CN219827317U - 一种阀门用泵控电液执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种阀门用泵控电液执行器，包括电机泵控单元、伺服电机、双向液压泵、第一增压油箱、作动筒、转动机构，转动机构与被控阀门联动，作动筒安装于转动机构，作动筒包括活塞杆，活塞杆与转动机构连接，活塞杆的伸出或缩回均能带动转动机构旋转，电机泵控单元安装于转动机构，电机泵控单元包括电机泵控单元阀块，伺服电机、双向液压泵、第一增压油箱均固定于电机泵控单元阀块，双向液压泵在伺服电机驱动下控制活塞杆的伸出或缩回，第一增压油箱为活塞杆的伸出或缩回提供液压油。本实用新型具有具有体积紧凑、输出力大，传动效率高等优点。

Description

一种阀门用泵控电液执行器

技术领域

本实用新型涉及液压传动与控制技术领域，尤其是涉及一种阀门用泵控电液执行器。

背景技术

阀门作为开闭管路、控制管道内流体的方向、压力、流量的管路附件，在石油天然气、化工、发电、冶金上有极其广泛的应用。目前阀门驱动方式主要有手动、电动、液压、气动几种。手动执行器出力小、执行速度慢，仅使用某些应急状态。气动执行器压力低、体积大、且负载刚度低，很难提高控制精度。电动执行器由于电机自身高转速低扭矩的固有特点，承受重载时需要加装减速机，体积和重量也较大。液压执行器具有负载刚度高、功率密度高的特点，因此具有控制精度高、体积紧凑的优势，非常适合大口径重载阀门的驱动。但仍存在以下问题：传统液压执行器较大的节流损失导致油液发热严重，长时工作需配置油液冷却装置，造成整体体积大，输出力小，效率较低；同时所用元器件价格昂贵，成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种阀门用泵控电液执行器，具有体积紧凑、输出力大，传动效率高等优点。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种阀门用泵控电液执行器，包括电机泵控单元、伺服电机、双向液压泵、第一增压油箱、作动筒、转动机构，所述转动机构与被控阀门联动，所述作动筒安装于转动机构，作动筒包括活塞杆，所述活塞杆与转动机构连接，活塞杆的伸出或缩回均能带动转动机构旋转，所述电机泵控单元安装于转动机构，电机泵控单元包括电机泵控单元阀块，所述伺服电机、双向液压泵、第一增压油箱均固定于电机泵控单元阀块，所述双向液压泵在伺服电机驱动下控制活塞杆的伸出或缩回，所述第一增压油箱为活塞杆的伸出或缩回提供液压油。

所述伺服电机固定于电机泵控单元阀块的一端，所述双向液压泵、第一增压油箱固定于电机泵控单元阀块的另一端，所述伺服电机和双向液压泵通过联轴器相连。

所述电机泵控单元阀块的一侧通过电控箱主体支架固定有电控箱主体。

所述电机泵控单元包括容积补偿阀、位置锁定阀、超载安全阀，所述容积补偿阀、位置锁定阀、超载安全阀均固定在电机泵控单元阀块的一端，所述电机泵控单元阀块固定连接有护罩，所述护罩将容积补偿阀、位置锁定阀、超载安全阀遮盖在内。

所述电机泵控单元阀块内安装有泵控单元压力传感器，所述泵控单元压力传感器部分位于电机泵控单元阀块外。

还包括应急手动单元，所述应急手动单元安装于电机泵控单元阀块一端，所述应急手动单元包括手动泵、手动换向阀、第一双向液压锁、应急手动单元阀块，所述手动泵、手动换向阀、第一双向液压锁均安装于应急手动单元阀块，所述应急手动单元通过管路连通电机泵控单元。

