CN115899144B - 一种具有阻尼可调功能的控制阀执行机构阻尼器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有阻尼可调功能的控制阀执行机构阻尼器，包括转轴、底座、壳体、下垫片、支撑环、转体、压板、弹簧、上垫片、密封塞、密封垫、电磁环、轴套和密封圈。针对非能动弹簧复位式控制阀执行机构在复位过程中存在冲击力大，进而造成控制阀执行机构损坏的问题，本发明在控制阀执行机构掉电时，随着执行机构快速动作可自动动作，提供逐渐变大的阻尼力矩，减小复位过程中的冲击力。在整个过程中，无需外力加入，便可提供逐渐增加的阻尼力矩，使得冲击力迅速减小。本发明调节稳定，动作可靠。

Description

一种具有阻尼可调功能的控制阀执行机构阻尼器及其方法

技术领域

本发明属涉及控制阀执行机构及阻尼器，尤其涉及一种具有阻尼器的控制阀执行机构。

背景技术

随着控制阀执行机构行业的不断发展，稳定性已然成为各个厂家进行技术攻关的重点。非能动弹簧复位式控制阀执行机构可在突然掉电时，在弹簧力的作用下驱动阀门回位到安全状态，对于保证工业生产的安全具有重要意义。但是非能动弹簧复位式控制阀执行机构在复位过程中弹簧会促使转轴产生瞬时的高速旋转，因此存在冲击力大的问题，容易造成控制阀执行机构的损坏。阻尼器目前在控制阀执行机构装置中已经普遍使用，但其存在阻尼力矩不可调，在瞬时达不到要求阻尼力矩的问题，影响了控制阀执行机构的稳定性和安全性。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的缺陷，并发明了一种具有阻尼可调功能的控制阀执行机构阻尼器，在控制阀执行机构掉电时，随着执行机构快速动作可自动动作，提供逐渐变大的阻尼力矩，减小复位过程中的冲击力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种具有阻尼可调功能的控制阀执行机构阻尼器，其包括底座和壳体；所述壳体的顶部通过密封结构密封，而底部同轴密封装配于底座上，且底座具有伸入壳体的圆柱段，所述圆柱段外壁面与壳体内壁面之间夹持形成一个环形槽；

所述底座中心设有阶梯孔，阶梯孔底部装配有轴套，阶梯面上通过环形的下垫片同轴装配有支撑环；所述底座上方的壳体内腔中同轴安装有转体、压板和上垫片；

轴套、支撑环、转体和压板上均沿轴线开设有供转轴穿过的轴孔，且压板的轴孔下部为光孔段而上部为螺纹孔段；所述转轴的顶部为外螺纹段，转轴从下到上依次穿过轴套、支撑环和转体上的轴孔后伸入压板的光孔段中，且转轴与其穿过的轴孔之间均能够轴向相对滑动；转体的下部为具有开口的环体，环体底端部分伸入所述环形槽中并能够紧密贴合环形槽的两侧内壁面上下滑动；转体和压板的外壁面均与壳体的内壁构成相对密封的轴向滑动副，转体与转轴通过键连接实现同步转动，但压板与壳体之间无法相对转动；

所述壳体、压板、转体和转轴四个组件的壁面围成上腔室，所述转体、转轴、底座、下垫片和支撑环五个组件的壁面围成下腔室，且所述上腔室内充满阻尼硅油；

所述压板为铁磁性金属材质，压板的上方安装有与阻尼器所在的控制阀执行机构同步通断电的电磁环，压板与上垫片之间安装有处于压缩状态的弹簧；当控制阀执行机构和电磁环通电时，压板在电磁环的磁吸力作用下悬浮，转轴顶部的外螺纹段位于压板的光孔段中；而当控制阀执行机构和电磁环同步断电时，压板在弹簧的弹力作用下向下移动，使压板的螺纹孔段与转轴顶部的外螺纹段构成螺纹配合，并在转轴的带动下使压板进一步向下移动，通过压缩所述上腔室中的阻尼硅油推动转体下沉以增大转体与所述环形槽内壁的接触面积，从而增大转轴的阻尼力矩。

