CN113700921A - 一种电动直驱平衡式截止阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动直驱平衡式截止阀，属于液压/气动技术领域，包括电动驱动单元、阀体、阀杆、阀盖和平衡式阀瓣机构，该截止阀具备进出口双向密封功能。阀杆一端连接电驱动单元，一端连接平衡式阀瓣机构；阀盖与平衡式阀瓣机构形成密封容腔，密封容腔面积大于截止阀进口面积；当截止阀处于关闭状态时，压力流体由截止阀进口进入密封容腔内并作用于阀瓣机构上表面以使阀瓣机构的上下表面产生压力差，从而使密封块压紧截止阀阀体，保证进口的密封性；当截止阀出口有压力流体时，密封块环形上表面产生压紧力能够可靠防止流体倒灌，保证出口的密封性。本发明的平衡式阀瓣机构保证了截止阀处于关闭状态时能够有效密封，减小所需驱动力，减小功耗。

Description

一种电动直驱平衡式截止阀
技术领域
本发明属于液压/气动技术领域，更具体地，涉及一种电动直驱平衡式截止阀。
背景技术
液压技术具有功率密度大、冲击小、自润滑、操作方便、大范围无级调速、过载保护、易实现标准系列化等优点，广泛应用于各个工业领域。
气动技术由于工作介质易于获取、清洁、低成本等特点，普遍应用于现代工业。近年来，随着气体的高压化，气动技术成为了国内外流体控制领域研究的热点之一。
截止阀是液压/气动系统中的核心部件，起到控制管路通断的作用，因此，对截止阀的要求就需要相应迅速，易于控制，密封可靠。其中，截止阀的密封性能尤为重要。
截止阀能否有效密封取决于密封面单位面积上的压力，即比压，这个压力与多个要素有关。一般来说，对于闭路阀启闭件保证密封性所必须的比压主要取决于密封面的宽度、材料及介质工作压力，而实际操作的密封面比压还与密封面形式、温度、加工精度、阀杆手柄拧紧力矩等因素有关。密封面比压过小，无法保证密封；密封面比压过大，则有可能破坏密封副，使密封失效。
目前，针对截止阀密封性能的研究多集中于简单改变截止阀阀瓣结构、密封形式、改变密封配合面材料等，但仍存在启闭力矩大且难以实现快速启闭等问题。为了实现自动化快速启闭控制，电动截止阀可以采用电机驱动。然而，传统的电动截止阀多采用伺服电机加减速器形式，大大增加了截止阀的体积和重量，同时，由于机械结构的增加，加大了截止阀的不可靠性和维护难度，并且难以实现精确控制，增加了密封失效的可能性。
因此，需要开发一种新的响应迅速、易于控制、密封可靠的截止阀。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电动直驱平衡式截止阀，其目的在于通过设计平衡式阀瓣机构，将截止阀进口的压力流体引入到阀瓣的上方，从而实现在截止阀处于关闭状态时，阀瓣上方的压力作用面积大于阀瓣下方的压力作用面积，从而将密封块紧密压在截止阀进口处，由此解决截止阀密封性差的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电动直驱平衡式截止阀，所述截止阀包括：电动驱动单元、阀杆、阀体、阀盖和平衡式阀瓣机构；
所述平衡式阀瓣机构设置于由所述阀体和所述阀盖装配形成的阀腔内；所述阀杆的一端与电驱动单元相连接，其另一端与所述平衡式阀瓣机构连接，所述阀杆的底部设有通孔，所述通孔与截止阀进口连通；
所述平衡式阀瓣机构包括阀套、阀瓣、阀瓣盖和密封块；所述阀套设置于所述阀体内；所述阀瓣设置于所述阀杆并与所述阀套内表面接触，所述阀瓣盖与所述阀瓣固定装配后随所述阀杆同步运动；所述密封块设置于所述阀杆的端部；
