专利名称：用于阀门定位器的双作用转换单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动控制技术领域，尤其是涉及阀门定位器的I/P转换单元。
背景技术：
随着智能阀门定位器的功能的完善，原有的采用电磁线圈方式的I/P转换单元已经不能满足阀门定位器智能化、低功耗、高频率的要求。目前，智能阀门定位器的I/P转换单元采用压电阀代替电磁线圈控制要求。在控制系统中，如果I/P转换单元的气源输入、输出口有泄漏，就会引起阀门定位不断振荡，造成控制管路中输送介质的不稳定，影响产品的质量或发生危险。因此，压电阀式I/P转换单元的气源输入、输出口必须保证有可靠的密封性能。但是，现有的压电阀式I/P转换单元的腔室与腔室之间的隔断，通常是由弹簧直接顶住橡胶阀芯或橡胶密封片与阀座接触，形成密封面来达到密封的目的。这种结构存在以下不足I、橡胶阀芯和橡胶密封片长期受弹簧力，容易产生变形，影响密封效果；2、因橡胶阀芯的刚度不易把握，限制了产品工作压力的进一步提高；3、由于采用面密封，对密封面表面的质量要求较高；4、当腔室的压力较低时，密封处容易出现泄漏；5、对压紧弹簧的要求较高，弹簧力太大，开启时不易打开，弹簧力太小，隔断时又容易泄漏。 另外，现有转换单元的结构复杂，加工和装配难度较大。由于存在上述不足，因此，需要对阀门定位器的I/P转换单元作进一步改进，简化转换单元的结构，同时克服转换单元中阀芯刚度不够，容易变形的不足，提高气源输入、输出口的密封可靠性。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供一种结构简单板式安装的转换单元，用于智能阀门定位器。本发明为解决上述技术问题，是依靠下述技术方案实现的用于阀门定位器的双作用转换单元，该转换单元包括一个板式排气阀座，两个板式进气阀座，两个内置压电阀的端盖，两个进气膜片，两个排气膜片。转换单元为对称结构，端盖、进气膜片、进气阀座、排气膜片、排气阀座、排气膜片、进气阀座、进气膜片、端盖依次层叠排列。两个进气阀座上分别设置有控制气源连通第一输出口或第二输出口的进气阀；排气阀座设置有分别控制第一输出口或第二输出口连通排气口的排气阀。其中，排气阀座上设置有连接进气口的第一腔室，第一腔室连通到排气阀座的两个平行对称的板面；排气阀座上设置有连接第一输出口的第三腔室，连接第二输出口的第五腔室；第三腔室和第五腔室反向对称，分别连通到排气阀座的一个板面。排气阀座内设置有两个反向对称的排气阀，排气阀的轴线垂直于排气阀座的板面；排气阀的轴向移动，分别控制第三腔室和第五腔室各自与排气阀座上的排气口的导通或隔断。其中，两个进气阀座上分别设置有第二腔室和第四腔室，第二腔室和第四腔室分别连通到进气阀座的一个板面，腔室气压分别作用在排气膜片上。进气阀座内的进气阀的轴线垂直于进气阀座的板面；进气阀的轴向移动，分别控制第二腔室或第四腔室各自与排气阀座的第一腔室的导通或隔断。进气阀座上设置有单向阀，该单向阀分别用于第二腔室对排气阀座的第五腔室的单向导通，或第四腔室对排气阀座的第三腔室的单向导通。其中，端盖内设置有作用在进气膜片上的背压腔，该背压腔的气压通过压电阀的控制，推动进气膜片驱动进气阀导通的轴向移动。第二腔室或第四腔室内的气压通过进气阀的控制，分别推动排气膜片驱动排气阀导通的轴向移动。进一步的，进气阀和排气阀均包括阀杆、阀芯和阀芯骨架；阀芯的周边和顶部置于阀芯骨架内，阀杆的端部穿入阀芯的中心；阀芯骨架的外部设置有弹簧，作用于进气阀或排气阀隔断的轴向移动。 