电控无泄漏直通阀的制作方法

专利名称：电控无泄漏直通阀的制作方法
技术领域：
本实用新型公开一种电控无泄漏直通阀。属五金水暖器材。
目前，自动控制阀门在化工、医药等行业应用越来越普遍。其中多以电机为控制动力，经传动机构(如减速器、齿轮付或蜗轮蜗杆付)，再经驱动轴(如螺杆)带动阀片移动来实现对流体的通断控制。这些自动控制阀门(如电动球阀、蝶阀、滑板阀等)普遍存在的问题是1.采用中间传动机构驱动阀片，系统较复杂，使用中易出现故障。
2.驱动机构与阀片直接作用，对驱动轴或杆的密封要求很高。不但增加了生产成本，而且使用中密封处也易发生被控制流体(或气体)的泄漏。
3.结构复杂，生产难度大，生产成本高。此外体积大，不便于在线安装和维修。
为此，本实用新型公开一种直接电驱动的，长寿命、低成本的电控无泄漏直通阀结构。特别适用于管线内流体通断的自动控制。
本实用新型的目的是这样来实现的一种电控无泄漏直通阀，由带台阶孔的两通阀体、圆片形动阀片、中心轴、带扇形孔的陶瓷圆片形定阀片、弹性环形密封垫、螺纹接头、带极靴的驱动铁芯与激磁绕组组成的套杯形电磁驱动单元等组成，动阀片安装在两定阀片之间，中心轴紧装在动阀片中心孔内，其两轴端分别插入定阀片中心孔中，一并装入阀体内，用弹性密封垫使动、定阀片相互贴紧。阀体由非导磁材料制成，孔壁上无任何侧向通槽、孔；动阀片由磁性材料制成；极靴至少为两对，电磁驱动单元固定在阀体壁外对应动阀片中心位置，使至少有一对激磁绕组通电时，动阀片处于使阀门“关闭”的位置。
动阀片呈“X”双扇型，动阀片中心孔直径略小于中心轴直径；定阀片中心孔径略大于中心轴直径，动阀片扇面外径小于定阀片外径。定阀片外径略小于阀体配合孔内径。驱动铁芯由软磁材料制成，每对极靴的两个激磁绕组串联连接，并使其中的电流方向相同。激磁绕组由直流电源供电，驱动电流供给方式为短时导通，阀门的“开”“关””操作由接通不同的激磁绕组来实现，“开”“关”完成后激磁绕组中无维持电流。
若将极靴极化面与动阀片扇形外圆面分别制成齿轮状，采用步进电机控制技术，可实现阀门“开”“关”的数字程序控制。
电磁驱动单元是本阀门的动力源，电磁驱动单元由驱动铁芯、激磁线组、定子外壳等组成。驱动铁芯上的极靴至少为两对，分别对应阀门的“开”“关”位置。每对极靴的两个激磁绕组相互串联连接，并使绕组中的电流方向相同，使极靴中产生同相的磁极性。“开”“关”动作完成后，由于阀片间的摩擦力，及动阀片与极靴间的磁吸引力，可稳定动阀片的位置。故不必保留激磁电流。由于激磁绕组的电流只有在动作时短时接通，因而可以采用高电流负载设计，几乎可不考虑发热，这对减小激磁绕组结构尺寸极为有利。工作时，无论“开”“关”操作，至少需瞬时接通一对激磁绕组，当需要转换到另一个状态时，只需瞬时接通另一对绕组。采用逐渐改变两对绕组中电流的大小(一组电流由大变小，另一组同时由小变大)，也可实现阀门的开关过程的连续控制。如将极靴及动阀片极性表面按步进电机制成齿轮状，则可采用数字步进控制，实现数字程序控制。
“X”双扇形的动阀片由磁性材料如高强度铷铁硼合金硬磁材料制成，其具有很高的磁场强度和磁稳定性而且加工性能优于陶瓷。经防锈、抗腐蚀处理后，具有很高的表面稳定性、耐磨性。
阀门工作时，由于阀片材质具有很高的耐磨性，阀门的开关行程不大，相对速度低，因而阀片磨损量极小。加之在定阀片两端装有弹性密封垫，除了起静态密封作用外，还可补偿阀片之间的间隙。即当动阀片因磨损而减薄时，弹性密封垫将推动定阀片沿轴向移动，直至与动阀片紧密接触，因而即使有少量磨损也不影响阀芯组的密封功能。
综上所述采用高强度硬磁材料的动阀片及陶瓷定阀片组合完全能满足阀门的长寿命使用要求。
为减小转动动阀片的操作力距，该阀门的动阀片外径略小于定阀片外径，定阀片外径略小于阀体内孔。同时阀芯组中定、动阀片中心都加工有轴向孔。中心轴沿轴向穿在三个阀片中央。这样，当安装完毕后，保证了动阀片外圆与阀体内孔壁间有一定间隙。当旋转动阀片时，动阀片将绕中心轴旋转，而不与孔壁磨擦，从而使转动更轻便可靠，也减少了孔壁的磨损。
