CN114233918A - 一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统，位于阀体上方设置有与丝杠相连的驱动系统，所述驱动系统包括机壳组件、定子、非导磁屏蔽壳体、转子组件以及控制组件；所述机壳组件内侧设置定子，定子内侧设置非导磁屏蔽壳体，非导磁屏蔽壳体内侧设置转子组件，转子组件与丝杠相连；所述非导磁屏蔽壳体上端与机壳组件相接、下端固定于机壳组件上，所述控制组件用于控制阀体内闸板的整个动作过程以实现闸板的开启或关闭。本发明实现了阀门的精准开闭控制，提升了阀门的工作效率，降低了阀门的工作能耗，取消了现有异步电机冗长的传动链。
Description
技术领域
本发明属于高温、高压、防泄漏介质环境下应用的电动闸阀驱动技术领域，具体地是涉及一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统。
背景技术
阀门是流体运输过程中的重要组成装置，其在各个行业应用较广，主要有石油、石化、化工、冶金、电力、水利、城建、消防，机械、煤炭、食品及船舶等领域。其中，闸阀主要应用在化工、核电、以及舰艇等重要领域，尤其是在运输和盛装高温、高压、高放射性、剧毒性介质的装置和设备中，对阀门的可靠性、安全性、精准性的要求更为严格。
目前现有阀门驱动技术中，全封闭屏蔽驱动结构已得到广泛的应用，例如，专利号为201710203884.4的发明专利是采用密封屏蔽结构的一种旋转式阀门驱动装置，但其仅是通过线圈与永磁体的电磁力使阀杆同步转动90°，对于闸阀来说行程受到限制；屏蔽结构上下均有密封，永磁体未做特殊选型与处理，这些设计方式难以满足高温、高压及腐蚀性介质的使用环境。专利号为201020231772.3的实用新型专利是采用全屏蔽结构的电动闸阀电传动装置，但其驱动方式为“鼠笼转子+减速机”的异步减速驱动模式，这种设计方式启动电流大，无法实现阀门的精准开闭，传动链冗长，且鼠笼转子的铜或铝极易与高温介质发生反应，污染阀体内的介质。
发明内容
本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统；本发明的永磁直驱系统采用了一体式全屏蔽结构伺服控制的结构形式，不仅很好的克服了现有技术的缺陷，而且实现了对阀门的高效与精准控制，扩大了阀门的使用范围，提升了阀门的可靠性与安全性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统，其特征在于：位于阀体上方设置有与丝杠相连的驱动系统，所述的驱动系统包括机壳组件、定子、非导磁屏蔽壳体、转子组件以及控制组件；所述的机壳组件内侧设置定子，定子内侧设置非导磁屏蔽壳体，非导磁屏蔽壳体内侧设置转子组件，转子组件与丝杠相连；所述的非导磁屏蔽壳体上端与机壳组件相接、下端固定于机壳组件上，所述的控制组件用于控制阀体内闸板的整个动作过程以实现闸板的开启或关闭。
作为本发明的一种优选方案，所述的机壳组件包括机壳壳体、端盖、顶盖及接线盒，端盖、顶盖分别设置于机壳壳体顶部的外侧和内侧；所述端盖通过端盖紧固螺栓固定于机壳壳体上，所述顶盖与机壳壳体顶部之间通过螺纹紧密相连；所述机壳壳体外表面圆周设置有接线盒与散热筋，所述接线盒与控制组件相连。其中，所述的散热筋能够起到散热和加固机壳壳体的作用。
进一步地，所述的顶盖与机壳壳体的螺纹连接处设置有O型密封圈；通过所述的O型密封圈对顶盖与机壳壳体之间的间隙进行密封，起到保护机壳壳体内定子的作用。
进一步地，所述的顶盖内侧由上至下呈内锥台形结构。
进一步地，所述的接线盒采用陶瓷密封。
作为本发明的另一种优选方案，所述的非导磁屏蔽壳体上端呈外锥台形结构，非导磁屏蔽壳体上端的外锥台形结构与顶盖的内锥台形结构相配合，非导磁屏蔽壳体下部为非导磁屏蔽壳台肩用于非导磁屏蔽壳体外侧定子的限位固定，定子外壁紧贴机壳壳体内壁，非导磁屏蔽壳体底部通过螺栓固定于机壳壳体底部法兰上，非导磁屏蔽壳体与转子组件之间设有气隙；机壳组件底部与阀体之间通过法兰、法兰紧固螺栓、密封垫相连，密封垫设置于机壳壳体底部法兰与阀体法兰之间。
