CN111396624A

CN111396624A - 旋转控制组合阀、装置及应用

Info

Publication number: CN111396624A
Application number: CN202010304217.7A
Authority: CN
Inventors: 段小刚; 黄会红
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2020-07-10

Abstract

旋转控制组合阀、装置及应用，组合阀，包括：闭合或未闭合的环状连通管；安装在连通管上的至少一个阀体组合件，具有阀体和安装在阀体上可直线运动的阀杆，阀杆的直线运动导致阀体中流过的流体的流通状态发生改变；固定设置在连通管的几何中心位置处的凸轮，凸轮的几何中心与连通管的几何中心重合，且凸轮的外缘与所有的阀杆顶端接触，工作时，凸轮转动压迫阀杆使得对应的阀体中的流体的流通状态发生改变。由于只具有连通管、控制阀组件以及凸轮三个部件，其中具体连通控制的管路数目以及控制阀组件的数目均可以灵活调整，对应的配置具有突起和凹陷的具体数目不同的凸轮即可，具有控制简单、装配方便、占地面积小、工装配简单等优点。

Description

旋转控制组合阀、装置及应用

技术领域

本发明涉及阀门，其主要应用于流体控制，具体而言，涉及工业的控制阀。

背景技术

现今工业高纯度氢气主要采用变压吸附脱附进行提纯，变压吸附脱附的装置的主要特点在于加压下进行吸附，减压下进行解吸，如此往复，实现变压吸附脱附的过程。但变压吸附脱附装置控制阀门多，控制复杂。由于控制阀门多，则需要连接的管路就多，进而设备投资费用增加，且占地面积大。此外，由于阀门多，则控制点数也增多，则大大增加了控制点数，也增加了设备的日常维修量。

自2018年开始，小型制氢装置-氢燃料电池构成供电系统得到大力的推广，市场要求逐步趋向于体积更小和控制更为简单的产品，故现有变压吸附脱附装置阀门布局及其控制方式的小型化、简单化、集约化是急需解决的问题。

现有的多路控制或多通阀使用的是在阀芯上设置多个孔道来实现不同管路导通状态的切换，切换方便快捷且体积也比较小巧。

然后在阀芯上加工多个孔道不容易实现，加工成本高；而且三通、四、五通、六通孔道的阀芯只能使用在对应数目的管路中，不能进行组合，无法对已有的管路进行快速改造：五通的孔道无法简单应用在六通或四通的管路中。

