CN117704081B - 一种高压气动执行活门 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压气动执行活门，涉及气动执行活门领域，包括阀体组件以及气动执行组件，阀体组件设置有阀管，阀管之中设置有蝶板，蝶板设置有转轴，蝶板能够通过转轴进行转动，转轴一端设置于气动执行组件当中；蝶板设置有滑动腔，滑动腔中设置有滑块；气动执行组件与阀体组件连接；转轴之内设置有轴孔，轴孔之内设置有套杆，套杆还连接有传动杆，传动杆轴线与套杆轴线垂直，转轴设置有条形切口，传动杆通过条形切口与套杆连接；气动执行组件在转轴的条形切口轴段***设置有圆柱形腔室，圆柱形腔室设置有螺线槽，传动杆另一端设置于螺线槽之中；本发明通过设置随动封闭并配合改进了弹簧的结构，使本发明具备了良好的密封性和启动性。
Description
技术领域
本发明涉及气动执行活门技术领域，尤其涉及一种高压气动执行活门。
背景技术
霍尼韦尔气动执行活门（pneumatic actuator valves）是一种使用压缩空气来驱动活门开关或调节的装置，广泛应用于自动化控制***中，尤其是在HVAC（供暖、通风和空调）、石油化工、水处理和能源管理等领域；这类执行器的核心优势在于其简单、可靠和易于集成到各种控制环境中。
霍尼韦尔作为自动化解决方案的领导者，提供各种类型的气动执行器，包括直动式和旋转式设计。这些执行器可以与球阀、蝶阀或其他类型的活门一起使用，以实现对流体流动的精确控制。
气动执行器的工作原理很简单：当压缩空气进入执行器时，它会推动活塞或膜片，这个动作会通过机械连杆***转换成阀杆的直线或旋转运动，从而改变活门的开度；该执行器通常与***一起使用，后者可以接收来自控制***的信号，并精确地调节压缩空气以控制执行器的位置。
同时传统气动执行活门仍存在密封性能较差的问题，因此，设计一种密封性较好的气动执行活门是有必要的。
发明内容
本发明目的在于提供一种高压气动执行活门，以解决上述问题。
本发明通过下述技术方案实现：
总体的，一种高压气动执行活门，包括阀体组件以及气动执行组件，阀体组件设置有阀管，阀管之中设置有蝶板，蝶板设置有转轴，蝶板能够通过转轴进行转动，转轴一端设置于气动执行组件当中；通过设置阀体和气动执行组件，两者之间设置有转轴，气动执行组件控制转轴的转动，进而控制阀体的开闭；
蝶板设置有滑动腔，滑动腔中设置有滑块；通过设置滑动腔，使内部的滑块能够进行滑动；
气动执行组件与阀体组件连接、且其设置有第一腔室与第二腔室，第一腔室与第二腔室内均为圆柱形，第一腔室与第二腔室同轴线；通过设置同轴线的第一腔室和第二腔室，使设置于两者之内的活塞能够连接到筒状架之上，形成双头活塞；
转轴之内设置有轴孔，轴孔之内设置有套杆，套杆能够在转轴之内往复运动，套杆还连接有传动杆，传动杆轴线与套杆轴线垂直，转轴设置有条形切口，条形切口朝向与转轴朝向相同，传动杆通过条形切口与套杆连接；通过在转轴之内设置套杆，使套杆传递气动执行组件的第二动作。
气动执行组件在转轴的条形切口轴段***设置有圆柱形腔室，圆柱形腔室与转轴同轴线，圆柱形腔室设置有螺线槽，传动杆另一端设置于螺线槽之中；转轴旋转时，会带动传动杆旋转，传动杆旋转则必须在螺线槽中滑行，螺线槽则能够带动套杆在转轴的朝向上运动，传递动力。
