一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置及閥門執行器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置及閥門執行器，包括執行器和動力缸，所述動力缸安裝在執行器上，動力缸上設置有氣液組合彈簧裝置，所述氣液組合彈簧裝置包括壓力容器罐，所述壓力容器罐上端設置有氣體輸入口，所述壓力容器罐內的上部和下部分別為壓縮氣體腔和液壓油腔，所述壓縮氣體腔內填充壓縮氣體，所述液壓油腔內填充有液壓油，所述壓力容器罐下端設有液壓油出口。將同樣功能的“氣液組合彈簧裝置”來替代傳統單作用閥門執行器用的金屬彈簧或者金屬彈簧缸。“氣液組合彈簧裝置”無論是結構設計、制造工藝、制造成本、安裝工作難度、現場更換和故障維修、執行器驅動閥門應用效率、工作可靠性都得到極大的改善。
【專利說明】
一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置及閥門執行器
技術領域
[0001]本發明涉及一種閥門執行器領域，具體涉及一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置及閥門執行器。
【背景技術】
[0002]執行器是閥門開啟關閉的控制執行機構，其結構一般包括動力執行件、執行箱體，和彈簧缸體，一般在緊急情況下的工況使用工藝和管道應用系統中，在出現緊急情況的時候，同時控制系統又失去電源、或者氣源時，單作用執行機構能自動復位，驅動閥門到預先設計的故障安全位置，從而把整個裝置潛在危險降到最低。單作用執行器通常是用壓縮的金屬彈簧儲存的能量、UPS應急電源、或者儲能器罐、還有重錘等其他預先儲存的能量來作為執行器驅動的動力。其中壓縮的金屬彈簧是使用最多的一種執行器驅動方式。
[0003]執行器彈簧缸是一種利用壓縮彈簧的彈性來工作的機械組件。彈簧是用彈性材料制成的零件，在外力作用下發生形變，除去外力后又恢復原狀。彈簧一般用彈簧鋼制成。隨著系統整體安全等級的提高和執行器整體安全水平的不斷提升，用作閥門執行器的彈簧要求也必須有足夠的機械壽命、疲勞強度和重復使用壽命，更不能夠發生彈簧斷裂的嚴重事故。
[0004]然而在實際應用中的情況是，管線閥門愈來愈多使用大口徑、高鎊級大扭矩，在異常情況下打開或者關閉這些緊急切斷閥，我們采用傳統彈簧作為配套需要的閥門執行器越來越不適應:重量重、體積大、占用空間、彈簧長期處于受壓狀態，剛度減小、彈力降低、容易疲勞失效、彈簧變形、運動異響、甚至發生彈簧折斷的嚴重事故。
[0005]采用傳統彈簧缸作為配套需要的閥門執行器(如圖1所示)主要存在以下缺陷:
1.驅動大尺寸閥門的執行器彈簧缸一直是一個難題:質量重、體積大、占用空間、浪費資源。
[0006]2.根據單作用彈簧執行器的工作特點，彈簧長期處于壓縮狀態，容易壓縮變形，出現彈簧疲勞，彈簧失去原有的彈性，降低緊急情況下動作的可靠性。
[0007]3.正常使用過程中隨著使用時間推移和動作頻度的增加，簧會疲勞失效，推力逐步減小或者降低。執行器動作可靠性和富裕安全系數在不斷降低。
[0008]4.執行器需要的彈簧的力量無法進行精確量化處理，驅動閥門的時間和速度不可以精細控制。彈簧一旦成形輸出力就確定了，彈簧力不可能調整，更不可能增加。
[0009]5.彈簧容易變形和產生異響，給人造成不安全的心理負擔;執行器彈簧斷裂也是時有發生。
[0010]6.由于單作用執行器的工作特點，彈簧輸出到底時還必須有相當量的力驅動閥門，因此傳統金屬彈簧缸裝配到執行器上面的時候需要專用工裝壓縮裝配、裝配效率、裝配風險大。
[0011 ] 7.彈簧缸組件一旦需要在現場進行更換和維修就變得十分的不可能或者非常難。
【發明內容】
[0012]本發明的目的即在于克服現有技術的不足，提供一種基于氣液組合彈簧的液動閥門執行器，解決現有閥門執行器的采用傳統彈簧缸質量重、體積大、占用空間、容易疲勞失效、安裝麻煩等問題。
[0013]本發明通過下述技術方案實現:
