一种旋启式控制阀

技术领域

本发明涉及计量控制技术领域，具体涉及一种旋启式控制阀。

背景技术

随着人们对环境保护问题的关注和环保意识的不断提升，作为新兴环保能源的天然气得到了越来越广泛的关注和使用，而随着用户网的扩大，用户在天然气使用过程中的燃气计量管控成为重要问题。智能控制器专用控制阀承担了整个燃气计量系统中执行者这一重要角色，其性能的优劣不仅直接影响到计量控制的准确性，更直接关乎天然气的使用安全。目前，智能燃气流量仪表所配置的控制阀通常采用通用直流减速电机带动启闭件做直线或者旋转运动，以完成阀门的开启与关闭，但这种控制阀普遍存在减速电机驱动能力不足、启闭工作的可靠性不高、内部传动结构复杂、所需启动扭矩大、控制阀内部结构产生的压力损失较大等诸多问题。

公告号为CN205244550U的中国实用新型专利公开了一种智能燃气仪表的给气控制阀门，包括阀体，阀体中设置有杆座，杆座上装配有相配合的小锥齿轮和大锥齿轮，其中小锥齿轮与动力驱动机构链接，大锥齿轮与压杆固定成一整体，压杆还链接有小密封盖。该控制阀门阀盖采用掀起式开启结构，从结构原理上可实现掀起式启闭，在一定程度上保障了气路畅通，但实际使用中，无法满足满足稳定性、可靠性的工作，同时存在以下几点缺陷：

1、通过两个直齿锥(伞)齿轮的传动来带动启闭件做开启动作，且大锥齿轮与压杆固定成一整体，虽能实现阀盖随大齿轮转动掀起，但压杆与齿轮轴为单点接触，不利于力矩的平稳传递，导致阀门启闭所需扭矩很大，需通过提高电机功率实现扭矩的提高，而这势必会增大产品耗电量，缩短控制器中电池的使用寿命，降低电气安全可靠性。

2、该控制阀门通过一大一小两个锥齿轮进行减速传动，减速比有限，不具备任何可调整和扩展性，同时，传递精度差，瞬时传动比不准，且直齿锥(伞)齿轮结构仅适用于作为一般性的转向传动，对于速度以及传动比要求不严格的机构，该结构控制阀无法保证在燃气计量设备要求的工作压力范围内完全、平稳、可靠地开启或关闭。

3、锥齿轮啮合传动时，沿其齿长方向存在较大的切向相对滑动速度，不仅会产生较大磨损，且两齿轮廓处于点接触状态，会使其接触应力值要求增大，增加驱动负担。

4、采用锥齿轮(伞齿轮)作为传动部件，工艺复杂，制造和安装精度要求高，若产品精度高，则势必会造成生产成本增高，若产品精度低，则会带来震动和噪音较大且不宜用于轴间距离大的传动等诸多问题，同时，锥齿轮还具有不适合大口径阀门推广应用等限制。

5、控制阀门的启闭件在安装时不能调整相对于阀体流道中心的相对位置，这将大大提高产品零部件的加工精度要求，同时，上述控制阀门的阀门阀体均为铸造产品，受结构限制，阀体内腔无法进行机械加工操作。因此，该控制阀门无法保障密封启闭件盖平稳居中的压紧或者脱离密封口，极大程度上会出现启闭件偏心、倾斜的现象，进而导致阀门密封不严甚至无法密封的情况出现。

6、上述控制阀门中，小密封盖的圆柱面切有与压杆切面相一致的长方孔，压杆装入该小密封盖的长方孔内(四面要留有0.1mm至1mm间隙)，并装上定位钉，定位钉头部与小密封盖也需要0.1mm至1mm间隙，但实际生产中，这种不能准确定量的细小间隙设计，很难实现产品质量稳定及产品零件的一致性，且这种长方形孔的四面间隙配合无法实现其文中所描述的小密封盖可以360度绕受力点摆动及自动找正的效果，实用性不强。

因此，如何设计一种效率高、性能稳定、稳定性高的控制阀，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术中存在的不足，提供一种旋启式控制阀。