进一步的，第一腔室径向宽度大于第二腔室，第一腔室之中设置有第一活塞，第二腔室之中设置有第二活塞，第一活塞与第二活塞通过筒状架连接，筒状架中部轴段设置有切口，筒状架内部在靠近第一活塞位置处铰接有连杆，连杆另一端与设置于切口之外的摆动杆铰接，摆动杆另一端与转轴连接；通过筒状架将第一腔室和第二腔室的活塞进行连接，使筒状架能够在两个活塞的共同作用下运动，进而带动连杆运动，进一步的带动摆动杆转动，最后带动转轴转动。
优选的，第一腔室与第二腔室之间设置有连接台，连接台设置有轴状槽，筒状架穿过轴状槽分别与第一活塞以及第二活塞相连，连接台与第一活塞之间还设置有分段弹簧，分段弹簧由第一弹簧与第二弹簧连接形成，第一弹簧与第二弹簧分别处于不同轴段，第一弹簧弹力大于第二弹簧弹力，第一弹簧与第二弹簧同轴线，第一弹簧的可压缩行程大于第二弹簧的可压缩行程；通过设置分段弹簧，并且第一弹簧在弹力和可压缩行程上均大于第二弹簧，使分段弹簧在压缩的过程中，最开始小压力机壳压缩分段弹簧，便于更平滑的打开阀体中的蝶板。
进一步的，阀管设置有气流输入端与气流输出端，其中，气流输出端一侧的阀管壁设置有安全阀，安全阀连通阀管内侧，安全阀还连接有导气管，导气管的另一端连通第二腔室；通过导气管将气流输出端的气体输出到第二腔室当中，使第二腔室能够形成反推力，配合第一腔室调节蝶板的动作。
优选的，蝶板设置有倾斜穿设孔，转轴倾斜穿设蝶板，蝶板中部设置有矩形滑槽，转轴对应矩形滑槽设置有斜切滑槽，矩形滑槽与斜切滑槽形成滑动腔；通过设置滑动腔，使设置于其内的滑块能够按照滑动腔设置的导程往复运动。
优选的，滑块由横条与横条垂直的抵接块构成，其中，转轴在斜切滑槽轴段还设置有同轴向的轴向槽，抵接块设置于轴向槽之中，抵接块抵接在横条之上；通过设置滑块，并进行抵接设置，使滑块能够正常的滑行，而不会卡死。
优选的，横条朝向与转轴朝向垂直，横条两端还分别连接有第三活塞，第三活塞对应设置有第三活塞腔，第三活塞腔设置在蝶板之中，第三活塞腔另一侧还连通有环形油腔，第三活塞的往复运动能够带动环形油腔内部油液压力变化；横条两端与第三活塞腔之间设置有复位弹簧；通过设置第三活塞，并将第三活塞腔连通环形油腔，使第三活塞往复运动时，能够改变环形油腔的液压。
优选的，蝶板在环形油腔的径向外侧还设置有环形切口，环形切口内侧环绕设置有涡卷弹簧，涡卷弹簧外侧还紧密贴合设置有弹性密封圈，环形油腔与环形切口之间的环形隔层上设置有多个第四活塞腔，第四活塞腔之中设置有第四活塞，第四活塞腔连通环形油腔与环形切口，第四活塞对应设置的活塞杆端头连接有横片，横片与涡卷弹簧抵接；通过在多个环绕的第四活塞端头设置涡卷弹簧，一是确保多个第四活塞在收缩时能够较为同步，涡卷弹簧进行位置和部分压力的调控，二是取保弹性密封圈能够在圆周上较为均匀的扩张，涡卷弹簧较为均匀，三是确保弹性密封圈能够顺利缩回环形切口当中，弹性密封圈与涡卷弹簧外层弹片进行铰接，在弹性密封圈弹力减弱时，涡卷弹簧能够维持弹性密封圈的正常工作。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过在蝶板之中设置滑动腔，并在滑动腔中设置滑块，并在滑块前端设置第三活塞以及在转轴之中设置套杆，以及针对套杆驱动设置有传动杆以及螺旋槽，当蝶板打开时，动作执行组件的第一活塞带动固定于筒状架之上的连杆运动，连杆带动摆动杆转动，摆动杆固定在转轴之上，并带动转轴转动，转轴转动的过程中，转轴之内的套杆连接到外部的传动杆在螺线槽内跟随转动，螺旋槽的槽壁将推动套杆远离蝶板的方向运动，套杆端头降低对滑块的推动作用，滑块在复位弹簧的作用下带动第三活塞运动，抽出部分环形油腔当中的液压液体，使环形油腔压力减少带动环绕设置的多个第四活塞回退，较少对外侧设置的涡卷弹簧的径向推动，涡卷弹簧半径减少，被挤压到外侧弹性密封件部分，弹性密封件缩回到蝶板当中，确保蝶板的正常开启，反之，蝶板关闭时，蝶板中的弹性密封圈收到扩张的涡卷弹簧挤压而扩张，提高阀管的密封性；
