CN202790822U - 用于阀门定位器的单作用转换单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种结构简单板式安装的用于阀门定位器的单作用转换单元。排气阀座和进气阀座均为板式结构，层叠安装，且进气阀、排气阀的轴线均与阀座的板面垂直。整体构造简单，机械加工成本低，部件装配容易。用于密封的橡胶阀芯依托在金属骨架上，其刚度得到增强；而且橡胶不直接受力于弹簧，因此阀芯不易变形，能保证长期使用的密封效果，同时还能提高有效工作压力。由于橡胶阀芯与阀座的密封端面的环形凸起形成线密封，使密封的可靠性也得到提高。

Description

用于阀门定位器的单作用转换单元

技术领域

本实用新型涉及自动控制技术领域，尤其是涉及阀门定位器的I/P转换单元。

背景技术

随着智能阀门定位器的功能的完善，原有的采用电磁线圈方式的I/P转换单元已经不能满足阀门定位器智能化、低功耗、高频率的要求。目前，智能阀门定位器的I/P转换单元采用压电阀代替电磁线圈控制要求。

在控制系统中，如果I/P转换单元的气源输入、输出口有泄漏，就会引起阀门定位不断振荡，造成控制管路中输送介质的不稳定，影响产品的质量或发生危险。因此，压电阀式I/P转换单元的气源输入、输出口必须保证有可靠的密封性能。

但是，现有的压电阀式I/P转换单元的腔室与腔室之间的隔断，通常是由弹簧直接顶住橡胶阀芯或橡胶密封片与阀座接触，形成密封面来达到密封的目的。

这种结构存在以下不足：

1、橡胶阀芯和橡胶密封片长期受弹簧力，容易产生变形，影响密封效果；

2、因橡胶阀芯的刚度不易把握，限制了产品工作压力的进一步提高；

3、由于采用面密封，对密封面表面的质量要求较高；

4、当腔室的压力较低时，密封处容易出现泄漏；

5、对压紧弹簧的要求较高，弹簧力太大，开启时不易打开，弹簧力太小，隔断时又容易泄漏。

另外，现有转换单元的结构复杂，加工和装配难度较大。

由于存在上述不足，因此，需要对阀门定位器的I/P转换单元作进一步改进，简化转换单元的结构，同时克服转换单元中阀芯刚度不够，容易变形的不足，提高气源输入、输出口的密封可靠性。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型提供一种结构简单板式安装的转换单元，用于智能阀门定位器。

本实用新型为解决上述技术问题，是依靠下述技术方案实现的：用于阀门定位器的单作用转换单元，该转换单元包括：一个板式排气阀座，一个板式进气阀座，两个内置压电阀的端盖，两个驱动膜片，一个底座。转换单元为从左到右为，端盖、驱动膜片、进气阀座、底座、进气阀座、驱动膜片、端盖依次层叠排列。进气阀座上设置有控制气源连通输出口的进气阀；排气阀座设置有控制输出口连通排气口的排气阀。

其中，底座上设置有连接进气口的第一腔室，第一腔室连通到底座的与进气阀座连接的板面；底座上设置有连接输出口的第三腔室，该腔室还分别连通到进气阀座和排气阀座；底座内还设置有排气口，该排气口连通到底座的与排气阀座连接的板面。

其中，排气阀座上设置有第四腔室，连通到排气阀座的与底座的排气口连通的板面；排气阀座内排气阀的轴线垂直于排气阀座的板面；排气阀的轴向移动，控制第四腔室与底座的第三腔室的导通或隔断。

其中，进气阀座上设置有第二腔室；进气阀座内的进气阀的轴线垂直于进气阀座的板面；进气阀的轴向移动，控制第二腔室与底座的第一腔室的导通或隔断；进气阀座上还设置有单向阀，用于第二腔室对底座的第三腔室的单向导通。

其中，端盖内设置有作用在驱动膜片上的背压腔，背压腔的气压通过压电阀的控制，推动驱动膜片驱动进气阀或排气阀的轴向移动。

进一步的，进气阀包括阀杆、阀芯和阀芯骨架；阀芯的周边和顶部置于阀芯骨架内，阀杆的端部穿入阀芯的中心；阀芯骨架的外部设置有弹簧，作用于进气阀隔断的轴向移动。排气阀包括排气驱动板、阀芯；排气驱动板的轴端部穿入阀芯的中心；排气驱动板的背面由复位弹簧抵住作用于打开第三腔室向第四腔室的导通。