一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置，包括動力缸，動力缸上設置有氣液組合彈簧裝置，所述氣液組合彈簧裝置包括壓力容器罐，所述壓力容器罐上端設置有氣體輸入口，所述壓力容器罐內的上部和下部分別為壓縮氣體腔和液壓油腔，所述壓縮氣體腔內填充壓縮氣體，所述液壓油腔內填充有液壓油，所述壓力容器罐下端設有液壓油出口。
[0014]進一步的，所述動力缸包括缸體、活塞、缸座和活塞桿，所述活塞前端的缸體內腔為活塞前缸，所述活塞后端的缸體內腔為活塞后缸。
[0015]進一步的，所述動力缸為液壓油缸或氣缸。
[0016]進一步的，所述缸座上開設有與活塞前缸連通的液壓油通道，所述液壓油出口通過油管和液壓油通道與活塞前缸連通;所述液壓油缸進油時，所述液壓油缸的活塞推動活塞桿向前運動，同時，所述氣液組合彈簧裝置被壓縮，所述液壓油缸泄油時，所述活塞在氣液組合彈簧裝置和液壓油缸共同作用下拉動活塞桿回縮。
[0017]進一步的，所述缸座上開設有與活塞前缸連通的液壓油通道，所述液壓油出口通過油管和液壓油通道與活塞前缸連通;所述氣缸進氣時，所述氣缸的活塞推動活塞桿向前運動，同時，所述氣液組合彈簧裝置被壓縮，所述氣缸泄氣時，所述活塞在氣液組合彈簧裝置和氣缸共同作用下拉動活塞桿回縮。
[0018]進一步的，所述壓力容器罐上端還設置有實時監測其內部壓力的壓力表。
[0019]進一步的，所述壓力容器罐內的液壓油出口處設置有油液過濾裝置。
[0020]進一步的，所述油管上設置有流量調節閥，通過流量調節閥調節液壓油的流量，從而控制壓力釋放的速度，確保軟彈簧的運動過程和動作速度精確可控。
[0021]進一步的，所述油管上還設置有關斷閥用于隨時關閉或開啟氣液組合彈簧裝置。
[0022]本發明通過下述另一技術方案實現:
一種閥門執行器，包括執行器和動力缸，動力缸上設置有氣液組合彈簧裝置，所述動力缸通過缸座安裝在執行器的箱體上，所述動力缸的活塞桿與執行器的撥叉聯動。
[0023]本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果:
將同樣功能的“氣液組合彈簧裝置”來替代傳統單作用閥門執行器用的金屬彈簧或者金屬彈簧缸。“氣液組合彈簧裝置”無論是結構設計、制造工藝、制造成本、安裝工作難度、執行器驅動閥門應用效率、現場更換和故障維修都得到極大的改善。
[0024]利用氣液組合彈簧裝置與替代傳統的金屬彈簧普通的金屬彈簧比較，高壓氣體具有體積小、重量輕、容易壓縮、不易疲勞、可重復使用、響應迅速、充壓方便。
[0025]無論現場在工廠安裝還是現場替換更換過程中，都無任何意外，安全性比傳統彈簧更加可靠、使用安全、安裝方便、更換容易。
[0026]節能環保、無污染、無干擾、無噪音等諸多無可比擬的優點。在油氣儲運、石油天然氣、化工、冶金等廣泛采用單作用執行器的閥門和其它工業領域，該裝置用來替代彈簧作為輸出控制裝置使用，可以減少彈簧鋼等系列金屬材料的使用。
[0027]氣液組合彈簧裝置采用液壓油作為傳動介質具有剛性大、彈性小、不易壓縮、傳動平緩、可實現無極調速、自帶潤滑、無銹蝕。
【附圖說明】
[0028]此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發明實施例的限定。在附圖中:
圖1為現有閥門執行器的結構示意圖；
圖2為本發明動力缸采用液壓油缸的基于氣液組合彈簧的驅動裝置結構示意圖；
圖3為本發明動力缸采用氣缸的基于氣液組合彈簧的驅動裝置結構示意圖；
圖4為本發明動力缸采用液壓油缸的閥門執行器結構示意圖；
圖5為本發明動力缸采用氣缸的閥門執行器結構示意圖；
附圖中標記及相應的零部件名稱:
1-執行器，2-動力缸，3-缸體，4-活塞，5-缸座，6-活塞桿，7-活塞前缸，8-活塞后缸，9-關斷閥，10-箱體，11-撥叉，12-氣液組合彈簧裝置，13-壓力容器罐，14-流量調節閥，15-壓縮氣體腔，16-液壓油腔，17-液壓油出口，18-油管，19-液壓油通道，20-壓力表，21-油液過濾裝置，22-氣體輸入口，23-彈簧缸。
