一种大流量截止阀组件的制作方法

本实用新型涉及阀门技术领域，尤其是涉及一种大流量截止阀。

背景技术：

现有的截止阀通常包括一个具有输入端口和输出端口的壳体、设置在壳体内的阀孔和阀板，在壳体上设置与阀板连接的阀杆，阀杆与壳体螺纹连接，阀杆伸出壳体的一端设置控制手柄。当我们转动控制手柄时，阀杆即可带动阀板上下移动。当阀板封堵阀孔时，截止阀处于截止状态；当阀板离开阀孔时，截止阀处于导通状态。对于一些孔径较小的小流量截止阀而言，通过转动控制手柄启闭截止阀不会太费力。而对于一些在水厂等场所用到的大流量的截止阀而言，由于其口径大、流量大，相应地，流体的压力也较高，阀板的面积较大，因此驱动阀板所需的作用力较大，从而会造成截止阀启闭控制的困难。

为此，人们在截止阀上设置了一些电动的启闭装置，以方便截止阀的启闭，降低操作人员的工作强度。例如，一种在中国专利文献上公开的“塑料子动截止阀加装减速电机万向节组成电动截止阀装置”，其公布号为CN104343993A，该装置是由手动截止阀体、阀门升降螺纹、固定阀体板、固定升降杆板、阀手动轮、关阀行程开关、直线轴承、轨道滑杆、开阀行程开关、减速电机、电机输出轴、电机固定板、万向节、阀门升降杆、阀门控制箱、箱体升降板、固定螺栓、控制箱箱体、阀杆升降螺纹、阀板组成，减速电机输出轴带动阀门升降杆在阀门升降螺纹中转动，从而带动阀板移动。当阀板到达开、关阀位置时，触动关阀行程开关或开阀行程开关发出到位信号，控制电路接收到信号后关闭减速电机电源，完成开关阀门动作，从而与利于减轻控制人员的工作量，易于实现阀门的自动控制。

此类截止阀通过电机等动力源驱动阀杆的移动,从而实现阀门的启闭，虽然可降低工作人员的工作强度，但是仍然存在如下缺陷：电机等动力源需要通过相应的传动机构驱动阀杆升降，因此，造成其结构复杂。而对于通过电机或气缸、油缸一类的动力源驱动阀杆的技术方案，则存在电源、气泵或油泵配置困难的问题，因而不利于推广普及。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有大流量截止阀所存在的人力启闭时工作强度大，以及动力启闭时结构复杂、动力源设置困难的问题，提供一种大流量截止阀组件，既可实现截止阀的动力启闭，从而降低工作强度，又可显著地降低对动力源的驱动能量的要求，从而便于通过蓄电池一类简单的可移动电源实现动力启闭。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种大流量截止阀组件，包括截止阀，所述截止阀包括阀壳、设置在阀壳内的阀板，阀壳一端设有输入端口，另一端设有输出端口，在阀壳内对应阀板位置设有分别与输入端口、输出端口连通的阀孔，阀壳外侧设有可轴向移动的阀杆，阀杆一端伸入阀壳内并与阀板连接，阀杆伸出阀壳的另一端与一阀杆控制机构相连接，所述阀杆控制机构包括：

压差驱动装置，其具有两个压力腔以及位于两个压力腔之间的驱动元件，驱动元件与阀杆相连接，两个压力腔之间的压力差使驱动元件动作，进而带动阀杆移动；

管路切换装置，其设置在截止阀的输入端口、输出端口与压差驱动装置的两个压力腔之间的连接管路上，从而使截止阀的输入端口、输出端口的流体压力可选择地导入压差驱动装置的两个压力腔内。

