CN112096903A - 一种锥形电机伺服直驱式阀芯阀座分离型无摩擦球阀 - Google Patents

一种锥形电机伺服直驱式阀芯阀座分离型无摩擦球阀 Download PDF

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袁军
杨昌群
牟晓勇
牛道东
冯玉龙
李育特
周宏斌
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Abstract

本发明涉及无摩擦球阀领域，具体涉及一种锥形电机伺服直驱式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，包括锥形伺服电机、传动机构安装架、中空球体腔式阀体；锥形伺服电机包括锥形伺服电机输出轴、输出轴端盖、锥形伺服电机锥形转子，锥形伺服电机锥形转子的内侧通过平键与锥形伺服电机输出轴形成配合连接，锥形伺服电机锥转子的外侧分布磁极，锥形伺服电机输出轴从定子安装架及传动机构安装架的内部穿过后，通过销轴与锥形阀芯固连在一起。本发明将电机直驱、特殊类型锥形电机、阀芯与阀座组合可脱离的思想应用到无摩擦球阀设计中，从而达到动力元件精确控制，无需传动机构即可产生两种运动类型，阀体开闭过程均与阀座无接触摩擦运动的目的。

Description

一种锥形电机伺服直驱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，具体涉及一种锥形电机伺服直驱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，本发明提出一种锥形电机伺服直驱式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，将电机直驱、特殊类型锥形电机、阀芯与阀座组合可脱离的思想应用到无摩擦球阀设计中，从而达到动力元件精确控制，无需传动机构即可产生两种运动类型，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：一种锥形电机伺服直驱式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，其特殊之处在于：
包括锥形伺服电机、传动机构安装架、中空球体腔式阀体；
所述锥形伺服电机包括锥形伺服电机输出轴，锥形伺服电机输出轴的上端固连输出轴端盖，输出轴端盖下侧固连锥形伺服电机锥形转子，锥形伺服电机锥形转子的内侧通过平键与锥形伺服电机输出轴形成配合连接，锥形伺服电机锥形转子的外侧分布磁极，磁极的外侧配合安装有锥形伺服电机锥形定子，锥形伺服电机锥形定子的下端固连在定子安装架上，定子安装架固定安装在传动机构安装架的上端；
锥形伺服电机输出轴从定子安装架及传动机构安装架的内部穿过后，通过销轴与锥形阀芯固连在一起；锥形阀芯的底部的凹槽插入上端光轴下端螺纹式泄放螺栓的上端光轴部分，下端螺纹段与中空球体腔式阀体相固连，中空球体腔式阀体与传动机构安装架相固连，中空球体腔式阀体内部配合安装有外球内锥式阀座。
进一步地，上述锥形伺服电机锥形转子的外侧圆周均布多个磁极。
进一步地，上述磁极的数量为12个。
进一步地，上述磁极的外侧间隙1～2mm处配合安装有锥形伺服电机锥形定子。
本发明的优点：
1、本发明采用设计特殊类型的锥形电机，因其本身定子与转子的呈锥形结构特点，产生的旋转磁场可以产生沿径向和沿轴向的力，即可以同时输出两种运动类型，旋转运动和直线运动。由此“伺服电直驱”的思路设计，可以省去复杂的传动机构，直接达到配合阀芯运动所需要的两种运动类型，效率与精度大大提高；
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打开时剖面结构示意图；
图2为实施例中球阀完全关闭时剖面结构示意图；
图3为动力源锥形电机端面视图；
图4为本发明整体外观轴测示意图。
图中标号说明：1、输出轴端盖；2、锥形伺服电机锥形转子；21、磁极；3、锥形伺服电机锥形定子；4、定子安装架；5、传动机构安装架；6、中空球体腔式阀体；7、上端光轴下端螺纹式泄放螺栓；8、外球内锥式阀座；9、锥形阀芯；91、凹槽；10、销轴；11、锥形伺服电机输出轴；12、平键。
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，一种锥形电机伺服直驱式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，包括固连在锥形伺服电机输出轴11上端的输出轴端盖1，输出轴端盖1下侧固连的锥形伺服电机锥形转子2的内侧通过平键12与锥形伺服电机输出轴11形成配合连接，锥形伺服电机锥形转子2的外侧均布有12个磁极21，磁极21的外侧间隙1～2mm处配合安装有锥形伺服电机锥形定子3，锥形伺服电机锥形定子3的下端固连在定子安装架4上，定子安装架4固定安装在传动机构安装架5的上端。锥形伺服电机输出轴11从定子安装架4及传动机构安装架5的内部穿过后，通过销轴10与锥形阀芯9固连在一起。锥形阀芯9的底部的凹槽91插入上端光轴下端螺纹式泄放螺栓7的上端光轴部分，下端螺纹段与中空球体腔式阀体6相固连，中空球体腔式阀体6与传动机构安装架5相固连，中空球体腔式阀体6内部配合安装有外球内锥式阀座8。
本发明的工作原理为：
1、本发明中阀门由关闭转换到开启的过程：启动锥形电机，经过变频驱动器的电压、频率、相位转换，首先通入到锥形伺服电机锥形定子3的三相电压能够形成对磁极21产生沿径向合力为0，沿轴向竖直向上的磁场。由此，磁极21连同锥形伺服电机锥形转子2、输出轴端盖1和锥形伺服电机输出轴11一起竖直向上运动，锥形伺服电机输出轴11下端经过销轴10带动锥形阀芯9上升，其下端圆锥面部分与外球内锥式阀座8脱离接触。上升到一定高度后，改变三相电压输入，使定子内在保持竖直向上合磁场不变情况下，产生沿圆周方向旋转的径向磁场，拉动磁极21跟随产生旋转运动，此时的工作原理与普通永磁同步电机工作原理相同。再由平键12传递旋转运动到锥形伺服电机输出轴11，仍然通过销轴10带动锥形阀芯9旋转，使其旋转90°后，通孔部分与管道相平行。然后锥形伺服电机锥形定子3通入能产生与初始竖直向上磁场相反方向的合磁场的三相电。由此带动磁极21，锥形伺服电机锥形转子2，锥形伺服电机输出轴11和锥形阀芯9整体竖直向下运动，至上端光轴下端螺纹式泄放螺栓7的顶部限位位置即可。此时锥形阀芯9与外球内锥式阀座8紧密贴合，管道与阀芯流通部分相接，液体流过，阀门完全打开。
2、本发明中阀门由开启转换到关闭的过程：阀门由开启的位置转换到关闭位置的过程与阀门的开启过程完全一致，先实现锥形阀芯9的竖直向上脱离动作，然后旋转90°，再竖直向下运动至确定位置，贴后后实现对管道流体的阻断。
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7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7与中空球体腔式阀体6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 (4)

