CN111750117A - 一种截止阀气动驱动装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种截止阀气动驱动装置及使用方法，包括阀体、阀杆以及与安装在阀杆下部的阀瓣，阀体上部安装有气动驱动装置，气动驱动装置包括安装在阀体上部的齿轮箱、电磁阀以及与电磁阀电连接的气动马达，齿轮箱内设有齿轮传动机构，齿轮传动机构分别与气动马达和阀杆相互啮合旋转传动。本发明通过齿轮传动机构可以锁紧阀杆，使阀杆需要有一定扭矩才能上下移动，防止管道内具有一定压力的流体作用到阀瓣，使阀杆受力发生移动。

Description

一种截止阀气动驱动装置及使用方法

技术领域

本发明涉及截止阀技术领域，具体是指一种截止阀气动驱动装置。

背景技术

随着工业生产的发展和操作过程自动化水平的提高，凡是要求集控，遥控和程控的截止阀，人无法接近的危险区域的截止阀，必须快速动作的阀门，以及必须与其他装置同步操作的截止阀，都需要阀门驱动装置，其中气动装置的截止阀应用极为广泛，尤其是有防爆要求的场合。

如图1~图3所示，现有气动截止阀包括阀体（1）、阀瓣（2）、阀杆（3）、阀瓣盖（4）螺柱（5）、阀盖（6）、填料（7）、活塞（14）以及气缸缸套（16），工作原理为：由气源传输过来（已经经过过滤）的压缩空气由该装置的A口进入气缸气室，压缩空气开始下压活塞（14），活塞被压缩空气推动后向下运动，活塞下方的气体被活塞压缩后由B口排出，活塞同时带动阀杆（3），阀瓣盖（4），阀瓣（2）一起向下运动，直到阀瓣贴紧截止阀的阀口，从而达到关闭截止阀的目的。开启截止阀则由气源传输来(已经经过过滤)的压缩空气由该装置的B口进入气缸气室，压缩空气开始上压活塞（14.活塞被压缩空气推动后向上运动，活塞上方的气体被活塞压缩后由A口排出，活塞同时带动阀杆（3），阀瓣盖（4），阀瓣（2）一起向上运动，直到活塞贴近气缸后端盖（18），从而达到开启截止阀的目的。

但是，目前市场上那个现有的气动截止阀存在着以下几点问题：由于其关闭与开启均由压缩空气提供动力，不能运用于高压工况的环境中，（会被流体的高压顶开阀瓣，导致该截止阀失效）；由于其关闭需由压缩空气提供动力，所以在长期的工作状态下，需要有提供稳定的气源，如果气源不稳定，会导致该气动截止阀失效。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种截止阀气动驱动装置，在关闭截止阀时，通过齿轮传动机构锁紧阀杆，使阀杆需要有一定扭矩才能上下移动，防止管道内具有一定压力的流体作用到阀瓣，使阀杆受力发生移动。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种截止阀气动驱动装置，包括阀体、阀杆以及与安装在阀杆下部的阀瓣，阀体的相对两侧设有流体进口和流体出口，阀瓣位于阀体内腔，且阀瓣的下端面压于所述流体进口的出口边沿，阀体上部安装有气动驱动装置，气动驱动装置包括安装在阀体上部的齿轮箱、电磁阀以及与电磁阀电连接的气动马达，齿轮箱内设有齿轮传动机构，齿轮传动机构分别与气动马达和阀杆相互啮合旋转传动。

气动马达为叶片式气动马达，叶片式气动马达下端安装有调速阀，电磁阀为三位五通电磁阀，控制方式为中封，电磁阀得电启动后由中封档位切换到开启档位，随后将由电磁阀输出洁净，额定压力的压缩空气，气流经过调速阀进入叶片式气动马达，马达通过齿轮传动机构将扭矩传递给阀杆，实现截止阀的关闭，阀杆需要一定扭矩才能实现上下移动，相比现有技术，能运用于高压工况的环境中，不会被流体的高压顶开阀瓣，导致该截止阀失效，同理，如果气源不稳定，也不会导致气动截止阀失效。

作为优选，齿轮传动机构设在齿轮箱内，齿轮传动机构包括齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ和齿轮Ⅲ，所述齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ相互啮合，齿轮Ⅱ和齿轮Ⅲ相互啮合，气动马达的输出轴与齿轮Ⅰ通过键连接。

作为优选，阀杆依次穿过齿轮箱、阀盖与阀体内的阀瓣连接，阀杆中部以上部分设置有梯形螺纹丝杠，齿轮Ⅲ内孔开设有与梯形螺纹丝杠相适配的梯形内螺纹，齿轮Ⅲ与梯形螺纹丝杠螺纹连接。