为解决沿阀片中心孔与轴配合处的轴向泄露，动阀片中心孔略小于中心轴直径，定阀片中心孔径略大于中心轴直径，并使中心轴与动阀片压配成一体。使用时动阀片带动中心轴在定阀片的中心孔中旋转，从而阻断了沿中心轴孔的泄漏通道并提高了动阀片的旋转精度，更有利于减少动阀片的磨损。如在陶瓷基片中镶嵌磁性材料构成复合动阀片，更可发挥陶瓷的高耐磨性。
阀体由非磁性材料组成，要获得尽可能大的磁驱动力，阀体对应于阀芯组部分的壁厚应较薄，这要求材料有足够的强度，特别是在被控制流体的压力较大时，故宜采用金属材料(如黄铜或非磁性不锈钢等)。由于动阀片不与阀体内腔接触，电磁驱动极靴与阀体外圆间无相对运动，故可显著降低对阀体的加工要求，从而有利于降低成本。
图例说明


图1“电控无泄漏直通阀”结构示意图。
图2“电控无泄漏直通阀”动阀片结构示意图。
图3“电控无泄漏直通阀”定阀片结构示意图。
图4“电控无泄漏直通阀”阀体结构示意图。
图5“电控无泄漏直通阀”驱动定子铁芯结构示意图。
图6适合数字程序控制的动阀片扇形弧面结构示意图。
图7适合数字程序控制的驱动定子铁芯工作面结构示意图。
图8“电控无泄漏直通阀”定子盖板结构示意图。
图9“电控无泄漏直通阀”复合动阀片结构示意图。
图10激磁绕组通电状态与阀“开”“关”状态的相关示意图。
图11“电控无泄漏直通阀”控制电路示意图。
图中Za、Zb是激磁绕组接通指示灯，R是限流电阻。图例说明1.阀体11.极靴定位面 12.前端面 13.内螺纹14.内端面15.外端面 16.通液孔 17.定位凸台2.定子盖板21.定位内环面 22.定向槽23.连接螺孔24.过线孔 25.外端面 26.连接螺纹 27.内端面3.驱动铁芯31.极靴 32.极靴内表面 33.极靴柱34.外圆面 35.磁桥 36.螺钉过孔 37.侧端面4.螺纹接头5.弹性密封垫6.定阀片 61.通液孔 62.中心孔 63.外圆面64.定位凸台65.密封工作面 66.非工作面7.定阀片 71.密封工作面 72.中心孔 73.通液槽74.挡水扇面 75.扇面外圆8.中心轴9.定子外壳10、13垫环11.激磁绕组(以
图1为例)“OFF”“关”控制极靴“ON”“开”控制极靴A“关”控制激磁绕组B“开”控制激磁绕组12.连接螺钉下面结合图例对本使用新型作进一步说明
图1是“电控无泄漏直通阀”结构示意图。图中左图上半部表示阀处于“关”状态。动阀片处于垂直位置，即与激磁绕组A对应的极靴组(“OFF”)方向。此时动阀片上的密封工作面71覆盖了动阀片6的通液孔61，流体被阻断。左图下半部表示动阀片7受激磁绕组B通电产生的磁场作用而转到“ON”极靴组方向，阀片上的通液槽73与定阀片6的通液孔61重合，打开了流体通道。
电磁驱动单元由驱动铁芯3、激磁线组11、定子盖板2、垫环10、13及定子外壳9等组成。驱动铁芯3上的极靴31至少为两对，分别对应阀门的“开”“关”位置。每对极靴31的两个激磁绕组A(或两个激磁绕组B)相互串联连接，并使绕组中的电流方向相同，使极靴31中产生同相的磁极性。“开”“关”动作完成后，由于阀片间的摩擦力，及动阀片7与极靴31间的磁吸引力，可稳定动阀片7的位置。故不必维持激磁电流。由于激磁绕组A、B中的电流只有在动作时短时接通，因而可以采用高电流负载设计，几乎可不考虑发热影响，这对减小激磁绕组结构尺寸很有利。工作时，无论“开”或“关”操作，至少需瞬时接通一对激磁绕组A(或B)。当需要转换到另一个状态时，只需瞬时接通另一对绕组B(或A)。如同时接通两对绕组，则可实现阀门的半开状态。当然，采用逐渐改变两对绕组中电流的大小(一组电流由大变小，另一组同时由小变大)，也可实现阀门的开关过程的连续控制。如将极靴31及动阀片7极性表面32及75按步进电机制成齿状表面如图6、图7所示，则可采用步进控制技术，实现数字程序控制。
