CN115750893A - 用于超程保护和阀芯卡滞预警的阀门直行程机构及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超程保护和阀芯卡滞预警的阀门直行程机构及其方法。该阀门直行程机构包括导向杆、法兰盘、限位装置以及导向筒。所述的限位装置，包括限位连接座、限位挡板、位移传感器、限位螺母、限位弹簧以及限位杆。本发明通过限位装置在阀杆超行程时电机停止工作并锁死丝杆的进一步位移，实现了执行器超程保护。同时当阀杆发生倾覆卡滞时，通过限位装置实现预警并调整电机输出力矩。本发明为直行程执行器的超程保护和卡滞预警设计提供了有力参考。

Description

用于超程保护和阀芯卡滞预警的阀门直行程机构及其方法

技术领域

本发明属于阀门执行器领域，特别涉及一种用于超程保护和阀芯卡滞预警的阀门直行程机构及其方法。

背景技术

电动机通过传动机构推动阀门阀杆线性运动，从而能够实现阀门的启闭动作。然而，现有执行器不具备超程保护结构或超程保护不及时，容易在阀门执行器电路失控时，或者执行器复位产生偏差时，导致执行器发生超程。同时，阀门阀芯在流体冲击下，特别是塞型阀芯，容易产生不平衡力矩，从而导致阀杆倾覆卡滞。以上两种情况的发生易对该执行器或相配合的阀门造成损伤。

在申请号为CN202110737378.X的发明专利中，公开了一种回转阀门执行器的直行程机构。该机构的输出件上固定有抵持件，抵持件的外侧壁上设有多个限位槽，多个滚轮沿定位座的周向均匀分布于定位座上，滚轮对应限位槽设有多个，多个滚轮一一对应地配合抵持在多个限位槽中。当输出件运动并超出设定行程时，此时抵持件将会脱离与滚轮的接触，使滚轮停止转动，即可控制回转阀门执行器停转，从而起到超程保护的作用。

但是，上述直行程机构中由滚轮与抵持件的脱离与否来进行超程保护，其可调整性和可靠性不高。而且，依然无法实现阀芯卡滞预警的功能。因此，有必要在阀门直行程机构上设置一种具有较高调整性和可靠性的超程保护和阀芯卡滞预警功能，来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种用于超程保护和阀芯卡滞预警的阀门直行程机构及其方法。本发明通过限位装置在阀杆超行程时电机停止工作并锁死丝杆的进一步位移，实现了执行器超程保护。同时当阀杆发生倾覆卡滞时，通过限位装置实现预警并调整电机输出力矩。

为实现上述目的，本发明具体采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种用于超程保护和阀芯卡滞预警的阀门直行程机构，其包括法兰盘、多个限位装置、导向筒和导向杆；

所述法兰盘上开设有中心孔，所述导向杆穿过中心孔与法兰盘同轴装配；所述导向杆的顶端用于连接由外部电动执行机构驱动的丝杆，底端用于连接阀门的阀杆，能够由丝杆直线驱动导向杆和阀杆沿法兰盘的轴向伸缩移动；

所述导向筒同轴套装于法兰盘下方的导向杆上并随导向杆同步伸缩；所述导向筒的外壁上具有至少两对沿导向筒轴向开设的导向槽，所有导向槽绕导向筒的外壁环向均匀间隔布置且形状和尺寸参数相同，每一对导向槽均处于同一个穿过导向筒中心轴线的纵剖面上；所述导向槽包含相对远离法兰盘的第一槽段和相对靠近法兰盘的第二槽段；所述第一槽段为等深槽段，第二槽段的一端与第一槽段平滑连接，且槽深向另一端逐渐加深；

所述限位装置安装于法兰盘下方，且每个限位装置分别对应于所述导向筒上的一条导向槽；每个限位装置中具有一个始终弹性支顶于导向槽槽底且用于检测支顶位置相对槽深的检测机构。

