发明内容
针对现有技术的缺陷或不足,本发明提供了一种安全切断阀液压控制系统。
为此,本发明提供的安全切断阀液压控制系统包括蓄能器、第一防火阀、第二防火阀、关阀控制阀、开阀控制阀、连接执行油缸上腔的油路、连接执行油缸下腔的油路和连接油箱的回油路;
所述关阀控制阀分别与所述蓄能器、连接执行油缸上腔的油路、连接执行油缸下腔的油路和连接油箱的油路连接形成关阀油路;所述第一防火阀与所述关阀控制阀并联,且第一防火阀分别与所述蓄能器和连接执行油缸上腔的油路连接;
所述开阀控制阀分别与所述蓄能器、连接执行油缸上腔的油路、连接执行油缸下腔的油路和连接油箱的油路连接形成开阀油路;所述第二防火阀与所述开阀控制阀并联,且第二防火阀分别与连接油箱的回油路和连接执行油缸下腔的油路连接。
有些方案中,所述开阀控制阀和关阀控制阀由三位四通电磁阀替代。
有些方案中,所述关阀控制阀、开阀控制阀和第一防火阀均通过第一单向节流阀与连接执行油缸上腔的油路连接;所述开阀控制阀、关阀控制阀和第二防火阀均通过第二单向节流阀与连接执行油缸下腔的油路连接。
有些方案中,所述第一防火阀或第二防火阀包括:阀体;阀芯;压套;弹簧和易熔塞;所述阀体内沿轴向开设工作通孔,该工作通孔轴向一端为易熔塞安装口,另一端为介质进出口;工作通孔的侧壁上开设第一进出口;所述阀芯、弹簧、压套沿轴向依次安装于所述工作通孔中,所述易熔塞安装于易熔塞安装口中并压紧工作通孔中的各部件,在压紧状态下,所述阀芯关闭所述介质进出口;易熔塞泄压后,阀芯、弹簧和压套向远离介质进出口的方向运动,第一进出口与介质进出口相通;
所述第一防火阀的介质进出口与蓄能器连接、第一进出口与连接执行油缸上腔的油路连接;
所述第二防火阀的介质进出口连接与连接油箱的回油路连接、第一进出口与连接执行油缸上腔的油路连接。
有些方案中,所述压紧状态下,工作通孔内易熔塞与压套连接结构所在区域的工作通孔内径大于所述连接结构的径向尺寸、同时大于所述介质进出口的口径,所述易熔塞与压套连接结构与工作通孔内壁之间形成腔体,所述阀体内开设有与外界相通的导流通孔,该导流通孔对内与所述腔体相通。
有些方案中,还包括紧急关断油路,所述紧急关断油路包括紧急关断电磁阀、第一液控单向阀和第二液控单向阀,所述紧急关断电磁阀分别与蓄能器、第一液控单向阀的导压口、第二液控单向阀的导压口和连接油箱的回油路连接;所述第一液控单向阀分别与蓄能器和连接执行油缸上腔的油路连接,所述第二液控单向阀分别与连接执行油缸下腔和连接油箱的回油路连接。
有些方案中,还包括蓄能器充压油路,该蓄能器充压油路上设有油泵和第二截止阀。进一步的方案中,所述蓄能器充压油路上还设有压力开关。
进一步的方案中,所述蓄能器充压油路上并联有手动油泵。进一步的方案中,所述蓄能器充压油路上并联有排油泄压油路,该排油泄压油路上设有第一截止阀。进一步的方案中,所述蓄能器充压油路上并联有溢流回油路,该溢流回油路上设有溢流阀。
有些方案中,所述蓄能器通过节流阀与所述开阀控制阀连接,所述节流阀上并联有调速电磁阀。
本发明的有益效果是:
(1)在液压系统油路中设置了两个防火泄放阀,在火灾时防火阀打开,自动连通油路实现关断阀门;防火泄放阀可以在火灾发生时自动感知环境温度,无论事故现场有电或断电一旦环境达到危险温度就可以自动关断阀门,具有很高的安全性。火灾发生执行紧急关断后,只需现场更换防火泄放阀中的易熔元件,使用常规工具操作方便简单,可以快速恢复电液执行机构的防火功能。