还包括应急蓄能单元，所述应急蓄能单元包括应急蓄能单元阀块，所述应急蓄能单元阀块通过管路连通电机泵控单元。

所述应急蓄能单元包括调速阀、换向阀、第二双向液压锁，所述调速阀、换向阀、第二双向液压锁均安装于应急蓄能单元阀块。

所述应急蓄能单元包括单向阀、卸荷阀、压力传感器、压力设定阀，所述单向阀、卸荷阀、压力传感器、压力设定阀均安装于应急蓄能单元阀块内且部分穿出应急蓄能单元阀块。

所述应急蓄能单元包括第二增压油箱、蓄能器，所述第二增压油箱、蓄能器通过油箱安装板固定安装于转动机构，所述第二增压油箱、蓄能器通过管路连通应急蓄能单元阀块。

本实用新型的有益效果是：

1、泵控电液执行器的液压额定压力相比传统气动执行器提升10倍以上，故配套作动筒体积远小于相同出力下传统气动执行器体积。同时液压压力可通过作动筒放大，配套驱动电机所需扭矩远小于直驱电动执行器，故配套电机体积远小于相同出力下传统电动执行器体积。使得电液执行器功重比远胜于现有气动、电动执行器，即体积紧凑、出力大。

2、泵控电液执行器采用伺服电机驱动定量双向液压泵的构型，即通过控制电机转速来完成泵输出流量调节，从而控制作动筒的速度和启停。这种泵控构型代替了核心控制元件伺服阀/比例阀，可大幅降低成本和维护要求，提升了系统可靠性。其次，泵控构型用容积速度控制代替了传统阀控节流速度控制，传动效率高，节流热耗小，无需增加散热装置。

3、配置了容积补偿阀来补偿作动筒伸缩导致的油液体积差，可以直接使用单出杆油缸作为执行器，有利于降低设备成本，提高可靠性。

4、增压油箱使阀门在任意姿态下安装都能正常工作，又隔绝外部污染物进入油液，提高装置内液压元件的可靠性和寿命。

5、应急手动单元和应急蓄能单元使装置在断电等状态下也能手动/自动完成阀门开关状态转换，可靠性高。采用模块化设计，可根据需要组合即插即用。

6、应急蓄能单元配有压力检测和补偿功能，检测到泄漏等导致的蓄能压力降低后可自动的补偿增压，智能化程度高。

附图说明

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型的电机泵控单元的立体图；

图3为本实用新型的电机泵控单元的爆炸图；

图4为本实用新型的应急手动单元的立体图；

图5为本实用新型的应急蓄能单元的立体图；

图6为本实用新型的应急蓄能单元的爆炸图；

图7为本实用新型的作动筒和转动机构配合的立体图；

图8为本实用新型的作动筒和转动机构配合的爆炸图；

图9为本实用新型的液压原理图。

图中：电机泵控单元1、伺服电机11、电机罩111、双向液压泵12、第一增压油箱13、电机泵控单元阀块14、护罩141、电控箱主体142、电控箱主体支架143、容积补偿阀15、位置锁定阀16、第一位置锁定阀16a、第二位置锁定阀16b、超载安全阀17、第一超载安全阀17a、第二超载安全阀17b、泵控单元压力传感器18、第一压力传感器18a、第二压力传感器18b、作动筒19、位移传感器191、转动机构192、活塞杆193、转动机构外壳194、应急手动单元2、手动泵21、手动换向阀22、第一双向液压锁23、应急手动单元阀块24、应急蓄能单元3、单向阀31、卸荷阀32、压力传感器33、压力设定阀34、第二增压油箱35、调速阀36、蓄能器37、换向阀38、第二双向液压锁39、应急蓄能单元阀块310、油箱安装板311。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步说明。

如图1所示，一种阀门用泵控电液执行器，包括电机泵控单元1、伺服电机11、双向液压泵12、第一增压油箱13、作动筒19、转动机构192、应急手动单元2、应急蓄能单元3，电机泵控单元1作为系统的主体部分，在正常状态下提供液压能源并控制被控阀门开启或关闭，也可以用于精确控制被控阀门开度。应急手动单元2和应急蓄能单元3可根据实际需要附加安装，应急手动单元2在断电时手动产生液压能控制阀门开关状态转换。应急蓄能单元3在正常时充油蓄能，在断电时可快速完成一次或多次开关状态转换。正常供电时由电机泵控单元1向应急蓄能单元3内的蓄能器37充油并储存压力能，同时配有压力检测和补偿功能，检测到泄漏等导致的蓄能压力降低后可自动充油补偿。