作为上述第一方面的优选，所述限位装置包括限位挡板以及构成检测机构的位移传感器、限位螺母、限位弹簧和限位杆；

所述限位挡板与法兰盘相对固定安装，所述位移传感器通过固定架安装于限位挡板上；

所述限位杆沿导向筒的横截面径向穿过限位挡板上的通孔后垂直于导向槽方向安装，其一端作为固定端连接位移传感器，另一端为插入导向槽的检测尖端；限位杆的中部位置通过外螺纹安装有限位螺母；限位螺母位于限位挡板的外侧且无法穿过限位挡板，限位杆靠近检测尖端处设有凸出部，所述限位弹簧套在限位杆上且两端分别支顶于限位挡板内侧和所述凸出部上，从而对限位杆施加使所述检测尖端始终支顶于导向槽槽底的弹力；所述导向筒随导向杆同步轴向伸缩过程中，由位移传感器实时感应导向杆的位移，从而获得代表所述检测尖端支顶位置的相对槽深的位移值。

作为上述第一方面的优选，所述导向槽中，第二槽段的第二端部为具有与所述检测尖端匹配的圆弧形侧壁的边界死端，所述限位杆的检测尖端能够贴合第二端部实现机械锁死，无法继续移动。

作为上述第一方面的优选，所有限位装置的限位挡板均安装于一个限位连接座上，并通过限位连接座集成式安装于法兰盘的下底面。

作为上述第一方面的优选，所述导向槽中，第一槽段为平直槽段，其槽深保持不变；第二槽段包括第一端部和第二槽端部，其通过第一端部与第一槽段平滑连接，而第二端部为边界死端；所述第二槽段的槽深大于第一槽段的槽深，且第二槽段的槽深从第一端部向第二端部方向逐渐加深。

作为上述第一方面的优选，所述导向筒的内壁上上开设有键槽，用于与丝杆进行键连接；所述导向筒的侧壁上开设紧定通孔，通过向所述紧定通孔中拧入紧定螺钉相对固定导向筒和导向杆。

作为上述第一方面的优选，所述导向筒上共开设有两对导向槽，相邻导向槽之间间隔90°圆心角。

第二方面，本发明提供了一种利用上述第一方面任一方案所述阀门直行程机构的超程保护和阀芯卡滞预警方法，其包括：

S1、将所述阀门直行程机构同轴安装于外部电动执行机构中的丝杆和连接阀芯的阀杆之间，保持检测机构的末端始终支顶于导向槽槽底；在外部电动执行机构通过丝杆和导向杆对阀杆进行直行程驱动的过程中，所述导向筒能够随导向杆同步发生轴向移动；

在外部电动执行机构未工作的初始状态下，通过预先调节，使检测机构的检测末端在导向槽中的支顶位置位于第一槽段中，且该支顶位置与第二槽段之间的距离为允许的阀杆最大行程；将初始状态下各限位装置中检测机构的检测数值作为初始相对槽深；

S2、在外部电动执行机构对阀杆进行直行程驱动的过程中，通过各限位装置中的检测机构实时获取各自的检测数值作为检测末端支顶位置的实时相对槽深；基于所有限位装置中的检测机构获得的实时相对槽深，进行超程保护和阀芯卡滞预警，其中：

若所有限位装置中的检测机构获得的实时相对槽深均超过各自对应的初始相对槽深，则表明所有限位装置的检测末端均已进入第二槽段，判断外部电动执行机构的当前驱动行程超出了允许的阀杆最大行程，需执行超程保护预警并做出超程保护动作；

若存在至少一对限位装置中的检测机构各自获得的两个实时相对槽深中，一个大于对应的初始相对槽深但另一个小于对应的初始相对槽深，则表明阀杆发生倾覆现象，判断倾覆方向为检测到实时相对槽深小于对应的初始相对槽深的限位装置所在侧，需执行阀芯卡滞预警并做出卡滞保护动作。

作为上述第二方面的优选，所述超程保护动作为停止外部电动执行机构继续推动阀杆，同时检测机构的检测末端与导向槽的边界死端接触，实现机械锁死；所述卡滞保护动作为：若倾覆角度未超过预设的倾覆角上限，则控制外部电动执行机构增加对丝杆的输出力矩以消除阀芯卡滞，若倾覆角度超过预设的倾覆角上限，则停止外部电动执行机构继续推动阀杆。

作为上述第二方面的优选，所述超程保护预警时，计算每个限位装置中的检测机构获得的实时相对槽深相对于各自对应的初始相对槽深的超过量，若所有限位装置对应的超过量均大于第一阈值，则发出超程保护预警，否则不发出超程保护预警；