作为上述第一方面的优选，所述底座和壳体之间通过匹配的法兰环进行螺栓连接，且两者之间的接触面上夹持有用于保持壳体内腔密闭的密封圈。

作为上述第一方面的优选，所述壳体的内壁上绕周向设置若干导向柱，所述压板的外圆周上设置若干导向槽，所述压板安装于所述壳体中时，导向柱和导向槽一一匹配卡合，构成限制所述压板仅能沿所述壳体中轴线滑动的滑动副。

作为上述第一方面的优选，所述壳体内壁设置有平面垂直于中轴线的挡环，上垫片的顶面贴合挡环的底面安装。

作为上述第一方面的优选，所述上垫片朝向底座的一侧设置有支柱，所述弹簧的一端连接并支顶于支柱上，所述电磁环固定连接所述上垫片背离底座的一侧。

作为上述第一方面的优选，所述密封结构包括密封塞和密封垫，所述密封垫平铺于所述挡环的上方，所述密封塞固定在壳体顶部的开口内并压住密封垫起到密封的作用。

作为上述第一方面的优选，所述转轴与底座、支撑环、压板之间均通过间隙配合。

作为上述第一方面的优选，所述下垫片呈圆环形，其水平放置于底座中心的阶梯孔中，所述支撑环嵌合放置于下垫片的中心孔中。

第二方面，本发明提供了一种利用如上述第一方面任一所述阻尼器的控制阀执行机构阻尼调节方法，其包括：

在控制阀执行机构通电工作状态下，所述电磁环同步通电并通过磁吸力使压板处于悬浮状态，转轴顶部的外螺纹段位于压板的光孔段中但与压板的螺纹孔段不接触，转体底部部分嵌入所述环形槽中并由所述转体与所述环形槽内壁的摩擦阻力提供初始的阻尼力矩；

在控制阀执行机构断电时，电磁环同步断电，压板所受的磁吸力消失从而在弹簧的弹力作用下向下移动，使压板的螺纹孔段与转轴顶部的外螺纹段构成螺纹配合；转轴在外部弹簧的作用下继续转动，从而由转轴通过配合的螺纹副带动压板进一步向下移动，压缩所述上腔室中的阻尼硅油，从而推动转体进一步下沉进入所述环形槽中，增大转体与所述环形槽内壁的接触面积以及两者相对旋转所需的摩擦力，从而增大转轴的阻尼力矩，减少控制阀执行机构断电后复位过程中产生的冲击力。

作为上述第一方面的优选，在控制阀执行机构断电后重新上电之前，需将转轴通过反向旋转从压板的螺纹孔段中旋出，然后再重新上电。

本发明在正常工作中，转轴带动转体转动，转体部分区域与壳体和底座相接触，提供较小的阻尼力矩，保证转轴的正常转动，减少能量的损耗。当控制阀执行机构掉电时，电磁环磁力消失，在弹簧的作用下，压板向底座的方向移动，压板的螺纹与转轴顶部的螺纹相接触，在转轴的转动作用下，压板向下移动，通过上腔室的阻尼硅油推动转体向下运动，增加转体与壳体内壁、底座外壁的接触区域，增大阻尼力矩，可有效减少冲击力。在整个过程中，本发明的阻尼器无需外力加入，便可提供逐渐增加的阻尼力矩，使得冲击力迅速减小。本发明调节稳定，动作可靠。

附图说明

图1为本发明的三维结构示意图；

图2为本发明的二维剖面示意图；

图3为本发明的壳体结构示意图；

图4为本发明的压板结构示意图；

图中：1-转轴；2-底座；3-壳体；4-下垫片；5-支撑环；6-转体；7-压板；8-弹簧；9-上垫片；10-密封塞；11-密封垫；12-电磁环；13-上腔室；14-下腔室；15-轴套；16-密封圈；301-法兰环；302-导向柱；303-挡环；701-导向槽；702-轴孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、结构和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方法进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种具有阻尼可调功能的控制阀执行机构阻尼器，其外壳结构包括底座2和壳体3。壳体3的顶部通过密封结构密封，而底部同轴密封装配于底座2上，且底座2具有伸入壳体3的圆柱段。底座2的圆柱段外壁面与壳体3内壁面之间夹持形成一个环形槽。该环形槽是该阻尼器实现阻尼调节的关键。