参照图7、图8，所述转动机构192与被控阀门联动，所述作动筒19安装于转动机构192，作动筒19为单出杆作动筒，转动机构192包括转动机构外壳194，作动筒19实际安装于转动机构外壳194，转动机构外壳194为固定件，其内部的转动机构192为转动件，转动机构外壳194底部可以固定连接在被控阀门现场与被控阀门配合安装处，转动机构192的底部连接被控阀门的旋转主体。作动筒19包括活塞杆193，所述活塞杆193与转动机构192连接，活塞杆193的伸出或缩回均能带动转动机构192旋转，转动机构192旋转能带动被控阀门往开启或关闭方向旋转。

参照图1、图2、图3，所述电机泵控单元1安装于转动机构外壳194的右端面。

电机泵控单元1包括电机泵控单元阀块14、容积补偿阀15、位置锁定阀16、超载安全阀17、泵控单元压力传感器18，所述伺服电机11固定于电机泵控单元阀块14的下端，电机泵控单元阀块14的下端固定安装有电机罩111，电机罩111将伺服电机11防护在内，所述双向液压泵12、第一增压油箱13固定于电机泵控单元阀块14的上端。所述伺服电机11和双向液压泵12通过联轴器相连(联轴器位于电机泵控单元阀块14内)，伺服电机11可精确控制双向液压泵12的转速，既可单纯完成启闭状态转换也可以用于精确控制阀门开度。双向液压泵12为定量双向液压泵，且在内部集成有吸油补偿单向阀，能在作动筒19伸出导致双向液压泵12吸油不足的情况下，从第一增压油箱13中吸油进行补偿。

所述双向液压泵12在伺服电机11驱动下控制活塞杆193的伸出或缩回，所述第一增压油箱13为活塞杆193的伸出或缩回提供液压油。

所述电机泵控单元阀块14的一侧通过电控箱主体支架143固定有电控箱主体142。电控箱主体142包括接线端子、显示屏等部件。

所述容积补偿阀15、位置锁定阀16、超载安全阀17均通过螺纹固定在电机泵控单元阀块14的下端，所述电机泵控单元阀块14下端固定连接有护罩141，所述护罩141将容积补偿阀15、位置锁定阀16、超载安全阀17遮盖在内。位置锁定阀16有2个，分别为第一位置锁定阀16a、第二位置锁定阀16b，超载安全阀17有2个，分别为第一超载安全阀17a、第二超载安全阀17b。

泵控单元压力传感器18通过螺纹安装于电机泵控单元阀块14内且部分位于电机泵控单元阀块14外。泵控单元压力传感器18有2个，分别为第一压力传感器18a和第二压力传感器18b。

第一增压油箱13通过容积补偿阀15连接到电机泵控单元阀块14内部的通往作动筒19的塞腔油路，容积补偿阀15能在作动筒19缩回导致双向液压泵12吸油溢出的情况下，多余油液进入第一增压油箱13进行吸收。位置锁定阀16、超载安全阀17、泵控单元压力传感器18分别安装在电机泵控单元阀块14内部的通往作动筒19的塞腔油路。

参照图1、图4，所述应急手动单元2安装于电机泵控单元阀块14上端，所述应急手动单元2包括手动泵21、手动换向阀22、第一双向液压锁23、应急手动单元阀块24，所述手动泵21、手动换向阀22、第一双向液压锁23均安装于应急手动单元阀块24，其中手动换向阀22、第一双向液压锁23、应急手动单元阀块24为上下叠置，所述应急手动单元2通过管路连通电机泵控单元1。

参照图1、图5、图6，所述应急蓄能单元3包括应急蓄能单元阀块310、调速阀36、换向阀38、第二双向液压锁39、单向阀31、卸荷阀32、压力传感器33、压力设定阀34、第二增压油箱35、蓄能器37，所述应急蓄能单元阀块310通过管路连通电机泵控单元1。