所述阀盖与所述平衡式阀瓣机构形成密封容腔；所述密封容腔的面积大于截止阀进口的面积；当截止阀处于关闭状态时，压力流体由截止阀进口通过所述通孔进入所述密封容腔内并作用于所述平衡式阀瓣机构的上表面以使所述平衡式阀瓣机构的上下表面产生压力差，从而使所述密封块压紧截止阀阀体，保证进口的密封性；
所述密封块具有环形上表面，当截止阀出口端存在压力流体时，压力流体作用在所述环形上表面能够产生压紧力，将所述密封块压紧在阀体上，从而可靠防止压力流体倒灌，保证出口的密封性。
优选地，所述阀杆的中下部设有凸台，所述凸台下表面与所述阀瓣贴合设置，所述凸台上表面与所述阀瓣盖贴合设置；
所述阀瓣盖与所述阀瓣通过螺纹配合安装，从而使所述平衡式阀瓣机构与所述阀杆固定并随所述阀杆同步运动。
优选地，所述电动驱动单元包括上位机、电机驱动器和力矩电机；所述上位机连接于所述电机驱动器并向其发送指令信号；所述电机驱动器连接于所述力矩电机并将接收的指令信号转化为对所述力矩电机的控制电流以驱动所述力矩电机运转；所述力矩电机直接驱动所述阀杆沿所述截止阀径向直线运动。
优选地，所述力矩电机的上端设有螺母连接件，其下端设有电机安装板；所述力矩电机的动子连接于所述螺母连接件，定子固定连接于所述电机安装板。
优选地，所述螺母连接件上设有阀杆连接螺母，所述阀杆穿过所述阀杆连接螺母且所述阀杆外表面与所述阀杆连接螺母内表面对应位置设有梯形螺纹以提供运动副；当所述力矩电机运转时，其动子带动所述阀杆连接螺母运动，通过梯形螺纹将所述力矩电机的旋转运动转化为所述阀杆的上下直线运动。
优选地，所述电机安装板的底部还设有电机限位块，所述电机限位块用于限定力矩电机的横向位移，以保证所述力矩电机与所述阀杆和所述平衡式阀瓣机构同轴度。
优选地，还包括行程限位机构，所述行程限位机构设置于所述电机安装板与所述阀盖之间。
优选地，所述行程限位机构包括行程开关安装板、行程开关和阀杆防转杆；所述行程开关安装板设有矩形槽；所述阀杆防转杆的一端与所述阀杆固定连接，其另一端位于所述矩形槽中；所述行程开关设置于所述行程开关安装板并位于矩形槽的上下边缘处。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明提出的电动直驱平衡式截止阀，通过设计平衡式阀瓣机构，将截止阀进口的压力流体引入到密封容腔内，从而实现在截止阀处于关闭状态时，平衡式阀瓣机构上方的压力作用面积大于平衡式阀瓣机构下方的压力作用面积，从而将密封块紧密压在截止阀进口处，保证截止阀进口的可靠密封。
2、本发明提出的电动直驱平衡式截止阀，通过设计的密封块结构，在截止阀出口端存在压力流体时，作用在密封块环形上表面产生压紧力，将密封块紧密压紧在阀体上，能够防止流体倒灌，保证截止阀出口的可靠密封。
3、本发明提出的电动直驱平衡式截止阀由力矩电机直接驱动运动部件带动阀杆上下运动，结构简单，并且省去了减速器的使用，大大节省了空间。力矩电机的控制简单，且控制精度高，相比伺服电机加减速器模式，能够精确控制力矩电机转动的角度和位置，有利于多次重复可靠密封，同时便于维护。
附图说明
图1是本发明电动直驱平衡式截止阀的结构示意图；
图2是本发明电动直驱平衡式截止阀行程限位结构的结构示意图；
图3是本发明电动直驱平衡式截止阀平衡式阀瓣机构的工作原理图；
