CN2044674U - 数显型防爆阀门电动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种控制阀门的开启和关闭，特别是开度位置由数字显示的防爆阀门电动装置。该装置是在剖析了原设计“Z型阀门电动装置”的基础上，针对其缺陷，更新设计而推出的新产品。该装置的主要技术特征是：用位置控制机构和电路控制单元，实现开度位置的数字显示。用摩擦力矩控制机构和电路控制单元，实现过载保护和恒转矩输出。该装置适用于大型闸阀、截止阀和截流阀的控制。可为石油、电站、煤炭、化工等工业部门的自动化控制，提供一种重要的单元部件。

Description

本实用新型涉及一种控制阀门开启和关闭，特别是开度位置由数字显示的防爆阀门电动装置。

数显型防爆阀门电动装置与阀门配套组成电动阀门，以操纵电控按钮的方式控制阀门的开启和关闭。可现场操作，也可以遥控操作，适用于大型闸阀、截止阀、截流阀的控制，广泛应用于电站、石油、化工、煤炭、冶金、造船等工业部门，是工业生产自动化控制的重要元部件之一。

阀门电动装置一般由电动机、减速机构、指示器和控制箱组成。如由中国科学院设计的，北京机械工程学会、北京阀门总厂等单位1986年组织鉴定的Z系列阀门电动装置，就是一种如上所述的装置。以下简称Z装置，其结构简图见图1、图2。图1是传动原理示意图，图2是手、电动切换装置示意图，其工作原理简述如下：

1.动力传递及工作方式的选择

Z装置采用电动和手动两种工作方式将动力传至输出轴进行开启和关闭阀门的动作。

电动方式时，如图1所示，动力经电机（1）花键轴套（2）蜗杆（3）蜗轮（4）传至输出轴（7）驱动阀杆转动，使阀门开、闭。

手动方式时，如图2所示，搬动手柄（6）托起拨叉（5）使离合器（2）的下端齿与蜗轮（4）的端齿脱开。同时离合器（2）的上端齿与手轮（3）的端齿进入啮合。旋转手轮（3）直接带动输出轴（7）实现手动开、闭阀门。

2.力矩控制机构及其工作原理简述

Z装置力矩控制机构（见图1）由力矩传出装置（24）和力矩控制器（25）组成。用来控制输出轴输出力矩的大小。当输出力矩超过额定值时，可使电机断电，避免机件损坏。

力矩传出装置（24）的工作原理如图1所示。蜗杆（3）的支承方式为单端轴向自由支承。空载时，由双向平衡弹簧（10）保持其平衡位置，负载时，随着输出转矩增大，蜗杆（3）的轴向力也随之增大，一侧的平衡弹簧被压缩，蜗杆（3）做轴向移动，蜗杆右端装有一环形齿条（8）与齿轮（9）相啮合，将蜗杆的轴向左右移动变为齿轮（9）的转动，并通过联接轴（11）将转动传至力矩控制器（25）。

力矩控制器（25）如图1所示，由一扇形挡板（12）拔杆（13）和微动开关（14）、（15）组成。齿轮（9）转动时，可带动扇形挡板（12）上的拔杆（13）摆动一定的角度将微动开关（14）或（15）压下，切断电源。

调整扇形挡板（12）上的拔杆（13）与微动开关（14）、（15）触头的相对位置，远或近，就可控制蜗杆（3）轴向移动距离的大小，从而控制输出力矩的大小。当开阀或闭阀过程中力矩达到额定值时，拔杆（13）到位，压下微动开关（14）或（15），电机断电，可达预先设定额定转矩之目的。

3.位置控制装置及状态显示

Z装置的位置控制装置和状态显示由位置传出装置（26）及位置控制器（27）组成。用来控制并显示阀门的开、关状态和任意开度位置。开度位置可根据需要预先调定，当阀门开到这一位置时（见图1）位置控制器（27）上的凸轮（16）或（17）将微动开关（20）或（21）压下使电机断电，同时机械计数器（23）显示出这一开度位置的数字值。