所述调速阀36、换向阀38、第二双向液压锁39均安装于应急蓄能单元阀块310上端面，且换向阀38、第二双向液压锁39、调速阀36、应急蓄能单元阀块310上下叠置。

所述单向阀31、卸荷阀32、压力传感器33、压力设定阀34均安装于应急蓄能单元阀块310内且部分穿出应急蓄能单元阀块310。

所述第二增压油箱35、蓄能器37通过油箱安装板311固定安装于转动机构外壳194的左端面，所述第二增压油箱35、蓄能器37通过管路连通应急蓄能单元阀块310。

参照图9，本实用新型的液压系统原理为：双向液压泵12的两端口分别连接第一位置锁定阀16a(1A1口)、第二位置锁定阀16b(1B1口),第一位置锁定阀16a的另一端连通作动筒19的无杆腔(无杆腔指图9中的右腔，有杆腔指左腔，即活塞杆193存在的为有杆腔，或者说是1A4口)，第二位置锁定阀16b的另一端连通作动筒19的有杆腔(1B4口)。容积补偿阀15的两端分别连接第一位置锁定阀16a(1A1口)和第一增压油箱13(1T1口)，此处的容积补偿阀15连接第一位置锁定阀16a实际为容积补偿阀15连接第一位置锁定阀16a和伺服电机11之间的管路。

第一超载安全阀17a的两端分别连接作动筒19的无杆腔和第一增压油箱13(1T1口)，所述第二超载安全阀17b的两端分别连接作动筒19的有杆腔和第一增压油箱13(1T1口)，第一增压油箱13连通双向液压泵12的S口和L口。

第一超载安全阀17a和作动筒19的无杆腔之间的管路安装有第一压力传感器18a，所述第二超载安全阀17b和作动筒19的有杆腔之间的管路安装有第二压力传感器18b。第一压力传感器18a和第二压力传感器18b用来监测管路油压。

作动筒19安装有位移传感器191，位移传感器191用于检测作动筒19的活塞杆193的行程。

电机泵控单元1工作原理为：得到伸出指令后，第一位置锁定阀16a、第二位置锁定阀16b的电磁铁得电，接通油路。伺服电机11驱动双向液压泵12旋转，从电机泵控单元1的1B1口处吸油，并向1A1口处供油。油液通过第一位置锁定阀16a进入作动筒19并在其无杆腔建立压力抵抗阀门的外负载力，使作动筒19伸出。如果此时阀门的外负载力过大，无杆腔压力超过系统的安全压力，油液可从第一超载安全阀17a溢流回第一增压油箱13。作动筒19的有杠腔的油液通过第二位置锁定阀16b流回1B1口。由于有杆腔和无杆腔面积差，流回1B1口的油液体积小于流出1A1口油液体积，造成1B1口压力降低。此时双向液压泵12的内置单向阀打开，油液从第一增压油箱13进入到双向液压泵12的S口，再通过内置单向阀进入1B1口，完成容积差的补偿。安装在作动筒19上的位移传感器191检测到作动筒19到达预设位置后发出信号，使伺服电机11停止旋转，同时第一位置锁定阀16a、第二位置锁定阀16b的电磁铁断电，锁闭油路，使作动筒19保持在目标位置。

得到缩回指令后，第一位置锁定阀16a、第二位置锁定阀16b的电磁铁得电，接通油路。伺服电机11驱动双向液压泵12旋转，从电机泵控单元1的1A1口处吸油，并向1B1口处供油。油液通过第二位置锁定阀16b进入作动筒19并在其有杆腔建立压力抵抗阀门的外负载力，使其缩回。如果此时阀门的外负载力过大，无杆腔压力超过系统的安全压力，油液可从第二超载安全阀17b溢流回第一增压油箱13。作动筒19的无杠腔的油液通过第一位置锁定阀16a流回1A1口。由于有杆腔和无杆腔面积差，流回1A1口的油液体积多于流出1B1口油液体积。此时1A1口为高压，进入容积补偿阀15先导控制口，使其打开，使得1A1多余油液流回到第一增压油箱13，完成容积差的吸收。安装在作动筒19上的位移传感器191检测到作动筒19到达预设位置后发出信号，使伺服电机11停止旋转，同时第一位置锁定阀16a、第二位置锁定阀16b的电磁铁断电，锁闭油路，使作动筒19保持在目标位置。