本发明采用的技术方案如下：

一种旋启式控制阀，包括阀体,阀体包括由进气端至出气端依次连通的进气端、安装腔和出气端，还包括驱动机构、旋启换向机构和阀体密封盖，旋启换向机构和阀体密封盖均设于安装腔内，阀体密封盖设于出气端并与出气端内径相匹配；所述旋启换向机构包括旋启支架和减速转向齿轮组，减速转向齿轮组通过旋启支架设于安装腔，减速转向齿轮组的输入轴传动连接驱动机构，减速转向齿轮组的输出轴通过旋启臂传动连接阀体密封盖并带动阀体密封盖旋转启闭。

进一步地，所述阀体密封盖设有先导泄压孔，阀体密封盖进气侧设有匹配先导泄压孔的先导密封盖，先导密封盖通过先导平衡柱固定连接旋启臂；所述旋启臂与阀体密封盖通过支撑柱相连,旋启臂设有与支撑柱匹配的导向孔，支撑柱柱身穿设于导向孔内与旋启臂滑动连接；所述支撑柱端部设有限位块，支撑柱柱身设有弹簧，弹簧位于限位块和旋启臂之间，当先导密封盖密封闭合于先导泄压孔时，旋启臂远离限位块。

进一步地，所述先导密封盖进气侧设有球冠状凸台，旋启臂设有与球冠状凸台相匹配的凹槽。

进一步地，所述减速转向齿轮组包括相对垂直交错设置的主动螺旋斜齿轮和从动螺旋斜齿轮，主动螺旋斜齿轮齿数小于从动螺旋斜齿轮齿数，主动螺旋斜齿轮输入轴传动连接驱动机构输出轴，主动螺旋斜齿轮啮合从动螺旋斜齿轮,从动螺旋斜齿轮输出轴通过链接板传动连接旋启臂。

进一步地，所述旋启臂包括长臂和相对设置于长臂一端的短臂，短臂连接链接板，长臂通过连接支撑柱连接阀体密封盖，长臂通过先导平衡柱连接先导密封盖。

进一步地，所述驱动机构包括相互隔离密封的一号齿轮箱和二号齿轮箱，一号齿轮箱和二号齿轮箱并列设置于阀体外。

进一步地，所述一号齿轮箱内设有微型直流电动机、一号齿轮组和主动永磁体，微型直流电动机输出端传动连接一号齿轮组输入端，一号齿轮组输出端传动连接主动永磁体；所述二号齿轮箱内设有从动永磁体和二号齿轮组，从动永磁体与主动永磁体相对设置，从动永磁体传动连接二号齿轮组输入端，二号齿轮组输出端传动连接减速转向齿轮组的输入端。

进一步地，所述出气端设有与阀体密封盖匹配的阀体密封副，阀体与阀体密封副一体成型。

进一步地，所述旋启支架固定设于安装腔顶端，旋启支架和安装腔之间设有调整垫圈。

进一步地，所述安装腔横截面为八边形。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

(1)采用驱动机构传动连接旋启换向机构，旋启换向机构通过旋启臂传动连接阀体密封盖，通过旋启换向机构实现空间交错轴之间的扭力传动，带动旋启臂转动，进而实现驱动阀体密封盖的启闭，结构简单稳定，传动轴仅需做单向旋转运动即可完成整个开启或关闭过程，大大缩短启闭阀门时旋转主轴的转动圈数及转动时间，提高阀门启闭效率，降低因阀门缓慢关闭造成的经济损失及安全隐患，且在关闭过程中阀体密封盖的密封面与阀体密封口无摩擦，降低密封面因长期摩擦造成的损坏及跑冒滴漏现象，提高阀门使用寿命及可靠性能；

(2)通过在阀体密封盖上设置具有先导泄压功能的先导密封盖，在旋转开启过程中先对进气端管道压力进行泄压再执行旋转开启动作，保障管道两端压力的平衡及燃气的稳定传输，同时也可以进一步降低开启时所需扭矩，降低驱动机构功耗，大幅提高产品的防爆安全性；

