CN1176358A - 磁耦合内驱动阀门 - Google Patents

Abstract

本发明为一种具有磁耦合内驱动的阀门,采用磁耦合,全密封,免去了阀门填料动密封导至无泄漏。在全密封缸体内设计内增力驱动机构,采用蜗轮蜗杆、蜗杆齿条或齿轮组等传动机构,适用于上、下提升和旋转开闭的多种类型阀门的设计,减小了开、闭阀门的力矩,使用范围广。其阀杆采用二段设计,更换或检修栓塞头方便、在设置外磁体的阀帽上,可采手动、电动、气动、液压等多种外驱动形式,以及磁交变旋转电磁铁结构进行外驱动。除手动外,都可以远距离控制阀门操作,有利于自动化。

Description

磁耦合内驱动阀门

本发明涉及一种利用磁耦合驱动机构开、闭的阀门。

众所周知，在工业生产中阀门是管道输送不可缺少的设备之一。其中使用最广泛的是截止阀、旋塞阀、球阀、闸板阀、蝶阀等。在阀门使用中，由于大部分阀门和阀体用填料进行密封，所以使用一定时间后，就会泄漏，特别是在压差大、温度高或条件要求苛刻时，问题就很严重，而且阀门开、闭费力，在输送压力大、真空度高、有腐蚀、有毒流体时阀门的泄漏更是必须解决的重要问题。为此有过多种技术解决方案。其中中国专利＂96201382.x＂发明人提出利用磁耦合来解决截止阀泄漏的全密封技术，它的阀体、阀盖全封闭，消除了动密封，即消除阀杆与阀体的填料密封，阀杆上部采用内磁块或磁片，阀盖外阀帽上相应内磁块或磁块处装置外磁块或磁片，利用磁吸引原理旋转阀杆进而开、闭阀门。此项技术确实解决了阀门泄漏问题，然而其技术方案仅限于用在提升螺杆来开、闭的阀门如截止阀、闸板阀等，对靠旋转开、闭的阀门如旋塞阀等没有提供可行方案，而且在其方案中，阀杆头部直径小的通孔应先开启，利用具有近似封闭的波纹管的工字型阀瓣压差作用，最后彻底打开口径大的阀门通道，所以结构较为复杂，且阀体内各空腔连接处间隙小，不易均衡压力，开启阀门时仍有较大阻力。此外，内磁块或磁片不耐高温，因而限制了阀门使用范围。

本发明在于克服现有技术的缺欠而提供一种装置内增力驱动机构，开启力矩小，检修方便，结构简单，可以远距离控制而且适合多种类型阀门的全密封磁耦合内驱动机构的阀门。

本发明可以用如下方法来实现，本发明阀门由阀体、阀盖、阀帽、阀杆、手轮所组成，阀体、密封盖与阀盖之间形成全封闭缸体，内设内增力驱动机构，在增力传动杆右端镶嵌有内磁体，在阀帽上相对内磁体处设置外磁体，增力传动杆以传动机构与阀杆连接，阀杆上部设置有限位件，阀帽上连接有外驱动装置。

本发明还可以进一步说明如下：纵观阀门的开、闭过程，除少数外基本上以上、下提升阀杆开启阀口，和以旋转运动连通阀门进、出口二种形式为主。前一种如截止阀、闸板阀，后一种如旋塞阀、蝶阀。本发明即为该两种运动形式的阀门而设计。由于本阀门的阀体、密封盖和阀盖之间为全密封缸体，没有动密封存在，从根本上解决了阀门的泄漏问题，也扩大了阀门的使用压力，本发明阀门使用压力范围为0.001托～600大气压。以图1所示方向为准，增力传动杆(8)右端镶嵌有内磁体(9)，至少装有二块，内磁体使用硬磁体或软磁体制造，磁性体相互作用要防止磁短路和磁干扰，为此内磁体(9)与阀杆之间采用安装架(10)结构，完全隔开内磁体(9)与阀杆(2)，安装架用非磁通材料制成。在阀门输送高温流体时，磁性材料将损失其磁性结构特性，为此，在用于高温流体时，选用软磁体制造，从而扩展了阀门的高温使用局限。经测定，本发明可用温度范围为-50℃～600℃。为适应多种传动结构，阀盖可设计成多种结构，如图1为密封盖(3)和阀盖(4)组成。内增力驱动机构装置于全密封缸体(7)内，可以采用如图1的蜗轮(15)蜗杆(16)传动机构，齿轮组合传动结构，如图3的蜗杆(16)齿条(20)传动结构。

