一种用于单向阻尼阀的气动执行机构的制作方法

本发明涉及石油化工行业催化裂化装置技术领域，特别涉及一种用于单向阻尼阀的气动执行机构。

背景技术：

石油化工行业催化裂化装置的主风机出口管道上通常设置有单向阻尼阀，当发生事故导致管道内介质逆流时，单向阻尼阀快速关闭以防止管道内介质逆流损坏主风机。单向阻尼阀的开启与关闭主要依靠与其配套的气动执行机构来完成。

现有的用于单向阻尼阀的气动执行机构为两位式气动执行机构，主要包括气缸、拨叉、拨叉轴、电磁阀以及相应的气路配管。拨叉的杆部设置有用于和单向阻尼阀阀轴连接的通孔，拨叉的端部还设置有u形的开口。气缸的活塞杆与十字形拨叉轴沿竖直方向连接，十字形拨叉轴的水平方向与拨叉的u形开口的表面紧密接触并且可在拨叉的u形开口内滑动。气缸的活塞杆通过拨叉带动单向阻尼阀的阀轴，电磁阀用于控制气缸换向来改变活塞杆的运动方向，从而改变阀轴的运动轨迹，实现单向阻尼阀的开启与关闭。正常情况下，气缸的活塞杆沿某一方向运动使单向阻尼阀处于全开位置，并保持该位置不变；事故状态下，电磁阀控制气缸换向，使阀门快速关闭。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：现有的两位式气动执行机构在正常情况下使单向阻尼阀处于全开位置，造成管道压力损失过大，导致催化裂化装置能效降低。同时，事故发生时单向阻尼阀通常要在3s以内关闭，以这样快的速度关闭会出现剧烈的机械碰撞，造成单向阻尼阀阀座密封面损坏，导致单向阻尼阀的密封性能变差，不能很好地起到保护主风机的作用。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种能够提高装置能效，并且能够防止单向阻尼阀关闭过程中发生剧烈机械碰撞的用于单向阻尼阀的气动执行机构。

具体而言，包括以下的技术方案：

一种用于单向阻尼阀的气动执行机构，所述气动执行机构包括：第一气缸、第二气缸、拨叉轴、拨叉以及气缸换向控制单元；所述拨叉的杆部与所述单向阻尼阀的阀轴固定连接；所述气缸换向控制单元用于控制所述第一气缸和所述第二气缸换向；其中，所述气动执行机构还包括离合机构、所述离合机构为柱体，所述离合机构上沿其纵长方向设置有导向槽；所述离合机构的两端分别与所述第一气缸的活塞杆和所述第二气缸的活塞杆固定连接；所述拨叉轴伸入所述拨叉端部的u形开口以及所述离合机构上的导向槽；所述拨叉轴可在所述u形开口内滑动并且可同时在所述导向槽内作直线运动；当所述单向阻尼阀开启时，所述拨叉在所述阀轴的带动下转动，并带动所述拨叉轴沿竖直方向向上运动，所述第一气缸和所述第二气缸换向带动所述离合机构沿竖直方向向上运动；当所述单向阻尼阀关闭时，所述第一气缸和所述第二气缸换向带动所述离合机构沿竖直方向向下运动，所述离合机构的导向槽的端面与所述拨叉轴接触后压迫所述拨叉轴沿竖直方向向下运动，从而带动所述拨叉转动，所述拨叉带动所述阀轴转动。

进一步地，所述气动执行机构还包括：阻尼油缸以及固定基底；所述阻尼油缸为摆动式阻尼油缸，所述阻尼油缸的缸体与所述固定基底铰接连接，所述阻尼油缸的活塞杆与所述拨叉的杆部铰接连接。

进一步地，所述气缸换向系统包括：电磁阀以及气控阀；电磁阀气源输入口与气源连接，电磁阀输出口与气控阀换向控制口通过气管连接；气控阀气源输入口与所述气源连接，气控阀第一输出口与第一气缸上接口和第二气缸上接口连接，气控阀第二输出口与第一气缸下接口和第二气缸下接口连接；在所述单向阻尼阀开启时，所述电磁阀气源输入口与所述电磁阀输出口处于连通状态，所述气控阀气源输入口与所述气控阀第二输出口处于连通状态，所述气控阀第一输出口与气控阀第一排气口处于连通状态；在所述单向阻尼阀开启时，所述电磁阀气源输入口与所述电磁阀输出口处于断开状态，所述气控阀气源输入口与所述气控阀第一输出口处于连通状态，所述气控阀第二输出口与气控阀第二 排气口处于连通状态。

