CN112096902B - 直线电机和摆动缸协同驱动式阀芯阀座分离型无摩擦球阀 - Google Patents

直线电机和摆动缸协同驱动式阀芯阀座分离型无摩擦球阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及无摩擦球阀领域，具体涉及一种直线电机和摆动缸协同驱动式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，包括环形永磁体组、初级绕组块，初级绕组块与输出轴相固连；输出轴穿过固定在传动机构安装架上的摆动油缸后通过销轴与锥形阀芯相固连；中空球形阀体的上端与传动机构安装架相固连，中空球形阀体的内部配合安装有外球内锥形阀座，外球内锥形阀座的内部与锥形阀芯配合。本发明利用分散多动力和伺服电直驱思想，采用了特殊形式的直线电机和摆动油缸组合，共同驱动同一根输出轴输出动力，该输出轴即可同时输出直线位移和转动两种运动类型，由此省去了复杂的分时传动机构，达到了更高的工作效率，且动力分散输出使系统更加稳定可靠。

Description

直线电机和摆动缸协同驱动式阀芯阀座分离型无摩擦球阀
技术领域
本发明涉及无摩擦球阀领域，具体涉及一种直线电机和摆动缸协同驱动式阀芯阀座分离型无摩擦球阀。
背景技术
我国作为石油运输、消耗大国，用于石油运输的管道总长度已经超过2万公里，并且呈逐年递增趋势。而球阀作为调节管道流量的重要部件被广泛应用于油、气运输管线路中。由于球阀具有流体阻力小，启闭速度快和操作简单等特点，因此广泛使用在在石油、化工、电站等行业。球阀的密封是通过球体和阀座之间预先设定的预紧力加上液体压力在阀座密封面上引起的作用力形成的。
传统球阀普遍存在着以下缺陷：①、在阀门的开启与关闭过程中，球体始终与阀座紧密贴合，旋转时摩擦力大，长期多次使用后，球体与阀座磨损现象严重。②、长期频繁操作后，阀芯产生磨损使阀门在导通或关闭状态下会产生泄露等不良状况，使用寿命较短。③、启闭操作十分费力，常常受到使用环境包括流动截止温度、压力的限制。大型的球阀其驱动装置设计也不够完善，减速器等部分体积较大，不利于安装等问题都影响了其使用性能，难以满足现代工业生产的需要。
目前市场上存在的无摩擦球阀可分为两大类。一类是偏置式无摩擦球阀，通过偏心拨杆拨动阀芯整体沿底部中轴线产生偏移，阀芯与阀座脱离接触，进而使得开闭阀门过程无摩擦；另一类是轨道式无摩擦球阀，此类无摩擦球阀阀芯部分多为楔形阀芯，且阀芯阀瓣分开制作，相互配合移动，可将上下竖直位移转化为阀瓣的水平位移进而达到无摩擦的效果。上述两大类无摩擦球阀也都存在传动机构设计复杂，且偏置式的无摩擦偶发密封效果存在较大缺陷，不可在关键管路中使用。
发明内容
为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种直线电机和摆动缸协同驱动式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，将电动直驱、分散多动力、阀芯与阀座组合可脱离的思想应用到现代的无摩擦球阀设计中，从而达到动力元件精确控制，传动结构简单且效率高，分散动力源输出更加可靠，阀体开闭过程均与阀座无接触摩擦运动的目的。
本发明实现上述功能的技术方案是：一种直线电机和摆动缸协同驱动式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，其特殊之处在于：
包括环形永磁体组，环形永磁体组下端安装有初级绕组块，初级绕组块与输出轴相固连；
输出轴穿过固定在传动机构安装架上的摆动油缸后通过销轴与锥形阀芯相固连；
摆动油缸内部安装有固定板以及滑环，滑环通过键槽与输出轴相固连；
还包括中空球形阀体，中空球形阀体的上端与传动机构安装架相固连，中空球形阀体的内部配合安装有外球内锥形阀座，外球内锥形阀座的内部与锥形阀芯配合，锥形阀芯的下端凹槽插入上端光轴下端螺纹式泄放螺栓，上端光轴下端螺纹式泄放螺栓与中空球形阀体底部螺纹配合固连。