2、本发明第一活塞和连接台之间设置有分段弹簧，分段弹簧分别设置有第一弹簧和第二弹簧，并给第二弹簧弹力小于第一弹簧，第二弹簧的可压缩行程小于第一弹簧的可压缩行程，该设置下的分段弹簧在被压缩时，第二弹簧先被压缩，第一弹簧再被压缩，则在最开始压缩分段弹簧时，分段弹簧的所需压力较小，这样设置的好处在于，蝶板和阀管之间的抵接密封过程中，再度开启静摩擦力可能较大，通过减少分段弹簧前期压缩弹力，即阀板打开时弹簧弹力，使阀板具备更好的启动性，避免了蝶板开启时，静摩擦力较大而被迫加大控制端口输入压缩气体的压力，在蝶板开启后，出现蝶板快速转动的不稳定情况。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明导气管一侧结构示意图；
图3为上侧结构示意图；
图4为本发明切割示意图；
图5为图4中A处细节示意图；
图6为本发明分段弹簧示意图；
图7为本发明蝶板及转轴结构示意图；
图8为蝶板及转轴轴向切割示意图；
图9为图8中B处细节示意图；
图10为图8中C处细节示意图；
图11为本发明蝶板及转轴在蝶板径向的切割示意图；
图12为图11中D处细节示意图；
图13为图11中E处细节示意图。
附图标记所代表的为：1-第二腔室，2-导气管，3-第一腔室，4-控制端口，5-转轴，6-阀管，7-蝶板，8-第一弹簧，9-分段弹簧，10-第一活塞，11-连杆，12-摆动杆，13-第二活塞，14-筒状架，15-套杆，16-传动杆，17-螺线槽，18-连接套，19-第二弹簧，20-滑块，21-环形油腔，22-第四活塞腔，23-第四活塞，24-涡卷弹簧，25-弹性密封圈，26-第三活塞腔，27-第三活塞，28-复位弹簧，29-矩形滑槽，31-轴向槽，32-斜切滑槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例：
如图1至图13所示，本实施例包括阀体组件以及气动执行组件，其中，气动执行组件控制阀体的关断，阀体组件设置有阀管6，阀管6之中设置有蝶板7，蝶板7为圆形板，阀管6的关断通过蝶板7的旋转实现，蝶板7设置有转轴5，蝶板7能够通过转轴5进行转动，转轴5一端设置于气动执行组件当中，气动执行组件则通过控制转轴5的转动控制蝶板7的转动，进而控制阀管6中蝶板7的姿态，进而控制阀管6中流体的流速；蝶板7设置有滑动腔，滑动腔中设置有滑块20，滑块20在滑动腔中进行滑动，进而带动第三活塞27在第三活塞腔26中做往复运动；
气动执行组件则与阀体组件连接、且其设置有第一腔室3与第二腔室1，第一腔室3与第二腔室1内均为圆柱形，圆柱形的内腔使两者内部能够分别使用第一活塞10和第二活塞13，第一腔室3与第二腔室1同轴线，第一腔室3径向宽度大于第二腔室1，第一腔室3之中设置有第一活塞10，第二腔室1之中设置有第二活塞13，第一活塞10与第二活塞13通过筒状架14连接，第一活塞10、第二活塞13以及筒状架14形成双头活塞，筒状架14中部轴段设置有切口，筒状架14内部在靠近第一活塞10位置处铰接有连杆11，连杆11另一端与设置于切口之外的摆动杆12铰接，摆动杆12另一端与转轴5连接，在第一活塞10和第二活塞13带动连杆11在筒状架14的轴线朝向上做往复运动时，连杆11能够带动端头连接的摆动杆12进行摆动，摆动杆12摆动的过程中则带动转轴5随着摆动杆12的摆动频率同步转动，进而带动固定在转轴5之上的蝶板7转动，蝶板7的转动则改变阀管6的流体通过情况。