进一步地，所述气缸换向系统还包括气源二联件，所述气源二联件一端与所述气源连接，另一端与所述电磁阀气源输入口和所述气控阀气源输入口连接。

进一步地，所述拨叉轴的两端还设置有弹性挡圈。

进一步地，所述拨叉的杆部与所述单向阻尼阀的阀轴通过平键连接。

进一步地，所述离合机构与所述第一气缸的活塞杆和所述第二气缸的活塞杆通过螺纹连接。

进一步地，所述固定基底为箱体。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

(1)本发明实施例提供的气动执行机构中，采用离合式双气缸串联设计，气缸与单向阻尼阀的阀轴之间通过离合机构、拨叉轴以及拨叉连接，拨叉轴可在离合机构的导向槽内直线运动，并且可压迫拨叉带动阀轴作圆周运动；在单向阻尼阀开启过程中，气缸换向控制单元控制第一气缸活塞杆伸长、第二气缸活塞杆收缩从而使离合机构沿竖直方向向上运动，在这个过程中，离合机构导向槽的两端不与拨叉轴接触，拨叉也不会发生转动，因此阀轴不会受到来自气动执行机构的外力作用，阀门仅依靠管道内介质压力和拨叉上重锤的辅助作用打开，其开度取决于介质压力及流量变化，即随动开阀，避免阀门开启过程中管道压力损失过大，显著提高能效。当发生事故单向阻尼阀关闭过程中，气缸换向控制单元控制第一气缸活塞杆收缩、第二气缸活塞杆伸长从而使离合机构沿竖直方向向下运动，到达一定位置时，离合机构导向槽的上端面与拨叉轴接触从而拨叉轴向下运动，拨叉轴压迫拨叉转动，从而带动阀轴运动使阻尼阀关闭，起到辅助关阀的作用，而且由于双气缸串联设计提供了较大的输出力矩，增大了关闭力矩，保证事故状态下阻尼阀关死并且零泄漏。能够满足大口径阻尼阀较大的关阀力矩需求，拓宽了与之匹配的单向阻尼阀口径范围。

(2)本发明实施例提供的气动执行机构中还采用了摆动式阻尼油缸，实现单向阻尼阀关闭末端缓冲，避免单向阻尼阀快速关闭过程中出现剧烈的机械碰撞而导致密封面损坏。

(3)本发明实施例提供的气动执行机构中还对气缸换向控制系统进行了改进，将电磁阀和气控阀相结合控制气缸换向。电磁阀为气控阀提供压力信号， 气控阀控制气缸换向，由于气控阀具有较大的通径，能够避免气缸换向过程中因气体流量不足而引起的气缸“爬行”。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的气动执行机构在正常工作状态下的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的气动执行机构在事故状态下的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的气动执行机构中拨叉、拨叉轴以及离合机构的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明实施例提供的气动执行机构中气缸换向控制单元在正常工作状态下的连接方式示意图；

图6为本发明实施例提供的气动执行机构中气缸换向控制单元在事故状态下的连接方式示意图；

图7为本发明实施例提供的气动执行机构中摆动式阻尼油缸的结构示意图。

附图标记分别表示：

1、第一气缸；

2、离合机构；21、螺纹孔；

3、拨叉轴；4、平键；5、阀轴；6、拨叉；

7、阻尼油缸；71、阻尼油缸活塞杆；72、单向节流阀；

8、第二气缸；9、固定基底；

10、气控阀；11、电磁阀；12、气源二联件；13、弹性挡圈；

p、气源；

o、气控阀换向控制口；

1a、第一气缸上接口；1b、第一气缸下接口；

8a、第二气缸上接口；8b、第二气缸下接口；

10p、气控阀气源输入口；

10a、气控阀第一输出口；10b、气控阀第二输出口；

10r、气控阀第一排气口；10s、气控阀第二排气口；

11p、电磁阀气源输入口；

11a、电磁阀输出口；11r、电磁阀排气口。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供一种用于单向阻尼阀的气动执行机构，该气动执行机构与单向阻尼阀的阀轴连接，参见图1，并结合图2和图3，该气动执行机构包括：第一气缸1、第二气缸8、拨叉轴3、拨叉6以及气缸换向控制单元；拨叉6的杆部与单向阻尼阀的阀轴5固定连接；气缸换向控制单元用于控制第一气缸1和第二气缸8换向；其中，该气动执行机构还包括：离合机构2；离合机构2为柱体，离合机构2上沿其纵长方向设置有导向槽；离合机构2的两端分别与第一气缸1的活塞杆和第二气缸8的活塞杆固定连接；拨叉轴3伸入拨叉6端部的u形开口以及离合机构2上的导向槽；拨叉轴3可在u形开口内滑动并且可同时在导向槽内作直线运动。