发明内容

本发明是为了解决上述现有控制阀无法适应多变的应用环境、且控制复杂、加工装配困难而这些问题而提出的，目的在于提供一种旋转控制组合阀。

本发明提供一种旋转控制组合阀，其特征在于，包括：

闭合或未闭合的环状连通管；

安装在连通管上的至少一个阀体组合件，具有阀体和安装在阀体上可直线运动的阀杆，阀杆的直线运动导致阀体中流过的流体的流通状态发生改变；

固定设置在连通管的几何中心位置处的凸轮，凸轮的几何中心与连通管的几何中心重合，且凸轮的外缘与所有的阀杆顶端接触，

工作时，凸轮转动压迫阀杆使得对应的阀体中的流体的流通状态发生改变。

本发明提供的旋转控制组合阀，还可以具有这样的特征，连通管为闭合的连通管。

本发明提供的旋转控制组合阀，还可以具有这样的特征，阀体为三通结构，包括设置在在主通路上的进口和出口以及设置在傍路上的傍路口，

阀杆设置在阀体中用于堵塞傍路口。

本发明提供的旋转控制组合阀，还可以具有这样的特征，傍路口具有通道与接口，接口设置在阀体外用于与管道相连接，通道与主通路相交，阀杆正对相交的出口设置。

本发明提供的旋转控制组合阀，还可以具有这样的特征，阀体组合件还具有阀盖和弹簧，

阀盖具有容许阀杆通过的通孔，密封安装在阀体上，

阀杆的密封端设置有密封台，用于堵塞密封傍路口的通道，

弹簧套在阀杆上，一端抵住阀盖，一端被阀杆上的突起挡住，使得阀杆的密封台抬起而使得傍路口导通。

本发明提供的旋转控制组合阀，还可以具有这样的特征，在弹簧与阀盖之间设置有密封环，其套在阀杆外，用于密封阀杆。

本发明提供的旋转控制组合阀，还可以具有这样的特征，凸轮上突起或凹陷的总数目与阀体组合件的总数目相等，

连通管为闭合的连通管。

本发明提供的旋转控制组合阀，还可以具有这样的特征，凸轮具有两段突起和两段凹陷，分别控制阀体组合件处于关闭和导通状态。

上述的旋转控制组合阀；

轴，安装在凸轮的安装孔中；

固定件，用于将轴与连通管固定，轴的一端穿过固定件且相对该固定件可旋转；以及

驱动部，与轴的另一端连接，用于驱动轴旋转，

其中，驱动部为手动的转轮或自动的电机或气动、油动马达。

本发明还提供上述的旋转控制组合阀装置在变压吸附脱附工艺中的应用，其特征在于，凸轮具有两个突起和两个凹陷，对应的阀体组合件具有四个，使用1个步进电机驱动两个旋转控制组合阀的凸轮，实现8个管路的同步控制。

发明的作用和效果：

根据本发明所涉及的旋转控制组合阀，由于只具有连通管、控制阀组件以及凸轮三个部件，其中具体连通控制的管路数目以及控制阀组件的数目均可以灵活调整，对应的配置具有突起和凹陷的具体数目不同的凸轮即可，因此具有以下优点：

1)控制简单：采用步进电机驱动器带动凸轮旋转，进而控制阀门开闭达到控制多路管路的目的，无需配置多个控制点；

2)装配方便：阀体组合件的数量可根据需要任意增减；

3)占地面积小：由于采用环形立体布置，节约了连接管道，减少了连接管的用量，适用于小型或微型变压吸附脱附装置；

4)加工装配简单：阀体组合件基于闸阀的基本结构进行改造，凸轮结构简单，加工容易，装配简单。

附图说明

图1为本发明的实施例中的电磁阀的结构示意图；

图2为本发明的实施例中的阀体组合件的结构示意图；

图3为本发明的实施例中的凸轮的结构示意图；

图4为阀杆在凸轮的驱动下导通和封闭切换的示意图；

图5为本发明的实施例中旋转控制组合阀装置的应用示意图；以及

图6为使用传统的阀门安装和控制模式来实现多路管路控制的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的旋转控制组合阀、装置的结构、组成以及使用方法和工作原理作具体阐述。

图1为本发明的实施例中的旋转控制组合阀的结构示意图。

如图1所示，本实施例提供的旋转控制组合100阀具有阀体组合件1、凸轮2以及连通管3。

连通管3，呈闭合或未闭合的环状。该连通管实际为多段管道通过阀体组合件1连接而成，并且被设置可拆卸的：螺纹、快插的方式进行连接，或者直接设置为不可拆卸的焊接。

使用时，根据控制管路的数目不同，将多段管道连接阀体组合件1得到闭合或不闭合的环状连通管。

闭合的连通管是通过阀体组合件将多段管道收尾连接成环，而不闭合的连通管则是将首尾段不连接或使用盲管连接。

图2为本发明的实施例中的阀体组合件的结构示意图。

阀体组合件1，具有阀体11、安装在阀体上可直线运动的阀杆13、阀盖12以及弹簧14和密封环15。

阀体11为三通结构，包括设置在在主通路上的进口111和出口112以及设置在傍路上的傍路口113。

傍路口113具有通道113a与接口113b，接口113b设置在阀体11外用于与管道相连接，通道113a与进口111和出口112之间的主通路相交。

阀盖12，呈杯状，底部具有容许阀杆13通过的通孔，外部通过螺纹或粘结的方式密封安装在阀体11上。

阀杆13安装在阀体11上密封固定的阀盖12中，可沿着阀盖上的通孔而上下(如图2所示)直线运动，用于堵塞傍路口113。

如图2所示，在本实施例中，阀杆13正对通道113a与进口111和出口112之间的主通路相交的出口设置。

阀杆13的顶端131露出阀体11与凸轮3接触，作为一种优化，顶端131是经过特别硬化的，这样在与凸轮3的多次、频繁的硬接触中不会磨损。

特别的，作为一种优化的方案，可以在顶端131处安装类似于圆珠笔的滚珠或安装滚轮，这样将阀杆13与凸轮3的滑动摩擦替换为滚动摩擦，既可以减小阻力，又可以提高使用寿命。