【具體實施方式】
[0029]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發明，并不作為對本發明的限定。
[0030]實施例1
如圖2所示，本發明一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置，包括動力缸2，動力缸2采用液壓油缸，動力缸2上設置有氣液組合彈簧裝置12，氣液組合彈簧裝置12包括壓力容器罐13，壓力容器罐13上端設置有氣體輸入口 22，壓力容器罐13內的上部和下部分別為壓縮氣體腔15和液壓油腔16，壓縮氣體腔15內填充壓縮氣體，液壓油腔16內填充有液壓油，所述壓力容器罐13下端設有液壓油出口 17。
[0031]動力缸2包括缸體3、活塞4、缸座5和活塞桿6，活塞I前端的缸體3內腔為活塞前缸7，所述活塞4后端的缸體3內腔為活塞后缸8。
[0032]缸座5上開設有與活塞前缸7連通的液壓油通道19，液壓油出口 17通過油管18和液壓油通道19與活塞前缸7連通;液壓油缸進油時，液壓油缸的活塞4推動活塞桿6向前運動，同時，氣液組合彈簧裝置12被壓縮，所述液壓油缸泄油時，活塞4在氣液組合彈簧裝置12和液壓油缸共同作用下拉動活塞桿6回縮。
[0033]壓力容器罐13上端還設置有實時監測其內部壓力的壓力表20。壓力容器罐13內的液壓油出口 17處設置有油液過濾裝置21。油管18上設置有流量調節閥14，通過流量調節閥14調節液壓油的流量，從而控制壓力釋放的速度，確保軟彈簧的運動過程和動作速度精確可控。油管18上還設置有關斷閥9用于隨時關閉或開啟氣液組合彈簧裝置12。
[0034]實施例2 如圖3所示，本發明一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置，在實施例1的基礎上，動力缸2采用氣缸，所述缸座5上開設有與活塞前缸7連通的液壓油通道19，所述液壓油出口 17通過油管18和液壓油通道19與活塞前缸7連通；氣缸進氣時，氣缸的活塞4推動活塞桿6向前運動，同時，所述氣液組合彈簧裝置12被壓縮，氣缸泄氣時，活塞4在氣液組合彈簧裝置12和氣缸共同作用下拉動活塞桿6回縮。
[0035]實施例3
如圖4所示，本發明一種閥門執行器，包括執行器I和液壓油缸，液壓油缸包括缸體3、活塞4、缸座5和活塞桿6，活塞I前端的缸體3內腔為活塞前缸7，所述活塞4后端的缸體3內腔為活塞后缸8，液壓油缸通過缸座5安裝在執行器I的箱體10上，所述液壓油缸的活塞桿6與執行器I的撥叉11聯動。液壓油缸上設置有氣液組合彈簧裝置12，所述氣液組合彈簧裝置12包括壓力容器罐13，壓力容器罐13上端設置有氣體輸入口 22，通過氣體輸入口 22可以向壓力容器罐13內輸入高壓氮氣，壓力容器罐13內的上部和下部分別為壓縮氣體腔15和液壓油腔16，壓縮氣體腔15內填充壓縮氣體，液壓油腔16內填充有液壓油，壓力容器罐13下端設有液壓油出口 17。
[0036]缸座5上開設有與活塞前缸7連通的液壓油通道19，液壓油出口 17通過油管18和液壓油通道19與活塞前缸7連通;液壓油缸進油時，液壓油缸的活塞4推動活塞桿6向前運動，活塞桿6推動撥叉11打開閥門，同時，所述氣液組合彈簧裝置12被壓縮，液壓油缸泄油時，活塞4在氣液組合彈簧裝置12和液壓油缸共同作用下拉動活塞桿6回縮，活塞桿6帶動撥叉11反向活動關閉閥門。
[0037]壓力容器罐13上端還設置有實時監測其內部壓力的壓力表20，壓力表20可以方便的指示氣體壓力的大小、把軟彈簧的數值準確地進行數字化顯示，從而精確地控制所需要力量的大小，當然也可以用壓力變送器或者壓力傳感器來達到同樣的量化壓力。壓力容器罐13內的液壓油出口 17處設置有油液過濾裝置21。油管18上設置有流量調節閥14控制氣液組合彈簧裝置12的彈性強度。油管18上還設置有關斷閥9用于隨時關閉或開啟氣液組合彈簧裝置12。