进一步地，所述的非导磁屏蔽壳体与机壳壳体材质均采用致密锻造的TC4钛合金。
具体地，所述顶盖的内锥台形结构与非导磁屏蔽壳体的外锥台形顶端配合，承受阀体内高压介质通过非导磁屏蔽壳体传递的压力；所述非导磁屏蔽壳体与转子组件之间设有气隙，这样定、转子在气隙中发生电枢反应，从而进行能量传递。
作为本发明的另一种优选方案，所述的定子由铁心与线圈组成，定子的铁心采用硅钢冲片叠压而成，定子槽型为梨形半闭口槽，定子绕组采用集中式绕组散绕组下线；定子槽绝缘材料采用绝缘等级180℃、6650NHN型号的聚酰亚胺薄膜。
作为本发明的另一种优选方案，所述的转子组件由永磁体、转子铁心、中空轴、轴承组件、丝杠螺母、紧固内套、紧固螺栓组成，永磁体采用内置式径向结构，永磁体固定于转子铁心卡槽内，转子铁心与中空轴通过紧固螺栓进行连接；轴承组件包括调心轴承、推力轴承，中空轴上部与内嵌在非导磁屏蔽壳体内层槽内的调心轴承配合连接，中空轴下部与安装在紧固内套内的两列推力轴承配合连接；丝杠螺母通过螺母紧固螺钉固定到中空轴下端法兰上，丝杠螺母与连接杆上方的丝杠相连，紧固内套与非导磁屏蔽壳体内层通过螺纹连接，并用防松销轴对二者进行定位。
进一步地，所述的永磁体采用耐高温牌号钐钴永磁材料，且永磁体表面采用电喷涂石墨烯防腐蚀处理。
进一步地，所述的丝杠螺母采用非导磁不锈钢或TC4钛合金。
具体地，本发明的转子采用中空转鼓型式，将永磁材料均布于转鼓周向，转鼓的空间结构完全传递电机所产生的转矩，同时利用转子中空部分作为丝杠提升空间，从而降低了整机高度。
具体地，本发明的丝杠螺母与丝杠间、推力轴承处、调心轴承处利用充满在非导磁屏蔽壳体内腔的管道介质进行润滑，从而省去了回转组件的定期润滑处理，避免了润滑油脂对管道介质的污染。
另外，所述的定子与转子铁心均采用DW470-50型无取向冷轧硅钢片叠压而成。
作为本发明的另一种优选方案，所述的控制组件包括PLC控制器、变频器、霍尔电流变送器，位于变频器的进线端安装霍尔电流变送器，变频器与PLC控制器电连接，变频器与机壳壳体上的接线盒电连接。
具体地，针对阀体的闸板启停和锁死采用堵转电流与行程时间双重控制，闸板开启或关闭到指定位置后，转子堵转，霍尔电流变送器检测定子绕组电流瞬间变大，通过PLC控制器逻辑控制变频器停机；同时，在闸板开启或关闭过程中，通过PLC控制器记录开启或关闭结束后的有效时间，与限位电流联合作为联锁判断。在PLC控制器的控制输入端可以对阀体的闸板关闭和开启的联锁阈值进行设定。
本发明的全封闭低速永磁直驱系统可应用于温度≤350℃、压力≤30MPa介质环境的闸阀电驱动领域。
另外，所述的丝杠与丝杠螺母因其螺纹角度形成自锁，丝杠轴向力不能推动丝杠螺母转动的摩擦力，从而形成机构自锁，使闸阀关闭时，闸板无反弹。
本发明的有益效果。
本发明所提供的一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统，与现有技术相比，通过所述的机壳组件、定子、非导磁屏蔽壳体、转子组件以及控制组件的结合组成了一体式全封闭、全屏蔽结构伺服控制的结构形式；该永磁直驱系统实现了阀门的精准开闭控制，提升了阀门的工作效率，降低了阀门的工作能耗，取消了现有异步电机冗长的传动链。该永磁直驱系统可应用于高温、高压介质环境的电动闸阀，同时使管道内部介质不受外部杂质渗漏影响，对介质流量实现精准控制，从而保证内部介质的纯度及阀门运行的精准性与可靠性。
附图说明
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，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方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统的结构示意图。