当单向阻尼阀开启时，拨叉6在阀轴5的带动下转动，并带动拨叉轴3沿竖直方向向上运动，第一气缸1和第二气缸8换向带动离合机构2沿竖直方向向上运动。

当单向阻尼阀关闭时，第一气缸1和第二气缸8换向带动离合机构2沿竖直方向向下运动，离合机构2的导向槽的端面与拨叉轴3接触后压迫拨叉轴3沿竖直方向向下运动，从而带动拨叉6转动，拨叉6带动阀轴5转动。

本发明实施例提供的气动执行机构中，采用离合式双气缸串联设计。气缸与单向阻尼阀的阀轴5之间通过离合机构2、“一字型”的拨叉轴3以及拨叉6连接，拨叉轴3可同时在拨叉6端部的u形开口内滑动以及在离合机构2的导向槽内直线运动，当第一气缸1、第二气缸8的活塞杆带动离合机构2直线运动至导向槽顶端与拨叉轴3接触后，拨叉轴3压迫拨叉6转动，从而带动与拨叉固定连接的阀轴转动，最终实现单向阻尼阀开启与关闭。而且由于双气缸串联 设计提供了较大的输出力矩，增大了关闭力矩，保证事故状态下阻尼阀关死并且零泄漏。能够满足大口径阻尼阀较大的关阀力矩需求，拓宽了与之匹配的单向阻尼阀口径范围。具体工作原理如下：

参见图1，在单向阻尼阀开启过程中，单向阻尼阀的阀板(图中未示出)受到管道内介质压力作用后，带动与其连接的阀轴5转动，阀轴5进一步带动与其连接的拨叉6转动。拨叉6转动过程中，穿入其u型开口内的拨叉轴3一方面沿离合机构2的导向槽做竖直向上的直线运动，另一方面沿拨叉端部u型口接触平面滑动。与此同时，气缸换向控制单元控制第一气缸1的活塞杆伸长、第二气缸8活塞杆收缩从而使离合机构2沿竖直方向向上运动，在这个过程中，导向槽的上下两个端面与拨叉轴3均不接触，且上端面离拨叉轴3最远，离合机构2不会阻挡拨叉轴3的上行运动。由此可见，在单向阻尼阀开启过程中，阀轴5不会受到来自气动执行机构的外力作用，阀门仅依靠管道内介质压力和拨叉6上的重锤(图中未示出)的辅助作用打开，其开度取决于介质压力及流量变化，此过程称为随动开阀，避免阀门开启过程中管道压力损失过大，显著提高能效。并且，由于离合机构2的存在，还能保护活塞杆，避免因阀板(图中未示出)随动振荡引起的活塞杆长时间往复动作及磨损变形和机械性能降低。

参见图2，当发生事故单向阻尼阀关闭过程中，气缸换向控制单元控制第一气缸1的活塞杆收缩、第二气缸8的活塞杆伸长从而使离合机构2沿竖直方向向下运动，到达一定位置时，离合机构2导向槽的上端面与拨叉轴3接触从而推动拨叉轴3向下运动，拨叉轴3压迫拨叉6转动，从而带动阀轴5转动使阻尼阀关闭。需要说明的是，由于单向阻尼阀的开度是由管道内介质压力和流量决定，因此在单向阻尼阀即将关闭的瞬间，其开度大小是未知的，也就使得离合机构2的导向槽的上端面与拨叉轴3之间的距离是未知的。只有当离合机构2向下运动到一定位置后。导向槽的上端面与拨叉轴3接触后，气动执行机构才开始起到关闭阀门的作用，而当导向槽的上端面未与拨叉轴3接触时，阀板会在管道内逆流介质的关阀力矩作用下关闭，因此，该气动执行机构在单向阻尼阀关闭过程中起到辅助关阀的作用。