所述阀芯卡滞预警时，若存在至少一对限位装置中的检测机构各自获得的两个实时相对槽深中，一个大于对应的初始相对槽深且差值绝对值大于第二阈值，但另一个小于对应的初始相对槽深且差值绝对值大于第二阈值，则发出阀芯卡滞预警，否则不发出阀芯卡滞预警。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

1)本发明利用限位装置与导向筒的配合，通过限位杆的位移变化传递超程信息，同时在阀杆超行程时电机停止工作并通过机械结构锁死丝杆的进一步位移，实现了执行器的超程保护。

2)本发明利用成对设置的限位装置和导向槽，通过监控一对限位装置中两条限位杆不同位移程度来预警阀杆发生倾覆卡滞，进而通过反馈信息实现电机输出力矩调整，实现阀杆的卡滞预警及电机变力矩输出。

附图说明

为使本发明的内容更容易被理解，下面结合附图和实施案例对本发明作进一步详细说明，其中：

图1为本发明实施例中阀门直行程机构的结构示意图。

图2为本发明实施例中阀门直行程机构的爆炸分解图。

图3为本发明实施例中的导向筒轴测图。

图4为本发明实施例中的导向筒剖面图。

图5为本发明实施例中的限位装置结构示意图

图中：1、丝杆；2、法兰盘；3、限位装置；301、限位连接座；302、限位挡板；303、位移传感器；304、限位螺母；305、限位弹簧；306、限位杆；4、导向筒；401、键槽；402、紧定通孔；403、导向槽；5、导向杆。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

如图1和图2所示，在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种用于超程保护和阀芯卡滞预警的阀门直行程机构，其核心组件包括法兰盘2、多个限位装置3、导向筒4和导向杆5。下面分别对各组件的具体结构以及工作原理进行详细描述。

其中，法兰盘2的作用是作为其余组件安装的基座，其中心位置开设有中心孔，导向杆5穿过中心孔与法兰盘2同轴装配。

法兰盘2可以与电动执行机构的底座通过法兰连接，因此本实施例中在法兰盘2上环绕中心孔开设了多个通孔，可以向通孔中插入螺栓并通过螺母固定的方式将法兰盘2可拆卸式固定在电动执行机构的底座上。

导向杆5是一条圆柱形的直杆件，其顶端可连接由外部电动执行机构驱动的丝杆1，底端可连接阀门的阀杆。因此，导向杆5能够在外部电动执行机构的作用下，由丝杆1直线驱动导向杆5和阀杆沿法兰盘2的轴向伸缩移动。需要特别说明的是，本发明中导向杆5顶部连接的丝杆1，可以是单独的一条杆件，也可以是外部电动执行机构中丝杆，对此不做限制。

本发明中的超程保护和阀芯卡滞预警功能主要是通过导向筒4和多个限位装置3的配合来实现的。

如图3所示，导向筒4是一个空心的圆柱套筒，其同轴套装于法兰盘2下方的导向杆5上并能够随导向杆5同步沿轴向伸缩移动。导向筒4的内壁上上开设有键槽401，可与丝杆1进行键连接，保持相对固定。而且导向筒4的侧壁上开设紧定通孔402，通过向紧定通孔402中拧入紧定螺钉相对固定导向筒4和导向杆5。导向筒4的外壁上具有至少两对沿导向筒4轴向开设的导向槽403，所有导向槽403绕导向筒4的外壁环向均匀间隔布置且形状和尺寸参数相同。每一对导向槽403均处于同一个穿过导向筒4中心轴线的纵剖面上。本发明中导向筒4外壁上的导向槽403最少为4条，也可以更多，但必须是偶数个，两两成对布置。在本实施例中，设置了两对导向槽403，相邻导向槽403之间间隔90°圆心角。

