在水面能否顺利工作或生存，因此通海阀的状态可控、状态可视是该领域急需突破的关键技术。此外，海底油气输送管道以及地下油气输送、长距离油气输送等油气行业，由于无法直接进行人工操作或及时就位，一旦发生泄漏或危险需要快速关闭阀门时，该类阀门快开装置能够做出迅速响应并反馈启闭状态。

在当前船舶等流体管道需要智能控制的趋势下，迫切需要一种大扭矩、小体积、可遥控、安装方便的驱动装置来满足大型阀门（类截止阀等多回转阀门）的启闭控制。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种电液一体大型阀门快开集成化装置，解决了现有的多回转阀门的启闭是通过外接液压油驱动液压马达后带动阀门转向，这类启闭方式无法实现及时控制，而通过电机驱动涡轮蜗杆进而带动阀门转向的方式则会导致结构过大、安装不便的问题。

为实现上述目的而采取的技术方案是，一种电液一体大型阀门快开集成化装置，包括电液驱动装置、液动驱动装置、连接器以及被控阀门，所述连接器安装于被控阀门上端，连接器上端安装液动驱动器，液动驱动器上端安装电液驱动装置；所述电液驱动装置包括集成底板，集成底板上端设有油箱，油箱的一端连接有经压板和固定螺栓固定在集成底板上的电液柱塞泵，电液柱塞泵的一端连接有微型驱动电机，所述集成底板上还设有接线端子、启动电容以及磁性限位开关，所述磁性限位开关上端固定有阀门位置显示器，所述集成底板上端还固定有密封罩盒，集成底板下端设有电缆密封接头；所述液动驱动装置包括转轴，转轴上套装有下压块，所述下压块内侧下端安装有下轴承，下轴承下端经挡圈固定有密封压块，所述下压块内侧上端安装有上轴承，上轴承上端设有定子，定子内安装有转子，转子外侧壁上安装有多个球形柱塞，所述下压块上端固定有上压块，上压块上端固定有连接板，所述连接板连接集成底板；所述连接器包括阀盖，阀盖的内侧下端设有填料压盖，阀盖的内侧上端设有滑块。

有益效果

与现有技术相比本发明具有以下优点。

1、本装置的驱动力矩大，可根据阀门大小进行系列化设计，能够驱动各类大型阀门；

2、本装置的阀门位置可实现数据反馈，将阀门的启闭状态通过电缆反馈至控制中心；

3、本装置的阀门启闭操作可实现遥控；

4、本装置为集成化设计，结构尺寸小，重量轻，适用于船舶等结构空间小的区域。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步详述。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的结构爆炸图；

图3是本发明的电液驱动装置结构示意图；

图4是本发明的液动驱动器结构示意图；

图5是本发明的上压块结构俯视图；

图6是本发明的上压块结构侧面剖视图；

图7是本发明的转子结构示意图；

图8是本发明的转子结构侧面剖视图；

图9是本发明的定子结构示意图；

图10是本发明的球形柱塞受力图；

图11是本发明的球形柱塞结构示意图；

图12是本发明的连接器结构示意图；

图13是本发明的控制及驱动关系结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明。

本装置包括电液驱动装置1、液动驱动装置2、连接器3以及被控阀门4，如图1-图13所示，所述连接器3安装于被控阀门4上端，连接器3上端安装液动驱动器2，液动驱动器2上端安装电液驱动装置1；所述电液驱动装置1包括集成底板16，集成底板16上端设有油箱17，油箱17的一端连接有经压板18和固定螺栓19固定在集成底板16上的电液柱塞泵10，电液柱塞泵10的一端连接有微型驱动电机11，所述集成底板16上还设有接线端子12、启动电容15以及磁性限位开关14，所述磁性限位开关14上端固定有阀门位置显示器111，所述集成底板16上端还固定有密封罩盒112，集成底板16下端设有电缆密封接头13；所述液动驱动装置2包括转轴29，转轴29上套装有下压块27，所述下压块27内侧下端安装有下轴承28，下轴承28下端经挡圈211固定有密封压块210，所述下压块27内侧上端安装有上轴承26，上轴承26上端设有定子25，定子25内安装有转子23，转子23外侧壁上安装有多个球形柱塞24，所述下压块27上端固定有上压块22，上压块22上端固定有连接板21，所述连接板21连接集成底板16；所述连接器3包括阀盖31，阀盖31的内侧下端设有填料压盖33，阀盖31的内侧上端设有滑块32。