(2)进一步,系统中设紧急关断油路,且紧急关断油路与正常开关阀为两个并联设计的回路,可独立调整开、关阀和紧急关断的速度,冗余设计的液压回路使系统安全性更高;
除此之外,紧急关断油路采用低功耗电磁阀作为紧急关断控制阀,正常工作时该电磁阀常通电断开油路,起到蓄能器保压的作用,当火灾断电时电磁阀打开使蓄能器内的高压油与液压油缸上腔连通,高压油推动液压油缸活塞执行关阀动作。解决了现有执行机构断电情况下无法动作的问题,实现了紧急情况断电时自动关闭阀门的功能;紧急关断控制回路采用一个常通的两位三通电磁阀作为先导控制,并且给电磁阀常通电使其处于关闭状态,若系统故障失电,则电磁阀失电切换至打开状态,控制两个液控单向阀,实现关阀动作,电磁阀作为先导阀的设计方法使紧急关断的最大流量不受电磁阀流量影响,选用功率很小的电磁阀即可实现大流量的快速关断。
另外,本发明的紧急关断油路具有屏蔽紧急关断的功能,由于检修或其他原因需要临时下电但又要使阀门保持打开状态时,可临时屏蔽紧急关断功能,可以手动或电动执行正常开、关阀动作。
(3)本发明的控制系统具有减速接近的功能,使阀门快速关断时在接近关闭位置时减速,防止冲击损伤阀座以及管道水击的影响。
具体实施方式
除非有其他特殊说明,本文中的术语根据相关领域普通技术人员的常规认识理解。
“多位多通阀或多通多位电磁阀”中的“所位”是指电磁阀在整个系统中的多个工作状态;“多通”是指电磁阀上的多个进出口。根据本发明的方案及效果可知,本发明控制系统中的关阀控制阀、开阀控制阀、紧急关断电磁阀和调速电磁阀为多位多通阀或多位多通电磁阀,具体位数及通数由相应阀门在系统中做执行的工作状态和连接的对象解决。需要说明的是,本领域技术人员根据本发明的方案,本发明控制系统中的多位多通阀或多位多通电磁阀可以替换为多个控制阀门实现相应功能。
本发明的控制系统适用于控制罐根阀及与罐根阀工作工况相同的阀门,如闸阀、球阀、蝶阀等安全切断阀(在本文中统称被控阀),具体是通过控制被控制阀的执行油缸控制阀门的开、关。本文所述执行油缸上腔和下腔为一种方向的指代,不具备实质方位限定作用,需要说明的是,在本文中执行油缸内的活塞杆被上腔液压油驱动向下腔运动时,被控阀关闭,反之打开。本文中的执行油缸可更换为旋转型油缸,实现顺时针或逆时针的旋转动作,相应的方位可替换为顺时针和逆时针。
实施例1:
参见图1所示,本发明的液压控制系统包括蓄能器5、第一防火阀18、第二防火阀19、连接执行油缸5上腔的油路、连接执行油缸5下腔的油路和连接油箱23的回油路;其中:关阀油路上设有关阀控制阀,该关阀控制阀分别与所述蓄能器、连接执行油缸上腔的油路和连接油箱的油路连接形成关阀油路;所述第一防火阀与所述关阀控制阀并联,且第一防火阀分别与所述蓄能器和连接执行油缸上腔的油路连接;开阀油路上设有开阀控制阀,该开阀控制阀分别与所述蓄能器、连接执行油缸上腔的油路、连接执行油缸上腔的油路和连接油箱的油路连接形成开阀油路;所述第二防火阀与所述开阀控制阀并联,且第二防火阀分别与所述连接油箱的回油路和连接执行油缸下腔的油路连接。
待机状态下,即被控阀处于常态(打开状态),本发明控制系统中的关阀控制阀、开阀控制阀、第一防火阀和第二防火阀均关闭,蓄能器处于保压保持状态。
需要关闭被控阀时,打开关阀控制阀,高压油由蓄能器5经关阀控制阀、连接执行油缸上腔的油路流入执行油缸15上腔,执行油缸下腔的液压油经连接执行油缸下腔的油路、关阀控制阀和连接油箱的回油路流回油箱中,高压油推动执行油缸的活塞杆向下运动从而驱动被控阀门关闭。关阀后系统回至待机状态。