在无信号时，作动筒19需保持锁定，第一位置锁定阀16a、第二位置锁定阀16b的电磁铁断电，锁闭油路。如果阀门突然遭受超负荷外负载力，超过系统的安全压力，作动筒19内的油液可从第一超载安全阀17a、第二超载安全阀17b溢流回第一增压油箱13，避免出现结构的机械损伤和变形。

第一双向液压锁23的两端口(即2A2口和2B2口)分别连通作动筒19的有杆腔和无杆腔，手动泵21连通第一增压油箱13(1T1口)。应急手动单元2包括2S2口，所述手动换向阀22通过2S2口连通第一增压油箱13(1T1口)。

应急手动单元2工作原理为：在断电等应急状态下，操作人员首先将手动换向阀22从中位(锁闭位)扳到右位(伸出)，手动压下手动泵21，产生高压油液，第一增压油箱13内的油液经手动泵21、手动换向阀22、第一双向液压锁23、应急手动单元2的2A2口进入电机泵控单元1的1A2口，进入作动筒19的无杆腔，推动作动筒19伸出。作动筒19的有杠腔油液通过电机泵控单元1的1B2口、应急手动单元2的2B2油口后，流经手动换向阀22，通过应急手动单元2的2S2油口、电机泵控单元1的1S2油口返回到第一增压油箱13中。需要作动筒缩回时，需将手动换向阀22从中位(锁闭位)扳到左位(缩回)，手动压下手动泵21，产生高压油液，第一增压油箱13内的油液经手动泵21、手动换向阀22、第一双向液压锁23、应急手动单元2的2B2口进入电机泵控单元1的1B2口，进入作动筒19的有杆腔，推动作动筒19缩回。作动筒19的无杠腔油液通过电机泵控单元1的1A2口、应急手动单元2的2A2油口后，流经手动换向阀22，通过应急手动单元2的2S2油口、电机泵控单元1的1S2油口返回到第一增压油箱13中。当作动筒19到达所需位置后，操作手动换向阀22恢复中位(锁闭位)，而第一双向液压锁23可保证作动筒19可靠封闭。

所述第二增压油箱35连通换向阀38的一端口和第一增压油箱13，即第二增压油箱35通过3T2口、1T2口、1T1口连通第一增压油箱13，所述单向阀31的一端(3P2口)连通第一位置锁定阀16a和双向液压泵12之间的管路(即1A1口)，单向阀31的另一端连通蓄能器37，所述蓄能器37、换向阀38、第二双向液压锁39、调速阀36依次相连，所述调速阀36两端口分别连通作动筒19的有杆腔和无杆腔，即3A3口连通无杆腔，3B3口连通有杆腔。

所述卸荷阀32和压力设定阀34并联分布，卸荷阀32和压力设定阀34的两端均分别连接第二增压油箱35和蓄能器37，所述压力设定阀34和蓄能器37之间的管路安装有压力传感器33，通过压力传感器33监测蓄能器37处油压。

应急蓄能单元3工作原理为：应急蓄能单元3与电机泵控单元1联合工作。初始未上电时应急蓄能单元3内无压力。系统上电后，电机泵控单元1中的双向液压泵12从第一增压油箱13吸油，排出的高压油液通过电机泵控单元1的1P2口、应急蓄能单元3的3P2口、单向阀31后进入蓄能器37。蓄能器37内压力达到压力设定阀34设定压力后，多余油液通过卸荷阀32溢流到第二增压油箱35，使压力不至超限，同时压力传感器33检测到蓄能器37内压力达到限定值，向控制系统发讯停止充液。由于单向阀31和换向阀38的锁闭，压力能量保存在蓄能器37中。在系统完全断电情况下，操作人员通过操作换向阀38释放储存的压力能，使作动筒19伸出或缩回(该操作与上述应急手动单元2的操作原理相同)，伸出缩回的速度可由调速阀36调节。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阀门用泵控电液执行器，其特征在于：包括电机泵控单元(1)、伺服电机(11)、双向液压泵(12)、第一增压油箱(13)、作动筒(19)、转动机构(192)，所述转动机构(192)与被控阀门联动，所述作动筒(19)安装于转动机构(192)，作动筒(19)包括活塞杆(193)，所述活塞杆(193)与转动机构(192)连接，活塞杆(193)的伸出或缩回均能带动转动机构(192)旋转，所述电机泵控单元(1)安装于转动机构(192)，电机泵控单元(1)包括电机泵控单元阀块(14)，所述伺服电机(11)、双向液压泵(12)、第一增压油箱(13)均固定于电机泵控单元阀块(14)，所述双向液压泵(12)在伺服电机(11)驱动下控制活塞杆(193)的伸出或缩回，所述第一增压油箱(13)为活塞杆(193)的伸出或缩回提供液压油。