(3)利用支撑柱与旋启臂滑动连接，实现了先导密封盖在启闭过程中的行程导向，同时,通过球冠状凸台与凹槽之间的对准结构设计,配合先导平衡柱的连接导向，实现先导密封盖的灵活转动，进而先导密封盖的自动调心平衡，保障先导密封盖与阀门密封盖之间的对准精度及结构的稳定度，保障阀门密封性能；同时，利用支撑柱上限位块的设置，实现了先导密封盖开启过程的机械限位，进一步提升本发明可靠性；

(4)通过支撑柱、旋启臂、先导密封盖和阀门密封盖的结构设计，使阀门在启闭过程中，旋启换向机构主轴仅需做单向旋转运动即可实现阀门泄压、阀体密封盖启闭、气流通道通断的一系列功能，结构简单，设计巧妙，使用方便，且兼具稳定性高，安全性强等优点；

(5)通过将驱动机构设置为两个相互隔离密封的齿轮箱，并将其设于阀体外部，大大降低了驱动机构对于介质流通的阻力，同时，两个齿轮箱内分别设置一个磁性传动件来代替齿轮，利用磁耦合传动技术，将传统齿轮箱内的齿轮刚性传输转化为柔性传输，在控制阀到达机械限位时产生磁离合作用，预防电机堵转情况的发生，提高驱动机构使用寿命；

(6)通过在出气端设置与阀体密封盖匹配的阀体密封副，阀体密封副与阀体一体成型，采用一体化结构设置于阀体出气端内侧以替代传统阀门阀体内的独立阀座结构，简化阀门结构，提高密封可靠性，避免因单独设置阀座密封口结构时密封口与阀体之间存在的密封泄露问题。

(7)通过将旋启支架固定设于安装腔顶端，并在旋启支架和安装腔之间设置调整垫圈，不仅提高产品的装配便捷性，且可以灵活调整阀体密封盖高度，保障阀体密封盖与阀体流道的中心同心，有效提高了产品密封的可靠性，极大程度预防现有结构产品的启闭件偏心、倾斜及阀门密封不严甚至无法密封的情况的出现。

(8)通过将阀体流道腔体截面设置为八边形结构，相比传统阀门的圆形腔体，在阀体外观体积没有增大的情况下，可进一步提高流体的流通面积。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图。

图2为图1的B-B面剖面图。

图3为图1的局部放大图。

图中标记：

1、阀体；1-1、阀体密封副；2、阀体密封盖；3、旋启臂；3-1、长臂；3-2、短臂；3-3、凹槽；4、先导密封盖；4-1、球冠状凸台；5、支撑柱；5-1、微型弹簧；5-2、限位块；6、先导平衡柱；7、旋启支架；7-1、轴承；8、驱动机构；9、从动螺旋斜齿轮；10、主动螺旋斜齿轮；11、链接板；12、一号齿轮箱；13、二号齿轮箱。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明包括阀体1,阀体1包括由进气端至出气端依次连通的进气端、安装腔和出气端，还包括驱动机构8、旋启换向机构和阀体密封盖2，旋启换向机构和阀体密封盖2均设于安装腔内，阀体密封盖2设于出气端并与出气端内径相匹配；旋启换向机构包括旋启支架7和减速转向齿轮组，减速转向齿轮组通过旋启支架7设于安装腔，减速转向齿轮组的输入轴传动连接驱动机构8，减速转向齿轮组的输出轴通过链接板11链接旋启臂3，旋启臂3传动连接阀体密封盖2并带动阀体密封盖2旋转启闭。

阀体密封盖2设有先导泄压孔，阀体密封盖2进气侧设有匹配先导泄压孔的先导密封盖 4，先导密封盖4通过先导平衡柱6固定连接旋启臂3；旋启臂3与阀体密封盖2通过支撑柱 5相连,旋启臂3设有与支撑柱5匹配的导向孔，支撑柱5柱身穿设于导向孔内与旋启臂3滑动连接；支撑柱5端部设有限位块5-2，支撑柱5柱身设有弹簧，弹簧位于限位块5-2和旋启臂3之间，当先导密封盖4密封闭合于先导泄压孔时，旋启臂3远离限位块5-2。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明包括阀体1,定义阀体1内流体自左至右流动，则阀体1包括自左至右依次连通的进气端、安装腔和出气端，安装腔上方设有驱动机构8，安装腔内设有旋启换向机构和阀体密封盖2，为了提高密封性能，出气端左侧设有阀体密封副1-1，阀体密封盖2与阀体密封副1-1对应设置且与阀体密封副1-1内径相匹配，通过阀体密封盖2压紧或者脱离阀体密封副1-1的密封面，实现管路的开启与关闭。