[0038]氣液組合彈簧裝置12的結構原理:油氣彈簧在密閉的容器中充入壓縮氣體和油液，利用氣體的可壓縮性實現彈簧作用的裝置稱油氣彈簧。油氣彈簧以惰性氣體(氮氣)作為彈性介質，用油液作為傳力介質，一般是由氣體彈簧和相當于液力減振器的液壓缸所組成的。
[0039]特點:由于氮氣貯存在密閉的球形氣室內，其壓力隨外載荷的大小而變化，故油氣彈簧具有變剛度的特性，同時又起液力減振器的作用。
[0040]類型:根據結構的不同，油氣彈簧分為單氣室、雙氣室以及兩級壓力式。單氣室油氣彈簧又分為油氣分隔式和油氣不分隔式兩種。本發明采用的是油氣不分隔式。
[0041]本發明一種基于氣液組合彈簧的液動閥門執行器工作原理及動作關系，壓力容器罐13是主要的儲能裝置，是壓縮氣體儲存的主體;底端液壓油既是高壓氣體的密閉隔絕介質、也是工作期間動力氣體能量釋放、實現能量轉換的傳動介質；系統能量的工作動力源自于密閉容器內液壓油頂端空間的高壓可壓縮氣體。
[0042]利用儲存(預先充氣)在壓力容器罐13的高壓密閉壓縮氣體作為動力，利用壓力容器罐13和下端的液壓油作為隔離，利用液體油作為傳動介質把高壓壓縮氣體儲存的能量平穩、安全的轉化為能量釋放出來。當液壓油沿返回壓力罐時，密閉氣體壓力又自動增壓儲能，以備再次使用。
[0043]輸出能量的大小可通過高壓充入氣體的壓力方便的調節，通過充氣閥門可輕松的實現密閉空間高壓壓縮氣體的的充放，調節氣體壓力的大小，從而調節軟彈簧的力量。
[0044]可通過綜合調整壓縮氣體的壓力或者體積、以及液壓油的多少來方便的調節輸出行程及輸出推力。輸出力方向不受限制，輸出執行元件通常是活塞類，可以通過高壓軟管和輸出執行元件相連。
[0045]本發明一種基于氣液組合彈簧的液動閥門執行器，結合氣體與液體的優勢，充分利用壓縮氣體和傳動介質液體的特點，根據氣體的可壓縮性特點，把氣體壓縮后的高壓氣體作為彈性元件對外膨脹做功。利用液壓系統液體等壓傳遞原理，把壓縮氣源的壓力通過液體作為傳動介質等壓輸出傳遞到執行元件。
[0046]氣液軟彈簧罐的壓縮氣體體積可控制、壓力(遠程/就地)可讀取。高壓壓縮氣體壓力恒定、重復性高、不易失效和意外發生。從而執行器輸出扭矩可以長時間持續恒定、達到精確控制執行器需要的輸出推力(扭矩)、動作時間的目的。
[0047]利用液壓調速閥調節流量、輸出流量大小和動作速度可控制。氣動液壓軟彈簧在構成的系統傳動過程中，可以有效吸收震動和脈動，避免閥門運動過程的竄動、實現執行器驅動閥門動作的平緩。在高鎊級、大口徑閥門所需要的大扭矩閥門執行器中體現更加明顯。
[0048]根據上述原理，利用可控壓縮氣體與替代傳統的金屬彈簧普通的金屬彈簧比較，高壓氣體具有體積小、重量輕、容易壓縮、不易疲勞、可重復使用、響應迅速、充壓方便。無論在工廠組裝、現場安裝還是現場替換更換過程中，都無任何意外，安全性比傳統彈簧更加可靠、使用安全、安裝方便、更換容易。節能環保、無污染、無干擾、無噪音、性能穩定、輸出速度和力量調節方便等諸多無可比擬的優點。在油氣儲運、石油天然氣、化工、冶金等廣泛采用單作用執行器的閥門和其它工業領域，該裝置用來替代彈簧作為輸出控制裝置使用，可以減少彈簧鋼等系列金屬材料的使用。
[0049]實施例4
如圖5所示，本發明一種閥門執行器，在實施例3的基礎上，動力缸2采用氣缸，缸座5上開設有與活塞前缸7連通的液壓油通道19，液壓油出口 17通過油管18和液壓油通道19與活塞前缸7連通;氣缸進氣時，液壓油缸的活塞4推動活塞桿6向前運動，活塞桿6推動撥叉11打開閥門，同時，所述氣液組合彈簧裝置12被壓縮，氣缸泄氣時，活塞4在氣液組合彈簧裝置12和氣缸共同作用下拉動活塞桿6回縮，活塞桿6帶動撥叉11反向活動關閉閥門。
[0050]以上所述的為主體結構為角行程液壓執行器的【具體實施方式】，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明。實際上在只有油缸活塞軸(去掉撥叉箱、)輸出線行程或者直行程執行器同樣適應。