第一腔室3与第二腔室1之间设置有连接台，连接台设置有轴状槽，筒状架14穿过轴状槽分别与第一活塞10以及第二活塞13相连，连接台与第一活塞10之间还设置有分段弹簧9，分段弹簧9由第一弹簧8与第二弹簧19连接形成，第一弹簧8与第二弹簧19分别处于不同轴段，第一弹簧8弹力大于第二弹簧19弹力，第一弹簧8与第二弹簧19同轴线，第一弹簧8的可压缩行程大于第二弹簧19的可压缩行程，第一弹簧8通过连接套18和第二弹簧19连接，连接套18为常规金属连接元件，第一弹簧8和第二弹簧19的弹力以及可压缩行程设置，使分段弹簧9在压缩时，分段弹簧9先压缩第二弹簧19再压缩第一弹簧8，最开始分段弹簧9收缩时，分段弹簧9的所需压力较小，这样设置的好处在于，蝶板7和阀管6之间的抵接密封过程中，再度开启静摩擦力可能较大，通过减少分段弹簧9前期压缩弹力，即阀板打开时弹簧弹力，使阀板具备更好的启动性。
转轴5之内设置有轴孔，轴孔之内设置有套杆15，套杆15同轴线套设于轴孔之中，套杆15能够轴孔之内并在转轴5的朝向上做往复运动，套杆15还连接有传动杆16，传动杆16和套杆15固定，传动杆16轴线与套杆15轴线垂直，转轴5设置有条形切口，条形切口朝向与转轴5朝向相同，传动杆16通过条形切口与套杆15连接，套杆15在轴孔中轴向往复运动时，能够带动传动杆16沿着条形切口朝向做往复运动，反之，传动杆16沿着条形切口的朝向做往复运动，则能够带动套杆15在轴孔之中沿轴孔的朝向做往复运动；
气动执行组件在转轴5的条形切口轴段***设置有圆柱形腔室，圆柱形腔室与转轴5同轴线，圆柱形腔室设置有螺线槽17，传动杆16另一端设置于螺线槽17之中，当蝶板7闭合时，螺旋槽推动传动杆16靠近蝶板7，进而带动套杆15向前推动滑块20挤压第三活塞27，当蝶板7打开时，螺旋槽推动传动杆16远离蝶板7，进而带动套杆15向后减少对滑块20的推力，使第三活塞27减弱对第三活塞腔26的挤压；蝶板7在旋转关闭的旋转方向上，螺线槽17旋转靠近蝶板7方向设置，蝶板7在旋转开启的旋转方向上，螺线槽17旋转远离蝶板7方向设置。
进一步的，阀管6设置有气流输入端与气流输出端，其中，气流输出端一侧的阀管6壁设置有安全阀，安全阀连通阀管6内侧，安全阀还连接有导气管2，导气管2的另一端连通第二腔室1，导气管2将输出端的气体导入到第二腔室1中，使第二腔室1的气压保持于气流输出端一致，同时第二腔室1的气压通过第二活塞13对第一腔室3的第一活塞10形成反推力，在控制端口4输入气流推动第一活塞10朝第二腔室1方向运动，并打开蝶板7，当蝶板7打开时，并且气流输入端的气流流入到气流输出端，导致气流输出端的气压逐渐上升，第二腔室1的气压逐渐上升，第二腔室1的反推力上升配合第一腔室3的分段弹簧9的弹力，将筒状架14向第一腔室3推动，与筒状架14连接的连杆11带动摆动杆12转动转轴5，将蝶板7朝关闭方向旋转，阀体输送气流降低，气流输出端的气压减少，第二腔室1的气压减少，控制端口4输入气流的气压再次推动筒状架14带动转轴5旋转，将蝶板7朝打开的方向旋转。