电磁驱动铁芯3由软磁材料制成，由于采用直流驱动，可用整体软磁材料(如纯铁)制造，结构与普通电机定子相似。极靴31数量至少为两对，其极化圆弧面32直径比阀体1的工作外圆面1的直径稍大(符合滑动配合的要求)，以便于将驱动铁芯3装到阀体1上。
极靴柱33是用以套装激磁绕组A、B的，磁桥35可保持各极靴的相对位置，并使极靴具有最大磁力。铁芯3两侧面37相互平行，厚度大于动阀片7的厚度。极靴上部制有两个螺钉过孔38，用于安装螺钉12，以便将铁芯3与定子盖板2固定连接。
将激磁绕组A、B分别安装在相应极靴柱上，并置于绕组空间36中，则构成电磁铁芯组件。
驱动定子盖板2(图8)为盘状零件，用于电磁铁芯组件的固定及在阀体上的定向。其内孔21略大于阀体1工作柱面11的直径，定位槽22作极靴定位用。当安装电磁驱动单元到阀体1上时，定位槽22与阀体1上的定位凸台17配合，保证极靴位于动阀片的“开”或“关”位置。内端面27上的螺孔23可旋入固定电磁铁芯组的螺钉12，外台阶面螺纹面26与定子外壳9旋接。绕组A、B的引出线通过孔24穿出。
电磁驱动单元的组装步骤如下1.将激磁绕组装到定子铁芯3的极靴柱33上。
2.将两个A绕组、两个B绕组分别同向串联，留出带标记引出线。
3.将电磁铁芯组件装上垫环10后用两个螺钉12与定子盖板2固定，并将绕组引线从盖板2的孔24中穿出。
4.将另一个垫块13放入定子外壳9底部，再将外壳9套入已装好的电磁铁芯组件上并与定子盖板2螺纹面26旋紧。
至此，“电磁驱动单元”组装完成。
动阀片7由磁性材料制成。最佳选择应是具有高磁场强度的磁钢(如铷铁硼)，也可由其它软、硬磁性材料制成，用硬磁材料可提高磁驱动力，减少电磁激励绕组中的电流。磁化方向如图2所示。动阀片7的端面形状必需形成显极结构，以能更好的利用磁偶合驱动力。本专利动阀片7由两个扇性挡水板74相接成，构成磁性体的两个磁极。扇面74弧面长度不大于1/4圆周长度。
动阀片7有中心孔72，其直径略小于中心轴8直径，相互能形成紧密配合，不但可以提高旋转精度，还可防止流体沿轴8与孔72间的配合面产生轴向泄漏，提高阀的关闭性能。动阀片7的外圆面75直径略小于定阀片6的外圆直径63，保证装配后动阀片7与中心轴8在定阀片6中心孔62中旋转时动阀片扇性外圆面不与阀体1的孔壁接触，以降低旋转阻力，从而提高电磁驱动的可靠性。动阀片7的两个工作端面71应加工至很高的光洁度、平整度、平行度。动阀片7可经防锈抗蚀处理(如镀锌、镀镍等)，也可包覆高分子涂料(聚乙烯、聚四氟乙烯等)。动阀片7也可按图9制成复合结构，基片7A由非磁材料制成(如陶瓷、高强度工程塑料或其它金属)。在两个阻水板74的中心部分各镶一块磁钢(磁场方向与图2所示相同)7B，则可充分发挥基体7A材料的耐磨性、抗腐蚀性(如陶瓷)，基板7A的形状也可制成型。
定阀片6由精密陶瓷制成，带有扇形或其它形状的通液孔61，中心有轴孔62，孔62的内径略大于中心轴8的直径，便于其插入和转动。中心轴孔62可以是直孔或盲孔，盲孔的开口端应在工作面65上，工作面65是与动阀片7的工作面71配合的精加工、高光洁表面，非工作面66可以不做精加工处理。定阀片6的外圆面63直径略大于动阀片7的外径。外圆面63上对称设置两个方形或半圆形突起64，便于将定阀片安装到阀体1上时定向。
阀体1由非导磁性材料(如黄铜、不锈钢、高强度工程塑料等)制成。通液孔16小于阀芯组装配孔19，装配孔19壁上加工有定位槽18，便于定阀片6装配时定向。装配孔19的前端是螺纹孔13，便于与螺纹接头4连接。端面12与内端面14间的距离应保证组装完阀芯组后(