为了提高流体流通面积，本实施例中进气端、安装腔和出气端之间构成的流道采用横截面为八边形的流道结构。

旋启换向机构包括旋启支架7和减速转向齿轮组，减速转向齿轮组实现了扭力传递方向的改变和扭转速度的降低，增加输出扭矩，减速转向齿轮组通过旋启支架7设于安装腔顶端。

旋启支架7顶端设置有螺纹安装孔，安装腔顶端设有用于安装旋启支架7的圆形孔，圆形孔内设有用于调整旋启支架7与流道中心相对高度的调整垫圈(附图未标示)。通过螺钉与安装腔顶端的圆形孔之间的链接，将旋启支架7及连接于旋启支架7上的减速转向齿轮组固定于阀体1安装腔顶端，通过调整垫圈高度即可实现灵活调整减速转向齿轮组高度，即调整阀体密封盖2与流道中心相对高度，保证其位置精确度。

减速转向齿轮组包括相啮合的主动螺旋斜齿轮10和从动螺旋斜齿轮9，主动螺旋斜齿轮 10沿竖直方向布置且传动连接驱动机构8输出轴，旋启支架7设有竖向安装孔，竖向安装孔内设有匹配主动螺旋斜齿轮10转轴的轴承7-1，从动螺旋斜齿轮9沿前后方向水平布置且从动螺旋斜齿轮9前后两侧同轴连接有链接板11。旋启臂3为Y形结构且包括两个短臂3-2 和一个长臂3-1，两个短臂3-2分别连接两侧的链接板11。旋启转向机构通过链接板11连接旋启臂3，进而连接阀体密封盖2并带动阀体密封盖2绕从动螺旋斜齿轮9轴线旋转，从而实现输入轴与输出轴空间交错轴之间的增大扭力传动。

主动螺旋斜齿轮10齿数少于从动螺旋斜齿轮9，实现降低转速、提高扭矩的效果，降低驱动机构8的功耗要求，同时，根据所需扭矩的不同，可在实际使用中根据需求灵活调整主动螺旋斜齿轮10与从动螺旋斜齿轮9的齿数比，适用范围广，灵活性强，实用性强。

为适应不同使用需求，根据不同的阀门口径或不同的齿轮速比，可在主动螺旋斜齿轮10 与驱动机构8输出轴之间进一步增设减速齿轮组，进一步增大旋启机构的传动齿轮组速比，在保持输入扭矩不变的情况下，以提高输出轴扭矩。

链接板11上端与从动螺旋斜齿轮9的输出轴同轴连接，链接板11下端设有与旋启臂3 短臂3-2匹配的U型槽，U型槽槽底设有连接孔，不同型号尺寸的旋启臂3均可将上端装入链接板11的U型槽内，并通过螺钉将链接板11与旋启臂3固定，即可实现旋启臂3以输出轴为中心做旋转运动，进而开启阀盖或者闭合阀盖。

链接板11采用标准化接口，使旋启转向机构能够通过链接盖适配不同口径及尺寸阀门的旋启臂3，大大简化了系列化产品零部件尺寸不统一，生产管控复杂，有利于产品系列化、标准化。

阀体密封盖2左端面垂直设置有支撑柱5，支撑柱5左端端部设有限位块5-2，旋启臂3 的长臂3-1设有左右贯穿并与支撑柱5匹配的导向孔，支撑柱5柱身穿设于导向孔内与旋启臂3长臂3-1滑动连接，旋启臂3长臂3-1与限位块5-2之间的支撑柱5柱身设有微型弹簧5-1。