图中标记：101为阀体，102为闸板，103为连接杆，104为丝杠；201为丝杠螺母，202为推力轴承，203为转子组件，204为非导磁屏蔽壳体，205为定子，206为机壳壳体，207为调心轴承，208为端盖，209为螺母紧固螺钉，210为法兰紧固螺栓，211为密封垫，212为端盖紧固螺栓，213为顶盖，214为紧固内套，215为防松销轴。
具体实施方式
结合附图所示，本发明一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统，包括机壳组件、定子205、非导磁屏蔽壳体204、转子组件203及控制组件，定子203内嵌于机壳组件内，定子203外壁紧贴机壳壳体206内壁，定子203位置由非导磁屏蔽壳台肩限定；非导磁屏蔽壳体204位于定子205与转组件之间，固定在机壳壳体206上，将转子组件和丝杠104屏蔽在其腔体内部。转子组件通过丝杠螺母201将转矩传递给闸板102上方连接的丝杠104，带动闸板102沿转子组件轴线方向上下移动，整个动作过程均采用PLC控制器控制阀门闸板102的开启或关闭。
具体地，机壳壳体206上部设有外部端盖208，通过端盖紧固螺栓212把合到机壳壳体206上，机壳壳体206下部为带螺纹的顶盖213，顶盖213内凹槽与非导磁屏蔽壳体204顶端凸起相配合，通过O型密封圈对顶盖213与机壳壳体206之间的间隙进行密封，非导磁屏蔽壳体204外侧为定子205，外侧紧贴于定子205内侧。非导磁屏蔽壳体204内侧为转子组件203，非导磁屏蔽壳体204固定在定子205内腔，与转子组件203之间留有气隙，形成转子转动空间。调心轴承207安装在非导磁屏蔽壳体204顶部内侧凹槽内，转子组件203的中空轴上部安装有调心轴承207，转子组件203的中空轴下部安装有两个推力轴承202，从而保证转子旋转顺利，转子组件203下部安装有丝杠螺母201，通过螺母紧固螺钉209把合到转子组件203中空轴下端法兰上，推力轴承202安装在紧固内套214内，承受上部转子的重量，紧固内套214与非导磁屏蔽壳体204为螺纹连接，通过防松销轴215将两者定位。
当驱动系统通电后，转子组件203上的永磁体产生的磁场与定子205产生的旋转磁场相互作用发生转动，转子组件203通过螺母紧固螺钉209带动丝杠螺母201进行转动，丝杠螺母201沿轴向旋转，其内孔的梯形螺纹与丝杠104的对应螺纹啮合，从而带动丝杠104沿轴向向上运动，丝杠104通过连接杆103带动闸阀的闸板102开启，从而管道内介质进行流通。介质在通过闸板102的过程中，沿闸板102缝隙向上流动，进入到非导磁屏蔽壳体204与机壳壳体底部法兰及阀体法兰、密封垫211组成的封闭腔体内。腔体内介质浸润丝杠104、丝杠螺母201、转子下部推力轴承202及上部调心轴承207，起局部润滑及冷却作用。
对本发明驱动系统的控制组件控制闸阀闸板102动作的工作过程进行阐述：(1).当闸板102开启到最大位置时，丝杠104上升到最高点，丝杠螺母201受阻引起转子组件203堵转降速的同时，电机电流增大，霍尔电流变送器将电流信号反馈给PLC控制器，使变频器断电，闸板102停在最大开启位置。(2).当闸阀关闭时，接通电源，使转子组件203反向旋转，闸板102逐渐下落到完全封闭时，转子组件203堵转降速的同时，电机电流增大，霍尔电流变送器将电流信号反馈给PLC控制器，使变频器断电，闸板102停在完全封闭位置。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统；其特征在于：位于阀体上方设置有与丝杠相连的驱动系统，所述的驱动系统包括机壳组件、定子、非导磁屏蔽壳体、转子组件以及控制组件；所述的机壳组件内侧设置定子，定子内侧设置非导磁屏蔽壳体，非导磁屏蔽壳体内侧设置转子组件，转子组件与丝杠相连；所述的非导磁屏蔽壳体上端与机壳组件相接、下端固定于机壳组件上，所述的控制组件用于控制阀体内闸板的整个动作过程以实现闸板的开启或关闭。