优选的，蝶板7设置有倾斜穿设孔，转轴5倾斜穿设蝶板7，蝶板7中部设置有矩形滑槽29，转轴5对应矩形滑槽29设置有斜切滑槽32，矩形滑槽29与斜切滑槽32形成滑动腔，蝶板7相对于转轴5为倾斜设置，蝶板7内部的矩形滑槽29设置有滑块20进行滑动，转轴5对应设置的倾斜滑槽契合蝶板7的矩形滑槽29设置，使两者组成的滑动腔在蝶板7内部形成一整个空腔，使滑块20能够设置在其中进行滑动。
优选的，滑块20由横条与横条垂直的抵接块构成，其中，转轴5在斜切滑槽32轴段还设置有同轴向的轴向槽31，抵接块设置于轴向槽31之中，抵接块抵接在横条之上，横条与转轴5的垂直，横条相对于转轴5保持垂直状态倾斜滑动，滑动的过程中，横条在转轴5的朝向上位置在上下不停的变动，因此在横条的后侧设置一个垂直与横条的抵接块，转轴5对应抵接块设置有轴向槽31，套杆15的头部同样抵接在抵接块后侧，在套杆15推动抵接块时，抵接块在横杆位置上下变动时，其垂直与横杆的长度仍然可以有效的推动横条，而不会因横杆位置变动出现不能接触的情况发生，值得一提的是，抵接是可以进行分离的，其并不是固定，套杆15、抵接块以及横条采用抵接的方式主要为了方式套杆15以及横条出现卡死的情况，增加活门的可靠性。
优选的，横条朝向与转轴5朝向垂直，横条两端还分别连接有第三活塞27，第三活塞27对应设置有第三活塞腔26，第三活塞27对应设置有第三活塞腔26，第三活塞腔26设置在蝶板7之中，第三活塞腔26另一侧还连通有环形油腔21，两个第三活塞27的往复运动能够带动环形油腔21内部油液压力变化；横条两端与第三活塞腔26之间设置有复位弹簧28，第三活塞27向前推动使环形油腔21中的压力上升，值得一提的是，实施例环形油腔21中可采用硅油、高温液压油等耐高温液体作为液压油体。
优选的，蝶板7在环形油腔21的径向外侧还设置有环形切口，环形切口轴线与蝶板7轴线重合，环形切口设置于蝶板7中部轴段位置，环形切口内侧环绕设置有涡卷弹簧24，涡卷弹簧24外侧还紧密贴合设置有弹性密封圈25，弹性密封圈25采用耐高温弹性密封圈25，环形油腔21与环形切口之间的环形隔层上设置有多个第四活塞腔22，第四活塞腔22之中设置有第四活塞23，第四活塞腔22连通环形油腔21与环形切口，第四活塞23对应设置的活塞杆端头连接有横片，横片与涡卷弹簧24抵接，当蝶板7关闭时，当第三活塞27被滑块20推动挤压第三活塞腔26，第三活塞腔26带动环形油腔21内部压力上升，上升的液体压力挤压环绕设置的多个第四活塞23，第四活塞23推动涡卷弹簧24扩张，扩张的涡卷弹簧24挤压弹性密封圈25，完成蝶板7与阀管6之间的间隙密封，当蝶板7打开时，套杆15回退，第三活塞27的滑块20在复位弹簧28的作用下回退，环形油腔21内部压力减少，多个第四活塞23在油体压力减少以及涡卷弹簧24的作用下回退，弹性密封圈25再次收缩空间并进行收缩到蝶板7的环形切口中，值得一提的是，涡卷弹簧24之间的弹片间隙较小，相邻弹片之间相互贴合，以规避第四活塞23径向推动涡卷弹簧24时，涡卷弹簧24扩张效果不明显。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高压气动执行活门，包括阀体组件以及气动执行组件，其特征在于，阀体组件设置有阀管（6），阀管（6）之中设置有蝶板（7），蝶板（7）设置有转轴（5），蝶板（7）能够通过转轴（5）进行转动，转轴（5）一端设置于气动执行组件当中；
蝶板（7）设置有滑动腔，滑动腔中设置有滑块（20）；