进一步的，排气阀的阀杆尾部设置有阀垫和排气驱动板，阀杆的尾部穿入阀垫的中心，阀垫的台阶形周边置于排气驱动板的中心；排气驱动板与排气膜片接触，分别对应于两个进气阀座的第二腔室和第四腔室在排气膜片上的作用面。进一步的，进气阀的阀杆尾部设置有阀垫和进气驱动板，阀杆的尾部穿入阀垫的中心，阀垫的台阶形周边置于进气驱动板的中心；进气驱动板与进气膜片接触，对应于端盖内的背压腔在进气膜片上的作用面。进一步的，第二腔室或第四腔室的入口处与阀芯接触的外端面，分别设有一环形凸起；第三腔室和第五腔室的出口处与阀芯接触的内端面，分别设有一环形凸起。进一步的，单向阀包括阀套、压缩弹簧和密封球；密封球由阀套内的压缩弹簧顶在第二腔室P2或第四腔室P4出口外的密封面上。进一步的，阀芯的材料为橡胶；密封球的材料为橡胶；阀芯骨架为金属材料。与现有技术相比较，采用本发明的技术方案的优点是I.排气阀座和进气阀座均为板式结构，层叠安装，且进气阀、排气阀的轴线均与阀座的板面垂直。故整体构造简单，机械加工成本低，部件装配容易，产品的合格率高。2.阀芯骨架为金属骨架，用于密封的橡胶阀芯依托在金属骨架上，其刚度得到增强；而且橡胶不直接受力于弹簧，因此阀芯不易变形，能保证长期使用的密封效果，同时还能提高有效工作压力。3.由于橡胶阀芯与阀座的密封端面的环形凸起形成线密封，使密封的可靠性也得到提闻。4.进气阀座内的单向阀，由压缩弹簧顶住的橡胶密封球与腔体形成的线密封，可靠性也得到提高。
图I为本发明用于阀门定位器的双作用转换单元的结构示意图。图2为本发明用于阀门定位器的双作用转换单元单方向作用的原理图。图3为本发明气于阀门定位器的双作用转换单元另一方向作用的原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。本发明用于阀门定位器的双作用转换单元，包括一个板式排气阀座6，两个板式进气阀座2，两个内置压电阀14的端盖1，两个进气膜片17，两个排气膜片18。参见附图I转换单元的实施例，图中可以看到，依次对称排列的端盖I、进气膜片17、进气阀座2、排气膜片18、排气阀座6、排气膜片18、进气阀座2、进气膜片17和端盖I。它们之间通过螺钉连接，固定在一起。端盖I内设置有背压腔，并安装有压电阀14，背压腔的气压通过压电阀14的控制。压电阀14在背压腔产生的压力作用在进气膜片17的一面，进气膜片17另一面与进气阀座2内装配的进气驱动板15接触。板式排气阀座6上设置有连接进气口 IN的第一腔室Pl，第一腔室Pl贯穿连通到排气阀座6的两个平行对称的板面。排气阀座6上还设置有分别与第一输出口 OUTl连接的第三腔室P3，与第二输出口 0UT2连接第五腔室P5，第三腔室P3和第五腔室P5反向对称，分别对称连通到排气阀座6的一个板面上。排气阀座6上第三腔室P3和第五腔室P5的后方，还设置有连通大气的排气口 EX。两个进气阀座2上分别设置有第二腔室P2或者第四腔室P4，第二腔室P2和第四腔室P4分别连通到两个进气阀座2与排气膜片18接触的板面，腔室内的气压分别作用在两个排气膜片18上。排气阀座6的第一腔室Pl的两端口，分别朝向进气阀座2的第二腔室P2和第四腔室P3的入口处；在进气阀座2内，第二腔室P2的入口处和第四腔室P3的入口处，分别设置有进气阀。进气阀的轴线垂直于板式进气阀座2的板面；进气阀的轴向移动，分别控制第二腔室P2或第四腔室P4各自与排气阀座6的第一腔室Pl的导通或隔断。在排气阀座6内，第三腔室P3和第五腔室P5分别通向排气口 EX的出口处，分别设置有反向对称的排气阀。