需要说明的是，底座2和壳体3的具体结构形式不限，只要能够装配其他的组件即可。

在本实施例中，底座2的形状如图2所示，底座2的纵剖面整体上呈凸字形，底部四周设置有用于与壳体3连接固定的法兰环。底座2中心设有三级阶梯孔，最底部直径最小的孔中装配有轴套15，而最顶部和中间的孔构成的阶梯面上水平放置有环形的下垫片4，下垫片4的中心孔中同轴装配有一个支撑环5。支撑环5的纵剖面呈倒凸字形，下方直径较小的圆柱段刚好卡入下垫片4的中心孔中，上方直径较大的圆柱段则支撑在下垫片4的上表面。下垫片4的外圆与底座2相连接，其内圆与支撑环5相连接。轴套15和支撑环5均用于供转轴1穿过。支撑环5位置相对固定，不随转轴1一起运动。在本实施例中，轴套15优选采用铜套。

在本实施例中，壳体3的形状如图3所示，壳体3的底部也设有与连接固定的法兰环301，且底座2和壳体3的法兰环上开设有一一对应的螺栓孔，两个法兰环通过螺栓进行连接。为了保证底座2和壳体3之间的密闭性，底座2与壳体3的法兰环配合接触面处设置有一圈密封圈16。壳体3的顶部敞口，通过密封结构进行密封。密封结构需设置成可拆卸的形式，以便于进行内部组件的安装和拆卸。在本实施例中，密封结构包括密封塞10和密封垫11。为了便于密封垫11的安装，在壳体3靠近顶部的一侧内壁上设置有一圈凸出内壁的挡环303，挡环303的平面垂直于壳体3中轴线，密封垫11平铺于挡环303的上方，而密封塞10则固定在壳体3顶部的开口内并压住密封垫11，从而起到密封的作用。

另外，底座2上方的壳体3内腔中同轴安装有转体6、压板7和上垫片9。轴套15、支撑环5、转体6和压板7上均沿轴线开设有供转轴1穿过的轴孔，轴孔的尺寸需要视转轴1的轴径而定，以与转轴1构成间隙配合为宜。

轴套15、支撑环5、转体6上开设的轴孔均可采用光孔，而特别的是，压板7的轴孔下部为光孔段而上部为螺纹孔段。同时，转轴1的顶部为外螺纹段，转轴1从下到上依次穿过轴套15、支撑环5和转体6上的轴孔后伸入压板7的光孔段中。且转轴1与其穿过的轴套15、支撑环5、转体6、压板7的轴孔之间均能够轴向相对滑动。本实施例中，转轴1与底座2、支撑环5、压板7之间均通过间隙配合。在控制阀执行机构正常通电工作时，转轴1的外螺纹段仅位于压板7的光孔段中，而不伸入压板7的螺纹孔段中，但当压板7向下移动时转轴1的外螺纹段可以伸入压板7的螺纹孔段中构成螺纹配合，因此压板7的光孔段和螺纹孔段各自的高度范围需要根据转轴1正常工作时所处的位置进行合理调整。

本发明中压板7的作用是与转体6配合，在控制阀执行机构断电时利用转轴1的旋转力来推动转体6进一步嵌入底座2的圆柱段外壁面与壳体3内壁面之间夹持形成的环形槽中，嵌入深度越深其摩擦力越大，由此自适应增加转轴1的阻尼力矩。为了实现该自适应调节功能，压板7和转体6在壳体3内腔中的布置形式和配合关系需要进行特殊设计。其中，转体6的下部为具有开口的环体，环体的厚度接近环形槽的厚度，从而保证环体底端部分伸入上述环形槽时能够紧密贴合环形槽的两侧内壁面，而且环体底端部分在环形槽中能够上下滑动，以调节两者之间的接触面积，进而改变转体6旋转时的摩擦力。