位置传出装配（26）如图1所示，由输出轴（7）螺旋齿轮（6）和螺旋齿轮轴（5）组成。在输出轴（7）上，装有一个螺旋齿轮（6）与螺旋齿轮轴（5）相啮合，输出轴（7）转动时，通过螺旋齿轮（6）和螺旋齿轮轴（5）将输出轴（7）的转动，即阀门的位置运动传到位置控制器（27）。当阀门行程位置达到预定位置时位置控制器（27）切断电源，并由机械计数器（23）显示其预定位置。

位置控制器（27）如图1所示，由凸轮（16）、（17）调整轴（18）、（19）微动开关（20）、（21）主轴（22）和机械计数器（23）组成。

输出轴（7）转动时，通过螺旋齿轮轴（5）将位置运动传到位置控制器（27）的主轴（22），机械计数器（23）有若干组带有字盘的齿轮，按一定的规律啮合，把主轴的位置运动变成数字并显示。

位置控制器（27）的主轴（22）经若干级齿轮降速后，与调整轴（18）和（19）相联接，凸轮（16）和（17）分别安装在调整轴（18）和（19）上，相对位置可调，调整凸轮（16）或（17）与微动开关（20）或（21）的相对位置，就可控制阀门停止在开启、关闭位置，或开启、关闭过程中任一位置。即控制电机的正、反转断电。现列举最大开启位置的调整方法如下：

预先手动将阀门开到最大开启位置，调定调整轴（18）上的凸轮（16）使其压下微动开关（20），然后手动将阀门关闭，凸轮（16）回位。再用电动方式操作，按下开阀按钮，输出轴（7）转动，经位置传出装置（26）将位置运动传至位置控制器（27），凸轮（16）转动，直到凸轮（16）将微动开关（20）压下，电机断电，输出轴（7）停止转动。此时，阀门处于预先调定的最大开启位置。依此类推，关闭位置的和任意中间位置的调整亦然。

如上例举的Z系列阀门电动装置，其结构特点是：电机直接与蜗杆联接，蜗轮蜗杆啮合实现一级降速，具有位置控制机构和力矩控制机构可手动、电动方式操作。功能较齐备。但是在生产实践中逐渐暴露出一些缺点和不足。例如，当力矩控制机构在调整位置稍有失误，或因调整挡板松动等原因，出现微动开关触点不能到额定转矩时被压下的情况是：位置控制有所失灵，则可能导致电机因钮矩过大而损坏，出现事故。

又如位置控制机构是纯机械方式，控制精度低，可靠性差，远距离操作时不易准确掌握开度位置。手电动转换时，须事先搬动一下转换手柄，操作复杂。总之，Z装置结构较复杂，零件数目多，体积较庞大功能可靠性差，调整不方便。

本实用新型的目的在于提供一种改进的数显型防爆阀门电动装置。它用一种数字显示方式和改进结构来克服上述几种弊病。

本实用新型的目的是这样实现的：用位置控制机构和电路控制单元，将阀门的任意开度位置转换成三位十进制数字并显示出来。用摩擦力矩控制机构和电路控制单元，实现输出轴的输出转矩控制。

与现有技术中Z系列阀门电动装置相比较，本实用新型具有以下特点：

（1）.用齿盘、摆杆接触开关构成独特的位置控制机构，取代了原设计的位置及计数装置，位置信号数字化，便于遥控操作。

（2）.用摩擦力矩控制机构实现输出转矩控制，取代了原设计的力矩控制装置，安全及可靠性有所提高。

（3）.机械零件的总数大大减少。是原设计零件总数的三分之二，降低了生产成本。

（4）.在一种箱体上采用变换齿轮配比的方法，获得输出轴的三种转速，实现一机多功能，取代了原来需要三种箱体才能达到的设计结构。

（5）.用具有自动复位功能的手、电动切换装置，取代了原设计的手、电动切换装置。

（6）.蜗杆轴采用推力轴承两端支承方式，比原设计的向心轴承单端支承方式增加了刚性，缩小了结构尺寸。

4.本实用新型的具体结构可参考附图3－5。图3是实用新型的传动原理示意图，图4是实用新型的装配结构简图，图5是实用新型的位置控制装置结构简图。本实用新型由电动机、减速器、转矩控制机构、位置控制装置、手、电动切换装置和控制箱组成。

