CN112096907B - 电机丝杠与导向件协同驱动阀芯阀座分离型无摩擦球阀 - Google Patents

电机丝杠与导向件协同驱动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，具体涉及一种电机丝杠与导向件协同驱动阀芯阀座分离型无摩擦球阀，包括伺服电机，伺服电机上安装有伺服电机丝杠转子，伺服电机丝杠转子下端配合安装有异形螺纹筒，异形螺纹筒的下端与锥形阀芯的上端通过销轴固连在一起，锥形阀芯的外侧安装有外球内锥式阀座，外球内锥式阀座外侧安装有中空球形阀体。本发明采用机电一体化思路，将电机结合减速器输出轴的末端直接制成外螺纹，采用丝杠及导向配合的原理将电机的旋转运动转换成直线运动。而且配合阀芯运动需求，仅使用一个动力源即能满足需要直线运动时输出直线运动，需要旋转运动时能输出旋转运动，省去了多余的动力源，达到更小的体积。

Description

电机丝杠与导向件协同驱动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，具体涉及一种电机丝杠与导向件协同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，本发明提出一种电机丝杠与导向件协同驱动阀芯阀座分离型无摩擦球阀，将伺服电动直驱、机电一体化、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：一种电机丝杠与导向件协同驱动阀芯阀座分离型无摩擦球阀，其特殊之处在于：
包括固定安装在传动机构安装架上的伺服电机，伺服电机上安装有伺服电机丝杠转子，伺服电机丝杠转子下端配合安装有异形螺纹筒，异形螺纹筒上开设有U形导向槽和I形导向槽；
传动机构安装架的外壁上设有轴对称关系的第一销孔、第二销孔、第三销孔及第四销孔；第一销孔、第二销孔、第三销孔及第四销孔上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；
异形螺纹筒的下端与锥形阀芯的上端通过销轴固连在一起，锥形阀芯的外侧安装有外球内锥式阀座，外球内锥式阀座外侧安装有中空球形阀体，中空球形阀体的上端面与传动机构安装架的底部固连在一起，中空球形阀体的下端中心位置处配合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底面的凹槽相配合。
本发明的优点：
1、本发明采用机电一体化思路，将电机结合减速器输出轴的末端直接制成外螺纹，采用丝杠及导向配合的原理将电机的旋转运动转换成直线运动。而且配合阀芯运动需求，仅使用一个动力源即能满足需要直线运动时输出直线运动，需要旋转运动时能输出旋转运动，省去了多余的动力源，达到更小的体积；
2、本发明的传动机构设计采用丝杠、销与导向槽的配合来达到所需运动类型的输出，同时在阀门状态切换完毕后，可以实现自锁；
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关闭时剖面结构示意图；
图2为本发明实施例中球阀完全开启时剖面结构示意图；
图3为本发明第一销孔31圆心高度处的剖视图；
图4为本发明中异形螺纹筒4的轴侧示意图；
图5为本发明中异形螺纹筒4另一侧的示意图。
图中标号说明：1、伺服电机；2、伺服电机丝杠转子；3、传动机构安装架；31、第一销孔；32、第二销孔；33、第三销孔；34、第四销孔；35、第一电动推杆；36、第二电动推杆；37、第三电动推杆；38、第四电动推杆；4、异形螺纹筒；41、U形导向槽；42、I形导向槽；5、中空球形阀体；6、外球内锥式阀座；7、上端光轴下端螺纹式泄放螺栓；8、锥形阀芯；9、销轴。
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，一种电机丝杠与导向件协同驱动阀芯阀座分离型无摩擦球阀，包括固定安装在传动机构安装架3上的伺服电机1，伺服电机1上安装有伺服电机丝杠转子2，伺服电机丝杠转子2下端配合安装有异形螺纹筒4，异形螺纹筒4上开设有U形导向槽41和I形导向槽42；传动机构安装架3的外壁上设有轴对称关系的第一销孔31、第二销孔32、第三销孔33及第四销孔34；第一销孔31、第二销孔32、第三销孔33及第四销孔34上分别安装有第一电动推杆35、第二电动推杆36、第三电动推杆37及第四电动推杆38；异形螺纹筒4的下端与锥形阀芯8的上端通过销轴9固连在一起，锥形阀芯8的外侧安装有外球内锥式阀座6，外球内锥式阀座6外侧安装有中空球形阀体5，中空球形阀体5的上端面与传动机构安装架3的底部固连在一起，中空球形阀体5的下端中心位置处配合安装有上端光轴下端螺纹式泄放螺栓7，上端光轴下端螺纹式泄放螺栓7的上端与锥形阀芯8下底面的凹槽81相配合。
其中，图1为关闭状态的剖面结构示意图，伺服电机丝杠转子2的输出轴丝杠段此时处于固定状态，其位置决定了异形螺纹筒4的竖直高度处在将锥形阀芯8下压的状态，保证了锥形阀芯8与外球内锥式阀座6处于紧密贴合的状态。当伺服电机丝杠转子2丝杠段固定不动时，可以达到一定程度的自锁，避免阀芯和传动机构的逆向动作。此状态下锥形阀芯8下段实体部分与管道相平行重合，在阀芯与阀座紧密贴合，完成对流体的阻断。异形螺纹筒4的位置如图，此时U形导向槽41的U形上端处于与传动机构安装架3的销孔31竖直高度齐平的位置，I形导向槽42的槽上端处于与销孔32重合位置。
图2为开启状态的剖面结构示意图，锥形阀芯8完成了竖直上升，旋转90°后，再次下压至固定高度，流体可以通过，阀门打开。此状态下的异形螺纹筒4相较图1阀门关断时以竖直方向为轴已经顺时针旋转了90°。I形导向槽42旋转90°至图2剖面可视处。两个导向槽的上端均与传动机构安装架3外壁上的销孔高度一致。图4与图5所示异形螺纹筒4结构为一内部中空，上半段为内梯形螺纹管段，中部开有两个导向槽：U形导向槽41和I形导向槽42，配合传动机构安装架3外壁的4个销孔来对传动筒运动进行限制导向，下端插入的销轴9来传递动力源的运动。
本发明的工作原理为：
1、阀门由关闭转换到开启的过程：伺服电机1启动，经过伺服电机丝杠转子2输出运动为丝杠轴顺时针转动，本实施例中为左旋螺纹。此时从传动机构安装架3上的第一销孔31外的第一电动推杆35伸出，U形导向槽41上端与第一销孔31完全齐平，第一电动推杆35插入直到异形螺纹筒4内壁为止。由于此时第一电动推杆35处在U形导向槽41的竖直边上端，此时的异形螺纹筒4只能做竖直方向的运动。当伺服电机丝杠转子2顺时针旋转，由旋向判定，由于异形螺纹筒4不能跟随转动，所以会竖直向上运动，经过销轴9带动锥形阀芯8一起竖直上升，由于倒锥面的设计，当锥形阀芯8上升，该瞬间即与外球内锥式阀座6内锥面脱离接触。当异形螺纹筒4一直上升，直到运动到U形导向槽41的水平底边上升接触到第一销孔31插入的第一电动推杆35，上升运动即被限制。伺服电机丝杠转子2继续顺时针旋转，此时的异形螺纹筒4上的U形导向槽41在导向销的限制下，无法上升，随即跟随U形的水平底边开始进行90°的顺时针旋转，直到U形导向槽另一竖直边接触到第一电动推杆35停止，同时锥形阀芯8被带动顺时针旋转了90°，贯穿的空洞部分与管道相平行。此时，I形导向槽42的底部已经旋转至第四销孔34的位置，此时第一电动推杆35收回，第四销孔34外的第四电动推杆38伸出插入直至I形导向槽42，然后伺服电机1反接，使输出与开始相反的旋转方向，伺服电机丝杠转子2此时逆时针旋转，由于I形导向槽42被插入第四电动推杆38，无法转动，所以由旋向可知异形螺纹筒4会竖直向下运动，由此带动锥形阀芯8竖直向下运动，直到凹槽81最深处与上端光轴下端螺纹式泄放螺栓7顶部接触停止，该竖直高度即是保证锥形阀芯8外壁面与外球内锥式阀座6内壁面完全贴合，阀芯空洞部分与管道完全重合，阀门完全打开。
2、阀门由开启转换到关闭的过程：阀门关闭过程经历的动作与阀门开启的过程基本一致，即锥形阀芯8先竖直向上运动，再旋转90°，然后阀芯下压与阀座完全贴合。只是在经历过阀门开启过程后，异形螺纹筒4位置已经旋转了90°，此时先后动作的是第三电动推杆37第一电动推杆35。其余过程完全相同，可以以此循环动作下去。
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与中空球形阀体5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)