本实用新型通过一个压差驱动装置驱动阀杆轴向移动,进而控制阀板的位置以及截止阀的启闭。也就是说，本实用新型的阀杆与阀壳之间形成轴向可移动的密封连接。可以理解的是，压差驱动装置可以是一个液压缸一类具有两个压力腔的装置，而其中的驱动元件则可以是液压缸中的活塞和活塞杆。我们知道，连接到一个流体管路中的截止阀会对流体形成一定的阻力，也就是说，管路中的流体压力在经过截止阀后会有所降低。因此，当截止阀处于导通状态时，截止阀输入端口一侧的流体压力与输出端口一侧的流体压力会有所不同。本实用新型创造性地将截止阀的输入端口、输出端口处的流体导入一个压差驱动装置的两个压力腔中，从而在压差驱动装置内形成一个压力差，进而利用该压力差推动压差驱动装置的驱动元件动作，以带动阀杆移动，进而控制截止阀的关闭。当我们需要开启截止阀时，则可通过管路切换装置使输入、输出端口处的流体反向地导入压差驱动装置的两个压力腔内，从而使压差驱动装置内的驱动元件反向动作，进而带动阀杆反向移动，使截止阀进入导通状态。

需要说明的是，由于截止阀的输入端口一侧靠近压力较高的流体输出端，而截止阀的输出端口一侧靠近压力较低的流体使用端。因此，即使截止阀处于截止状态时，截止阀输入端口一侧的流体压力也会高于输出端口一侧的流体压力。也就是说，截止阀的输入端口一侧与输出端口一侧始终会存在一个压力差，因而可确保截止阀始终具有可靠的启闭动力。既可去除用于驱动阀杆动作的电机之类的动力源以及相应的电源电路，从而可简化结构、降低成本，又可节省能源，并方便布置和使用。

作为优选，所述管路切换装置为三位四通的电磁阀，当电磁阀处于第一个工作位时，压差驱动装置的两个压力腔之间的压力差使驱动元件带动阀杆向下移动，阀板封堵阀孔，此时的截止阀处于截止状态；当电磁阀处于第三个工作位时，压差驱动装置的两个压力腔之间的压力差反向，驱动元件带动阀杆向上移动，阀板离开阀孔，此时的截止阀处于导通状态；当电磁阀处于中间的第二个工作位时，压差驱动装置的两个压力腔之间的压力差保持不变，驱动元件连同阀杆维持原来状态，此时的截止阀维持截止状态或导通状态。

三位四通的电磁阀的可移动的阀芯具有三个依次排列的工作位。因此，当电磁阀处于第一个工作位时，输入、输出端口处的流体通过电磁阀被分别导入压差驱动装置的两个压力腔内，使截止阀处于截止状态。当电磁阀的阀芯移动至中间的第二个工作位时，电磁阀处于关闭状态，此时连接输入、输出端口与压差驱动装置的两个压力腔的管路被切断，因此压差驱动装置的两个压力腔之间的压力差保持不变，驱动元件连同阀杆维持原来状态，截止阀则维持截止状态。当电磁阀的阀芯移动至第三个工作位时，电磁阀切换导通方向，此时压差驱动装置的两个压力腔之间的压力差反向，驱动元件带动阀杆反向移动，阀板离开阀孔，使截止阀进入导通状态。当电磁阀的阀芯再次移动至中间的第二个工作位而进入关闭状态时，连接输入、输出端口与压差驱动装置的两个压力腔的管路被切断，因此压差驱动装置的两个压力腔之间的压力差保持不变，驱动元件连同阀杆维持原来状态，截止阀则维持导通状态。也就是说，我们可通过控制电磁阀的阀芯在三个工作位之间切换，方便地控制截止阀在导通、截止、维持三个状态之间切换。特别是，控制电磁阀所需的电能极少，因此，我们利用蓄电池等移动电源为电磁阀供电，从而使本实用新型可适应不同的使用场合。

作为优选，所述压差驱动装置包括由上壳体、下壳体拼接构成的缸体，在上壳体、下壳体之间设有隔膜，从而在缸体内分隔出上下两个压力腔，在隔膜的上下两侧分别设有隔膜压板，所述阀杆伸出阀壳的上端穿过下壳体并与隔膜上下两侧的隔膜压板相连接。