1.一种锥形电机伺服直驱式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，其特征在于：
包括锥形伺服电机、传动机构安装架(5)、中空球体腔式阀体(6)；
所述锥形伺服电机包括锥形伺服电机输出轴(11)，锥形伺服电机输出轴(11)的上端固连输出轴端盖(1)，输出轴端盖(1)下侧固连锥形伺服电机锥形转子(2)，锥形伺服电机锥形转子(2)的内侧通过平键(12)与锥形伺服电机输出轴(11)形成配合连接，锥形伺服电机锥形转子(2)的外侧分布磁极(21)，磁极(21)的外侧配合安装有锥形伺服电机锥形定子(3)，锥形伺服电机锥形定子(3)的下端固连在定子安装架(4)上，定子安装架(4)固定安装在传动机构安装架(5)的上端；
锥形伺服电机输出轴(11)从定子安装架(4)及传动机构安装架(5)的内部穿过后，通过销轴(10)与锥形阀芯(9)固连在一起；锥形阀芯(9)的底部的凹槽(91)插入上端光轴下端螺纹式泄放螺栓(7)的上端光轴部分，下端螺纹段与中空球体腔式阀体(6)相固连，中空球体腔式阀体(6)与传动机构安装架(5)相固连，中空球体腔式阀体(6)内部配合安装有外球内锥式阀座(8)。
2.根据权利要求1所述的一种锥形电机伺服直驱式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，其特征在于：
锥形伺服电机锥形转子(2)的外侧圆周均布多个磁极(21)。
3.根据权利要求2所述的一种锥形电机伺服直驱式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，其特征在于：
所述磁极(21)的数量为12个。
4.根据权利要求1所述的一种锥形电机伺服直驱式阀芯阀座分离型无摩擦球阀，其特征在于：
磁极(21)的外侧间隙1～2mm处配合安装有锥形伺服电机锥形定子(3)。
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