图4是本发明电动直驱平衡式截止阀阀杆的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-上位机；2-电机驱动器；3-阀杆；4-阀杆连接螺母；5-电机罩；6-螺母连接件；7-力矩电机；8-电机安装板；9-电机限位块；10-阀杆防转杆；11-阀盖；12-阀套；13-阀瓣；14-阀体；15-行程开关；16-形成开关安装板；17-阀瓣盖；18-密封块；19-通孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提出一种电动直驱平衡式截止阀，包括上位机1、电机驱动器2及截止阀部分。截止阀部分包括阀杆3、阀杆连接螺母4、电机罩5、螺母连接件6、力矩电机7、电机安装板8、电机限位块9、阀杆防转杆10、阀盖11、阀套12、阀瓣13、阀体14、行程开关15、行程开关安装板16、阀瓣盖17和密封块18。
其中，图1中的虚线框包括由阀套12、阀瓣13、阀瓣盖17、密封块18、通孔19构成的平衡式阀瓣机构。
更进一步的说明，所述上位机1发出指令信号，送往所述电机驱动器2，所述电机驱动器2将接收的信号转化成对所述力矩电机7的控制电流，驱动所述力矩电机7动作。所述力矩电机7的动子与阀杆连接螺母4、螺母连接件6固连，定子与电机安装板8固连。所述阀杆3与所述阀杆连接螺母4间存在梯形螺纹，所述阀杆防转杆10穿过所述阀杆3的孔安装，并由行程开关安装板16限制转动自由度。当所述力矩电机7的动子转动时，带动所述阀杆连接螺母4转动，在梯形螺纹和所述阀杆防转杆10的共同限制下，实现所述阀杆3的上下平动。
如图3所示，在所述阀杆3的下部有一凸台，凸台下底面与所述阀瓣13一平面贴合，上表面由所述阀瓣盖17压住，所述阀瓣盖17与所述阀瓣13由螺纹连接，由此实现当所述阀杆运动时带动平衡式阀瓣机构运动。当所述阀杆3向上运动，带动平衡式阀瓣机构向上运动，截止阀开启；当所述阀杆3向下运动，带动平衡式阀瓣机构向下运动，截止阀关闭。
如图2所示，所述行程开关安装板16开有长方形槽，所述阀杆防转杆10与所述长方形槽配合，在所述长方形槽内上下运动。在所述阀杆防转杆10的上下运动极限位置设有两个行程开关15，当所述阀杆防转杆10运动触发所述行程开关15时，表示截止阀达到最大开度或完全关闭，并输出一个电信号返回到上位机，以进行阀的启闭判断和进行进一步的控制。
进一步的说明，如图3所示，当截止阀处于关闭状态时，压力流体由截止阀进口进入前，作用于平衡式阀瓣机构的下底面。如图3中箭头所示，其中部分压力流体依次经过通孔19、阀瓣13、阀杆3进入到由阀杆3、阀盖11、阀套12、阀瓣13、阀瓣盖17形成的密闭容腔内，压力流体进入到该密闭容腔时，作用于平衡式阀瓣机构的上表面。由于平衡式阀瓣机构的出口端压力作用面积大于入口端压力作用面积，因此形成了一个向下的作用力，将平衡式阀瓣机构的密封块压在截止阀进口处，有利于密封。
如图4所示，图中A为阀杆防转杆穿过的孔，用于对阀杆进行转动限位；图中B为阀杆下端所开通孔，用于平衡式阀瓣机构将截止阀进口压力流体引入到上方密闭容腔。阀杆上端为梯形螺纹，与阀杆连接螺母4的梯形螺纹配合。
本发明所提出的截止阀当出现停电或电机故障等紧急情况时，可通过手电转化机构将截止阀由电动操作切换为手动操作，通过手轮实现截止阀的开启与关闭，避免产生意外。截止阀正常状态下为全自动控制，由上位机统一发送运动指令和信号。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动直驱平衡式截止阀，其特征在于，所述截止阀包括：电动驱动单元、阀杆(3)、阀体(14)、阀盖(11)和平衡式阀瓣机构；
所述平衡式阀瓣机构设置于由所述阀体(14)和所述阀盖(11)装配形成的阀腔内；所述阀杆(3)的一端与电驱动单元相连接，其另一端与所述平衡式阀瓣机构连接，所述阀杆(3)的底部设有通孔(19)，所述通孔(19)与截止阀进口连通；