而且，本发明中的导向槽403采用了分段式的开槽形式。如图4所示，本实施例的导向槽403包含了一段不同位置深度完全相同的等深槽段和一段不同位置深度不同的非等深槽段，其中等深槽段位于相对远离法兰盘2的一侧，称为第一槽段，而非等深槽段位于相对靠近法兰盘2的一侧，称为第二槽段。第一槽段是长度为L的平直槽段，其一端直接贯通至导向筒4的端部，另一端平滑连接第二槽段的一端，第二槽段的另一端是不贯通的死端，导向槽403到这个死端位置即截止。在第二槽段中，将连接第一槽段的一端称为第一端部，而死端称为第二端部，从第一端部到第二端部的第二槽段底面是倾斜的，第二槽段从第一端部到第二端部的槽深逐渐加深。

这种特殊的分段式的导向槽403，是用来与限位装置3进行配合使用的。限位装置3直接或者间接安装于法兰盘2下方，且每个限位装置3分别对应于前述导向筒4上的一条且仅有一条导向槽403。由于上述实施例中导向筒4上一共有四条导向槽403，因此在法兰盘2下方一共安装了四个限位装置3。每个限位装置3中具有一个检测机构，检测机构的末端称为检测末端，其始终弹性支顶于导向槽403槽底，因此可通过对该检测末端的位移变化来检测支顶位置的相对槽深。需要说明的是，由于该检测机构中检测的是检测末端的位移变化，因此其槽深并非绝对槽深，而是相对槽深。

由此，上述导向筒4和限位装置3通过配合，可以实时感知导向筒4随阀杆同步伸缩过程中的相对槽深，而每条导向槽403中第一槽段中的槽深是不变的，第二槽段中的槽深是渐变的，由此实际上就为外部电动执行机构的行程控制提供一个额外的感知参数，即通过感知槽深的变化来感知随阀杆同步伸缩的导向筒4的位置，进而实现超程保护功能。在导向槽403的第一槽段和第二槽段中，长度为L的第一槽段是整条导向槽403的主体，而第二槽段仅仅是位于导向槽403末端的一小节即可。在外部电动执行机构的正常驱动行程内，限位装置3中检测机构的检测末端均位于第一槽段中滑动，当超过正常驱动行程后才进入第二槽段，进而触发超程保护功能。因此，第一槽段的长度L需要根据实际的外部电动执行机构对阀杆的最大直线驱动行程来设计，L应当大于该最大直线驱动行程，第二槽段的长度不限，实际应用中无需过长。但为了使本发明的检测结果能够不受阀杆振动和传感器测量精度造成的误差，第二槽段中的最大槽深与第一槽段的槽深之差不宜过小，其差距应当足以超过因为阀杆振动和传感器测量精度造成的误差范围上限。

上述导向筒4和限位装置3的配合，除了实现上述超程保护功能外，还可以实现阀芯卡滞预警功能。因为导向筒4上的导向槽403是成对设置的，如果导向杆5下端连接的阀杆、阀芯出现了不平衡倾覆现象，会导致一对导向槽403上对应的两个限位装置3检测到的相对槽深出现一增一减的变化。因此，通过检测这种变化，可以来判断阀杆和阀芯是否出现了不平衡倾覆现象，同时感知其倾覆方向。

上述限位装置3中，相对槽深的检测功能可以通过多种不同形式的装置来实现，例如可以通过激光测距或者机械测距方式来实现。在本实施例中，考虑可靠性，采用了一种机械测距的方式来实现限位装置3的相应功能。

如图5所示，本实施例中的限位装置3包括限位挡板302以及构成检测机构的位移传感器303、限位螺母304、限位弹簧305和限位杆306。

其中，每一个限位装置3都以限位挡板302作为基础的安装体，限位挡板302可与法兰盘2相对固定安装。而且，限位挡板302与法兰盘2之间可以直接连接固定，也可以间接连接固定。本实施例中，为了便于整体拆装，四个限位装置3的限位挡板302均安装于一个圆盘形的限位连接座301上，并通过限位连接座301集成式安装于法兰盘2的下底面。限位连接座301上可通过固定栓柱并配合拧入螺母来使自身固定于法兰盘2的开孔上。当需要调节限位装置3的相关参数时，可以拧下整个限位连接座301。