需要打开被控阀时,关闭关阀控制阀,打开开阀控制阀,高压油由蓄能器5经开阀控制阀、连接执行油缸下腔的油路流入执行油缸15下腔,执行油缸上腔的液压油经连接执行油缸上腔的油路、开阀控制阀和连接油箱的回油路流回油箱中,高压油推动执行油缸的活塞杆向上运动从而驱动被控阀门打开。开阀后系统回至待机状态。
如遇火灾时,被控阀需被紧急关闭,周围环境温度升高至80℃(或其他防火泄放阀设定温度),控制系统中第一防火阀和第二防火阀被高温条件打开,高压油由蓄能器5经第一防火阀、连接执行油缸上腔的油路流入执行油缸15上腔,执行油缸下腔的液压油经连接执行油缸下腔的油路、第二防火阀和连接油箱的回油路流回油箱中,高压油推动执行油缸的活塞杆向下运动从而驱动被控阀门关闭。
还有些方案中,上述方案中的关阀控制阀和开阀控制阀集成为一个多位多通阀,如图1所示为三位四通电磁阀20,该阀作为方向切换阀,其工作状态由图中箭头所示,在待机状态时,该三位四通电磁阀截止,既能保持蓄能器5的压力,又能将阀门位置锁定;需要关阀时,该阀左侧得电;需开阀时,三位四通电磁阀20右侧得电。以图1所示整体控制系统为例,进一步详细说明控制系统的工作原理:
进一步的方案中,上述方案中的关阀控制阀、开阀控制阀和第一防火阀均通过第一单向节流阀与连接执行油缸上腔的油路连接;开阀控制阀、关阀控制阀和第二防火阀均通过第二单向节流阀与连接执行油缸下腔的油路连接。调节第一节流阀16可调整开阀速度快慢,调节第二节流阀17可调整关阀速度快慢,有利于维护正常使用过程中管道和阀门的寿命。
还有些方案中,所述连接油箱的油路上连接有过滤器22。
实施例2:
本发明的第一防火阀或/第二防火阀可选用市售防火阀,优选的示例中,可采用图2所示防火阀,该防火阀阀包括易熔塞0-1、阀体0-5、阀芯0-4、压套0-2和弹簧0-3;阀体内沿轴向开设有工作通孔,该工作通孔的一端用于安装易熔塞,另一端为介质进出口0-504,介质进出口的侧壁上开设有第一进出口0-505;
所述阀芯、弹簧和压套沿轴向依次安装于工作通孔中,易熔塞安装于工作通孔一端,依次压紧压套、弹簧和阀芯,使得阀芯端部堵住介质进出口和第一进出口或者阀芯阻断介质进出口和第一进出口505;如遇火灾,易熔塞消融,释放压力,在弹簧和介质压力的作用下,压套、阀芯向远离介质进出口的方向运动,介质进出口和第一进出口相同,阀门打开;
所述第一防火阀的介质进出口与蓄能器连接、第一进出口与连接执行油缸上腔的油路连接;所述第二防火阀的介质进出口连接与连接油箱的回油路连接、第一进出口与连接执行油缸上腔的油路连接。
并且,还可通过调节易熔塞0-1的拧紧力矩或通过测量易熔塞上端面到阀体5上端面的相对距离间接测量弹簧变形量来改变阀芯的压紧力,以适应不用的系统。如高压系统中,泄放阀密封时阀芯所需压紧力大,此时选较大的易熔塞0-1的拧紧力矩和较大的弹簧0-3的变形量;低压系统中,阀芯所需压紧力小,此时选较小的易熔塞1的拧紧力矩和较小的弹簧3的变形量。优选的方案中,上述方案中的弹簧采用组合碟簧作为弹性元件,相比普通弹簧,体积更小,可提供更大的压紧力。进一步的,改变碟簧的组合方式和数量可调节组合碟簧的变形量和压紧力。在阀入口压力小时,可调节使用较小的压紧力可提高易熔塞和组合碟簧的使用寿命,在阀入口压力大时,可调节使用较大的压紧力使阀芯密封可靠。