为了保证压板7在执行机构断电时能够推动转体6向下移动，转体6和压板7的外壁面均与壳体3的内壁构成相对密封的轴向滑动副。转体6与转轴1通过键连接实现同步转动，二者不能相对转动，只可出现转轴1轴向方向上的相对平移。但压板7与壳体3之间需要保证不能相对转动，因此壳体3的内壁上在安装压板7的位置绕周向设置若干沿壳体3轴向延伸的导向柱302。如图4所示，压板7的中心为上部螺纹下部光孔的轴孔702，压板7的外圆周上对应于导向柱302设置若干导向槽701，压板7安装于壳体3中时，两者的导向柱302和导向槽701一一匹配卡合，构成限制压板7仅能沿壳体3中轴线滑动但两者无法相对转动的滑动副。导向柱302和导向槽701的具体数量不限，本实施例中在圆周方向均匀设置有四个导向槽701和导向柱302。由此，当压板7向下移动至转轴1的外螺纹段与压板7的螺纹孔段中构成螺纹配合后，转轴1继续转动时会通过螺纹副配合带动压板7继续向下移动。此时，继续向下移动的压板7可以为转体6进入前述环形槽提供动力，该动力是通过填充阻尼硅油的腔室来实现的。具体而言，壳体3内腔中设置的压板7、转体6、转轴1、底座2、下垫片4和支撑环5会围合形成两个腔室，由壳体3、压板7、转体6和转轴1四个组件的壁面围成上腔室，由转体6、转轴1、底座2、下垫片4和支撑环5五个组件的壁面围成下腔室，且上腔室内填充满阻尼硅油，阻尼硅油的可压缩性很差。而环形槽和下腔室中仅有各结构件的接触面处存在阻尼硅油进行润滑，其余的空间则填充空气，空气具有可压缩的性质。由此，压板7在向下移动时，会压缩上腔室中的阻尼硅油快速增加上腔室中的压力，上腔室中的压力增大后会推动转体6压缩下腔室和环形槽中的空气进而向下移动，以此来产生转体6的下移动力。

另外，为了保证压板7和转体6的向下移动与阻尼器所在的控制阀执行机构的断电同步，本发明中在压板7的上方安装了一个与阻尼器所在的控制阀执行机构同步通断电的电磁环12。压板7采用铁磁性金属材质，压板7与上垫片9之间安装有弹簧8。弹簧8在控制阀执行机构的正常工作状态下处于压缩状态。为了便于弹簧8和电磁环12的安装，在本实施例中利用壳体3内壁设置的挡环303来辅助安装上垫片9，上垫片9的顶面贴合挡环303的底面安装。上垫片9朝向底座2的一侧设置有支柱，弹簧8的一端连接并支顶于支柱上，电磁环12固定连接上垫片9背离底座2的一侧。密封垫11底面压合在电磁环12顶面上。

当控制阀执行机构和电磁环12通电时，压板7在电磁环12的磁吸力作用下悬浮，转轴1顶部的外螺纹段位于压板7的光孔段中；而当控制阀执行机构和电磁环12同步断电时，压板7在弹簧8的弹力作用下向下移动，使压板7的螺纹孔段与转轴1顶部的外螺纹段构成螺纹配合，并在转轴1的带动下使压板7进一步向下移动，通过压缩前述上腔室中的阻尼硅油推动转体6下沉以增大转体6与前述环形槽内壁的接触面积，从而增大转轴1的阻尼力矩。

需要说明的时，转体6与前述环形槽之间的摩擦系数可根据实际所需的阻尼力矩来进行合理设计优化。特别时在控制阀执行机构和电磁环12通电正常运行状态下，转体6所受的阻尼力矩不宜过大，此时仅需提供较小的阻尼力矩保证转轴1的正常转动即可，以减少能量的损耗。