排气阀的轴线垂直于板式排气阀座6的板面；排气阀的轴向移动，分别控制第三腔室P3和第五腔室P5各自与排气阀座6上的排气口 EX的导通或隔断。上述进气阀和排气阀的均包括阀杆5、阀芯7和阀芯骨架8。阀杆5端部的小圆台穿入阀芯7的中心，阀芯7的周边和顶部置于阀芯骨架8内。阀杆5、阀芯7和阀芯骨架8呈径向过盈配合，固定连接在一起。阀芯7的材料一般选用橡胶，阀芯骨架8为金属材料。进气阀的阀芯7的平面分别与进气阀座2的第二腔室P2和第四腔室P4的入口处接触，入口处的外端面，分别设有一环形的凸起，使阀芯7与入口处形成环形线密封。排气阀的阀芯7的平面分别与排气阀座6的第三腔室P3和第五腔室P5的出口处的内端面接触，出口处的内端面，分别设有一环形的凸起，使阀芯7与出口处形成环形线密封。排气阀座6内的两个排气阀的阀杆5的尾部，均设置有阀垫4和排气驱动板3。阀杆5尾部的小圆台穿入阀垫4的中心，阀垫4的台阶形周边置于排气驱动板3的中心。阀杆5、阀垫4和排气驱动板3呈径向过盈配合，固定连接在一起。排气驱动板3与排气膜片18接触，两个排气驱动板3分别对应于两个进气阀座2的第二腔室P2和第四腔室P4在排气膜片18上的作用面。两个进气阀座2内的进气阀的阀杆5的尾部，均设置有阀垫4和进气驱动板15。阀杆5的尾部穿入阀垫4的中心，阀垫4的台阶形周边置于进气驱动板15的中心。阀杆5、阀垫4和进气驱动板15呈径向过盈配合，固定连接在一起。进气驱动板15与进气膜片17接触，对应于端盖内I内的背压腔在进气膜片17上的作用面。排气阀座6的第一腔室Pl内的两端分别设置有锥形弹簧16，该锥形弹簧16穿过排气膜片18，分别顶在两个进气阀座2内进气阀的阀芯骨架8外部，作用于进气阀隔断时的轴向移动。 进气阀座2内对应排气阀座6的第三腔室P3和第五腔室P5的孔位，分别设置有柱形弹簧9，该柱形弹簧9穿过排气膜片18进入第三腔室P3和第五腔室P5，分别顶在排气阀座6内两个排气阀的阀芯骨架8外部，作用于排气阀隔断时的轴向移动。在进气阀座2内，进气阀座2的第二腔室P2通向排气阀座6的第五腔室P5的通道内以及进气阀座2的第四腔室P4通向排气阀座6第三腔室P3的通道内，各设置有单向阀。分别控制第二腔室P2对第五腔室P5的单向导通，或第四腔室P4对第三腔室P3的单向导通。该单向阀包括阀套10、压缩弹簧11、“0”形密封圈12和密封球13。阀套10与进气阀座2之间通过“0”形密封圈12密封，密封球13由阀套10内的压缩弹簧11顶住。密封球13分别与第二腔室P2和第四腔室P4出口处外的密封面充分接触，形成线密封。密封球13 —般米用橡胶材料。本转换单元是一种压电阀式I/P转换单元，用于智能阀门定位器。当该转换单元安装在整机上后，接通气源和电源，压缩空气进入第一腔室Pl作用在两个进气阀上。这时在锥形弹簧16和气源压力的共同作用下，两个进气阀分别密封在第二腔室P2和第四腔室P2的入口处，即第一腔室Pl与第二腔室P2隔断，第一腔室Pl与第四腔室P2隔断。在柱形弹簧9的作用下，两个排气阀分别密封在第三腔室P3和第五腔室P5的出口处，即第三腔室P3和第五腔室P5均与排气口 EX隔断。同时，在压缩弹簧11的作用下，两个单向阀均密封，即第二腔室P2与第五腔室P5隔断，第三腔室P3与第四腔室P4隔断，如图I所示。若，通过控制脉冲使图中左侧端盖I内的压电阀14开始进气，左侧端盖I背压腔内有足够的压力推动左侧进气膜片17。