所述转子23上设有若干个活塞孔231，活塞孔231在依次充满高压液压油后，推动球形柱塞24向定子25的内轮廓上运动，进而推动转子24绕着定子25转动。

所述上压块22、连接板21上均设有流道孔221，上压块22和连接板21的流道孔221之间存在偏心距离b，该距离导致球形柱塞24在受到液压油压力时，产生沿着球形柱塞24径向的作用力P，可以分解为向着定子25内轮廓的垂直分力F以及切向力F'，切向力F'即推动转子23转动的驱动力。

所述转子24与转轴29为过盈配合，在转子24发生转动时，将带动转轴29转动。

本发明中所述电液驱动装置1为该装置的动力来源，包括集成底板16、密封罩盒112、微型驱动电机11、电液柱塞泵10、油箱17、阀门位置显示器111等，所述微型驱动电机11作为动力驱动装置，由接线端子12和启动电容15的启动信号启动，电缆及信号反馈线均从电缆密封接头13进入密封罩盒112内，微型驱动电机11启动后通过联轴器驱动电液柱塞泵10转动，电液柱塞泵10由压板18和固定螺栓19固定在集成底板16上，电液柱塞泵10的液压油由油箱17提供，阀门位置显示器111和磁性限位开关14用于被控阀门4的开启状态并显示该状态，经过电液柱塞泵10加压后的液压油穿过集成底板16向下提供给液动驱动器2。

在本发明中，所述液动驱动器2具体包括连接板21、上压块22、转子23、球形柱塞24、定子25、上轴承26、下压块27、下轴承28、转轴29、密封压块210以及挡圈211，所述连接板21与集成底板16配合用于连接电液驱动装置1，并接受高压液压油通过，高压液压油经过连接板21、上压块22后，配送给转子23，转子23上的若干个活塞孔231依次充满高压液压油后，推动球形柱塞24向定子25的内轮廓上运动，进而推动转子24绕着定子25转动，进一步转子24带动转轴29转动，从而将扭矩传递给被控阀门4的阀杆。

在本发明中，所述上压块22分别与定子25、转子23以及球形柱塞24之间的受力分析，如图10所示，上压块22及连接板21的流道孔221之间存在偏心距离b，该距离导致球形柱塞24在受到液压油压力时，产生沿着球形柱塞24径向的作用力P，可以分解为向着定子25内轮廓的垂直分力F以及切向力F'，切向力F'即推动转子23转动的驱动力。

所述转轴29驱动被控阀门4的阀杆转动，被控阀门4与液动驱动器2通过连接器3连接，滑块32在阀盖31的凹槽内随着阀杆上下运动，填料压盖33用于密封阀门4。

本发明中，所述被控阀门4的阀体通常为具有较长阀杆的大型阀门，该阀门需要较大扭矩且需要阀杆运动多圈后才能开启；所述外接电缆线通过集成底板16的电缆密封接头13进入密封罩盒112内，与密封罩盒112内安装固定的微型驱动电机11、启动电容15、阀门位置显示器111等连接，所述微型驱动电机11具有正反转的功能，通过启动电容15进行启动转动，所述微型驱动电机11通过联轴器与电液柱塞泵10内部连接，进而驱动电液柱塞泵10工作，所述电液柱塞泵10具有两个溢流阀，分别控制正转和反转时的驱动压力，压力范围0~20MPa，电液柱塞泵10具有压油管道和回流管道，通过泵体内部的配流轴和梭阀进行判定，所述油箱17为电液柱塞泵10提供液压油，超过溢流阀设定压力的液压油会回流至油箱，高压的液压油通过集成底16后，进入所述液动驱动器2。