通过在齿轮Ⅲ内孔开设梯形内螺纹，能够通过齿轮Ⅲ带动梯形螺纹丝杠旋转，从而使阀杆带动阀瓣做上下移动，而不会旋转。

作为优选，梯形螺纹丝杠下部设置有锁紧螺母，阀体外壁上穿设有与锁紧螺母相对应且上下分布的接近开关Ⅰ和接近开关Ⅱ，接近开关Ⅰ和接近开关Ⅱ与电磁阀电连接，接近开关Ⅰ位于接近开关Ⅱ下方。

通过在阀体外壁的合适设置接近开关Ⅰ和接近开关Ⅱ，接近开关Ⅰ和接近开关Ⅱ的位置可根据实际情况进行调整，可以实现现有气动截止阀除了全开或者全闭以外其他开启或者关闭状态的调节。当锁紧螺母随阀杆向上运动接近开关Ⅱ时，接近开关Ⅱ给电磁阀一个触发信号，电磁阀将切换至中封档位，此时气源输入被关闭，气动马达停止工作并排气，完成开启截止阀工作。当锁紧螺母随阀杆向下运动接近开关Ⅰ时，接近开关Ⅰ给电磁阀一个触发信号，电磁阀将切换至中封档位，此时气源输入被关闭，气动马达停止工作并排气，完成关闭截止阀工作。

作为优选，阀体外壁还穿设有与锁紧螺母相适配的止转销钉。

作为优选，气动马达的输出轴上固装有轴用挡圈，齿轮Ⅰ通过轴用挡圈轴向固定在气动马达的输出轴上，防止齿轮Ⅰ轴向移动。

作为优选，阀杆上端安装有备用手轮，阀体上端沿轴线开设有矩形槽，阀体与备用手轮通过方榫联杆连接。方榫联杆为与矩形槽适配的矩形钢，备用手轮能够较好解决现有技术在启动截止阀紧急情况下，无法通过安装手轮来实现人工干预截止阀的开启或者关闭的情况。

阀体内还设有与阀瓣适配的阀瓣盖，阀瓣盖固定安装在阀瓣上，阀杆的底端固定安装在阀瓣盖内。由于阀瓣经常受用且受力较大，容易磨损或损坏，通过将阀瓣安装在阀瓣盖上，方便更换阀瓣，而不整体换阀杆，节约了使用成本。

一种截止阀气动驱动装置的使用方法，包括如下步骤：

（一）所述电磁阀得电后，压缩空气经过调速阀进入气动马达，气动马达的输出轴带动齿轮Ⅰ开始旋转，齿轮Ⅰ带动齿轮Ⅱ旋转，齿轮Ⅱ带动齿轮Ⅲ旋转，当齿轮Ⅲ旋转时，阀杆将会相应的上下运动；

（二）当阀杆向上运动后，将带动阀瓣一起向上运动，直到安装在阀杆上的锁紧螺母跟随阀杆向上运动后触发接近开关，此时接近开关Ⅱ给电磁阀一个触发信号，电磁阀将切换到中封档位，此时气源输入被关闭，气动马达停止工作并开始排气，最终完成开启截止阀的工作；

（三）当阀杆向上运动后，将带动阀瓣一起向下运动，直到安装在阀杆上的锁紧螺母跟随阀杆向下运动后触发接近开关，此时接近开关Ⅰ给电磁阀一个触发信号，电磁阀将切换到中封档位，此时气源输入被关闭，气动马达停止工作并开始排气，最终完成开启截止阀的工作；

（四）当遇到紧急情况需要人工干预启动截止阀的气动或关闭，通过旋转备用手轮实现。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明具有动作快，工作可靠，控制简便的特点，因此广泛地应用于各种自控或者遥控的截止阀。通过气动马达带动齿轮传动机构转动，齿轮传动机构使阀杆上下移动，齿轮传动机构可以锁紧阀杆，使阀杆需要有一定扭矩才能上下移动，防止管道内具有一定压力的流体作用到阀瓣，使阀杆受力发生移动，有效解决出现气源不稳定，导致气动截止阀失效的不良现象；接近开关Ⅰ和接近开关Ⅱ的位置可根据实际情况进行调整，可以实现现有气动截止阀除了全开或者全闭以外其他开启或者关闭状态的调节；备用手轮能够较好解决现有技术在启动截止阀紧急情况下，无法通过安装手轮来实现人工干预截止阀的开启或者关闭的情况。