（一）、电动机

本实用新型采用电动阀门用三相异步电动机。性能可靠，尺寸紧凑。

（二）、减速器（参看图3）

减速器由电机齿轮（1）、蜗杆齿轮（2）、蜗杆（3）和蜗轮（4）组成。在齿轮中心距固定的情况下，选择电机齿轮（1）和蜗杆齿轮（2）的三种不同配比，可使输出轴（6）获得18、24、36转／分三种不同的转速，具备在同一箱体上实现一机多能的特点。

（三）、转矩控制机构（参看图3）

转矩控制机构是控制输出轴转矩大小的机构，它的功能相当一个过载离合器。

在蜗杆轴的轴端空套了一个蜗杆齿轮（2），蜗杆齿轮（2）的两侧对称安装有蝶形弹簧摩擦片组件（7），蝶形弹簧摩擦片组件（7）的内孔做成方形，外缘成喇叭状，外缘平面与蜗杆齿轮（2）的两侧密实接触。

蜗杆齿轮（2）与蜗杆轴为滑动联接，空套在蜗杆轴上。蝶形弹簧摩擦片组件（7）与蜗杆轴为键联接，右端固定，左端可沿蜗杆轴轴向移动。蝶形弹簧摩擦片组件（7）的两个侧面与蜗杆齿轮（2）的两个侧面为摩擦配合，调整防松调整螺母（8）对蝶形弹簧摩擦片组件（7）的压力，就可控制蝶形弹簧摩擦片组件（7）对蜗杆齿轮（2）两侧面的相对压力，从而控制输出轴（6）转矩的大小。

当输出轴（6）转矩超过额定值时，蝶形弹簧摩擦片组件（7）打滑，蜗杆齿轮（2）空转，无转矩输出，机件不致因过载而损坏。

（四）、位置控制装置（参看图4）

位置控制装置用来控制和显示阀门的开关状态和开度位置，从而达到监控阀门工作状态之目的。

位置控制装置由离合滑套（5）、摆杆（9）、复位弹簧（12）正程接触开关（10）、逆程接触开关（11）及电子计数和指令输出单元构成，这是一个机电结合的位置控制装置。

1.结构说明（参看图3－5）

该装置的机械部分有一个与输出轴（6）同轴转动的离合滑套（5），在其侧面有一个可绕自身轴自由摆动的摆杆（9），摆杆（9）的上方安装了一对复位弹簧（12），复位弹簧的两侧斜下方装有一对接触开关（10）、（11），接触开关用弹性金属片冲压制成，摆杆（9）的球头与接触开关的凸起触点断续接触。

如图4所示，当蜗轮（4）以电动方式传动时，动力经蜗轮（4）上的端齿与离合滑套（5）的下端啮合，送到输出轴（6）。

当采用手动方式时，下压并旋转手柄（15）前端的扇形齿轮与离合滑套（5）的周向齿条啮合，使离合滑套（5）上移，脱开电动方式的端齿啮合，动力经旋转体（14）的下端齿与离合滑套（5）的上端齿啮合，送到输出轴（6）。

离合滑套（5）和输出轴（6）之间采用花键联接，同轴转动。无论手动或电动工作方式，离合滑套（5）转动的角度都间接反映了阀门的工作状态，即阀门的开启、关闭和任意中间位置都可由离合滑套（5）转动的角度表示出来。

如图5所示，离合滑套（5）的外缘部分做成一个有固定齿数的异形齿盘，与其轮齿啮合的部件是一个摆杆机构，由摆杆（9）、复位弹簧（12）、固定套（13）和柱销（19）组成。

在异形齿盘的侧面装有一个可绕自身轴自由摆动的摆杆（9），摆杆（9）的端头与异形齿盘的齿廓啮合。

摆杆（9）的转轴为球形，球的顶部和底部对称中心安放了一对柱销（19），构成摆杆（9）与球形转轴的十字铰接结构。装配时，先将摆杆（9）的球形转轴放入固定套（13），再将一对柱销（19）嵌入固定套（13）与球形转轴之间，然后把固定套（13）压入箱体。球形转轴有三个作用：（1）.使摆杆可绕自身轴自由摆动。（2）.密封作用，防止箱体内的润滑油外溢。（3）.保证摆杆的摆动空间，增加摆杆的刚性。