进一步的，排气阀的排气驱动板与排气膜片接触，对应于端盖(1)内的被压腔在驱动膜片上的作用面。进气阀的阀杆的尾部设置有阀垫和进气驱动板，阀杆的尾部穿入阀垫的中心，阀垫的台阶形周边置于进气驱动板的中心；进气驱动板与进气用的驱动膜片接触，对应于端盖内的被压腔在进气膜片上的作用面。

进一步的，第二腔室的入口处与阀芯接触的外端面，设有一环形凸起；第三腔室通向第四腔室的出口处与排气阀的阀芯接触的端面，分别设有一环形凸起。

进一步的，单向阀包括阀套、压缩弹簧和密封球；密封球由阀套内的压缩弹簧顶在第二腔室P2出口外的密封面上。

进一步的，阀芯的材料为橡胶；密封球的材料为橡胶；阀芯骨架为金属材料。

与现有技术相比较，采用本实用新型的技术方案的优点是：

1.排气阀座和进气阀座均为板式结构，层叠安装，且进气阀、排气阀的轴线均与阀座的板面垂直。故整体构造简单，机械加工成本低，部件装配容易，产品的合格率高。

2.阀芯骨架为金属骨架，用于密封的橡胶阀芯依托在金属骨架上，其刚度得到增强；而且橡胶不直接受力于弹簧，因此阀芯不易变形，能保证长期使用的密封效果，同时还能提高有效工作压力。

3.由于橡胶阀芯与阀座的密封端面的环形凸起形成线密封，使密封的可靠性也得到提高。

4.进气阀座内的单向阀，由压缩弹簧顶住的橡胶密封球与腔体形成的线密封，可靠性也得到提高。

附图说明

图1为本实用新型用于阀门定位器的单作用转换单元保持状态的原理图。

图2为本实用新型用于阀门定位器的单作用转换单元单作用时的原理图。

图3为本实用新型气于阀门定位器的单作用转换单元复位状态的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

本实用新型用于阀门定位器的单作用转换单元，包括一个板式排气阀座3，一个板式进气阀座12，两个内置压电阀13的端盖1，两个驱动膜片2，一个底座6。

参见附图1转换单元的实施例，图中可以看到，从左到右依次排列的端盖1、驱动膜片2、排气阀座3、底座6、进气阀座12、驱动膜片2和端盖1。它们之间通过螺钉连接，固定在一起。

端盖1内设置有背压腔，并安装有压电阀13，背压腔的气压通过压电阀13的控制。压电阀14在背压腔产生的压力作用在驱动膜片2的一面，驱动膜片2的另一面与进气或排气阀座内装配的进气或排气驱动板接触。

底座6上设置有连接进气口IN的第一腔室P1，进气阀座12上设置有的第二腔室P2。底座6的第一腔室P1的端口，朝向进气阀座12的第二腔室P2的入口处；在进气阀座2内，第二腔室P2的入口处设置有进气阀。

底座6上还设置有分别与输出口OUT连接的第三腔室P3，第三腔室P3连通到底座6朝向进气阀座12的板面上。底座6上还设置有连通大气的排气口EX。进气阀的轴线垂直于板式进气阀座2的板面；进气阀的轴向移动，控制第二腔室P2与底座6的第一腔室P1的导通或隔断。

排气阀座3上设置有第四腔室P4，第四腔室P4连通到排气阀座3与底座6接触的板面，连接底座6的排气口EX。在排气阀座3内，底座6上的第三腔室P3通向第四腔室的出口处，设置有排气阀。排气阀的轴线垂直于板式排气阀座3的板面；排气阀的轴向移动，控制第三腔室P3与第四腔室P4既与底座6上的排气口EX的导通或隔断。

上述进气阀包括阀杆16、阀芯17和阀芯骨架18。阀杆16端部的小圆台穿入阀芯17的中心，阀芯17的周边和顶部置于阀芯骨架18内。阀杆16、阀芯17和阀芯骨架18呈径向过盈配合，固定连接在一起。阀芯17的材料一般选用橡胶，阀芯骨架18为金属材料。进气阀的阀芯17的平面与进气阀座12的第二腔室P2的入口处接触，入口处的端面设有一环形的凸起，使阀芯17与入口处形成环形线密封。

上述排气阀包括排气驱动板21、阀芯17。排气驱动板21的轴端部的小圆台穿入阀芯17的中心，阀芯17的材料一般选用橡胶。排气阀的阀芯17的两个平面，分别与底座6的第三腔室P3通向第四腔室P4的出口处的外端或排气阀座3阀孔的内端接触。该出口处的外端和该阀孔的内端，分别设有一环形的凸起，使阀芯17与出口处的外端或阀孔的内端形成环形线密封。排气驱动板21的背面由复位弹簧20抵住，与用于排气的驱动膜片2接触。