限位挡板302具有两个侧面，本发明中为了便于描述将限位挡板302朝向导向筒4的一侧称为内侧，另一侧称为外侧。对于每个限位装置3而言，其位移传感器303通过固定架安装于限位挡板302的外侧。固定架可以设置成高度可调节的结构，从而根据实际调节位移传感器303的安装高度。限位杆306沿导向筒4的横截面径向穿过限位挡板302上的通孔，然后垂直于导向槽403方向安装。在阀门中，阀杆一般垂直安装，因此限位杆306需要水平安装。限位杆306的一端作为固定端连接位移传感器303，使限位杆306移动时其位移值能够被位移传感器303实时感知，而另一个末端为插入导向槽403的检测尖端，该检测尖端即为前述用于检测相对槽深的检测末端。限位杆306的中部具有一段外螺纹，可通过外螺纹安装有限位螺母304，限位螺母304能够沿外螺纹段通过旋转进行移动。在使用时，限位螺母304位于限位挡板302的外侧，且其尺寸大于限位挡板302上供限位杆306穿过的通孔，从而使限位螺母304无法穿过限位挡板302，形成限位作用。限位杆306靠近检测尖端处设有一圈凸出环，限位弹簧305套在限位杆306上且两端分别支顶于限位挡板302内侧和凸出环上。限位弹簧305处于压缩状态，从而可通过凸出环对限位杆306施加弹力，使限位杆306的检测尖端始终支顶于导向槽403槽底。限位杆306中部的限位螺母304的作用是调节限位弹簧305的弹力，如图5所示，在尚未装入导向筒4的状态下，可通过将限位螺母304朝向凸出环一侧移动来增大限位弹簧305的压缩程度进而增大弹力，同样的可通过将限位螺母304背离凸出环一侧移动来降低限位弹簧305的压缩程度进而减小弹力。在装入导向筒4前，一对限位装置3的两个检测尖端的间距应当调整至导向筒4装入后两个检测尖端能够支顶在各自对应的导向槽403第一槽段底部，而且此时限位螺母304需与限位挡板302外侧壁保持间距，该间距应当足以使两个检测尖端后续能够伸入第二槽段的最深位置。

由此，导向筒4随导向杆5同步轴向伸缩过程中，由位移传感器303实时感应导向杆5的位移，这个位移值即代表了导向杆5的检测尖端在导向槽403底部支顶位置的相对槽深。

而且为了便于实现超程保护的机械锁死功能，本实施例中可将第二槽段的第二端部死端的侧壁加工成圆弧形。该圆弧形侧壁需与导向杆5的检测尖端相匹配，使限位杆306的检测尖端进入第二槽段后能够贴合第二端部实现机械锁死，无法继续移动。

上述各限位装置3中位移传感器303可通过信号线与外部电动执行机构的控制器构成反馈控制系统，进而实现外部电动执行机构的自动运行和停止。

基于上述图1～图5所示的阀门直行程机构，本发明的另一较佳实施例中，进一步提供了一种超程保护和阀芯卡滞预警方法，其包括以下步骤：

S1、将阀门直行程机构同轴安装于外部电动执行机构中的丝杆1和连接阀芯的阀杆之间，保持检测机构的末端始终支顶于导向槽403槽底。在外部电动执行机构通过丝杆1和导向杆5对阀杆进行直行程驱动的过程中，导向筒4能够随导向杆5同步发生轴向移动。

该安装过程的先后顺序可根据实际进行调整，一种做法为先将四个限位装置3全部装配到限位连接座301后整体安装在法兰盘2上，然后再将导向筒4安装在导向杆1上，法兰盘2装配到外部电动执行机构的底座上，连接丝杆1和阀杆，保证丝杆1、法兰盘2、导向杆5、导向筒4、阀杆在同一轴上。调节姿态，所有限位杆306均水平放置，没有倾斜。

在外部电动执行机构未工作的初始状态下，通过预先调节，由限位螺母304调整限位杆306的尖端位置使限位弹簧具有所需的预紧力，保证限位杆306的尖端与导向筒4中导向槽403底部接触，且检测机构中限位杆306的检测尖端在导向槽403中的支顶位置需要位于第一槽段中，且该支顶位置与第二槽段之间的距离调整为允许的阀杆最大行程，同时限位螺母304需要与限位挡板302外侧壁保持间距，该间距应当足以检测尖端后续能够伸入第二槽段的最深位置。

