一种用于大流量截止阀启闭控制的驱动结构的制作方法

本实用新型涉及阀门技术领域，尤其是涉及一种用于大流量截止阀启闭控制的驱动结构。

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。虽然也有人尝试通过气缸、油缸一类的动力源驱动阀杆的动作，但是存在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控制大流量截止阀启闭的驱动方式所存在的人力启闭时工作强度大，动力启闭时结构复杂、动力源设置困难的问题，提供一种用于大流量截止阀启闭控制的驱动结构，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。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于大流量截止阀启闭控制的驱动结构，包括缸体，缸体内设有上下两个压力腔、位于上下两个压力腔之间的驱动元件，在缸体的下侧中心设有阀杆过孔，截止阀的阀杆伸出阀壳的上端穿过缸体的阀杆过孔并与驱动元件相连接，缸体上部设有第一流体输入口，缸体下部设有第二流体输入口，所述第一、第二流体输入口通过管路与一个管路切换装置相连接，所述截止阀的输入端口和输出端口处分别设有导流口，所述导流口通过管路与管路切换装置相连接，第一流体输入口与驱动元件上侧的压力腔相连通，所述第二流体输入口与驱动元件下侧的压力腔相连通，当其中一个压力腔的流体压力大于另一个压力腔的流体压力时，驱动元件动作，从而带动阀杆移动至打开位置或截止位置。

由于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通过导流口将截止阀的输入端口、输出端口处的流体分别导入一个缸体的上下两个压力腔内，从而形成一个压力差。利用该压力差推动驱动元件动作，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缸体的两个压力腔内，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、或者气缸之类的动力源以及相应的电源电路等辅助装置，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，所述缸体由上壳体、下壳体拼接构成，在上壳体、下壳体之间设有由弹性隔膜构成的驱动元件，在弹性隔膜的上下两侧分别设有隔膜压板，截止阀的阀杆上端穿过阀杆过孔后与弹性隔膜上下两侧的隔膜压板相连接。

我们知道，现有的气缸或油缸一类的压差驱动装置通常包括一个圆柱体状的缸体，在缸体内设有可移动的活塞，活塞上连接有活塞杆，并且在活塞的圆周面上设有密封圈，以便使上下两个压力腔之间保持密封隔绝。由于活塞频繁地移动，导致密封圈极易磨损而失效，并且活塞和缸体之间需要具有较高的尺寸配合精度，其加工制造成本较高。本实用新型在缸体内设置弹性隔膜，弹性隔膜一方面在缸体内分隔出上下两个压力腔，另一方面可实现上下两个压力腔的密封分隔。特别是，弹性隔膜不存在磨损问题，因此，可显著地延长使用寿命，确保两个压力腔始终保持良好的密封。由上、下壳体以及弹性隔膜组装构成的缸体可极大地方便其加工和组装，降低对尺寸精度的要求，从而降低制造和组装成本。

作为优选，所述上壳体包括呈球冠状上凸的上凸本体，在上凸本体的边缘设有沿径向一体延伸的法兰边，所述下壳体包括呈倒球冠状下凹的下凹本体，在下凹本体的边缘设有沿径向一体延伸的法兰边，所述弹性隔膜的边缘压接在上壳体与下壳体的法兰边之间，在上凸本体和下凹本体的内侧壁中心位置分别设有可容置隔膜压板的容置凹槽，上壳体与下壳体的法兰边通过紧固螺钉连接。

本实用新型的上、下壳体可通过钣金冲压成型，从而有利于提高生产效率，并降低制造成本。而球冠状上凸的上凸本体、以及倒球冠状下凹的下凹本体有利于提高上、下壳体的强度和刚性。特别是，当弹性隔膜受到流体的压力差作用时，弹性隔膜会向压力较低一侧球形鼓胀变形，从而带动阀杆移动，此时的弹性隔膜一侧的隔膜压板会进入对应一侧的容置凹槽内，从而确保弹性隔膜与上凸本体或下凹本体的内侧壁紧密贴合，进而有效地避免弹性隔膜因局部过度拉伸而损坏，有利于延长弹性隔膜的使用寿命。

作为优选，所述驱动元件为可上下移动地设置在圆柱形的缸体内的分隔板，截止阀的阀杆上端穿过缸体下侧的阀杆过孔后与分隔板相连接，在分隔板上部的缸体内设有上气囊，在分隔板下部的缸体内设有围绕阀杆的圆环形的下气囊，所述第一流体输入口与上气囊相连通，从而使上气囊在缸体内上部形成一个压力腔，所述第二流体输入口与下气囊相连通，从而使下气囊在缸体内下部形成一个压力腔。

在本方案中，驱动元件的上下两侧分别设置上、下气囊，上、下气囊的内腔既构成上下两个相互独立且密封的压力腔，从而极大地方便压力腔的设置、密封。也就是说，此时的压力腔成为独立的部件，从而可方便地组装、更换和维护，而缸体则起到一个保护上、下气囊的作用。当有压力的流体进入上气囊或下气囊后，上气囊或下气囊即膨胀而推动分隔板移动，从而带动阀杆移动而启、闭截止阀。圆环形的下气囊便于阀杆穿过下气囊并与分隔板相连接。

