CN112096905A - 一种盘式电机协同面凸轮驱动阀芯阀座分离型无摩擦球阀 - Google Patents

一种盘式电机协同面凸轮驱动阀芯阀座分离型无摩擦球阀 Download PDF

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Abstract

本发明专利涉及无摩擦球阀领域，具体涉及一种盘式电机协同面凸轮驱动阀芯阀座分离型无摩擦球阀，包括盘式电机上定子，盘式电机上定子的下端与盘式电机下定子的上端相固连；盘式电机上定子和盘式电机下定子之间安装有盘式电机转子，盘式电机转子与输出轴相固连，输出轴上固连有圆形滚子，圆形滚子镶嵌在传动筒上端的弧形槽内。本发明将电动直驱、面凸轮传动机构、阀芯与阀座组合可脱离的思想应用到传统的球阀设计中，从而达到动力元件精确控制、传动结构简单且效率高、阀体开闭过程均与阀座无接触摩擦运动的目的。

Description

一种盘式电机协同面凸轮驱动阀芯阀座分离型无摩擦球阀
技术领域
本发明专利涉及无摩擦球阀领域，具体涉及一种盘式电机协同面凸轮驱动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，本发明提出一种盘式电机协同面凸轮驱动阀芯阀座分离型无摩擦球阀，将电动直驱、面凸轮传动机构、阀芯与阀座组合可脱离的思想应用到传统的球阀设计中，从而达到动力元件精确控制、传动结构简单且效率高、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：一种盘式电机协同面凸轮驱动阀芯阀座分离型无摩擦球阀，其特殊之处在于：
包括盘式电机上定子，盘式电机上定子的下端与盘式电机下定子的上端相固连；盘式电机上定子和盘式电机下定子之间安装有盘式电机转子，盘式电机转子与输出轴相固连，输出轴上固连有圆形滚子，圆形滚子镶嵌在传动筒上端的弧形槽内。
在盘式电机下定子的下端固连有定子安装支架，在定子安装支架的下端固连有传动机构安装架；传动机构安装架上设置有具有轴对称关系的第一销孔、第二销孔、第三销孔和第四销孔，第一销孔、第二销孔、第三销孔和第四销孔的外侧分别安装有第一电动推杆、第二电动推杆、第三电动推杆及第四电动推杆。
在传动机构安装架内部安装有传动筒，且传动筒可在传动机构安装架内部进行自由转动，传动筒上开设有U形导向槽和I形导向槽；锥形阀芯通过销轴与传动筒固连在一起，锥形阀芯的外侧安装有内锥外圆式阀座，内锥外圆式阀座的外侧安装有中空球形阀体，内部球形空腔式阀体的上端与传动机构安装架固连；内部球形空腔式阀体的下端中心位置处配合和安装有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的上端与锥形阀芯下端的凹槽相配合。
本发明的优点：
1、本发明采用具有低转速、大扭矩特点的盘式电机作为动力源，适合该无摩擦球阀的工作原理，不经过减速机构从而直接驱动传动机构和阀芯，控制精度更高，响应速度更快；
2、本发明的传动机构组成部件更少，克服了传统的轨道式无摩擦球阀传动轨道结构复杂，传动精度低的缺陷，具有更高的传动效率，传动精度也更高；
3、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；
4、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为本发明实施例中球阀完全打开时剖面结构示意图；
图2为本发明实施例中球阀完全关闭时剖面结构示意图；
图3为本发明第一销孔51圆心高度处的剖视图；
图4为本发明中关键部件传动筒的示意图左侧；
图5为本发明中关键部件传动筒的示意图右侧。
图中标号说明：1、盘式电机上定子；2、转子；3、盘式电机下定子；4、定子安装支架；5、传动机构安装架；51、第一销孔；52、第二销孔；53、第三销孔；54、第四销孔；55、第一电动推杆；56、第二电动推杆；57、第三电动推杆；58、第四电动推杆；6、中空球形阀体；7、外球内锥式阀座；8、上端光轴下端螺纹式泄放螺栓；9、锥形阀芯；91、凹槽；10、销轴；11、传动筒；111、U形导向槽；112、I形导向槽；113、弧形槽；12、滚子；13、输出轴。
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5所示，一种盘式电机协同面凸轮驱动阀芯阀座分离型无摩擦球阀，包括盘式电机上定子(1)，盘式电机上定子(1)的下端与盘式电机下定子(3)的上端相固连；盘式电机上定子(1)和盘式电机下定子(3)之间安装有盘式电机转子(2)，盘式电机转子(2)与输出轴(13)相固连，输出轴(13)上固连有圆形滚子(12)，圆形滚子(12)镶嵌在传动筒(11)上端的弧形槽(113)内。在盘式电机下定子(3)的下端固连有定子安装支架(4)，在定子安装支架(4)的下端固连有传动机构安装架(5)；传动机构安装架(5)上设置有具有轴对称关系的第一销孔(51)、第二销孔(52)、第三销孔(53)和第四销孔(54)，第一销孔(51)、第二销孔(52)、第三销孔(53)和第四销孔(54)的外侧分别安装有第一电动推杆(55)、第二电动推杆(56)、第三电动推杆(57)及第四电动推杆(58)。在传动机构安装架(5)内部安装有传动筒(11)，且传动筒(11)可在传动机构安装架(5)内部进行自由转动，传动筒(11)上开设有U形导向槽(111)和I形导向槽(112)；锥形阀芯(9)通过销轴(10)与传动筒(11)固连在一起，锥形阀芯(9)的外侧安装有内锥外圆式阀座(7)，内锥外圆式阀座(7)的外侧安装有中空球形阀体(6)，内部球形空腔式阀体(6)的上端与传动机构安装架(5)固连；内部球形空腔式阀体(6)的下端中心位置处配合和安装有上端光轴下端螺纹式泄放螺栓(8)，上端光轴下端螺纹式泄放螺栓(8)的上端与锥形阀芯(9)下端的凹槽(91)相配合。
其中，图1为阀门开启状态剖面示意图，由盘式电机上定子1、转子2、盘式电机下定子3、定子安装支架4组成的盘式电机体积小，低转速大扭矩，适合作为该应用场所的动力源。传动筒11由输出轴13上的滚子12嵌入其弧形槽113，从而可跟随转轴一起运动，在U形导向槽111与I形导向槽112配合下实现上移，旋转90°，下移动作，进一步带动锥形阀芯9的动作。参见图2，阀门由开启状态已经操作至关闭状态，锥形阀芯9的导通部分旋转了90°，使实体部分与外球内锥式阀座7紧密配合，实现对流体的阻断。参见图3，第一销孔51和处在背面对称的第二销孔52分时插入第一电动推杆55和第二电动推杆56，直到内部传动筒11上的U形导向槽111和I形导向槽112为止，对传动筒11的运动方式进行导向控制。U形导向槽111和I形导向槽112形状固定，弧形槽113的竖直高度即为锥形阀芯9的上升或下压位移量。
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：
启动盘式电机，盘式电机上定子1和盘式电机下定子3通电，带动转子2和输出轴13旋转，传递至下端滚子12沿着传动筒11上的弧形槽113开始转动，此时阀门处于关闭状态时，初始时滚子12是处在弧形槽113的高点位置，逆时针旋转，整体传动轴13竖直高度不变，即滚子12在水平方向旋转，竖直高度不变。此过程中第二电动推杆56伸出，插入第二销孔52直到U形导向槽111高点位置，由于该槽形状插入了推杆限制运动方向，传动筒11会沿U形导向槽111竖直边上升，下端连接的销轴10带动锥形阀芯9上升，阀芯的锥形形状在上升后阀芯即刻与外球内锥式阀座7脱离接触。在滚子12旋转到的弧形槽113低点位置，同时U形导向槽111由于上升，所插入第二电动推杆56此时到了U形边的下边，锥形阀芯9也上升到了最高点，完全脱离外球内锥式阀座7。输出轴13继续旋转，滚子12已经到了弧形槽113的最低点，所以可以推动传动筒11旋转90°，U形导向槽111中插入的第二电动推杆56现在处于U形边的下边另一端，销轴10带动锥形阀芯9也旋转了90°，使得锥形阀芯9的通孔部分此时是与管道相平行。此时第一电动推杆55伸出插入第一销孔51内直至I形导向槽112内。然后第二电动推杆56收回。此时，电机反方向旋转，带动输出轴13和滚子12反方向旋转，传动筒11由于I形导向槽112的形状限制，传动筒11只能做直线运动，随着滚子12从弧形槽113低点移到高点，传动筒11向下竖直运动，带动锥形阀芯9向下运动，直到锥面与外球内锥式阀座7完全配合，然后第一电动推杆55收回。阀门开启。
2、本发明阀门由开启转换到关闭的过程：
阀门从开启到关闭的过程与前一过程动作相同，仍然是锥形阀芯9先上升运动，然后旋转90°至锥形阀芯9的下端实体阻挡部分与管道相平行，再竖直向下运动落入外球内锥式阀座7中，贴合后实现对管道流体的截断。动作过程与开启过程一致，只是在关闭时传动筒11整体相较于上一过程已经旋转了90°，所以在使用传动机构安装架5上的销孔时，使用的是另一对销孔、即第三销孔53和第四销孔54，相应的第三电动推杆57和第四电动推杆58进行与上一过程相同的时序动作。
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8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8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 (1)