更优选的方案中,为确保泄放阀可在高压环境中工作,上述图2所示防火阀的阀工作通孔内局部径向尺寸大于内部其余部位的径向尺寸,同时大于介质进出口的孔径,局部具体位置是:在易熔塞压紧状态下,压套的与易熔塞连接的端部所在部位,在该局部位置工作通孔内壁与内部所容纳结构(即易熔塞与压套连接结构)之间形成腔体0-202,阀体内开设有与该腔体相通的导流通孔0-507,同时导流通孔的另一端与外界相通。通过导流孔可将介质进出口0-504的油路压力导入腔体0-202中,利用腔体0-202和介质进出口0-504处的面积差值,减小阀芯和阀体之的密封力,减小弹簧0-3的力,进而使易熔塞合金对压套压紧力变小,易容合金在压紧力作用下不易产生变形,使得泄放阀能在入口高压下使用。具体的,如本实例中,介质进出口0-504处的横截面积为12.6㎡,腔体0-202处油液作用在压套上的横截面积为11.7㎡,当压力为20Mpa时,可将作用在阀芯上的轴向力由252N降低到18N,大大降低高压下阀芯所需的密封力。
上述实施例更优选的方案是,其中的易熔塞包括外筒和设于外筒内的易熔合金件,压紧状态下,易熔合金件压在压套上,易熔合金与阀芯隔绝密封,融化的合金不会污染油路,火灾发生执行紧急关断后,防火泄放阀的易熔合金融化,只需现场更换防火泄放阀中的易熔合金感温元件,可以快速恢复电液执行机构的防火功能。
具体方案中,所述第一进出口0-505的个数可以为一个或多个,如图3所示为多个,且沿工作通孔的周向均匀分布。
为更好的实现阀内油路的密封,具体方案中可以在第二进出口与弹簧之间设密封件,具体可以在阀芯外壁的相应位置开设凹槽,凹槽内设密封圈。还可以在压套外壁相应位置开设凹槽,该凹槽们设密封圈。还可以采取易熔塞通过螺纹及密封圈与阀体连接。
为更好实现阀芯端口与介质进出口之间的连通或阀芯端口对介质进出口的密封,阀芯端部具体为设开口的端部为锥形结构,该锥形结构端部可伸入所述介质进出口中。
使用时,阀体0-5通过螺纹安装于其他零件上,如在阀块上加工与阀体相配合的插孔即可安装,阀体外壁设凹槽、凹槽内设密封圈与上述插孔配合,实现密封和安装。
还有些优选的方案中,压套0-2顶部设有凸台与易熔塞中的易熔合金件接触。压套0-2底部设凹槽、阀芯0-4顶部设与凹槽适配的凸出结构,两者通过凹槽和凸出结构连接。
实施例3:
还有些方案中,本发明的控制系统中设有紧急关断油路,用于在供电出现故障时,紧急关断被控阀,参考图1所示,紧急关断油路包括紧急关断电磁阀11、第一液控单向阀12和第二液控单向阀14,其中紧急关断电磁阀分别与蓄能器、第一液控单向阀的导压口、第二液控单向阀的导压口和连接油箱的油路连接;第一液控单向阀分别与蓄能器和连接执行油缸上腔的油路连接,所述第二液控单向阀分别与连接执行油缸下腔和连接油箱的回油路连接。
紧急关断电磁阀11采用低功耗两位三通电磁阀作为紧急关断先导控制阀,正常工作时该电磁阀常通电断开油路,起到蓄能器保压的作用;
如图1所示,待机状态时,蓄能器出口与两位三通电磁阀11的P1口,三位四通电磁阀20的P口以及两个防火泄放阀的P2、P3口连接,两位三通电磁阀11始终保持得电,三位四通电磁阀20失电,P、P1、P2、P3口均为截止状态,为蓄能器保压;