进一步地，上述环形永磁体组下端1～2mm气隙处安装有初级绕组块。
进一步地，上述初级绕组块通过长螺栓与输出轴相固连。
本发明的优点：
1、本发明利用分散多动力和伺服电直驱思想，采用了特殊形式的直线电机和摆动油缸组合，共同驱动同一根输出轴输出动力，该输出轴即可同时输出直线位移和转动两种运动类型，由此省去了复杂的分时传动机构，达到了更高的工作效率，且动力分散输出使系统更加稳定可靠；
2、本发明阀体部分采用阀座与阀体直接相接合、锥形阀芯通过竖直上移与阀座脱离接触、再旋转至开启/闭合状态的结构达到启闭无摩擦，克服了以往楔形阀芯在上移过程中仍存在摩擦的问题，使得阀体寿命大大延长；
3、本发明阀芯的底部的凹槽配合特殊的泄放螺栓设计，可以起到阀芯上移及旋转过程的导向作用，在阀门状态切换完毕后，拧出泄放螺栓可以排除切换过程中残存的液体。
附图说明
图1为实施例中球阀完全关闭时剖面结构示意图；
图2为实施例中球阀完全开启时剖面结构示意图；
图3为摆动油缸3内部结构示意图；
图4为本发明整体外观轴测图。
图中标号说明：1、环形永磁体组；2、初级绕组块；3、摆动油缸；31、第一油孔；32、第二油孔；4、滑环；5、键槽；6、传动机构安装架；7、中空球形阀体；8、锥形阀芯；81、凹槽；9、上端光轴下端螺纹式泄放螺栓；10、外球内锥形阀座；11、销轴；12、固定板；13、输出轴；14、长螺栓。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
如图1～图4所示，一种直线电机和摆动缸组合协同驱动式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，包括环形永磁体组1，环形永磁体组1下端1～2mm气隙处安装有初级绕组块2，初级绕组块2通过长螺栓14与输出轴13相固连；输出轴13穿过固定在传动机构安装架6上的摆动油缸3后通过销轴11与锥形阀芯8相固连；摆动油缸3内部安装有固定板12以及滑环4，滑环4通过键槽5与输出轴13相固连；还包括中空球形阀体7，中空球形阀体7的上端与传动机构安装架6相固连，中空球形阀体7的内部配合安装有外球内锥形阀座10，外球内锥形阀座10的内部与锥形阀芯8配合，锥形阀芯8的下端凹槽81插入上端光轴下端螺纹式泄放螺栓9，上端光轴下端螺纹式泄放螺栓9与中空球形阀体7底部螺纹配合固连。
图1为阀门关闭状态剖面图，由环形永磁体组1、初级绕组块2组成直线电机部分，可以实现锥形阀芯8在竖直方向的位移运动。摆动油缸3、滑环4和固定板12组成的摆动油缸可以实现锥形阀芯8的旋转90°动作，完成阀门的状态转换。
图2中，阀门处于开启状态，锥形阀芯8经过上边的直线电机机构和摆动缸机构的共同配合操作，切换至锥形阀芯8的水平空洞与流路管道相平行且完全重合的高度，阀门打开，流体通过。
图3中，摆动油缸3内部结构可由三部分组成，固定板12、滑环4和固定板12。固定板12和摆动油缸3内部完全固定连接，相对位置保持不变。滑环4圆环部分上下表面皆有凸起圆环部分，与摆动油缸3内部上下表面相应位置的凹槽实现配合密封，同时滑环4可沿此滑动槽绕着圆心转动，滑环4伸出处摆动缸外面的部分可以起到键的作用。两个油孔配合工作，当第一油孔31进油、第二油孔32出油时，滑环4输出顺时针旋转运动，当第一油孔31出油，第二油孔32进油时，滑环4输出逆时针旋转运动。
本发明的工作原理为：