所述平衡式阀瓣机构包括阀套(12)、阀瓣(13)、阀瓣盖(17)和密封块(18)；所述阀套(12)设置于所述阀体(14)内；所述阀瓣(13)设置于所述阀杆(3)并与所述阀套(12)内表面接触，所述阀瓣盖(17)与所述阀瓣(13)固定装配后随所述阀杆(3)同步运动；所述密封块(18)设置于所述阀杆(3)的端部；
所述阀盖(11)与所述平衡式阀瓣机构形成密封容腔；所述密封容腔的面积大于截止阀进口的面积；当截止阀处于关闭状态时，压力流体由截止阀进口通过所述通孔(19)进入所述密封容腔内并作用于所述平衡式阀瓣机构的上表面以使所述平衡式阀瓣机构的上下表面产生压力差，从而使所述密封块(18)压紧截止阀阀体，保证进口的密封性；
所述密封块(18)具有环形上表面，当截止阀出口端存在压力流体时，压力流体作用在所述环形上表面能够产生压紧力，将所述密封块压紧在阀体上，从而可靠防止压力流体倒灌，保证出口的密封性。
2.根据权利要求1所述的一种电动直驱平衡式截止阀，其特征在于，所述阀杆(3)的中下部设有凸台，所述凸台下表面与所述阀瓣(13)贴合设置，所述凸台上表面与所述阀瓣盖(17)贴合设置；
所述阀瓣盖(17)与所述阀瓣(13)通过螺纹配合安装，从而使所述平衡式阀瓣机构与所述阀杆(3)固定并随所述阀杆(3)同步运动。
3.根据权利要求1或2所述的一种电动直驱平衡式截止阀，其特征在于，所述电动驱动单元包括上位机(1)、电机驱动器(2)和力矩电机(7)；所述上位机(1)连接于所述电机驱动器(2)并向其发送指令信号；所述电机驱动器(2)连接于所述力矩电机(7)并将接收的指令信号转化为对所述力矩电机(7)的控制电流以驱动所述力矩电机(7)运转；所述力矩电机(7)直接驱动所述阀杆(3)沿所述截止阀径向直线运动。
4.根据权利要求3所述的一种电动直驱平衡式截止阀，其特征在于，所述力矩电机(7)的上端设有螺母连接件(6)，其下端设有电机安装板(8)；所述力矩电机(7)的动子连接于所述螺母连接件(6)，定子固定连接于所述电机安装板(8)。
5.根据权利要求4所述的一种电动直驱平衡式截止阀，其特征在于，所述螺母连接件(6)上设有阀杆连接螺母(4)，所述阀杆(3)穿过所述阀杆连接螺母(4)且所述阀杆(3)外表面与所述阀杆连接螺母(4)内表面对应位置设有梯形螺纹以提供运动副；当所述力矩电机(7)运转时，其动子带动所述阀杆连接螺母(4)运动，通过梯形螺纹将所述力矩电机的旋转运动转化为所述阀杆(3)的上下直线运动。
6.根据权利要求5所述的一种电动直驱平衡式截止阀，其特征在于，所述电机安装板(8)的底部还设有电机限位块(9)，所述电机限位块(9)用于限定力矩电机(7)的横向位移，以保证所述力矩电机(7)与所述阀杆(3)和所述平衡式阀瓣机构同轴度。
7.根据权利要求6所述的一种电动直驱平衡式截止阀，其特征在于，还包括行程限位机构，所述行程限位机构设置于所述电机安装板(8)与所述阀盖(11)之间。
8.根据权利要求7所述的一种电动直驱平衡式截止阀，其特征在于，所述行程限位机构包括行程开关安装板(16)、行程开关(15)和阀杆防转杆(10)；所述行程开关安装板(16)设有矩形槽；所述阀杆防转杆(10)的一端与所述阀杆(3)固定连接，其另一端位于所述矩形槽中；所述行程开关(15)设置于所述行程开关安装板(16)并位于矩形槽的上下边缘处。
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