由上壳体、下壳体拼接构成的缸体有利于简化压差驱动装置的结构和装配，而隔膜既可弹性变形一带动阀杆移动，又可实现两个压力腔之间的密封，同时可根据需要尽量增加作用在隔膜两侧的有效压差面积，以便使压差驱动装置的两个压力腔之间的压力差可在隔膜上形成足够的动力。而隔膜上下两侧的隔膜压板既有利于隔膜和阀杆的连接，同时有利于提高隔膜和阀杆的连接强度，避免隔膜在使用过程中的撕裂。可以理解的是，如果采用液压缸一类的压差驱动装置，在相同的有效压差面积下，其价格会高很多。因此本实用新型的压差驱动装置具有结构简单、方便组装、成本低的优点。

作为优选，在截止阀的输入端口处设有上游接口，在截止阀的输出端口处设有下游接口，所述上游接口包括由截止阀的阀壳外侧伸入输入端口内部的导流管、与输入端口内部的导流管相连的增压管，所述增压管为开口朝向输入端口开口一侧且外扩的圆锥形管，所述下游接口包括由截止阀的阀壳外侧伸入输出端口内部的导流管、与输出端口内部的导流管相连的降压管，所述降压管的开口朝向输出端口开口一侧，上游接口的导流管通过管路切换装置与压差驱动装置的一个压力腔相连接，下游接口的导流管通过管路切换装置与压差驱动装置的另一个压力腔相连接。

我们知道，截止阀内流动的流体会对阀板形成一个冲击作用力，因此，关闭阀板所需的作用力会远大于打开阀板所需的作用力。本实用新型在输出端口一侧设置上游接口，在输出端口一侧设置下游接口。当截止阀处于导通状态时，由于上游接口的增压管的开口朝向输入端口一侧，而截止阀内的流体是从输入端口一侧向着输出端口一侧流动的，因此，上游接口处的流体不仅具有一定的压力——即静压能，而且具有一定的流速——即动能。这样，上游接口不仅可将输入端口处流体的静压能导入压差驱动装置的压力腔内，而且流动的流体还会对增压管开口形成一个冲击，流体的冲击所具有的动能同时被导入压差驱动装置的压力腔内。由于压差驱动装置的压力腔是封闭的，因此，流体的动能在传入压力腔后会转换成静压能。与此相反，下游接口的降压管的开口朝向输出端口一侧，也就是说，降压管的开口使背对流体的流动方向的，因此，流体不会对降压管的开口形成冲击作用。换句话说，下游接口只能将输出端口处较低的静压能导入压差驱动装置的压力腔内。因此，上、下游接口的设置可进一步提升压差驱动装置两个压力腔之间的压力差，从而有利于截止阀从导通状态转换到截止状态。

因此，本实用新型具有如下有益效果：既可实现截止阀的动力启闭，从而降低工作强度，又可显著地降低对动力源的驱动能量的要求，从而便于通过蓄电池一类简单的可移动电源实现动力启闭。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。

图2是上游接口的一种结构示意图。

图3是下游接口的一种结构示意图。

图中：1、截止阀 11、阀壳 111、输入端口 112、输出端口 113、阀孔 12、阀板 13、阀杆 2、压差驱动装置 21、上壳体 22、下壳体 23、压力腔 24、隔膜 25、隔膜压板 3、管路切换装置 4、上游接口 41、导流管 42、增压管 5、下游接口 51、降压管。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