内增力驱动机构主要是用可靠的齿轮、齿条的啮合比来增加提升或旋转阀杆的力矩，使磁耦合得以实现，齿轮啮合比与力矩的增大成比例，根据摩擦力、流体的压差设计内增力驱动机构的齿轮啮合比。如图1为啮合比例较大、最省力的一种增力传动机构，而图3内增力驱动机构类型则用于阀门开启力矩较小的场合，如果使用齿轮组合或齿轮箱式结构，可以再增加开启力矩，以适应开、闭阀门的需求力矩。此外，由于使用全密封结构，内部不必用填料强行密封，客观上也减少了开启阀门所需的力矩。

对于用磁耦合旋转传动杆的外驱动装置，可用手轮(6)固定连接于阀帽(5)上，手动操作，也可以用电动、气动或液压传动等多种形式带动阀帽(5)的旋转，电力驱动与阀帽可采用齿轮连接，也可以采用皮带、摩擦轮形式或用电机带动减速装置来驱动阀帽转动。另有一种驱动形式为设置磁交变旋转电磁铁(21)，可以用或不用阀帽(5)，在阀盖(4)内或外表面缠有线圈，通电产生交变磁场，驱动内磁体(9)旋转。除手轮(6)转动外，其它驱动装置都可以实施远距离控制，这有利于工业自动化。

为了对阀杆(2)进行限位，在蜗轮蜗杆传动机构中，蜗轮上、下配有滚动或滑动的圆环或轴承结构的承压件(14)，上部承压件靠在阀盖(4)上，下部承压件靠在止退环(13)上，止退环为一同心环结构，置于密封盖(3)中间的凹圆台上。内增力驱动机构中的蜗轮(15)、蜗杆(16)、限位件(12)使用钢制或用铜合金制造，在阀门输送流体温度较低时，也可选用塑料材料制造，塑料材料可选用四氟乙烯、聚甲醛、聚酰胺、聚乙烯或聚酯材料，根据流体温度来选用塑料品种，使用温度范围为-180℃～250℃。

本发明相比现有技术有如下优点：由于采用了全密封磁耦合驱动结构，可以使阀门做到无泄漏。其内增力驱动机构位于封闭缸内，所以开、闭阀门省力、方便。采用不同的齿轮啮合形式及与阀杆的结合方式，适用于上、下提升和左右旋转开、闭的多种类型阀门。该结构阀门可靠，检修方便，可以远距离控制阀门。适用温度和压力范围大，压力：0.001托～600大气压；温度：-250℃～600℃。

附图图面说明如下：图1为本发明磁耦合蜗轮蜗杆传动机构旋塞阀结构示意图，1-阀体，2-阀杆，3-密封盖，4-阀盖，5-阀帽，6-手轮，7-全密封缸体，8-增力传动杆，9-内磁体，10-安装架，11-外磁体，12-限位件，13-止退环，14-承压件，15-蜗轮，16-蜗杆，17-栓塞头，18-螺栓。图2为图1的A-A横截面俯视图，忽略下部阀体结构。图3与图2相似，蜗轮(15)上的齿有齿部分占圆周边小于180度，大于90度，也是图1所示阀门的A-A俯视图。图4为本发明磁耦合全密封蜗杆齿条传动机构截止阀结构示意图，19-为上端是齿条结构的阀杆，20-齿条结构。图5为磁交变旋转电磁铁驱动闸板阀断面结构示意图，21-磁交变旋转电磁铁。

下面结合附图说明实施例，图1为磁耦合全密封具有蜗轮蜗杆内增力驱动机构的旋塞阀实施例，图2是其A-A截面俯视图，阀门处于全开位置，旋动手轮(6)，由于外磁体(11)的磁力吸引，内磁体(9)旋转，从而使蜗杆(2)转动，与蜗杆啮合的蜗轮(15)与阀杆(2)固定连接在一起，使阀杆下端栓塞头(17)旋转，每转180度为一次开闭，阀体(1)、密封盖(、阀盖(4)组成全密封缸体(7)，由限位件(12)固定阀杆(2)上、下位置，使阀杆下栓塞头(17)与阀体(1)靠紧封闭管道。阀杆(2)采用二段结构，下部栓塞头与阀杆以螺栓(18)连接，可以在检修阀门时迅速更换栓塞头，方便、经济。该结构栓塞头(17)设计成梯柱形、球形或蝶形，以适用于球阀、蝶阀等只靠旋转开、闭的阀门采用。如果蜗轮(15)与阀杆(2)采螺纹配合连接，则适用于上、下提升螺杆开、闭阀门的类型，阀杆上部予设计有一定高度的空间，随着蜗轮旋转，阀杆提升，反向旋转则阀杆下降；下面栓塞头(17)设计成圆锥状、平面盘状或楔形，适用于截止阀、闸板阀采用。对于旋塞阀、蝶阀等以旋转180度为开闭周期的阀而言，其蜗轮上的齿占圆周边小于180度，大于90度，可有效地防止阀门开、闭不停转换的弊病，如图3。