为了判断后续的相对槽深变化，需记录初始状态下各限位装置3中位移传感器303的检测数值作为初始相对槽深。

S2、在外部电动执行机构对阀杆进行直行程驱动的过程中，通过各限位装置3中的位移传感器303实时获取各自的检测数值作为检测末端支顶位置的实时相对槽深，进而基于所有限位装置3中的位移传感器303获得的实时相对槽深，进行超程保护和阀芯卡滞预警，其中：

若所有限位装置3中的位移传感器303获得的实时相对槽深均超过各自对应的初始相对槽深，则表明所有限位装置3的检测末端均已进入第二槽段，判断外部电动执行机构的当前驱动行程超出了允许的阀杆最大行程，需执行超程保护预警并做出超程保护动作。

若存在至少一对限位装置3中的位移传感器303各自获得的两个实时相对槽深中，一个大于对应的初始相对槽深但另一个小于对应的初始相对槽深，则表明阀杆发生倾覆现象，判断倾覆方向为检测到实时相对槽深小于对应的初始相对槽深的限位装置3所在侧，需执行阀芯卡滞预警并做出卡滞保护动作。

需要说明的是，本发明中所有限位装置3检测到的相对槽深实际上是位移传感器303感应的位移值，因此需要记录初始相对槽深和后续的实时相对槽深，通过对比来判断槽深的相对变化情况。为了便于判断，在本发明中，可直接将各限位装置3中位移传感器303的检测数值去皮设置为0，即初始相对槽深＝0。由此，在外部电动执行机构的驱动过程中，如果四个限位装置3的位移传感器303检测数值均大于0，表明四条限位杆306的检测尖端都进入了第二槽段，而如果一对限位装置3的位移传感器303检测数值出现一正一负，则表面阀杆发生倾覆现象。

另外，上述方法在进行超程保护判断时，如果仅有部分限位装置3中的位移传感器303获得的实时相对槽深均超过各自对应的初始相对槽深，那么依然存在是因为阀杆倾覆导致实时相对槽深超过初始相对槽深的可能性。但如果外部电动执行机构的当前驱动行程超过了预设行程△L＝L-l出现了超程时，那么所有限位装置3的检测末端均进入第二槽段，此时位移传感器303测量到限位杆306的位移s_ii＝1,2,3,4都会增大，必然会导致若所有限位装置3中的位移传感器303获得的实时相对槽深均超过各自对应的初始相对槽深。而且，如果阀杆保持完全不倾覆，那么四个位移值完全相等s₁＝s₂＝s₃＝s₄。但这仅存在于理论上，考虑实际不可避免的阀杆振动以及传感器测量误差，即使阀杆完全不倾覆四个位移值也难以完全相等，因此本发明中无需要求所有位移值都相等，仅需判断其是否同时相对于初始值增大即可。

但进一步的，考虑到阀杆振动以及传感器测量误差，如果只要四个位移s_i都出现一点点增大就视为其进入第二槽段，那么也可能出现一定的误报情况。因此，作为本发明实施例的一种优选方式，在进行超程保护预警之前，可以通过实际试验确定一个阈值A。然后在进行超程保护预警时，计算每个限位装置3中的位移传感器303获得的实时相对槽深相对于各自对应的初始相对槽深的超过量，若所有限位装置3对应的超过量均大于这个第一阈值A，才发出超程保护预警，否则不发出超程保护预警。这个阈值A的具体取值需要视实际情况进行优化，不能超过第二槽段的的第二端部槽深与第一槽段的槽深之差。

同样的，作为本发明实施例的一种优选方式，在进行阀芯卡滞保护判断时，一对限位装置3中的位移传感器303各自获得的两个实时相对槽深中，如果仅判断是否有一个大于对应的初始相对槽深但另一个小于对应的初始相对槽深，也可能出现因为阀杆振动以及传感器测量误差造成的误报，因此也可以设置一个阈值B，此时判断方式为：若存在至少一对限位装置3中的位移传感器303各自获得的两个实时相对槽深中，一个大于对应的初始相对槽深且差值绝对值大于阈值B，但另一个小于对应的初始相对槽深且差值绝对值也大于阈值B，才表明阀杆发生倾覆现象，此时才需执行阀芯卡滞预警并做出卡滞保护动作，否则不执行。这个阈值B的具体取值也需要视实际情况进行优化。