进一步地，在气动执行机构辅助关阀过程中，管道内逆流介质引起的关阀力矩较大、气动执行机构辅助关阀速度较快，往往在关阀瞬间出现剧烈的机械碰撞，造成密封面损坏，密封效果变差，甚至无法切断逆流，起不到保护主风 机的作用。因此，本发明实施例提供的气动执行机构中还通过摆动式阻尼油缸7实现单向阻尼阀关闭末端缓冲，避免单向阻尼阀快速关闭过程中出现剧烈的机械碰撞而导致密封面损坏。阻尼油缸7的缸体与固定基底9铰接连接，阻尼油缸7的活塞杆与拨叉6的杆部铰接连接。阻尼油缸7的缸体绕固定基底9上的铰接点摆动的同时其活塞杆71做直行程运动，在接近阀门全关位置开始起阻尼作用。参见图1和图2，当发生事故单向阻尼阀关闭过程中，随着拨叉6的转动，阻尼油缸7的活塞杆71由图1中的倾斜状态变逐渐变为图2中的竖直状态，伸出的长度逐渐减小，当其缩短至带动阻尼油缸的活塞进入油缸上部小腔时，阻尼油缸7开始起阻尼作用，阻尼力大小随负载和摆动角度变化而变化，避免传统的直行程油缸恒定阻尼引起的阻尼过大或卡组，从而防止末端缓冲时阻尼瞬间骤升，有效起到缓冲作用，保护密封面，延长单相阻尼阀的使用寿命。本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例中摆动式阻尼油缸7缸筒为上小下大结构，单向阻尼阀关闭过程中，阻尼油缸7绕固定基底9摆动且活塞由缸筒下部大腔逐渐进入上部小腔，一旦活塞进入上部小腔，阻尼油缸7开始起阻尼作用；此时，单向阻尼阀已接近关闭，所以，此过程称之为关阀末端缓冲。此外，阻尼油缸7还设置了单向节流阀72(参见图7)，可调节阻尼油缸7的阻尼大小，达到最佳缓冲效果。不难理解，通过单向节流阀72将阻尼油缸7的阻尼大小调至最佳状态后，阻尼油缸7的阻尼大小是恒定的，但由于关阀过程中油缸活塞杆由倾斜状态逐渐转为垂直，所以，活塞杆作用在拨叉6上的分力大小也在逐渐变化，这种变化能更好的适应阀板(图中未示出)关阀力矩变化的过程，防止油缸活塞杆卡死。同时，关阀末端而非全程阻尼也能保证紧急关闭时间。

进一步地，常规的电磁阀控制气缸换向过程中，由于电磁阀通径较小，其气体流量不能满足双气缸的需要，因此，本发明实施例提供的气动执行机构中还对气缸换向控制单元进行了优化改进，将电磁阀11和气控阀10相结合来控制气缸换向。电磁阀11为气控阀10提供压力信号，气控阀10控制气缸换向。本发明实施例中，电磁阀11采用二位三通电磁阀，气控阀10采用二位五通气控阀。其中，电磁阀气源输入口11p与气源p连接，电磁阀输出口11a与气控阀换向控制口o通过气管连接；气控阀气源输入口10p与气源p连接，气控阀第一输出口10a与第一气缸上接口1a和第二气缸上接口8a连接，气控阀第二输出口10b与第一气缸下接口1b和第二气缸下接口8b连接。

参见图5，单向阻尼阀开启过程中，电磁阀11得电，右位开启，此时，电磁阀气源输入口11p与电磁阀输出口11a处于连通状态。气源p分成两个支路，一支路由电磁阀气源输入口11p进入电磁阀11并由电磁阀输出口11a输出至气控阀换向控制口o，为气控阀换向控制口o提供压力信号。当气控阀换向控制口o接收到压力信号时，右位开启，气控阀气源输入口10p与气控阀第二输出口10b处于连通状态，气控阀第一输出口10a与气控阀第一排气口10r处于连通状态。另一支路气源p由气控阀气源输入口10p进入气控阀10，由气控阀第二输出口10b输出后在分为两个支路，分别由第一气缸下接口1b和第二气缸下接口8b进入第一气缸1和第二气缸8，推动第一气缸1的活塞和第二气缸8的活塞向上运动，带动离合机构2向上运动，使离合机构2上的导向槽不会影响拨叉轴3的上行运动。