图1)，旋紧螺纹接头4，每个弹性密封垫5应有一定的压缩量(如0.5～1mm，随着流体压力增大，压缩量应大些)，以保证阀片间的密封，并能自动补偿使用中可能出现的间隙。阀体1工作外圆11与内孔19间的壁厚较薄，以保证极靴3与动阀片7间有足够的磁吸引力。在外圆11与外端面15处制有限位凸台17，用以确定电磁驱动单元在阀体上的安装位置。
本“电控无泄漏直通阀”的装配程序如下1.先将中心轴8压入到动阀片7的中心孔72中，使中心轴8在动阀片7的两端面71的伸出长度相等；2.将两个定阀片6的密封工作面65分别对着定阀片7的两个工作面71，从两侧沿中心轴插入中心孔62中，使三个阀片相互靠紧，构成“阀芯组”；3.依次向阀体1的内孔19中装入弹性密封垫5、阀芯组；4.将另一块弹性密封垫5装入螺纹接头4的孔中，如
图1所示；5.将上述已组装好的电磁驱动单元按
图1方向套入阀体1的工作外圆11上，注意盖板2上的定位槽22卡在阀体1上的定位凸台17上；6.将带有弹性密封垫5的螺纹接头4旋入到阀体1的内螺纹13中，并旋紧。
至此完成了全部结构装配。
可以看出该阀装配简单、方便，装配过程中无需任何调试测量，而能保证相同的工作性能和质量。
图10是阀门“开”“关”状态与“A”“B”激磁绕组导通相关图。每组激磁绕组在交替工作时，只需导通很短时间(小于0.5s)，所以系统产生的热量也很少，故绕组可按高负荷电流设计，从而能显著减小绕组的结构尺寸，达到减轻重量的目的。
图11是此电控阀的相关控制原理图，显然这是很经典的直流功率控制系统，完全可用普通价廉的元器件来实现。采用固体开关，消除电路通断的火花，提高了运行安全性。图中Ka、Kb是试验及控制阀门“接通”和“关断”的手控开关。图中虚线部分是作为控制单元装在阀门附近的。
综上所述，本专利公开的“电控无泄漏直通阀”不但彻底解决了一般自动阀门的泄漏隐患，而且结构简洁、生产成本低，使用寿命长，安装、维修方便，具有很广泛的使用价值，特别适用于危险气体、液体管线的通断或流量控制。在化工、医药等行业，甚至在家用燃气自动安全控制等方面都有广泛的应用前景。
权利要求1.一种电控无泄漏直通阀，由带台阶孔的两通阀体、圆片形动阀片、中心轴、带扇形孔的陶瓷圆片形定阀片、弹性环形密封垫、螺纹接头、带极靴的驱动铁芯与激磁绕组组成的套杯形电磁驱动单元等组成，动阀片安装在两定阀片之间，中心轴紧装在动阀片中心孔内，其两轴端分别插入定阀片中心孔中，一并装入阀体内，用弹性密封垫使动、定阀片相互贴紧，其特征在于阀体由非导磁材料制成，孔壁上无任何侧向通槽、孔；动阀片由磁性材料制成；驱动极靴至少为两对，电磁驱动单元固定在阀体壁外对应动阀片中心位置，使至少有一对激磁绕组通电时，动阀片处于使阀门“关闭”的位置。
2.根据权利要求1所述的电控无泄漏直通阀，其特征在于动阀片呈“X”双扇形，动阀片中心孔直径略小于中心轴直径；定阀片中心孔直径略大于中心轴直径，动阀片扇面外径略小于定阀片外径。
3.根据权利要求1所述的电控无泄漏直通阀，其特征在于驱动铁芯由软磁材料制成，每对极靴的激磁绕组串联连接，并使其中的电流方向相同。
4.根据权利要求所述的电控无泄漏直通阀，其特征在于极靴极化面与动阀片扇形外圆面可分别制成齿轮状。
专利摘要一种直接电驱动的电控无泄漏直通阀由两通阀体、磁性动阀片、陶瓷定阀片、弹性密封垫、螺纹接头、电磁驱动单元等组成。其“开”“关”操作是通过接通不同激磁绕组来实现的。由于采用电磁力直接驱动动阀片，取消了一般电动阀门所需的中间传动机构及阀片驱动轴或杆，使阀芯组可在完全隔离状态下工作，消除了泄漏隐患；并简化了阀门结构，降低了生产成本，延长了使用寿命。在化工、医药等行业及家用燃气自动安全控制等方面都有广泛的应用前景。
文档编号F16K3/02GK2542895SQ0127599
公开日2003年4月2日 申请日期2001年12月7日 优先权日2001年12月7日
发明者王希平, 杨静 申请人:王希平