阀体密封盖2圆心位置设有先导泄压孔，阀体密封盖2左侧对应先导泄压孔的位置设有与先导泄压孔匹配的先导密封盖4。如图3所示，先导密封盖4左端面圆心处设有向左延伸的球冠状凸台4-1，旋启臂3长臂3-1右端面设有与球冠状凸台4-1相匹配的凹槽3-3，先导平衡柱6左端部依次穿过球冠状凸台4-1和凹槽3-3槽底后伸出旋启臂长臂3-1，先导平衡柱6左端部设有限位面且右端固定连接先导密封盖4，在掀开或闭合先导密封盖4的过程中，球冠状凸台4-1在先导平衡柱6作用下在凹槽3-3内能够灵活转动，实现先导密封盖4 的自动调心平衡，进一步保障先导密封盖4的密封性能。

驱动机构8包括相互隔离密封的一号齿轮箱12和二号齿轮箱13，一号齿轮箱12和二号齿轮箱13上下设置且均位于阀体1外部。一号齿轮箱12内设有微型直流电动机、一号齿轮组和主动永磁体，微型直流电动机、一号齿轮组和主动永磁体依次传动；二号齿轮箱13内设有从动永磁体和二号齿轮组，从动永磁体和主动永磁体相对设置且磁性传动，从动永磁体传动连接二号齿轮组，二号齿轮组输出端传动连接减速齿轮组输入轴。

电动执行器采用两组独立的齿轮减速箱分体设计，两个独立的齿轮减速箱通过螺钉链接为一个整体，固定于控制阀腔体外侧，微型直流电动机置于齿轮减速箱内部，大大提高了电机的环境适应性及防护性能，避免了电机直接长期置于复杂的环境中，因防护不足引起的故障。

两个齿轮箱箱内分别设置一个磁性传动件代替齿轮，且两个磁性传动件之间相互隔离密封，既提高了阀门开关阀的扭矩，又达到了防爆和微功耗的目的。同时，利用磁性传动件之间的磁耦合传动技术，将传统齿轮箱内的齿轮刚性传输转化为柔性传输。在控制阀到达机械限位时，本实施例将产生磁离合作用，防止堵转发生，有效提高执行机构的使用寿命，且大大降低了介质流通的阻力。

本发明的工作原理为：

驱动机构8提供输出扭矩，通过输入轴带动旋启转向机构的减速及换向传动，实现输出轴与输入轴相交90°的旋转运动，输出轴通过链接盖将旋转力矩传递给旋启臂3，使其做平稳的旋转运动。

控制阀开启过程中，利用旋启转向机构传动给旋启臂3的减速旋转扭力，旋启臂3首先向左压缩微型弹簧5-1，带动先导密封盖4在自动平衡的状态下脱离阀体密封盖2中心的先导泄压孔，此时，阀体1内腔快速泄压，此过程利于管道两端压力的平衡及燃气的稳定传输，也有利于减小执行机构的工作扭矩。当旋启臂3到达支撑柱5左端的限位块5-2后，将带动阀体密封盖2一起运动脱离阀体密封副1-1接口，实现密封盖的完全打开。

阀门在关闭过程中，驱动机构8反向旋转，利用旋启转向机构传动给旋启臂3的旋转扭力，旋启臂3向右转动并使微型弹簧5-1伸展，旋启臂3带动先导密封盖4在保持自动调心的状态下向右推动阀体密封盖2，直至阀体密封盖2压覆于密封副上，实现阀体密封盖2的压紧密封关闭。关闭过程中，先导密封盖4自动调整平衡，确保可靠地将启闭件阀体密封盖2密封压紧。

相比传统控制阀，本发明能够在短时间内迅速关闭阀门，降低因阀门缓慢关闭造成的经济损失及安全隐患，且在关闭过程中阀盖密封面与阀体1密封口无摩擦，降低密封面因长期摩擦造成的损坏及跑冒滴漏现象，进一步因为小密封盖为自动调心并压紧密封阀座，可以保障在阀盖密封圈有损耗的情况下，依然可以紧密可靠的压紧密封，免去了设计弹性补偿阀座的复杂结构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。