如图1所示，一种大流量截止阀组件，包括截止阀1，所述截止阀包括阀壳11、设置在阀壳内的阀板12，阀壳一端设置输入端口111，另一端设置输出端口112，在阀壳内对应阀板位置设置分别与输入端口、输出端口连通的阀孔113，阀壳外侧设置可轴向移动的阀杆13，阀杆一端伸入阀壳内并与阀板连接，阀杆伸出阀壳的另一端与一阀杆控制机构相连接。当阀杆控制机构通过阀杆使阀板下移至下位时，阀板贴靠并封堵阀孔时，输入端口和输出端口之间的通道被切断，此时的截止阀即被关闭处于截止状态；当阀杆控制机构通过阀杆使阀板上移置上位时，阀板离开阀孔，输入端口和输出端口之间的通道被导通，此时的截止阀即被打开而处于导通状态。

为了便于对阀杆及阀板的控制，本实用新型的阀杆控制机构包括一个压差驱动装置2，压差驱动装置具有上下两个压力腔23以及位于两个压力腔之间的驱动元件，驱动元件与阀杆相连接。截止阀的输入端口与压差驱动装置的一个压力腔之间通过连接管路相连接，截止阀的输出端口与压差驱动装置的另一个压力腔之间通过连接管路相连接，从而使输入端口、输出端口处的流体分别进入两个压力腔内。

由于连接到一个流体管路中的截止阀会对流体形成一定的阻力，也就是说，管路中的流体压力在经过截止阀后会有所降低。因此，当截止阀处于导通状态时，截止阀输入端口一侧的流体压力与输出端口一侧的流体压力会有所不同。此外，由于截止阀的输入端口一侧靠近压力较高的流体输出端，而截止阀的输出端口一侧靠近压力较低的流体使用端。因此，处于截止状态的截止阀输入端口一侧的流体压力也会高于输出端口一侧的流体压力。也就是说，截止阀的输入端口一侧与输出端口一侧始终会存在一个压力差，从而在压差驱动装置的两个压力腔之间产生压力差，进而使驱动元件动作，并带动阀杆移动。

为了控制阀杆在两个方向上的移动，本实用新型的阀杆控制机构还包括一个管路切换装置3，管路切换装置设置在连接截止阀的输入端口、输出端口与压差驱动装置的两个压力腔之间的连接管路上，从而使截止阀的输入端口、输出端口的流体压力可选择地导入压差驱动装置的两个压力腔内。也就是说，当截止阀处于导通状态时，输入端口的流体通过管路切换装置进入压差驱动装置下侧的压力腔内，而输出端口的流体通过管路切换装置进入压差驱动装置上侧的压力腔内，此时下侧压力腔的压力大于上侧压力腔的压力，阀板保持在上位。当需要关闭截止阀时，管路切换装置切换连接口，从而使输入端口的流体通过管路切换装置进入压差驱动装置上侧的压力腔内，而输出端口的流体通过管路切换装置进入压差驱动装置下侧的压力腔内，此时上侧压力腔的压力大于下侧压力腔的压力，阀板下移至下位从而关闭截止阀。

作为一种优选方案，管路切换装置为三位四通的电磁阀，其外壳的两侧分别具有二个连接口，外壳内的阀芯则具有三个工作位，外壳一侧的二个连接口分别通过管路与输入端口和输出端口相连接，外壳另一侧的二个连接口则分别通过管路与压差驱动装置的两个压力腔相连接。

当电磁阀处于第一个工作位时，输入端口处的流体通过电磁阀被导入压差驱动装置上侧的压力腔内，输出端口处的流体通过电磁阀被导入压差驱动装置下侧的压力腔内，此时的截止阀处于截止状态。当电磁阀的阀芯移动至中间的第二个工作位时，电磁阀处于关闭状态，此时连接输入、输出端口与压差驱动装置的两个压力腔的管路被切断，因此压差驱动装置的两个压力腔之间的压力差保持不变，截止阀维持截止状态。当电磁阀的阀芯移动至第三个工作位时，电磁阀切换导通方向，此时输入端口处的流体通过电磁阀被导入压差驱动装置下侧的压力腔内，输出端口处的流体通过电磁阀被导入压差驱动装置上侧的压力腔内，驱动元件带动阀杆向上移动，阀板离开阀孔，使截止阀进入导通状态。当电磁阀的阀芯再次移动至中间的第二个工作位而进入关闭状态时，连接输入、输出端口与压差驱动装置的两个压力腔的管路被切断，截止阀维持导通状态。