阀杆13另一端设置在阀体11的主通道内为密封端132，设置有密封台132a，用于堵塞密封傍路口的通道。

密封台132a上粘结或镶嵌、套设有密封环或密封垫，可为橡胶、四氟等具备一定软性质的材质。

弹簧14套在阀杆上，一端抵住阀盖，另一端被阀杆上的突起限位圈133挡住，使得阀杆13的密封台132a处于经常抬起状态，而使得傍路口导通。

密封环15，套在阀杆外，设置在弹簧14与阀盖13的底部之间，被弹簧抵压在阀盖的底部，用于密封阀杆使得阀杆上下运动时不会渗漏。

图3为本发明的实施例中的凸轮的结构示意图。

凸轮3，固定设置在连通管的几何中心位置处。其材质为硬质金属或非金属，包括铝合金、铜合金、不锈钢、聚酯等。

如图1所示，连通管被设置为呈方形，凸轮的几何中心(本实施例中表现为圆心)与连通管的几何中心(即正方形的中心)重合，且凸轮的外缘与所有的阀杆顶端接触(接触的作用力由弹簧14提供)。

如图3和1所示，凸轮3上突起31或凹陷32的总数目与阀体组合件1的总数目相等：突起31控制与其接触的阀杆对应的阀体组合件处于关闭状态，而凹陷32控制其处于导通状态。

图4为阀杆在凸轮的驱动下导通和封闭切换的示意图。

工作时，凸轮在外力的驱动下转动：

使得阀杆13的顶端131与凸轮3的突起31接触变化为与凸轮3的凹陷接触，如图1所示，从突起到凹陷的变化结合处设置有光滑的向下的坡，此时由于阀杆的顶端与凹陷接触，使得阀杆在弹簧的作用下向上弹起，从而由封闭状态转变为导通状态；

使得阀杆13的顶端131与凸轮3的凹陷32接触变化为与凸轮3的突起31接触，如图1所示，从凹陷到的突起变化结合处设置有光滑的向上的坡，此时由于阀杆的顶端与突起接触，使得阀杆克服弹簧的作用力而向下运动而密封台堵塞住傍路口，从而由导通状态转变为封闭状态。

图5为本发明的实施例中旋转控制组合阀装置的应用示意图。

本实施例还提供一种旋转控制组合阀装置1000，包括一个或多个旋转控制组合阀100、轴200、固定件300以及驱动部400。

旋转控制组合阀100，为上述中的4个管路的组合阀：凸轮具有两段突起和两段凹陷，分别控制对应的四个阀体组合件处于关闭和导通状态。

轴200，安装在凸轮的安装孔中。

固定件300(图中未示出)，用于将轴200与连通管3固定，具有圆环以及设置在圆环四周的固定杆，轴的一端穿过固定件的圆环，轴可在圆环中旋转。

固定件的固定杆可以设置为1个或多个，本实施例设置为4个，圆周均匀布置，一端焊接或一体成型的与圆环相连，另一端与连通管3固定连接(螺栓连接或插接等其他可拆卸连接方式)。

驱动部400，与轴的另一端连接，用于驱动轴旋转，

外界的控制信号与驱动部连接，来直接驱动驱动部转到一定的角度即可实现不同阀体组合件所连接的管路的导通、封闭情况，从而实现一个驱动部对应驱动改变多个连通管路。

优化实施例

上述实施例中，凸轮的突起和凹陷都是平直的(图3中的凸轮表现为不同直径的同心圆弧，突起和凹陷的圆弧的半径差距即为阀杆的密封台上下运动的距离)，从而使得阀体呈现导通和封闭状态，也可以将突起和凹陷设计为具有坡度的端面，从而可以实现导通状态中的导通流量的半定量控制：即导通程度不再是简单的0和100％，而可以有10％、20％、30％等离散的数值，导通程度与凸轮转动的角度相关。

本实施例还提供一种旋转控制组合阀装置在变压吸附脱附工艺中的应用，其特征在于，凸轮(即图6中的Cam)具有两个突起和两个凹陷，对应的阀体组合件具有四个，使用1个步进电机驱动两个旋转控制组合阀的凸轮，实现8个管路的同步控制。