1.一种电机丝杠与导向件协同驱动阀芯阀座分离型无摩擦球阀，其特征在于：
包括固定安装在传动机构安装架(3)上的伺服电机(1)，伺服电机(1)上安装有伺服电机丝杠转子(2)，伺服电机丝杠转子(2)下端配合安装有异形螺纹筒(4)，异形螺纹筒(4)上开设有U形导向槽(41)和I形导向槽(42)；
传动机构安装架(3)的外壁上设有轴对称关系的第一销孔(31)、第二销孔(32)、第三销孔(33)及第四销孔(34)；第一销孔(31)、第二销孔(32)、第三销孔(33)及第四销孔(34)上分别安装有第一电动推杆(35)、第二电动推杆(36)、第三电动推杆(37)及第四电动推杆(38)；
异形螺纹筒(4)的下端与锥形阀芯(8)的上端通过销轴(9)固连在一起，锥形阀芯(8)的外侧安装有外球内锥式阀座(6)，外球内锥式阀座(6)外侧安装有中空球形阀体(5)，中空球形阀体(5)的上端面与传动机构安装架(3)的底部固连在一起，中空球形阀体(5)的下端中心位置处配合安装有上端光轴下端螺纹式泄放螺栓(7)，上端光轴下端螺纹式泄放螺栓(7)的上端与锥形阀芯(8)下底面的凹槽(81)相配合。
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