[0051]所應理解的是，以上所述僅為本發明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置，包括動力缸(2)，其特征在于:動力缸(2)上設置有氣液組合彈簧裝置(12)，所述氣液組合彈簧裝置(12)包括壓力容器罐(13)，所述壓力容器罐(13)上端設置有氣體輸入口(22)，所述壓力容器罐(13)內的上部和下部分別為壓縮氣體腔(15)和液壓油腔(16)，所述壓縮氣體腔(15)內填充壓縮氣體，所述液壓油腔(16)內填充有液壓油，所述壓力容器罐(13)下端設有液壓油出口(17)。2.根據權利要求1所述的一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置，其特征在于:所述動力缸(2)包括缸體(3)、活塞(4)、缸座(5)和活塞桿(6)，所述活塞(I)前端的缸體(3)內腔為活塞前缸(7)，所述活塞(4)后端的缸體(3)內腔為活塞后缸(8)。3.根據權利要求2所述的一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置，其特征在于:所述動力缸(2)為液壓油缸或氣缸。4.根據權利要求3所述的一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置，其特征在于:所述缸座(5)上開設有與活塞前缸(7)連通的液壓油通道(19)，所述液壓油出口(17)通過油管(18)和液壓油通道(19)與活塞前缸(7)連通;所述液壓油缸進油時，所述液壓油缸的活塞(4)推動活塞桿(6)向前運動，同時，所述氣液組合彈簧裝置(12)被壓縮，所述液壓油缸泄油時，所述活塞(4)在氣液組合彈簧裝置(12)和液壓油缸共同作用下拉動活塞桿(6)回縮。5.根據權利要求3所述的一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置，其特征在于:所述缸座(5)上開設有與活塞前缸(7)連通的液壓油通道(19)，所述液壓油出口(17)通過油管(18)和液壓油通道(19)與活塞前缸(7)連通;所述氣缸進氣時，所述氣缸的活塞(4)推動活塞桿(6)向前運動，同時，所述氣液組合彈簧裝置(12)被壓縮，所述氣缸泄氣時，所述活塞(4)在氣液組合彈簧裝置(12)和氣缸共同作用下拉動活塞桿(6)回縮。6.根據權利要求4或5所述的一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置，其特征在于:所述壓力容器罐(13)上端還設置有實時監測其內部壓力的壓力表(20)。7.根據權利要求6所述的一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置，其特征在于:所述壓力容器罐(13)內的液壓油出口(17)處設置有油液過濾裝置(21)。8.根據權利要求7所述的一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置，其特征在于:所述油管(18)上設置有流量調節閥(14)，通過流量調節閥(14)調節液壓油的流量，從而控制壓力釋放的速度，確保軟彈簧的運動過程和動作速度精確可控。9.根據權利要求8任一項所述的一種基于氣液組合彈簧的驅動裝置，其特征在于:所述油管(18)上還設置有關斷閥(9)用于隨時關閉或開啟氣液組合彈簧裝置(12)。10.—種利用權利要求1-9任一項所述的閥門執行器，包括執行器(I)和動力缸(2)，其特征在于:動力缸(2)上設置有氣液組合彈簧裝置(12)，所述動力缸(2)通過缸座(5)安裝在執行器(I)的箱體(10)上，所述動力缸(2)的活塞桿(6)與執行器(I)的撥叉(11)聯動。
【文檔編號】F16K37/00GK106090402SQ201610722404
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月25日
【發明人】王正權
【申請人】成都邁可森流體控制設備有限公司