进气阀座2内的进气阀的阀杆16的尾部，设置有阀垫15和进气驱动板14。阀杆16尾部的小圆台穿入阀垫15的中心，阀垫15的台阶形周边置于进气驱动板14的中心。阀杆16、阀垫15和进气驱动板14呈径向过盈配合，固定连接在一起。进气驱动板14与进气用的驱动膜片2接触，对应于端盖内1内的背压腔在进气用的驱动膜片2上的作用面。

底座6的第一腔室P1内设置有锥形弹簧19，该锥形弹簧19顶在进气阀座12内进气阀的阀芯骨架18外部，作用于进气阀隔断时的轴向移动。

在进气阀座12内，进气阀座2的第二腔室P2通向底座6的第三腔室P3的通道内设置有单向阀，控制第二腔室P2对第三腔室P3的单向导通。该单向阀包括阀套9、压缩弹簧10、“O”形密封圈8和密封球11。阀套9与进气阀座12之间通过“O”形密封圈8密封，密封球11由阀套9内的压缩弹簧10顶住。密封球11与第二腔室P2通向第三腔室P3的出口处外的密封面充分接触，形成线密封。密封球11一般采用橡胶材料。

本转换单元是一种压电阀式I/P转换单元，用于智能阀门定位器。当该转换单元安装在整机上后，接通气源和电源，压缩空气进入第一腔室P1作用在进气阀上。这时在锥形弹簧19和气源压力的共同作用下，进气阀密封在第二腔室P2的入口处，即第一腔室P1与第二腔室P2隔断。

若，通过控制脉冲使图中左侧端盖1内的压电阀13开始进气，左侧端盖1背压腔内有足够的压力推动左侧驱动膜片2。通过排气驱动板21驱动排气阀座2内的排气阀的轴向移动，克服复位弹簧20的弹力和摩擦阻力向右轴向移动运动，使阀芯17的一个平面与第三腔室P3通向第四腔室的出口处的外端接触，形成密封。

此时，图中右侧端盖1内的压电阀13无进气，在锥形弹簧19的作用下，进气阀的阀芯17的与进气阀座12的入口处接触，形成密封。此时，第一腔室P1与第二腔室P2隔断，第三腔室P3与第四腔室P4隔断。同时，单向阀也处于密封状态，即第二腔室P2与第三腔室P3隔断，如图1所示。

此时，通过控制脉冲使图中右侧端盖1内的压电阀13开始进气，右侧端盖1背压腔内有足够的压力推动右侧驱动膜片2。通过进气驱动板14进气阀座12内的进气阀的轴向移动，克服锥形弹簧19的弹力、气源压力和摩擦阻力向左运动，把进气阀座12第二腔室P2的入口处打开，同时右端阀孔被进气阀的阀垫15关闭。气源进入第二腔室P2，克服压缩弹簧10的弹力，推开橡胶球进入第三腔室P3。此时第三腔室P3与连接排气口EX的第四腔室P4保持隔断状态，压缩空气通过连接第三腔室P3的输出口OUT，推动执行机构到达指定位置。此时，第一腔室P1与第三腔室P3接通，第三腔室P3与第四腔室P4隔断，如图2所示。

同理，当通过控制脉冲使左侧压电阀13和右侧压电阀13同时开始排气，此时排气驱动板21在复位弹簧20和气源压力的作用下复位。排气阀的阀芯17和排气阀座3阀孔的内端接触，形成密封。底座6的第三腔室P3通向第四腔室的出口处被打开，如此底座6的输出口OUT经过排气阀座3的第四腔室P4，与底座6的排气口EX导通，卸掉第三腔室P3的压力。此时，第三腔室P3的压力等于或稍大于外界大气压P0，在锥形弹簧19的作用下，进气阀的阀芯17与进气阀座12的第二腔室P2的入口处接触，形成密封。同时，单向阀的密封球11在压缩弹簧10的作用下与第二腔室P2通向第三腔室P3的出口处外的密封面接触，形成密封。即第一腔室P1与第二腔室P2隔断，第二腔室P2与第三腔室P3隔断，第三腔室P3与第四腔室P4导通(输出口OUT与排气口EX连通)；如图3所示。