2.根据权利要求1所述的一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统，其特征在于：所述的机壳组件包括机壳壳体、端盖、顶盖及接线盒，端盖、顶盖分别设置于机壳壳体顶部的外侧和内侧；所述端盖通过端盖紧固螺栓固定于机壳壳体上，所述顶盖与机壳壳体顶部之间通过螺纹紧密相连；所述机壳壳体外表面圆周设置有接线盒与散热筋，所述接线盒与控制组件相连。
3.根据权利要求2所述的一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统，其特征在于：所述的顶盖与机壳壳体的螺纹连接处设置有O型密封圈；所述的顶盖内侧由上至下呈内锥台形结构；所述的接线盒采用陶瓷密封。
4.根据权利要求1所述的一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统，其特征在于：所述的非导磁屏蔽壳体上端呈外锥台形结构，非导磁屏蔽壳体上端的外锥台形结构与顶盖的内锥台形结构相配合，非导磁屏蔽壳体下部为非导磁屏蔽壳台肩用于非导磁屏蔽壳体外侧定子的限位固定，定子外壁紧贴机壳壳体内壁，非导磁屏蔽壳体底部通过螺栓固定于机壳壳体底部法兰上，非导磁屏蔽壳体与转子组件之间设有气隙；机壳组件底部与阀体之间通过法兰、法兰紧固螺栓、密封垫相连，密封垫设置于机壳壳体底部法兰与阀体法兰之间。
5.根据权利要求4所述的一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统，其特征在于：所述的非导磁屏蔽壳体与机壳壳体材质均采用致密锻造的TC4钛合金。
6.根据权利要求1所述的一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统，其特征在于：所述的定子由铁心与线圈组成，定子的铁心采用硅钢冲片叠压而成，定子槽型为梨形半闭口槽，定子绕组采用集中式绕组散绕组下线；定子槽绝缘材料采用绝缘等级180℃、6650NHN型号的聚酰亚胺薄膜。
7.根据权利要求1所述的一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统，其特征在于：所述的转子组件由永磁体、转子铁心、中空轴、轴承组件、丝杠螺母、紧固内套、紧固螺栓组成，永磁体采用内置式径向结构，永磁体固定于转子铁心卡槽内，转子铁心与中空轴通过紧固螺栓进行连接；轴承组件包括调心轴承、推力轴承，中空轴上部与内嵌在非导磁屏蔽壳体内层槽内的调心轴承配合连接，中空轴下部与安装在紧固内套内的两列推力轴承配合连接；丝杠螺母通过螺母紧固螺钉固定到中空轴下端法兰上，丝杠螺母与连接杆上方的丝杠相连，紧固内套与非导磁屏蔽壳体内层通过螺纹连接，并用防松销轴对二者进行定位。
8.根据权利要求7所述的一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统，其特征在于：所述的永磁体采用耐高温牌号钐钴永磁材料，且永磁体表面采用电喷涂石墨烯防腐蚀处理。
9.根据权利要求7所述的一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统，其特征在于：所述的丝杠螺母采用非导磁不锈钢或TC4钛合金。
10.根据权利要求1所述的一种电动闸阀用全封闭低速永磁直驱系统，其特征在于：所述的控制组件包括PLC控制器、变频器、霍尔电流变送器，位于变频器的进线端安装霍尔电流变送器，变频器与PLC控制器电连接，变频器与机壳壳体上的接线盒电连接。
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2020
- 2020-11-26 CN CN202011396572.8A patent/CN114233918A/zh active Pending
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