需要说明的是，控制电磁阀所需的电能极少，因此，我们可利用蓄电池等移动电源为电磁阀供电，从而使本实用新型可适应不同的使用场合。特别是，当我们使电磁阀的工作位从中间的第二个工作位切换至第三个工作位，截止阀的阀板上移而开启截止阀。然后迅速地使电磁阀切换到第二个工作位，此时的阀板尚未完全上移至上位，因此，截止阀的阀孔未全部打开，此时截止阀的流量会小于最大的额定流量。可以理解的是，我们可通过上述点动方式控制电磁阀，从而实现截止阀的流量控制。

进一步地，本实用新型的压差驱动装置包括由上壳体21、下壳体22拼接构成的缸体，在上壳体、下壳体之间设置由硅胶之类具有弹性的材料制成的隔膜24，隔膜在缸体内分隔出上下两个压力腔，该隔膜即构成压差驱动装置的驱动元件。当上下两个压力腔之间的压力差有变化时，隔膜即产生一定的向上或向下的形变，从而可驱动阀杆上下移动。具体地，我们可在隔膜的上下两侧分别设置隔膜压板25，阀杆伸出阀壳的上端穿过下壳体并与隔膜上下两侧的隔膜压板相连接。当隔膜向上或向下变形时，即可通过隔膜压板带动阀杆上下移动。当然，阀杆应和下壳体密封连接。

当上下两个压力腔内的流体压力形成压力差时，隔膜在压力差的作用下向上侧或下侧鼓胀形变，从而通过隔膜压板带动阀杆上下移动。由于隔膜自身具有良好的密封作用,并且驱动元件隔膜与缸体之间不产生相对移动，因此，可简化缸体的密封结构，提高密封性能。

更进一步地，我们可在截止阀的输入端口处设置上游接口4，在截止阀的输出端口处设置下游接口5。如图2所示，上游接口包括由截止阀的阀壳外侧伸入输入端口内部的导流管41、与输入端口内部的导流管相连的增压管42。增压管为开口朝向输入端口开口一侧且向外扩大的圆锥形管，导流管与增压管连接成L形。如图3所示，下游接口包括由截止阀的阀壳外侧伸入输出端口内部的导流管41、与输出端口内部的导流管相连的降压管51。降压管的开口朝向输出端口开口一侧，并且输出端口内部的导流管与降压管由圆管一体弯折构成。上游接口的导流管位于阀壳外的一端通过管路与管路切换装置相连接，继而通过管路切换装置与压差驱动装置的一个压力腔相连接；下游接口的导流管位于阀壳外的一端通过管路与管路切换装置相连接，继而通过管路切换装置与压差驱动装置的另一个压力腔相连接。

我们知道，截止阀内流动的流体会对阀板形成一个冲击作用力，因此关闭阀板所需的作用力会远大于打开阀板所需的作用力。当截止阀处于导通状态时，由于上游接口的增压管的开口朝向输入端口一侧，而截止阀内的流体是从输入端口一侧向着输出端口一侧流动的，因此，上游接口处的流体不仅具有一定的压力——即静压能，而且具有一定的流速——即动能。这样，上游接口不仅可将输入端口处流体的静压能导入压差驱动装置的压力腔内，而且流动的流体还会对增压管开口形成一个冲击，流体的冲击动能同时被导入压差驱动装置的压力腔内。由于压差驱动装置的压力腔是封闭的，因此，流体的动能在传入压力腔后会转换成静压能，从而提高压力腔的压力。与此相反，下游接口的降压管的开口朝向输出端口一侧，也就是说，降压管的开口是背对流体的流动方向的，因此，流体不会对降压管的开口形成冲击作用。另外，相对于降压管内静止或缓慢流动的流体而言，降压管附近的输出端口内的流体具有更高的流速，因此，其静压能较低，下游接口只能将输出端口处较低的静压能导入压差驱动装置的压力腔内，从而进一步提升压差驱动装置两个压力腔之间的压力差，进而有利于截止阀从导通状态转换到截止状态。