另外，上述超程保护动作和卡滞保护动作可根据实际的阀门情况进行合理优化，作为本发明实施例的一种优选方式，提供了以下的动作形式：

超程保护动作为：发出指令控制外部电动执行机构的电机停机，停止外部电动执行机构继续推动阀杆，同时位移传感器303的检测末端与导向槽403的边界死端接触，实现机械锁死。

卡滞保护动作为：若倾覆角度未超过预设的倾覆角上限，则控制外部电动执行机构增加对丝杆1的输出力矩以消除阀芯卡滞，若倾覆角度超过预设的倾覆角上限，则发出指令控制外部电动执行机构的电机停机，停止外部电动执行机构继续推动阀杆。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于超程保护和阀芯卡滞预警的阀门直行程机构，其特征在于，包括法兰盘(2)、多个限位装置(3)、导向筒(4)和导向杆(5)；

所述法兰盘(2)上开设有中心孔，所述导向杆(5)穿过中心孔与法兰盘(2)同轴装配；所述导向杆(5)的顶端用于连接由外部电动执行机构驱动的丝杆(1)，底端用于连接阀门的阀杆，能够由丝杆(1)直线驱动导向杆(5)和阀杆沿法兰盘(2)的轴向伸缩移动；

所述导向筒(4)同轴套装于法兰盘(2)下方的导向杆(5)上并随导向杆(5)同步伸缩；所述导向筒(4)的外壁上具有至少两对沿导向筒(4)轴向开设的导向槽(403)，所有导向槽(403)绕导向筒(4)的外壁环向均匀间隔布置且形状和尺寸参数相同，每一对导向槽(403)均处于同一个穿过导向筒(4)中心轴线的纵剖面上；所述导向槽(403)包含相对远离法兰盘(2)的第一槽段和相对靠近法兰盘(2)的第二槽段；所述第一槽段为等深槽段，第二槽段的一端与第一槽段平滑连接，且槽深向另一端逐渐加深；

所述限位装置(3)安装于法兰盘(2)下方，且每个限位装置(3)分别对应于所述导向筒(4)上的一条导向槽(403)；每个限位装置(3)中具有一个始终弹性支顶于导向槽(403)槽底且用于检测支顶位置相对槽深的检测机构。

2.如权利要求1所述的用于超程保护和阀芯卡滞预警的阀门直行程机构，其特征在于，所述限位装置(3)包括限位挡板(302)以及构成检测机构的位移传感器(303)、限位螺母(304)、限位弹簧(305)和限位杆(306)；

所述限位挡板(302)与法兰盘(2)相对固定安装，所述位移传感器(303)通过固定架安装于限位挡板(302)上；

所述限位杆(306)沿导向筒(4)的横截面径向穿过限位挡板(302)上的通孔后垂直于导向槽(403)方向安装，其一端作为固定端连接位移传感器(303)，另一端为插入导向槽(403)的检测尖端；限位杆(306)的中部位置通过外螺纹安装有限位螺母(304)；限位螺母(304)位于限位挡板(302)的外侧且无法穿过限位挡板(302)，限位杆(306)靠近检测尖端处设有凸出部，所述限位弹簧(305)套在限位杆(306)上且两端分别支顶于限位挡板(302)内侧和所述凸出部上，从而对限位杆(306)施加使所述检测尖端始终支顶于导向槽(403)槽底的弹力；所述导向筒(4)随导向杆(5)同步轴向伸缩过程中，由位移传感器(303)实时感应导向杆(5)的位移，从而获得代表所述检测尖端支顶位置的相对槽深的位移值。

3.如权利要求2所述的用于超程保护和阀芯卡滞预警的阀门直行程机构，其特征在于，所述导向槽(403)中，第二槽段的第二端部为具有与所述检测尖端匹配的圆弧形侧壁的边界死端，所述限位杆(306)的检测尖端能够贴合第二端部实现机械锁死，无法继续移动。

4.如权利要求2所述的用于超程保护和阀芯卡滞预警的阀门直行程机构，其特征在于，所有限位装置(3)的限位挡板(302)均安装于一个限位连接座(301)上，并通过限位连接座(301)集成式安装于法兰盘(2)的下底面。