附图说明

附图1为现有技术关闭状态示意图；

附图2为现有技术开启状态示意图；

附图3为现有技术受力示意图；

附图4为本发明结构示意图；

附图5为本发明正视图；

附图6为本发明开启状态示意图；

附图7为本发明立体结构示意图；

附图8为本发明左视图；

附图9为本发明气动原理图。

附图中所示标号：1、阀体； 2、阀瓣；3、流体进口；4、流体出口； 5、阀盖； 6、阀杆；7、备用手轮；8、方榫联杆；9、轴用挡圈；10、锁紧螺母；11、止转销钉；12、接近开关Ⅰ；13、电磁阀；14、接近开关Ⅱ；15、叶片式气动马达；16、流体进口的出口；17、齿轮箱；18、调速阀；19、齿轮Ⅰ；20、齿轮Ⅱ；21、齿轮Ⅲ。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，如图4~图9一种截止阀气动驱动装置，包括阀体1、阀杆6以及与安装在阀杆6下部的阀瓣2，阀体1的相对两侧设有流体进口3和流体出口4，阀瓣2位于阀体1内腔，且阀瓣2的下端面压于所述流体进口的出口16边沿，阀体1上部安装有气动驱动装置，气动驱动装置包括安装在阀体1上部的齿轮箱17、电磁阀13以及与电磁阀13电连接的气动马达，齿轮箱17内设有齿轮传动机构，齿轮传动机构分别与气动马达和阀杆6连接。

气动马达为叶片式气动马达15，叶片式气动马达15下端安装调速阀18，为使阀杆6较为平稳的运行，可在气动马达上安装调压阀18，调压阀和调速阀18的调节能够是压缩气体稳定的带动马达旋转，进而带动阀杆6稳定的上下运行。

电磁阀13为三位五通电磁阀13，控制方式为中封，电磁阀13得电启动后由中封档位切换到开启档位，随后将由电磁阀13输出洁净，额定压力的压缩空气，气流经过调速阀进入叶片式气动马达15，齿轮传动机构设在齿轮箱17内，齿轮传动机构包括齿轮Ⅰ19、齿轮Ⅱ20和齿轮Ⅲ21，所述齿轮Ⅰ19和齿轮Ⅱ20相互啮合，齿轮Ⅱ20和齿轮Ⅲ21相互啮合，气动马达的输出轴与齿轮Ⅰ19通过键连接。气动马达的输出轴上固装有轴用挡圈9，齿轮Ⅰ19通过轴用挡圈9轴向固定在气动马达的输出轴上，防止齿轮Ⅰ19轴向移动。

阀杆6依次穿过齿轮箱17、阀盖5与阀体1内的阀瓣2连接，阀杆6中部以上部分设置有梯形螺纹丝杠，齿轮Ⅲ21内孔开设有与梯形螺纹丝杠相适配的梯形内螺纹，齿轮Ⅲ21与梯形螺纹丝杠螺纹连接。通过在齿轮Ⅲ21内孔开设梯形内螺纹，能够通过齿轮Ⅲ21带动梯形螺纹丝杠旋转，从而使阀杆6带动阀瓣2做上下移动，而不会旋转。

现有技术的气动截止阀，无法满足高压介质流体的工况使用条件是由于该气动截止阀的结构和气源使用压力限制两个方面决定的 ，首先如图3气动截止阀结构图所示，气源进入气缸后作用在活塞上，该力需要大于高压介质流体作用在阀瓣2上的力，才能有效关闭气动截止阀，但该气动截止阀的气缸活塞面积是有限的，气源的最大供气压力一般也不超过在1MPa，所以现有技术的气动截止阀提供不了很大的力来满足高压介质流体的使用要求。

其计算公式如下：

F2>1.5F1 作用在活塞上的压力F2 要大于作用在阀瓣2上的压力F1 1.5倍以上，才能有效关闭气动截止阀

F2=πxD²xPa/4

D:为气动截止阀气缸活塞的直径

Pa：为气源供气压强，一般取0.5~0.7MPa,一般情况下小于 1MPa

F1=πxd²xPn/4

d：为气动截止阀的公称通径

Pn：为气动截止阀流体介质公称压力 Pn一般为：1.0~2.0MPa 2.5~5.0MPa 6.3MPa10.0MPa 15~16MPa 25MPa 32~42MPa 7个档（摘自 GB/T 12221）

目前仅能适用于流体介质公称压力 5.0MPa以下的运用。

现有技术的气动截止阀在常年待命工况中处于关闭状态时，如果气源在这段时间内有一段时间那怕是有一段非常短的时间，突然供气不稳定甚至中断供气，那么施加在气缸活塞上的力就会突然变小甚至消失，这样会导致阀瓣2被管道中有带有一定压力的介质流体冲开，导致该气动截止阀失效，从而有可能会引发事故