通过进气驱动板15驱动左侧进气阀座2内的进气阀的轴向移动，克服锥形弹簧16的弹力、摩擦阻力和气源压力向右轴向移动运动，把左侧进气阀座2中第二腔室P2的入口打开，同时阀杆4的左段与进气阀座2之间的阀孔的外端被进气驱动板15内的阀垫4关闭，压缩空气进入第二腔室P2，并克服压缩弹簧力11的弹力推开密封球13转而进入排气阀座6的第五腔室P5。此时，第五腔室P5与排气口 EX保持在隔断状态，压缩空气通过第二输出口 0UT2推动执行机构到达指定位置，如图2所示。与此同时，进入第二腔室P2的压缩空气，推动左侧排气膜片18，通过排气驱动板3驱动排气阀座6内上部排气阀的轴向移动，克服柱形弹簧9的弹力、摩擦等阻力向右运动，把排气口 EX打开，此时第三腔室P3与第四腔室P4保持隔断状态，输出口 OUTl与排气口 EX连通，卸掉第三腔室P3的压力，第三腔室P3的压力等于或稍大于外界大气压PO。同理，当通过控制脉冲使图中右侧端盖I内的压电阀14开始进气，此时左端盖I内的侧压电阀14开始排气，左侧进气阀座2内的单向阀在压缩弹簧11的作用下复位密封，左侧背压腔内气压和第二腔室气源压力P2等于外界大气压PO，右侧端盖I背压腔内有足够的压力推动右侧进气膜片17，通过进气驱动板15驱动右侧进气阀座2内的进气阀的轴向移动，克服锥形弹簧16等阻力向左运动，把右侧进气阀座2中第四腔室P4的入口打开，同时右端的气口被阀垫4关闭，压缩空气进入第四腔室P4，克服压缩弹簧力11的弹力推开密封球13转而进入第三腔室P3。此时由柱形弹簧9和第三腔室P3内的气体压力共同作用，使排气阀座6上部的排气阀关闭，即第三腔室P3与排气口 EX隔断，压缩空气通过输出口 OUTl推动执行机构到达指定位置，如图3所示。与此同时，第四腔室P4压缩空气推动右侧排气膜片18，通过排气驱动板3驱动排气阀座6内下部 的排气阀轴向移动，克服柱形弹簧9的弹力、摩擦等阻力向左运动，把下部的排气口 EX打开，输出口 0UT2与排气口 EX连通，卸掉第二腔室P2的压力，第二腔室P3的压力等于或稍大于外界大气压PO。本发明用于阀门定位器的双作用转换单元，在断电、断气和断信号的情况下，与第一输出口 OUTl连接的第三腔室P3，与第二输出口 0UT2连接第五腔室P5，分别因排气阀的柱形弹簧9和单向阀的压缩弹簧11的作用，成为封闭的腔体，实现了执行机构的位置保持不变，因而具有故障保护功能。
权利要求
1.用于阀门定位器的双作用转换单元，其特征是，所述转换单元包括一个板式排气阀座(6)，两个板式进气阀座(2)，两个内置压电阀(14)的端盖(I)，两个进气膜片(17)，两个排气膜片(18)； 所述转换单元为对称结构，端盖(I)、进气膜片(17)、进气阀座(2)、排气膜片(18)、排气阀座(6)、排气膜片(18)、进气阀座(2)、进气膜片(17)、端盖⑴依次层叠排列； 所述两个进气阀座(2)上分别设置有控制气源连通第一输出口(OUTl)或第二输出口(0UT2)的进气阀；所述排气阀座(6)设置有控制第一输出口(OUTl)或第二输出口(0UT2)分别连通排气口(EX)的排气阀。
2.如权利要求I所述的双作用转换单元，其特征是所述排气阀座(6)上设置有连接进气口(IN)的第一腔室(P1)，所述第一腔室(Pl)连通到排气阀座￠)的两个平行对称的板面； 所述排气阀座(6)上设置有连接第一输出口(OUTl)的第三腔室(P3)，连接第二输出口(0UT2)的第五腔室(P5);所述第三腔室(P3)和第五腔室(P5)反向对称，分别连通到排气阀座(6)的一个板面； 所述排气阀座(6)内设置有两个反向对称的排气阀，该排气阀的轴线垂直于排气阀座(6)的板面；排气阀的轴向移动，分别控制第三腔室(P3)和第五腔室(P5)各自与排气阀座(6)上的排气口(EX)的导通或隔断。