气动执行组件与阀体组件连接、且其设置有第一腔室（3）与第二腔室（1），第一腔室（3）与第二腔室（1）内均为圆柱形，第一腔室（3）与第二腔室（1）同轴线；
转轴（5）之内设置有轴孔，轴孔之内设置有套杆（15），套杆（15）能够在转轴（5）之内往复运动，套杆（15）还连接有传动杆（16），传动杆（16）轴线与套杆（15）轴线垂直，转轴（5）设置有条形切口，条形切口朝向与转轴（5）朝向相同，传动杆（16）通过条形切口与套杆（15）连接；
气动执行组件在转轴（5）的条形切口轴段***设置有圆柱形腔室，圆柱形腔室与转轴（5）同轴线，圆柱形腔室设置有螺线槽（17），传动杆（16）另一端设置于螺线槽（17）之中；
蝶板（7）设置有倾斜穿设孔，转轴（5）倾斜穿设蝶板（7），蝶板（7）中部设置有矩形滑槽（29），转轴（5）对应矩形滑槽（29）设置有斜切滑槽（32），矩形滑槽（29）与斜切滑槽（32）形成滑动腔；
滑块（20）由横条与横条垂直的抵接块构成，其中，转轴（5）在斜切滑槽（32）轴段还设置有同轴向的轴向槽（31），抵接块设置于轴向槽（31）之中，抵接块抵接在横条之上；
套杆（15）的头部同样抵接在抵接块后侧；
横条朝向与转轴（5）朝向垂直，横条两端还分别连接有第三活塞（27），第三活塞（27）对应设置有第三活塞腔（26），第三活塞腔（26）设置在蝶板（7）之中，第三活塞腔（26）另一侧还连通有环形油腔（21），第三活塞（27）的往复运动能够带动环形油腔（21）内部油液压力变化；横条两端与第三活塞腔（26）之间设置有复位弹簧（28）；
蝶板（7）在环形油腔（21）的径向外侧还设置有环形切口，环形切口内侧环绕设置有涡卷弹簧（24），涡卷弹簧（24）外侧还紧密贴合设置有弹性密封圈（25），环形油腔（21）与环形切口之间的环形隔层上设置有多个第四活塞腔（22），第四活塞腔（22）之中设置有第四活塞（23），第四活塞腔（22）连通环形油腔（21）与环形切口，第四活塞（23）对应设置的活塞杆端头连接有横片，横片与涡卷弹簧（24）抵接。
2.如权利要求1所述的一种高压气动执行活门，其特征在于，第一腔室（3）径向宽度大于第二腔室（1），第一腔室（3）之中设置有第一活塞（10），第二腔室（1）之中设置有第二活塞（13），第一活塞（10）与第二活塞（13）通过筒状架（14）连接，筒状架（14）中部轴段设置有切口，筒状架（14）内部在靠近第一活塞（10）位置处铰接有连杆（11），连杆（11）另一端与设置于切口之外的摆动杆（12）铰接，摆动杆（12）另一端与转轴（5）连接。
3.如权利要求2所述的一种高压气动执行活门，其特征在于，第一腔室（3）与第二腔室（1）之间设置有连接台，连接台设置有轴状槽，筒状架（14）穿过轴状槽分别与第一活塞（10）以及第二活塞（13）相连，连接台与第一活塞（10）之间还设置有分段弹簧（9），分段弹簧（9）由第一弹簧（8）与第二弹簧（19）连接形成，第一弹簧（8）与第二弹簧（19）分别处于不同轴段，第一弹簧（8）弹力大于第二弹簧（19）弹力，第一弹簧（8）与第二弹簧（19）同轴线，第一弹簧（8）的可压缩行程大于第二弹簧（19）的可压缩行程。
4.如权利要求2所述的一种高压气动执行活门，其特征在于，阀管设置有气流输入端与气流输出端，其中，气流输出端一侧的阀管（6）壁设置有安全阀，安全阀连通阀管（6）内侧，安全阀还连接有导气管（2），导气管（2）的另一端连通第二腔室（1）。
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