综上所述，相比现有技术本发明的气动马达通过齿轮传动机构将扭矩传递给阀杆6，实现截止阀的关闭，阀杆6需要一定扭矩才能实现上下移动，能运用于高压工况的环境中，不会被流体的高压顶开阀瓣2，导致该截止阀失效。同理，如果气源不稳定，也不会导致气动截止阀失效。

梯形螺纹丝杠下部设置有锁紧螺母10，阀体1外壁上穿设有与锁紧螺母10相对应且上下分布的接近开关Ⅰ12和接近开关Ⅱ14，接近开关Ⅰ12和接近开关Ⅱ14与电磁阀13电连接，接近开关Ⅰ12位于接近开关Ⅱ14下方。阀体1外壁还穿设有与锁紧螺母10相适配的止转销钉11。

通过在阀体1外壁的合适设置接近开关Ⅰ12和接近开关Ⅱ14，接近开关Ⅰ12和接近开关Ⅱ14的位置可根据实际情况进行调整，可以实现现有气动截止阀除了全开或者全闭以外其他开启或者关闭状态的调节。当锁紧螺母10随阀杆6向上运动接近开关Ⅱ14时，接近开关Ⅱ14给电磁阀13一个触发信号，电磁阀13将切换至中封档位，此时气源输入被关闭，气动马达停止工作并排气，完成开启截止阀工作。当锁紧螺母10随阀杆6向下运动接近开关Ⅰ12时，接近开关Ⅰ12给电磁阀13一个触发信号，电磁阀13将切换至中封档位，此时气源输入被关闭，气动马达停止工作并排气，完成关闭截止阀工作。

阀杆6上端安装有备用手轮7，阀体1上端沿轴线开设有矩形槽，阀体1与备用手轮7通过方榫联杆8连接。方榫联杆8为与矩形槽适配的矩形钢，备用手轮7能够较好解决现有技术在启动截止阀紧急情况下，无法通过安装手轮来实现人工干预截止阀的开启或者关闭的情况。

阀体1内还设有与阀瓣2适配的阀瓣2盖，阀瓣2盖固定安装在阀瓣2上，阀杆6的底端固定安装在阀瓣2盖内。由于阀瓣2经常受用且受力较大，容易磨损或损坏，通过将阀瓣2安装在阀瓣2盖上，方便更换阀瓣2，而不整体换阀杆6，节约了使用成本。

本发明工作原理：电磁阀13得电启动后由中封档位切换到开启档位，随后将由电磁阀13输出洁净、额定压力的压缩空气，气流经过调速阀18进入叶片式气动马达15，叶片式气动马达15开始工作 （顺时针旋转），气动马达输出轴带动与之键配合的齿轮Ⅰ19开始旋转，齿轮Ⅰ19带动齿轮Ⅱ20旋转，齿轮Ⅱ20带动齿轮Ⅲ21旋转，当齿轮Ⅲ21旋转时，阀杆6（梯形螺纹丝杠部分）将会相应的上下运动，而不会旋转，阀杆6由止转销钉11限制其旋转，当阀杆6向上运动后，将带动与之连接的阀瓣2一起向上运动，气动截止阀将逐步开启，直到安装在阀杆6上的锁紧螺母10跟随阀杆6向上运动后触发接近开关Ⅱ，此时接近开关Ⅱ给电磁阀13一个触发信号，电磁阀13将切换到中封档位，此时气源输入被关闭，叶片式气动马达15停止工作并开始排气。气动执行机构最终完成开启截止阀的工作。

当电磁阀13得电启动后由中封档位切换到关闭档位，随后将由电磁阀13输出洁净、额定压力的压缩空气，气流经过气动调速阀18进入叶片式气动马达15，叶片式气动马达15开始工作（逆时针旋转），气动马达输出轴带动与之键配合的齿轮Ⅰ19开始旋转，并带动由齿轮Ⅰ19，齿轮Ⅰ19带动齿轮Ⅱ20旋转，齿轮Ⅱ20带动齿轮Ⅲ21旋转，齿轮Ⅲ21旋转后将使阀杆6向下运动，并带动与之联接的阀瓣2一起向下运动，截止阀将逐步关闭，直到安装在阀杆6上的锁紧螺母10跟随阀杆6向下运动后触发接近开关Ⅰ，此时接近开关Ⅰ给电磁阀13一个触发信号，电磁阀13将切换到中封档位，此时气源输入被关闭，叶片式气动马达15停止工作并开始排气，气动执行机构最终完成关闭截止阀的工作。