参见图6，事故状态下单向阀关闭过程中，电磁阀11失电换向，左位开启，电磁阀气源输入口11p与电磁阀输出口11a处于断开状态。气源p无法进入气控阀换向控制口o为其提供压力信号。在气控阀换向控制口o无压力信号时，气控阀10快速换向，左位开启，气控阀气源输入口10p与气控阀第一输出口10a处于连通状态，气控阀第二输出口10b与气控阀第二排气口10s处于连通状态。气源p由气控阀气源输入口10p进入气控阀10，由气控阀第一输出口10a输出后再分为两个支路，分别由第一气缸上接口1a和第二气缸上接口8a进入第一气缸1和第二气缸8，推动第一气缸1的活塞和第二气缸8的活塞向下运动，带动离合机构2沿竖直方向向下运动，从而实现阀门的快速关闭。第一气缸1和第二气缸8缸内余气由气控阀第二排气口10s排空。在上述两种工作状态下，气源p始终从气控阀11的进入第一气缸1和第二气缸8，由于气控阀11具有较大的通径，因此从气控阀11输出的气流完全能满足双气缸的流量和速度要求，避免了小通径电磁阀换向时因流量不足而引起的气缸“爬行”，甚至卡阻。大通径气控阀11的应用避免了气缸换向不彻底，保证气缸换向迅速到位，不影响阻尼阀的随动过程。

进一步地，本发明实施例提供的气动执行机构中，气缸换向单元还设置有气源二联件12，参见图1(或图2)，气源二联件12一端与气源p连接，另一端与电磁阀气源输入口11p和气控阀气源输入口10p连接，气源p经气源二联件12后分为两个支路分别与电磁阀气源输入口11p和气控阀气源输入口10p连接。

进一步地，参见图3并结合图4，本发明实施例提供的气动执行机构中，拨叉6的一端设置有两块拨叉板，在两块拨叉板上分别设置有u形开口。离合机构2位于两块拨叉板之间，拨叉轴3的一端由其中一块拨叉板上的u形开口穿入，穿过离合机构2的导向槽后由另一块拨叉板上的u形开口穿出，从而使拨叉轴3可同时沿导向槽作直线运动以及在u形开口内滑动。拨叉轴3的两端还设置有轴用弹性挡圈13，从而使拨叉轴3轴向固定。

进一步地，参见图3并结合图4，拨叉6的杆部与单向阻尼阀的阀轴5通过平键4连接。具体地，在拨叉6的杆部上靠近u形开口的位置处开设有连接孔和键槽，将阀轴5穿入连接孔后用平键4连接。本领域技术人员可以理解的是，拨叉6与单向阻尼阀的阀轴5的连接方式不限于平键连接，螺纹连接、过盈配合等连接方式均可，只要保证在单向阻尼阀开启和关闭过程中拨叉6与阀轴5不发生松动即可。

进一步地，参见图3，本发明实施例提供的气动执行机构中，离合机构2可以为圆柱体，也可以为长方体等其他形式的柱体。离合机构2与第一气缸1的活塞杆和第二气缸8的活塞杆可以通过螺纹连接，即在离合机构2两端加工螺纹孔21，也可以采用本领域常用的其他连接方式连接。

进一步地，参见图1(或者图2)，本发明实施例提供的气动执行机构中，由于拨叉6本身是设置在箱体中，因此可以利用该箱体作为固定基底9。

综上，本发明实施例以新型催化裂化工艺需求为依据、以炼化装置能效提高为切入点、以保证催化装置关键设备安全运行为目标，对现有的单相阻尼阀气动执行机构进行优化改进，提供了一种缓冲离合式气动执行机构。通过连接在双气缸之间的离合机构及其无级切换达到随动开阀和辅助关阀的效果，改变了两位式气动执行机构强制开阀时造成的管道压力损失过大，装置能效提高。且双气缸串联增大了关阀力矩，保证事故状态下阻尼阀关死且零泄漏。采用摆动式缓冲阻尼油缸，关阀过程中，油缸沿铰接点摆动的同时活塞杆做直行程运动，摆动过程中油缸阻尼大小随角度变化而变化。避免了直行程油缸恒定阻尼引起的阻尼过大或卡阻，实现关阀末端缓冲，保护密封面。采用大通径气控阀控制气缸换向，取代了常规设计中电磁阀控制气缸换向。大通径气控阀完全能满足双气缸的流量和速度要求，避免了小通径电磁阀换向时因流量不足而引起的气缸“爬行”。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。