1、本发明阀门由关闭转换到开启的过程：初级绕组块2通电产生磁场，由于环形永磁体组1的磁性排列是NSNS循环多块放置，且与初级绕组块2之间存在均匀气隙，即可产生电磁力，由此拉动初级绕组块2竖直向上运动，输出轴13也被带动竖直向上运动。输出轴13下端通过销轴11与锥形阀芯8连接，由此锥形阀芯8竖直向上运动，由于锥面在原先高度是完全贴合的，竖直高度改变后，锥形阀芯8外表面立即与外球内锥形阀座10内表面脱离贴合。上升至一定高度后，改变初级绕组块2内的电流，使其产生稳定磁场可以保持在竖直高度不变，此时，摆动油缸3开始工作。第二油孔32开始进油，第一油孔油孔31开始排出液压油，固定板12始终保持不动，且与滑环始终保持接触，二者之间存在密封。滑环4开始逆时针在凹槽内转动，其伸出壁外的部分起到键的作用，与输出轴13的键槽5形成配合，由此带动输出轴13逆时针旋转，当带动下面锥形阀芯8旋转90°至通孔部分与管道流路相平行时，第一油孔31和第二油孔32停止动作，进行保压。然后初级绕组块2通入调制电流，产生向下的电磁力，带动输出轴13及锥形阀芯8竖直向下运动，在上端光轴下端螺纹式泄放螺栓9的上部光滑圆柱段的导向作用下向下运动，并在锥形阀芯8下降到正确位置时被限位，保证通孔部分与管道的完全重合。此时，阀门完全打开。全锥形程阀芯8与外球内锥形阀座10没有接触。
2、本发明阀门由开启转换到关闭的过程：阀门的关闭过程与上述开启过程一致，在锥形阀芯8上升完成后，第二油孔32开始排出液压油，第一油孔31开始进油，使滑环4顺时针旋转，进而带动输出轴13和锥形阀芯8顺时针旋转90°后，阀芯的实体部分与管道相平行。然后阀芯下降至固定高度，与外球内锥形阀座10完全贴合后，完全堵住管道，实现对流体的阻断。
3、本发明阀门状态切换完毕排放残余液体过程：上端光轴下端螺纹式泄放螺栓9的上端光轴部分在上述两个过程中均起到了对锥形阀芯运动的导向和限位作用。在状态切换完毕后，从外部旋转出上端光轴下端螺纹式泄放螺栓9与中空球形阀体7底部脱离，即可排出腔内残余液体。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种直线电机和摆动缸协同驱动式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，其特征在于：
包括环形永磁体组(1)，环形永磁体组(1)下端安装有初级绕组块(2)，初级绕组块(2)与输出轴(13)相固连；
输出轴(13)穿过固定在传动机构安装架(6)上的摆动油缸(3)后通过销轴(11)与锥形阀芯(8)相固连；
摆动油缸(3)内部安装有固定板(12)以及滑环(4)，滑环(4)通过键槽(5)与输出轴(13)相固连；固定板(12)和摆动油缸(3)内部完全固定连接，相对位置保持不变；滑环(4)圆环部分上下表面皆有凸起圆环部分，与摆动油缸(3)内部上下表面相应位置的凹槽实现配合密封，同时滑环(4)可沿此滑动槽绕着圆心转动，滑环(4)伸出处摆动缸外面的部分起到键的作用；两个油孔配合工作，当第一油孔(31)进油、第二油孔(32)出油时，滑环(4)输出顺时针旋转运动，当第一油孔(31)出油，第二油孔(32)进油时，滑环(4)输出逆时针旋转运动；
还包括中空球形阀体(7)，中空球形阀体(7)的上端与传动机构安装架(6)相固连，中空球形阀体(7)的内部配合安装有外球内锥形阀座(10)，外球内锥形阀座(10)的内部与锥形阀芯(8)配合，锥形阀芯(8)的下端凹槽(81)插入上端光轴下端螺纹式泄放螺栓(9)，上端光轴下端螺纹式泄放螺栓(9)与中空球形阀体(7)底部螺纹配合固连。
2.根据权利要求1所述的一种直线电机和摆动缸协同驱动式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，其特征在于：
环形永磁体组(1)下端1～2mm气隙处安装有初级绕组块(2)。
3.根据权利要求2所述的一种直线电机和摆动缸协同驱动式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，其特征在于：
初级绕组块(2)通过长螺栓(14)与输出轴(13)相固连。
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