当火灾或其他紧急情况断电时,系统断电,两位三通电磁阀11失电,紧急关断电磁阀11打开,即图1所示P1与B1连通,蓄能器5内的高压油进入第一液控单向阀12和第二液控单向阀14的导压口,此时第一液控单向阀12和第二液控单向阀14打开,高压油由蓄能器5经第一液控单向阀12流入执行油缸15上腔,执行油缸15下腔的液压油经第二液控单向阀14流回油箱中,高压油推动执行油缸的活塞杆向下运动从而驱动阀门关闭。由于紧急关断电磁阀控制的是导压口,可选用通经小、功率低的电磁阀常通电,必要时只需提高液控单向阀的通经即可满足系统大流量的要求,可通过功率很小的电磁阀实现大流量的快速关断,减低系统功耗,延长该电磁阀寿命。有选方案中,第一液控单向阀通过第二单向阀13与连接执行油缸上腔的油路连接。
手动操作两位三通电磁阀11使该阀保持得电位置可屏蔽紧急关断的功能,此时断电后不执行紧急关断,可正常远控或本地执行关阀、开阀油路的开、关阀操作。检修时,手动切换两位三通电磁阀11屏蔽紧急关断功能,此时系统无论有电或断电,均可由关阀和开阀油路进行开、关阀操作。
优选方案中,上述方案中关阀控制阀、开阀控制阀和第一防火阀均通过第一单向节流阀16与连接执行油缸上腔的油路连接;开阀控制阀、关阀控制阀和第二防火阀均通过第二单向节流阀17与连接执行油缸下腔的油路连接,而紧急关断电路中第一液控单向阀和第二液控单向阀不经过相应单向节流阀,这样紧急关断的速度不受影响,可实现关阀油路和开阀油路的速度可调、紧急关断油路快速关断,关阀油路和开阀油路的可调速度有利于正常使用过程中管道和阀门的寿命,而紧急情况下又能实现快速关断。
实施例4:
上述实施例方案基础上更进一步的方案中,本发明的控制系统还包括蓄能充压油路,用于给蓄能器充压,参见图1所示,所述蓄能充压油路上设有油泵4、单向阀7和第二截止阀,待机状态下,第二截止阀6为常开,电机3旋转驱动油泵4打开单向阀7向蓄能器5充压,蓄能器由于氮气压缩增压。
进一步方案中,为实现自动控制,所述蓄能充压电路上还设有压力开关8,当蓄能器压力达到压力开关8设定值时电机停止转动,蓄能器处于保压保持状态。如压力开关读取蓄能器5的出口压力,压力不足16MPa时蓄能器充压,压力达到设定值18MPa时电机失电。
可选的方案有,所述蓄能器充压油路上并联有手动油泵21,当油泵4出现故障或停电时可以手动工作,手动操作时,关闭常开截止阀6,手动切换三位四通电磁阀的左、右位,按压手动泵完成开阀或关阀动作。
还可选的方案有,所述蓄能器充压油路上并联有排油泄压油路,该排油泄压油路上设有第一截止阀1,第一截止阀1为常闭阀,在蓄能器检修或维护时用于排油泄压。
除此之外可选的方案是,所述蓄能器充压油路上并联有溢流回油路,该溢流回油路上设有溢流阀2,蓄能器压力过高时经溢流阀2溢流回油箱,用于保护系统高压油路。
实施例5:
上述方实施例方案进一步的方案是,所述蓄能器出口连接有节流阀9,所述节流阀上并联有调速电磁阀10。具体方案中,调速电磁阀可选用两位两通电磁阀,该阀通电时关闭,液压油经节流阀9流入执行油缸,两位两通电磁阀10的断电时打开,液压油经两位两通电磁阀10流入执行油缸,两位两通电磁阀选用较大通径,实现大流量快速关阀,需要减速时两位两通电磁阀得电,液压油经节流阀9,通过调整节流阀9可调节流量大小。例如在开、关阀时,阀门运动至90%位置时两位两通电磁阀10得电,此时高压油经节流阀9控制流量调整速度,可在接近全开或全关位置时减速接近,防止高速冲击对阀座造成的损伤。
上述实施例是本发明的部分示例,需要说明的是,本领域技术人员在本发明公开内容基础上所做的同等替换或改进均在本发明的保护范围内。