本实用新型的大流量截止阀可通过如下方法控制：

a. 将连接在流体输送管路上的截止阀输入端口一侧和输出端口一侧的流体通过管路分别导入一个压差驱动装置的两个封闭的压力腔内，并在管路上设置一个可切换流向的管路切换装置，管路切换装置可采用一个三位四通的电磁阀。当电磁阀处于第一个工作位时，输入端口一侧的流体通过电磁阀导入压差驱动装置的第一个压力腔内，输出端口一侧的流体通过电磁阀导入压差驱动装置的第二个压力腔内，两个压力腔内静态的流体的压力形成一个压力差。当电磁阀切换至第三个工作位时，输入端口一侧的流体通过电磁阀导入压差驱动装置的第二个压力腔内，输出端口一侧的流体通过电磁阀导入压差驱动装置的第一个压力腔内，两个压力腔内静态的流体的压力形成一个方向相反的压力差。当电磁阀切换至第二个工作位时，电磁阀处于关闭状态，此时输入端口、输出端口的流体与压差驱动装置的压力腔被电磁阀切断，两个压力腔内静态的流体的压力保持原有的压力差；

b. 压差驱动装置在两个压力腔的压力差作用下动作，进而带动截止阀的阀杆上升或下降，以便使截止阀进入导通状态或截止状态。其中的压差驱动装置可采用实施例1所述的结构，骑在一个缸体内设置具有弹性的隔膜，隔膜在缸体内分隔出上下两个压力腔，阀杆的端部伸入缸体内与隔膜相连接，以便于隔膜向上下两侧鼓胀时带动阀杆移动，进而带动阀板动作，使截止阀进入导通状态或截止状态。

设置在输入端口一侧的上游接口、设置在输出端口一侧的下游接口可以向压差驱动装置传输流体的静压能和动能。当截止阀处于导通状态时，截止阀内有高压的流体流动，输入端口一侧和输出端口一侧的流体分别具有静压能和动能，并且输入端口一侧流体的静压能大于输出端口一侧流体的静压能。由于输入、输出端口流体的流速相同，因此两处流体的动能相同。上游接口一方面将输入端口一侧流体的静压能导入压差驱动装置的第一个压力腔内，另一方面，流动的流体作用在上游接口的开口上，从而将流体的动能导入压差驱动装置的第一个压力腔内，流体的动能在封闭的第一个压力腔内转变成正的静压能，因而使第一个压力腔内的压力上升；与此同时，下游接口一方面将输出端口一侧流体的静压能导入压差驱动装置的第二个压力腔内，另一方面，由于输出端口内为下游接口旁侧的流体的流速要远大于下游接口内流体的流速，根据伯努利定律，输出端口内为下游接口旁侧的流体的压力会小于下游接口内流体的压力，从而形成一个负压作用。也就是说，输出端口处流动的流体会对下游接口内的流体形成一个负动能，下游接口将流体的静压能以及负动能传导到压差驱动装置的另一个压力腔内，进而转变成一个下降的静压能，因而可使压差驱动装置两个压力腔内的压力之间的压力差进一步上升，有利于在关闭截止阀时输出一个较大的动力。

可以理解的是，当截止阀处于截止状态时，输入端口、输出端口内的流体处于静止状态，此时压差驱动装置紧紧依靠输入端口与输出端口之间流体的压力差即可实现阀门的打开。此外，当两个压力腔内的流体压力在切换的瞬间，压力增加一侧的压力腔会鼓胀，因此，会有少量的流体进入该压力腔内。相反地，压力下降一侧的压力腔会压缩，因此会有少量的流体被压出而进入到截止阀的输出端口一侧。