2.如权利要求1所述一种阀门用泵控电液执行器，其特征在于：所述伺服电机(11)固定于电机泵控单元阀块(14)的一端，所述双向液压泵(12)、第一增压油箱(13)固定于电机泵控单元阀块(14)的另一端，所述伺服电机(11)和双向液压泵(12)通过联轴器相连。

3.如权利要求1所述一种阀门用泵控电液执行器，其特征在于：所述电机泵控单元阀块(14)的一侧通过电控箱主体支架(143)固定有电控箱主体(142)。

4.如权利要求1所述一种阀门用泵控电液执行器，其特征在于：所述电机泵控单元(1)包括容积补偿阀(15)、位置锁定阀(16)、超载安全阀(17)，所述容积补偿阀(15)、位置锁定阀(16)、超载安全阀(17)均固定在电机泵控单元阀块(14)的一端，所述电机泵控单元阀块(14)固定连接有护罩(141)，所述护罩(141)将容积补偿阀(15)、位置锁定阀(16)、超载安全阀(17)遮盖在内。

5.如权利要求1所述一种阀门用泵控电液执行器，其特征在于：所述电机泵控单元阀块(14)内安装有泵控单元压力传感器(18)，所述泵控单元压力传感器(18)部分位于电机泵控单元阀块(14)外。

6.如权利要求1所述一种阀门用泵控电液执行器，其特征在于：还包括应急手动单元(2)，所述应急手动单元(2)安装于电机泵控单元阀块(14)一端，所述应急手动单元(2)包括手动泵(21)、手动换向阀(22)、第一双向液压锁(23)、应急手动单元阀块(24)，所述手动泵(21)、手动换向阀(22)、第一双向液压锁(23)均安装于应急手动单元阀块(24)，所述应急手动单元(2)通过管路连通电机泵控单元(1)。

7.如权利要求1所述一种阀门用泵控电液执行器，其特征在于：还包括应急蓄能单元(3)，所述应急蓄能单元(3)包括应急蓄能单元阀块(310)，所述应急蓄能单元阀块(310)通过管路连通电机泵控单元(1)。

8.如权利要求7所述一种阀门用泵控电液执行器，其特征在于：所述应急蓄能单元(3)包括调速阀(36)、换向阀(38)、第二双向液压锁(39)，所述调速阀(36)、换向阀(38)、第二双向液压锁(39)均安装于应急蓄能单元阀块(310)。

9.如权利要求7所述一种阀门用泵控电液执行器，其特征在于：所述应急蓄能单元(3)包括单向阀(31)、卸荷阀(32)、压力传感器(33)、压力设定阀(34)，所述单向阀(31)、卸荷阀(32)、压力传感器(33)、压力设定阀(34)均安装于应急蓄能单元阀块(310)内且部分穿出应急蓄能单元阀块(310)。

10.如权利要求7所述一种阀门用泵控电液执行器，其特征在于：所述应急蓄能单元(3)包括第二增压油箱(35)、蓄能器(37)，所述第二增压油箱(35)、蓄能器(37)通过油箱安装板(311)固定安装于转动机构(192)，所述第二增压油箱(35)、蓄能器(37)通过管路连通应急蓄能单元阀块(310)。