图4为本发明磁耦合蜗杆齿条传动的一种截止阀结构实例，手轮(6)转动带动蜗杆(16)转动，使具有齿条结构的阀杆(19)上、下运动，藉此开闭阀门，因为齿轮啮合比相对于图1结构的内增力驱动机构为小，所以此阀适用于输送压力较小的流体。据此结构，也可以改设成在阀杆(19)中心轴内设计成阴螺纹，而将蜗杆(16)换成阳螺纹，螺杆旋入阀杆阴螺纹中，从而带动阀杆(19)上、下运动。正因为压力阻力小，所以不再设置较为复杂的限位件结构，内增力传动杆的限位是靠蜗杆(16)顶端与阀盖(4)顶面滑动摩擦实现的。

图5为用于闸板阀的另一种磁耦合蜗轮蜗杆内增力驱动机构实施例，其蜗轮(15)与阀杆(2)靠螺纹连接，代替阀帽(5)而使用磁交变旋转电磁铁(21)，线圈缠绕于阀盖(4)内或外表面，线圈内通以交变电压，藉以产生交变磁场，带动内磁体(9)旋转，其他原理及操作与上述同，因为通电电源可以远距离输送，因此该阀门操作可以远距离控制，有利于工业自动化。

本发明所述的外动力驱动装置，必须使用可以正反转的驱动动力。

Claims (11)

1、一种磁耦合内驱动阀门，由阀体(1)、阀盖(4)、阀帽(5)、阀杆(2)、手轮(6)所组成，其特征在于阀体和阀盖内安有内增力驱动机构，内增力驱动机构中的增力传动杆(8)右端镶嵌有内磁体(9)，在阀帽(5)上相对内磁体(9)处设置外磁体(11)，增力传动杆(8)以传动机构与阀杆(2)连接，阀杆上部设置有限位件(12)，阀帽(5)上连接有外驱动装置。

2、如权利要求1所述之磁耦合内驱动阀门，其特征在于增力传动杆(8)所安装的内磁体(9)，内磁体使用硬磁体或软磁体，至少装有两块，阀帽(5)上外磁体(11)应使用硬磁体，数量与内磁体(9)数相同。

3、如权利要求1所述之磁耦合驱动阀门，其特征在于内磁体(9)通过安装架(10)固定连接于阀杆(2)上。

4、如权利要求1所述之磁耦合内驱动阀门，其特征在于内增力驱动机构为蜗轮(15)蜗杆(16)、蜗杆(16)齿条(20)或齿轮组的一种。

5、如权利要求1、4所述之磁耦合内驱动阀门，其蜗轮(15)蜗杆(16)传动的特征在于与蜗杆(16)配合的蜗轮(15)上的齿占圆周边小于180度，大于90度。

6、如权利要求1所述之磁耦合内驱动阀门，其特征在于外驱动装置是手动、电动、液压传动或气动的一种；与阀帽(5)连接方式可以是手轮、摩擦、皮带或齿轮。

7、如权利要求1所述之磁耦合内驱动阀门，其特征在于代替外磁体(11)使用磁交变旋转电磁铁(21)，磁交变旋转电磁铁装置线圈设在阀盖(4)内或外表面。

8、如权利要求1所述之磁耦合内驱动阀门，其特征在于阀杆(2)下部栓塞头(17)与阀杆体以螺栓(18)连接。

9、如权利要求1、8所述之磁耦合内驱动阀门，其特征在于阀杆(2)下部栓塞头(17)对于截止阀、闸板阀，设计成圆锥体状、平面盘状或楔状；对于旋塞阀、蝶阀、球阀，栓塞头(17)可设计成梯形、球形或蝶形。

10、如权利要求1、4所述之磁耦合内驱动阀门，内增力驱动机构由蜗轮(15)蜗杆(16)组成，其特征在于对于旋转开、闭阀门的蜗轮(15)与阀杆(2)应固定为一体；对于提升开、闭阀门的蜗轮(15)与阀杆(2)应为螺纹配合连接。

11、如权利要求1所述之磁耦合内驱动阀门，其特征在于限定件(12)由止退环(13)和滚动或滑动的承压件(14)组成，承压件(14)用金属或塑料制成，塑料选用四氟乙烯、聚甲醛、聚酰胺、聚乙烯或聚酯材料。

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