在摆杆（9）的附近，安放了一对复位弹簧（12）。它的功能是：当摆杆（9）向左或向右摆动一次之后，迫使摆杆（9）重新复位到衡位置。

如图3所示，当离合滑套（5）顺时针或逆时针转动，完成开启或关闭阀门的动作时，摆杆（9）就会在平衡位置附近摆动。摆杆（9）每摆动一次，离合滑套（5）旋转的角度为：

β＝2π／Z＝360°／30＝12°

摆杆（9）每摆动一次，正程接触开关（10）或逆程接触开关（11）就有一次开关状态的转换。相当于阀杆顺时针或逆时针旋转12°，正程接触开关（10）或逆程接触开关（11）就拾取一脉冲信号送入电子计数器。

若阀门从关闭状态到最大开启状态，阀杆须转过的角度为：

φ＝N.β

则电子计数器从O到N计数并显示。O表示阀门处于关闭状态，N表示阀门处于最大开启状态，从O到N之间的任意数字表示阀门的任意开度位置。

2.工作过程简述（参看图3）

按下开阀按钮，电机正转，电子计数器置零。离合滑套（5）逆时针转动，并经输出轴（6）将转矩传至阀杆进行开启阀门的动作。离合滑套（5）逆时针转过12°，正程接触开关（10）的状态转换一次，电子计数器加1。依此类推，当阀门完全打开时，电子计数器的累加计数为N并显示。此时指令输出装置发出停机指令，电机断电。电子计数器的数字显示“N”，指示阀门处于最大开启状态。

按下关阀按钮，电机反转，离合滑套（5）顺时针转动，并经输出轴（6）将转矩传至阀杆进行关闭阀门的动作。离合滑套顺时针转过12°，逆程接触开关（11）状态转换一次，电子计数器减1。依此类推，当阀门完全关闭时，电子计数器复位为零并显示，指令输出装置发出停机指令，电机断电，电子计数器的零位显示指示阀门处于关闭状态。

中间任意型开度位置的停机，可由电子计数器的操作系统与指令输出装置配合完成，变换不同的操作，可在任意开度位置使电机断电，从而达到控制流量之目的。

（五）、手、电动切换装置（参看图4）

本实用新型的手、电动切换装置由手柄（15）、锁紧簧片（16）、钢球（17）、螺旋弹簧（18）、旋转体（14）和离合滑套（5）组成。

停电时，压下并旋转手柄（15）就可脱开电动方式，进行手动操作。钢球（17）和螺旋弹簧（18）可使电动方式自动复位，切换操作简便易行。

（六）、控制箱

控制箱用来安装继电器、变压器、电子计数器、脉冲信号处理单元、力矩控制单元和电子元器件构成本实用新型的配套部件，即：电路控制单元。

本实用新型的最好方式是工业化大批量生产，若装置中部分零件采用铸塑材料，无疑会大大降低成本，促使本实用新型的实现。

Claims (5)

1、一种控制阀门开启和关闭，特别是开度位置是由数字显示的数显型防爆阀门电动装置，该装置有一个与输出轴(6)同轴转动的离合滑套(5)，在其侧面有一个可绕自身摆动的摆杆(9)，其特征在于摆杆(9)的上方有一对复位弹簧(12)，复位弹簧的两侧斜下方对称安装了一对接触开关(10)、(11)，该装置的蜗杆齿轮(2)空套在蜗杆轴(3)上，在其两侧对称安装了蝶形弹簧摩擦片组件(7)，其特征在于蜗杆齿轮(2)空套在蜗杆轴(3)上，蜗杆轴(3)的端头装有防松调整螺母(8)。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征是：离合滑套（5）的外缘部分做成一个有固定齿数的异形齿盘，在异形齿盘的侧面安装了一个可绕自身轴自由摆动的摆杆（9）的端头与异形齿盘的齿廓啮合。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征是：摆杆（9）的转轴为球形，球形转轴镶嵌在固定套（13）的中心孔内，摆杆（9）与球形转轴十字铰接，固定套（13）固定在机壳上。

4、根据权利要求1、2和3所述的装置，其特征是：复位弹簧（12）的两个侧板，夹持住摆杆（9）的腰部，使摆杆（9）只能在平衡范围内摆动。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征是：蝶形弹簧摩擦片组件（7）的内孔做成方形，喇叭状外缘与蜗杆齿轮（2）的两个侧面密实接触。

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