应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

Claims (8)

1.一种截止阀气动驱动装置，包括阀体（1）、阀杆（6）以及与安装在阀杆（6）下部的阀瓣（2），所述阀体（1）的相对两侧设有流体进口（3）和流体出口（4），所述阀瓣（2）位于阀体（1）内腔，且阀瓣（2）的下端面压于所述流体进口（3）的出口边沿，其特征在于：所述阀体（1）上部安装有气动驱动装置，所述气动驱动装置包括安装在阀体（1）上部的齿轮箱（17）、电磁阀（12）以及与电磁阀（12）电连接的气动马达，所述齿轮箱（17）内设有齿轮传动机构，所述齿轮传动机构分别与气动马达和阀杆（6）相互啮合旋转传动。

2.根据权利要求1所述的一种截止阀气动驱动装置，其特征在于：所述齿轮传动机构设在齿轮箱（17）内，齿轮传动机构包括齿轮Ⅰ（19）、齿轮Ⅱ（20）和齿轮Ⅲ（21），所述齿轮Ⅰ（19）和齿轮Ⅱ（20）相互啮合，所述齿轮Ⅱ（20）和齿轮Ⅲ（21）相互啮合，所述气动马达的输出轴与齿轮Ⅰ（19）通过键连接。

3.根据权利要求1所述的一种截止阀气动驱动装置，其特征在于：所述阀杆（6）依次穿过齿轮箱（17）、阀盖（5）与阀体（1）内的阀瓣（2）固定连接，所述阀杆（6）中部以上部分设置有梯形螺纹丝杠，所述齿轮Ⅲ（21）内孔开设有与梯形螺纹丝杠相适配的梯形内螺纹，所述齿轮Ⅲ（21）与梯形螺纹丝杠螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的一种截止阀气动驱动装置，其特征在于：所述梯形螺纹丝杠下部设置有锁紧螺母（10），所述阀体（1）外壁上穿设有与锁紧螺母（10）相对应且上下分布的接近开关Ⅰ（12）和接近开关Ⅱ（14），所述接近开关Ⅰ（12）和接近开关Ⅱ（14）与电磁阀（12）电连接，所述接近开关Ⅰ（12）位于接近开关Ⅱ（14）下方。

5.根据权利要求4所述的一种截止阀气动驱动装置，其特征在于：所述阀体（1）外壁还穿设有与锁紧螺母（10）相适配的止转销钉（11）。

6.根据权利要求1所述的一种截止阀气动驱动装置，其特征在于：所述气动马达的输出轴上固装有轴用挡圈（9），所述齿轮Ⅰ（19）通过轴用挡圈（9）轴向固定在气动马达的输出轴上。

7.根据权利要求1所述的一种截止阀气动驱动装置，其特征在于：所述阀杆（6）上端安装有备用手轮（7），所述阀体（1）上端沿轴线开设有矩形槽，所述阀体（1）与备用手轮（7）通过方榫联杆（8）连接。

8.根据权利要求1~7所述的一种截止阀气动驱动装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

（一）所述电磁阀（13）得电后，压缩空气经过调速阀（18）进入气动马达（15），气动马达（15）的输出轴带动齿轮Ⅰ（19）开始旋转，齿轮Ⅰ（19）带动齿轮Ⅱ（20）旋转，齿轮Ⅱ（20）带动齿轮Ⅲ（21）旋转，当齿轮Ⅲ（21）旋转时，阀杆（6）将会相应的上下运动；

（二）当阀杆向上运动后，将带动阀瓣（2）一起向上运动，直到安装在阀杆（6）上的锁紧螺母（10）跟随阀杆（6）向上运动后触发接近开关，此时接近开关Ⅱ（14）给电磁阀（13）一个触发信号，电磁阀（13）将切换到中封档位，此时气源输入被关闭，气动马达（15）停止工作并开始排气，最终完成开启截止阀的工作；

（三）当阀杆向上运动后，将带动阀瓣（2）一起向下运动，直到安装在阀杆（6）上的锁紧螺母（10）跟随阀杆（6）向下运动后触发接近开关，此时接近开关Ⅰ（12）给电磁阀（13）一个触发信号，电磁阀（13）将切换到中封档位，此时气源输入被关闭，气动马达（15）停止工作并开始排气，最终完成开启截止阀的工作；

（四）当遇到紧急情况需要人工干预启动截止阀的气动或关闭，通过旋转备用手轮（7）实现。

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