5.如权利要求1所述的用于超程保护和阀芯卡滞预警的阀门直行程机构，其特征在于，所述导向槽(403)中，第一槽段为平直槽段，其槽深保持不变；第二槽段包括第一端部和第二槽端部，其通过第一端部与第一槽段平滑连接，而第二端部为边界死端；所述第二槽段的槽深大于第一槽段的槽深，且第二槽段的槽深从第一端部向第二端部方向逐渐加深。

6.如权利要求1所述的用于超程保护和阀芯卡滞预警的阀门直行程机构，其特征在于，所述导向筒(4)的内壁上上开设有键槽(401)，用于与丝杆(1)进行键连接；所述导向筒(4)的侧壁上开设紧定通孔(402)，通过向所述紧定通孔(402)中拧入紧定螺钉相对固定导向筒(4)和导向杆(5)。

7.如权利要求1所述的用于超程保护和阀芯卡滞预警的阀门直行程机构，其特征在于，所述导向筒(4)上共开设有两对导向槽(403)，相邻导向槽(403)之间间隔90°圆心角。

8.一种利用如权利要求1～7任一所述阀门直行程机构的超程保护和阀芯卡滞预警方法，其特征在于，包括：

S1、将所述阀门直行程机构同轴安装于外部电动执行机构中的丝杆(1)和连接阀芯的阀杆之间，保持检测机构的末端始终支顶于导向槽(403)槽底；在外部电动执行机构通过丝杆(1)和导向杆(5)对阀杆进行直行程驱动的过程中，所述导向筒(4)能够随导向杆(5)同步发生轴向移动；

在外部电动执行机构未工作的初始状态下，通过预先调节，使检测机构的检测末端在导向槽(403)中的支顶位置位于第一槽段中，且该支顶位置与第二槽段之间的距离为允许的阀杆最大行程；将初始状态下各限位装置(3)中检测机构的检测数值作为初始相对槽深；

S2、在外部电动执行机构对阀杆进行直行程驱动的过程中，通过各限位装置(3)中的检测机构实时获取各自的检测数值作为检测末端支顶位置的实时相对槽深；基于所有限位装置(3)中的检测机构获得的实时相对槽深，进行超程保护和阀芯卡滞预警，其中：

若所有限位装置(3)中的检测机构获得的实时相对槽深均超过各自对应的初始相对槽深，则表明所有限位装置(3)的检测末端均已进入第二槽段，判断外部电动执行机构的当前驱动行程超出了允许的阀杆最大行程，需执行超程保护预警并做出超程保护动作；

若存在至少一对限位装置(3)中的检测机构各自获得的两个实时相对槽深中，一个大于对应的初始相对槽深但另一个小于对应的初始相对槽深，则表明阀杆发生倾覆现象，判断倾覆方向为检测到实时相对槽深小于对应的初始相对槽深的限位装置(3)所在侧，需执行阀芯卡滞预警并做出卡滞保护动作。

9.如权利要求8所述的超程保护和阀芯卡滞预警方法，其特征在于，所述超程保护动作为停止外部电动执行机构继续推动阀杆，同时检测机构的检测末端与导向槽(403)的边界死端接触，实现机械锁死；所述卡滞保护动作为：若倾覆角度未超过预设的倾覆角上限，则控制外部电动执行机构增加对丝杆(1)的输出力矩以消除阀芯卡滞，若倾覆角度超过预设的倾覆角上限，则停止外部电动执行机构继续推动阀杆。

10.如权利要求8所述的超程保护和阀芯卡滞预警方法，其特征在于，所述超程保护预警时，计算每个限位装置(3)中的检测机构获得的实时相对槽深相对于各自对应的初始相对槽深的超过量，若所有限位装置(3)对应的超过量均大于第一阈值，则发出超程保护预警，否则不发出超程保护预警；

所述阀芯卡滞预警时，若存在至少一对限位装置(3)中的检测机构各自获得的两个实时相对槽深中，一个大于对应的初始相对槽深且差值绝对值大于第二阈值，但另一个小于对应的初始相对槽深且差值绝对值大于第二阈值，则发出阀芯卡滞预警，否则不发出阀芯卡滞预警。

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