基于上述图1和图2所示的阻尼器，本发明中还提供了一种控制阀执行机构阻尼调节方法，其包括以下两种控制状态：

在控制阀执行机构通电工作状态下，所述电磁环12同步通电并通过磁吸力使压板7处于悬浮状态，转轴1顶部的外螺纹段位于压板7的光孔段中但与压板7的螺纹孔段不接触，转体6底部部分嵌入所述环形槽中并由转体6与环形槽内壁的摩擦阻力提供初始的阻尼力矩；

在控制阀执行机构断电时，电磁环12同步断电，压板7所受的磁吸力消失从而在弹簧8的弹力作用下向下移动，使压板7的螺纹孔段与转轴1顶部的外螺纹段构成螺纹配合；转轴1在外部弹簧的作用下继续转动，从而由转轴1通过配合的螺纹副带动压板7进一步向下移动，压缩所述上腔室中的阻尼硅油，从而推动转体6进一步下沉进入所述环形槽中，增大转体6与所述环形槽内壁的接触面积以及两者相对旋转所需的摩擦力，从而增大转轴1的阻尼力矩，减少控制阀执行机构断电后复位过程中产生的冲击力。

在整个过程中，无需外力加入，便可提供逐渐增加的阻尼力矩，使得冲击力迅速减小。本发明调节稳定，动作可靠。

由于在上述控制阀执行机构断电后的调节过程中，转轴1顶部的外螺纹段进入了压板7的螺纹孔段中，无法自行旋出，因此在控制阀执行机构断电后重新上电之前，需将转轴1通过反向旋转从压板7的螺纹孔段中旋出，然后再重新上电。

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)

1.一种具有阻尼可调功能的控制阀执行机构阻尼器，其特征在于，包括底座(2)和壳体(3)；所述壳体(3)的顶部通过密封结构密封，而底部同轴密封装配于底座(2)上，且底座(2)具有伸入壳体(3)的圆柱段，所述圆柱段外壁面与壳体(3)内壁面之间夹持形成一个环形槽；

所述底座(2)中心设有阶梯孔，阶梯孔底部装配有轴套(15)，阶梯面上通过环形的下垫片(4)同轴装配有支撑环(5)；所述底座(2)上方的壳体(3)内腔中同轴安装有转体(6)、压板(7)和上垫片(9)；

轴套(15)、支撑环(5)、转体(6)和压板(7)上均沿轴线开设有供转轴(1)穿过的轴孔，且压板(7)的轴孔下部为光孔段而上部为螺纹孔段；所述转轴(1)的顶部为外螺纹段，转轴(1)从下到上依次穿过轴套(15)、支撑环(5)和转体(6)上的轴孔后伸入压板(7)的光孔段中，且转轴(1)与其穿过的轴孔之间均能够轴向相对滑动；转体(6)的下部为具有开口的环体，环体底端部分伸入所述环形槽中并能够紧密贴合环形槽的两侧内壁面上下滑动；转体(6)和压板(7)的外壁面均与壳体(3)的内壁构成相对密封的轴向滑动副，转体(6)与转轴(1)通过键连接实现同步转动，但压板(7)与壳体(3)之间无法相对转动；

所述壳体(3)、压板(7)、转体(6)和转轴(1)四个组件的壁面围成上腔室，所述转体(6)、转轴(1)、底座(2)、下垫片(4)和支撑环(5)五个组件的壁面围成下腔室，且所述上腔室内充满阻尼硅油；

所述压板(7)为铁磁性金属材质，压板(7)的上方安装有与阻尼器所在的控制阀执行机构同步通断电的电磁环(12)，压板(7)与上垫片(9)之间安装有处于压缩状态的弹簧(8)；当控制阀执行机构和电磁环(12)通电时，压板(7)在电磁环(12)的磁吸力作用下悬浮，转轴(1)顶部的外螺纹段位于压板(7)的光孔段中；而当控制阀执行机构和电磁环(12)同步断电时，压板(7)在弹簧(8)的弹力作用下向下移动，使压板(7)的螺纹孔段与转轴(1)顶部的外螺纹段构成螺纹配合，并在转轴(1)的带动下使压板(7)进一步向下移动，通过压缩所述上腔室中的阻尼硅油推动转体(6)下沉以增大转体(6)与所述环形槽内壁的接触面积，从而增大转轴(1)的阻尼力矩。