3.如权利要求2所述的双作用转换单元，其特征是所述两个进气阀座(2)上分别设置有第二腔室(P2)和第四腔室(P4)，所述第二腔室(P2)和第四腔室(P4)分别连通到进气阀座(2)的一个板面，腔室气压分别作用在排气膜片(18)上； 所述进气阀座⑵内的进气阀的轴线垂直于进气阀座⑵的板面；进气阀的轴向移动，分别控制第二腔室(P2)或第四腔室(P4)各自与排气阀座￠)的第一腔室(Pl)的导通或隔断； 所述进气阀座(2)上设置有单向阀，所述单向阀分别用于第二腔室(P2)对排气阀座(6)的第五腔室(P5)的单向导通，或第四腔室(P4)对排气阀座(6)的第三腔室(P3)的单向导通。
4.如权利要求3所述的双作用转换单元，其特征是所述端盖(I)内设置有作用在进气膜片(17)上的背压腔，所述背压腔的气压通过压电阀(14)的控制，推动进气膜片(17)驱动进气阀的轴向移动。
5.如权利要求4所述的双作用转换单元，其特征是所述第二腔室(P2)或第四腔室(P4)内的气压通过进气阀的控制，分别推动排气膜片(18)驱动排气阀导通的轴向移动。
6.如权利要求5所述的双作用转换单元，其特征是所述进气阀和排气阀均包括阀杆(5)、阀芯(7)和阀芯骨架⑶； 所述阀芯(7)的周边和顶部置于阀芯骨架(8)内，阀杆(5)的端部穿入阀芯(7)的中心；所述阀芯骨架(8)的外部设置有弹簧，作用于进气阀或排气阀隔断的轴向移动。
7.如权利要求6所述的双作用转换单元，其特征是所述排气阀的阀杆(5)尾部设置有阀垫⑷和排气驱动板(3)，阀杆(5)的尾部穿入阀垫⑷的中心，阀垫⑷的台阶形周边置于排气驱动板(3)的中心；所述排气驱动板(3)与排气膜片(18)接触，分别对应于两个进气阀座(2)的第二腔室(P2)和第四腔室(P4)在排气膜片(18)上的作用面；所述进气阀的阀杆(5)尾部设置有阀垫(4)和进气驱动板(15)，阀杆(5)的尾部穿入阀垫(4)的中心，阀垫(4)的台阶形周边置于进气驱动板(15)的中心；所述进气驱动板(15)与进气膜片(17)接触，对应于端盖(I)内的背压腔在进气膜片(17)上的作用面。
8.如权利要求6所述的双作用转换单元，其特征是所述第二腔室(P2)或第四腔室(P4)的入口处与阀芯(7)接触的外端面，分别设有一环形凸起； 所述第三腔室(P3)和第五腔室(P5)的出口处与阀芯(7)接触的内端面，分别设有一环形凸起。
9.如权利要求6所述的双作用转换单元，其特征是所述单向阀包括阀套(10)、压缩弹簧(11)和密封球(13);密封球(13)由阀套(10)内的压缩弹簧(11)顶在第二腔室P2或第四腔室P4出口外的密封面上。
10.如权利要求9所述的双作用转换单元，其特征是所述阀芯(7)的材料为橡胶；所述密封球(13)的材料为橡胶；所述阀芯骨架(8)为金属材料。
全文摘要
本发明提供一种结构简单板式安装的用于阀门定位器的双作用转换单元。排气阀座和进气阀座均为板式结构，层叠安装，且进气阀、排气阀的轴线均与阀座的板面垂直。整体构造简单，机械加工成本低，部件装配容易。用于密封的橡胶阀芯依托在金属骨架上，其刚度得到增强；而且橡胶不直接受力于弹簧，因此阀芯不易变形，能保证长期使用的密封效果，同时还能提高有效工作压力。由于橡胶阀芯与阀座的密封端面的环形凸起形成线密封，使密封的可靠性也得到提高。
文档编号F16K31/00GK102620025SQ20121009224
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者傅宇晨, 吴杰 申请人:深圳万讯自控股份有限公司