所述集成底板16用于安装上述电液驱动装置1的其他部件，所述液动驱动器2作用为将高压液压油转化为高扭矩的旋转运动，用以驱动被控阀门4的阀杆，从而打开阀门；所述连接板21用于将液动驱动器2与电液驱动装置1连接在一起，连接板21上预留有压油和回油的接口，所述上压块22主要用于将高压液压油输送至液动驱动器腔内，并通过偏心压/回油口实现压力传动；下压块27与上压块22一起用于固定转轴29；所述定子25通过上压块22和下压块27固定，安装在上压块22和下压块27中间，定子25内部轮廓为曲线，具体为多个圆相切组成；所述转子23通过转轴29安装在定子25内轮廓内部，转子23侧端设有球形柱塞24等，所述转轴29与转子23过盈配合，转轴与被控阀门4的阀杆连接一端设置内螺纹，用于转动时驱动阀杆。当高压液压油通过连接板21进入上压块22后，上压块22的压油一侧由于存在偏心距离，液压油进入转子23内部，推动球形柱塞24向转子23外法线方向运动，球形柱塞24顶部与定子25内轮廓存在一定角度，由此推动转子23发生转动，转子23与转轴29之间过盈配合，带动转轴29转动；所述连接器3主要用于连接被控阀门4和液动驱动器2，具体包括阀盖31、滑块32和填料压盖33，所述滑块32在阀盖31的导槽内运动，用于被控阀门4的开启与关闭运动距离。

Claims (4)

1.一种电液一体大型阀门快开集成化装置，包括电液驱动装置（1）、液动驱动装置（2）、连接器（3）以及被控阀门（4），其特征在于，所述连接器（3）安装于被控阀门（4）上端，连接器（3）上端安装液动驱动器（2），液动驱动器（2）上端安装电液驱动装置（1）；所述电液驱动装置（1）包括集成底板（16），集成底板（16）上端设有油箱（17），油箱（17）的一端连接有经压板（18）和固定螺栓（19）固定在集成底板（16）上的电液柱塞泵（10），电液柱塞泵（10）的一端连接有微型驱动电机（11），所述集成底板（16）上还设有接线端子（12）、启动电容（15）以及磁性限位开关（14），所述磁性限位开关（14）上端固定有阀门位置显示器（111），所述集成底板（16）上端还固定有密封罩盒（112），集成底板（16）下端设有电缆密封接头（13）；所述液动驱动装置（2）包括转轴（29），转轴（29）上套装有下压块（27），所述下压块（27）内侧下端安装有下轴承（28），下轴承（28）下端经挡圈（211）固定有密封压块（210），所述下压块（27）内侧上端安装有上轴承（26），上轴承（26）上端设有定子（25），定子（25）内安装有转子（23），转子（23）外侧壁上安装有多个球形柱塞（24），所述下压块（27）上端固定有上压块（22），上压块（22）上端固定有连接板（21），所述连接板（21）连接集成底板（16）；所述连接器（3）包括阀盖（31），阀盖（31）的内侧下端设有填料压盖（33），阀盖（31）的内侧上端设有滑块（32）。

2.根据权利要求1所述的一种电液一体大型阀门快开集成化装置，其特征在于，所述转子(23)上设有若干个活塞孔(231)，活塞孔(231)在依次充满高压液压油后，推动球形柱塞(24)向定子(25)的内轮廓上运动，进而推动转子(24)绕着定子(25)转动。

3.根据权利要求1所述的一种电液一体大型阀门快开集成化装置，其特征在于，所述上压块（22）、连接板（21）上均设有流道孔（221），上压块（22）和连接板（21）的流道孔（221）之间存在偏心距离b，该距离导致球形柱塞（24）在受到液压油压力时，产生沿着球形柱塞（24）径向的作用力P，可以分解为向着定子（25）内轮廓的垂直分力F以及切向力F'，切向力F'即推动转子（23）转动的驱动力。

4.根据权利要求1所述的一种电液一体大型阀门快开集成化装置，其特征在于，所述转子（24）与转轴（29）为过盈配合，在转子（24）发生转动时，将带动转轴（29）转动。