附图5所示的是本发明的组合阀的一种应用场合，其是将吸附塔的底部和顶部的控制阀用本实施例的组合阀代替。组合阀依靠一个传动器和传动轴实现变压吸附脱附的阀门控制。

为了定性说明本发明的组合阀占地面积小和控制简单，以下将把附图5中吸附塔底部的阀门布置还原为传统变压吸附装置的工艺控制示意图，以便两者的对比说明。

如附图6所示，使用传统的阀门安装和控制模式，阀门的连通包含了2根共用管，且为了满足工艺控制要求，控制系统将要使用12个输出控制点。若采用气动控制阀，将有12根驱动气体管被安装在变压吸附装置中。

若使用本发明设计的组合阀，如图5所示，将节约2根共用管，且阀体组合件采用环形立体安装，将节约阀门及管路的占地面积。

另外，使用本发明的控制阀，控制系统使用1个输出控制点控制1个步进电机，即可满足工艺的控制要求，且减少了控制系统输出点的使用量。除此之外，控制方式由单点式控制转变为旋转控制，在程序控制上变得更为简单。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的旋转控制组合阀，由于只具有连通管、控制阀组件以及凸轮三个部件，其中具体连通控制的管路数目以及控制阀组件的数目均可以灵活调整，对应的配置具有突起和凹陷的具体数目不同的凸轮即可，因此具有以下优点：

2)装配方便：阀体组合件的数量可根据需要任意增减；

4)加工简单：阀体组合件基于闸阀的基本结构进行改造，凸轮结构简单，加工容易，装配简单。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims

1.旋转控制组合阀，其特征在于，包括：

闭合或未闭合的环状连通管；

安装在所述连通管上的至少一个阀体组合件，具有阀体和安装在阀体上可直线运动的阀杆，所述阀杆的直线运动导致所述阀体中流过的流体的流通状态发生改变；

固定设置在所述连通管的几何中心位置处的凸轮，所述凸轮的几何中心与所述连通管的几何中心重合，且所述凸轮的外缘与所有的所述阀杆顶端接触，

工作时，所述凸轮转动压迫所述阀杆使得对应的所述阀体中的流体的流通状态发生改变。

2.根据权利要求1所述的旋转控制组合阀，其特征在于：

其中，所述连通管为闭合的连通管。

3.根据权利要求1所述的旋转控制组合阀，其特征在于：

其中，所述阀体为三通结构，包括设置在在主通路上的进口和出口以及设置在傍路上的傍路口，

所述阀杆设置在所述阀体中用于堵塞所述傍路口。

4.根据权利要求3所述的旋转控制组合阀，其特征在于：

其中，所述傍路口具有通道与接口，所述接口设置在阀体外用于与管道相连接，所述通道与所述主通路相交，所述阀杆正对相交的出口设置。

5.根据权利要求4所述的旋转控制组合阀，其特征在于：

其中，所述阀体组合件还具有阀盖和弹簧，

所述阀盖具有容许所述阀杆通过的通孔，密封安装在所述阀体上，

所述阀杆的密封端设置有密封台，用于堵塞密封所述傍路口的通道，

所述弹簧套在所述阀杆上，一端抵住所述阀盖，一端被所述阀杆上的突起挡住，使得所述阀杆的密封台抬起而使得傍路口导通。

6.根据权利要求5所述的旋转控制组合阀，其特征在于：

其中，在所述弹簧与所述阀盖之间设置有密封环，其套在所述阀杆外，用于密封阀杆。

7.根据权利要求1所述的旋转控制组合阀，其特征在于：

其中，所述凸轮上突起或凹陷的总数目与所述阀体组合件的总数目相等，

所述连通管为闭合的连通管。

8.根据权利要求1所述的旋转控制组合阀，其特征在于：

其中，所述凸轮具有两段突起和两段凹陷，分别控制所述阀体组合件处于关闭和导通状态。

9.旋转控制组合阀装置，其特征在于，包括：

权利要求1-8中任意一项所述的旋转控制组合阀；

轴，安装在所述凸轮的安装孔中；

固定件，用于将所述轴与所述连通管固定，所述轴的一端穿过所述固定件且相对该固定件可旋转；以及

驱动部，与所述轴的另一端连接，用于驱动所述轴旋转，

其中，所述驱动部为手动的转轮或自动的电机或气动、油动马达。

10.权利要求9所述的旋转控制组合阀装置在变压吸附脱附工艺中的应用，其特征在于，所述凸轮具有两个突起和两个凹陷，对应的所述阀体组合件具有四个，使用1个步进电机驱动两个旋转控制组合阀的凸轮，实现8个管路的同步控制。