本实用新型用于阀门定位器的单作用转换单元，在断信号的情况下，第三腔室P3连接的输出口OUT，因排气阀的复位弹簧20的复位作用，与排气口EX导通，可以实现执行机构的复位。

Claims (10)

1.用于阀门定位器的单作用转换单元，其特征是，所述转换单元包括：一个板式排气阀座(3)，一个板式进气阀座(12)，两个内置压电阀(14)的端盖(1)，两个驱动膜片(2)，一个底座(6)；

所述转换单元从左到右为，端盖(1)、驱动膜片(2)、排气阀座(3)、底座(6)、进气阀座(12)、驱动膜片(2)、端盖(1)依次层叠排列；

所述进气阀座(12)上设置有控制气源连通输出口(OUT)的进气阀；所述排气阀座(3)上设置有控制输出口(OUT)连通排气口(EX)的排气阀。

2.如权利要求1所述的单作用转换单元，其特征是：所述底座(6)上设置有连接进气口(IN)的第一腔室(P1)，所述第一腔室(P1)连通到底座(6)的与进气阀座(12)连接的板面；

所述底座(6)上设置有连接输出口(OUT)的第三腔室(P3)，所述第三腔室(P3)还分别连通到进气阀座(12)和排气阀座(3)；

所述底座(6)内还设置有排气口(EX)，所述排气口(EX)连通到底座(6)的与排气阀座(2)连接的板面。

3.如权利要求2所述的单作用转换单元，其特征是：所述排气阀座(3)上设置有第四腔室(P4)，所述第四腔室(P4)连通到排气阀座(3)的与底座(6)的排气口(EX)连通的板面；

所述排气阀座(3)内的排气阀的轴线垂直于排气阀座(3)的板面；排气阀的轴向移动，控制第四腔室(P4)与底座(6)的第三腔室(P3)的导通或隔断。

4.如权利要求2所述的单作用转换单元，其特征是：所述进气阀座(12)上设置有第二腔室(P2)；

所述进气阀座(12)内的进气阀的轴线垂直于进气阀座(12)的板面；进气阀的轴向移动，控制第二腔室(P2)与底座(6)的第一腔室(P1)的导通或隔断； 

所述进气阀座上还设置有单向阀，用于控制第二腔室对底座的第三腔室的单向导通。

5.如权利要求3或4所述的单作用转换单元，其特征是：所述端盖(1)内设置有作用在驱动膜片(2)上的背压腔，所述背压腔的气压通过压电阀(13)的控制，推动驱动膜片(2)驱动进气阀或排气阀的轴向移动。

6.如权利要求5所述的单作用转换单元，其特征是：所述进气阀包括阀杆(16)、阀芯(17)和阀芯骨架(18)；该阀芯(17)的周边和顶部置于阀芯骨架(18)内，阀杆(16)的端部穿入阀芯(17)的中心；所述阀芯骨架(18)的外部设置有弹簧，作用于进气阀1隔断的轴向移动；

所述排气阀包括排气驱动板(21)、阀芯(17)；排气驱动板(21)的轴端部穿入阀芯(17)的中心；排气驱动板(21)的背面由复位弹簧20抵住作用于打开第三腔室(P3)向第四腔室(P4)的导通。

7.如权利要求6所述的单作用转换单元，其特征是：所述排气阀的排气驱动板(21)与驱动膜片(2)接触，对应于端盖(1)内的被压腔在驱动膜片(2)上的作用面；

所述进气阀的阀杆(16)尾部设置有阀垫(15)和进气驱动板(14)，阀杆(16)的尾部穿入阀垫(15)的中心，阀垫(15)的台阶形周边置于进气驱动板(14)的中心；所述进气驱动板(14)与进气用驱动膜片(2)接触，对应于端盖(1)内的被压腔在进气用驱动膜片(2)上的作用面。

8.如权利要求6所述的单作用转换单元，其特征是：所述第二腔室(P2)的入口处与进气阀的阀芯(17)接触的外端面，设有一环形凸起；

所述第三腔室(P3)通向第四腔室(P4)的出口处与排气阀的阀芯(17)接触的端面，设有一环形凸起。 

9.如权利要求6所述的单作用转换单元，其特征是：所述单向阀包括阀套(9)、压缩弹簧(10)和密封球(11)；密封球(11)由阀套(9)内的压缩弹簧(10)顶在第二腔室P2出口外的密封面上。

10.如权利要求9所述的单作用转换单元，其特征是：所述阀芯(17)的材料为橡胶；所述密封球(11)的材料为橡胶；所述阀芯骨架(18)为金属材料。 

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