2.如权利要求1所述的具有阻尼可调功能的控制阀执行机构阻尼器，其特征在于，所述底座(2)和壳体(3)之间通过匹配的法兰环进行螺栓连接，且两者之间的接触面上夹持有用于保持壳体(3)内腔密闭的密封圈(16)。

3.如权利要求1所述的具有阻尼可调功能的控制阀执行机构阻尼器，其特征在于，所述壳体(3)的内壁上绕周向设置若干导向柱，所述压板(7)的外圆周上设置若干导向槽，所述压板(7)安装于所述壳体(3)中时，导向柱和导向槽一一匹配卡合，构成限制所述压板(7)仅能沿所述壳体(3)中轴线滑动的滑动副。

4.如权利要求1所述的具有阻尼可调功能的控制阀执行机构阻尼器，其特征在于，所述壳体(3)内壁设置有平面垂直于中轴线的挡环，上垫片(9)的顶面贴合挡环的底面安装。

5.如权利要求1所述的具有阻尼可调功能的控制阀执行机构阻尼器，其特征在于，所述上垫片(9)朝向底座(2)的一侧设置有支柱，所述弹簧(8)的一端连接并支顶于支柱上，所述电磁环(12)固定连接所述上垫片(9)背离底座(2)的一侧。

6.如权利要求4所述的具有阻尼可调功能的控制阀执行机构阻尼器，其特征在于，所述密封结构包括密封塞(10)和密封垫(11)，所述密封垫(11)平铺于所述挡环的上方，所述密封塞(10)固定在壳体(3)顶部的开口内并压住密封垫(11)起到密封的作用。

7.如权利要求1所述的具有阻尼可调功能的控制阀执行机构阻尼器，其特征在于，所述转轴(1)与底座(2)、支撑环(5)、压板(7)之间均通过间隙配合。

8.如权利要求1所述的具有阻尼可调功能的控制阀执行机构阻尼器，其特征在于，所述下垫片(4)呈圆环形，其水平放置于底座(2)中心的阶梯孔中，所述支撑环(5)嵌合放置于下垫片(4)的中心孔中。

9.一种利用如权利要求1～8任一所述阻尼器的控制阀执行机构阻尼调节方法，其特征在于，包括：

在控制阀执行机构通电工作状态下，所述电磁环(12)同步通电并通过磁吸力使压板(7)处于悬浮状态，转轴(1)顶部的外螺纹段位于压板(7)的光孔段中但与压板(7)的螺纹孔段不接触，转体(6)底部部分嵌入所述环形槽中并由转体(6)与所述环形槽内壁的摩擦阻力提供初始的阻尼力矩；

在控制阀执行机构断电时，电磁环(12)同步断电，压板(7)所受的磁吸力消失从而在弹簧(8)的弹力作用下向下移动，使压板(7)的螺纹孔段与转轴(1)顶部的外螺纹段构成螺纹配合；转轴(1)在外部弹簧的作用下继续转动，从而由转轴(1)通过配合的螺纹副带动压板(7)进一步向下移动，压缩所述上腔室中的阻尼硅油，从而推动转体(6)进一步下沉进入所述环形槽中，增大转体(6)与所述环形槽内壁的接触面积以及两者相对旋转所需的摩擦力，从而增大转轴(1)的阻尼力矩，减少控制阀执行机构断电后复位过程中产生的冲击力。

10.如权利要求9所述的控制阀执行机构阻尼调节方法，其特征在于，在控制阀执行机构断电后重新上电之前，需将转轴(1)通过反向旋转从压板(7)的螺纹孔段中旋出，然后再重新上电。