1.一种盘式电机协同面凸轮驱动阀芯阀座分离型无摩擦球阀，其特征在于：
包括盘式电机上定子(1)，盘式电机上定子(1)的下端与盘式电机下定子(3)的上端相固连；盘式电机上定子(1)和盘式电机下定子(3)之间安装有盘式电机转子(2)，盘式电机转子(2)与输出轴(13)相固连，输出轴(13)上固连有圆形滚子(12)，圆形滚子(12)镶嵌在传动筒(11)上端的弧形槽(113)内；
在盘式电机下定子(3)的下端固连有定子安装支架(4)，在定子安装支架(4)的下端固连有传动机构安装架(5)；传动机构安装架(5)上设置有具有轴对称关系的第一销孔(51)、第二销孔(52)、第三销孔(53)和第四销孔(54)，第一销孔(51)、第二销孔(52)、第三销孔(53)和第四销孔(54)的外侧分别安装有第一电动推杆(55)、第二电动推杆(56)、第三电动推杆(57)及第四电动推杆(58)；
在传动机构安装架(5)内部安装有传动筒(11)，且传动筒(11)可在传动机构安装架(5)内部进行自由转动，传动筒(11)上开设有U形导向槽(111)和I形导向槽(112)；锥形阀芯(9)通过销轴(10)与传动筒(11)固连在一起，锥形阀芯(9)的外侧安装有内锥外圆式阀座(7)，内锥外圆式阀座(7)的外侧安装有中空球形阀体(6)，内部球形空腔式阀体(6)的上端与传动机构安装架(5)固连；内部球形空腔式阀体(6)的下端中心位置处配合和安装有上端光轴下端螺纹式泄放螺栓(8)，上端光轴下端螺纹式泄放螺栓(8)的上端与锥形阀芯(9)下端的凹槽(91)相配合。
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