作为优选，所述上气囊包括上下两侧的圆形基片、连接在上下两侧的圆形基片边缘之间的伸缩圈，所述伸缩圈的侧壁在伸缩圈的轴向截面上呈往复折返的蛇形折叠状。

当上气囊内有压力流体进入时，伸缩圈即伸展而变长，从而可驱动分隔板移动。特别是，由上下两侧的圆形基片以及中间的伸缩圈拼接构成的上气囊大致呈圆柱体状，因此，我们可采用一些柔软而无弹性的材料制作上气囊。当上气囊内有压力流体进入时，上气囊主要形成延长度方向的伸展、鼓胀，而上气囊在径向上只会形成极少量的鼓胀，因而有利于将流体的压力用于驱动分隔板的移动。

作为优选，所述管路切换装置为三位四通的电磁阀，所述第一流体输入口通过管路与所述电磁阀的一个输出接口相连接，第二流体输入口通过管路与所述电磁阀的另一个输出接口相连接，输入端口处的导流口通过管路与所述电磁阀的一个输入接口相连接，输出端口处的导流口通过管路与所述电磁阀的另一个输入接口相连接。

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，截止阀的输入、输出端口处的流体通过电磁阀被分别导入缸体内的两个压力腔内，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、输出端口与缸体内的两个压力腔的管路被切断，因此，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、输出端口与两个压力腔的管路被切断，因此，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。

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，并且结构简单，方便加工。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。

图2是驱动结构的另一种结构示意图。

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、缸体 21、上壳体 211、上凸本体 212、容置凹槽 22、下壳体 221、下凹本体 23、压力腔 24、驱动元件 25、隔膜压板 26、第一流体输入口 27、第二流体输入口 28、上气囊 281、圆形基片 282、伸缩圈 29、下气囊 3、管路切换装置 4、导流口。

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。

实施例1. 如图1所示，一种用于大流量截止阀启闭控制的驱动结构，其中的截止阀1包括阀壳11、设置在阀壳内的阀板12，阀壳一端为输入端口111，另一端为输出端口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。当阀杆下移至截止位置时，阀板贴靠并封堵阀孔，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；当阀杆上移至打开位置时，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。

具体地，本实用新型的驱动结构包括缸体2，缸体内具有上下两个压力腔23、以及位于上下两个压力腔之间的驱动元件24，在缸体的下侧中心设置阀杆过孔，截止阀的阀杆向上伸出阀壳的上端穿过缸体的阀杆过孔并与驱动元件相连接。当上下两个压力腔内有压力流体导入时，会对驱动元件的上下两侧形成压力。当两侧的压力不同而具有压力差时，即可使驱动元件带动阀杆动作，从而实现截止阀的启闭控制。为此，我们需要在缸体上部设置第一流体输入口26，在缸体下部设置第二流体输入口27，第一流体输入口与驱动元件上侧的压力腔相连通，第二流体输入口与驱动元件下侧的压力腔相连通。

此外，我们需要在截止阀的输入端口和输出端口处分别设置一个可导引内部流体的导流口4，并使两个导流口分别通过管路与缸体上的第一、第二流体输入口相连通，以便将输入端口和输出端口处不同压力的压力流体分别导入两个压力腔内。

为了控制阀杆在两个方向上的移动，我们可在连接两个导流口与第一、第二流体输入口的管路上设置一个管路切换装置3，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两个压力腔内，进而通过切换输入端口和输出端口处压力流体的流通方向而方便地切换驱动元件上下两侧的压力差，以便控制阀杆的上移或下移。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。

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，从而在缸体内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。

需要说明的是，我们驱动阀杆上移而开启截止阀所需要的驱动力要远小于驱动阀杆下移而关闭截止阀所需要的驱动力，因此，本实用新型的阀杆连接在驱动元件的下侧。这样，压力腔作用在驱动元件上侧的有效面积会大于作用在驱动元件下侧的有效面积，也就是说，即使两个压力腔的压强相等，也会在驱动元件的上下两侧之间产生一个压力差，从而有利于驱动阀杆的移动。

作为一种优选方案，缸体由上壳体21、下壳体22拼接构成，在上壳体、下壳体之间设置由圆形的弹性隔膜构成的驱动元件，从而在缸体内分隔出上下两个密封的压力腔。在弹性隔膜的上下两侧分别设置圆形的隔膜压板25，截止阀的阀杆上端穿过阀杆过孔后与弹性隔膜上下两侧的隔膜压板相连接。两个压力腔的压力差使弹性隔膜向着压力低的一侧鼓胀变形，从而驱动阀杆移动。

可以理解的是，上、下壳体可通过钣金冲压成型，与气缸、油缸等相比，其尺寸精度、强度等要求会低很多，因此可显著地降低制造成本。特别是，我们可尽量增大上、下壳体的开口面积，从而增大弹性隔膜的有效面积，以确保由压力差形成的驱动力足以驱动阀杆的移动。

进一步地，上壳体包括呈球冠状上凸的上凸本体211，在上凸本体的边缘设置沿径向一体延伸的法兰边。下壳体包括呈倒球冠状下凹的下凹本体221，在下凹本体的边缘设置沿径向一体延伸的法兰边。圆形的弹性隔膜的边缘压接在上壳体与下壳体的法兰边之间。当弹性隔膜受到流体的压力差作用时，弹性隔膜会向压力较低一侧球形鼓胀变形，从而使弹性隔膜与上凸本体或下凹本体的内侧壁紧密贴合，避免弹性隔膜因局部过度拉伸而损坏。当然，我们还可在上凸本体和下凹本体的内侧壁中心位置分别设置可容置隔膜压板的容置凹槽212，而上壳体与下壳体的法兰边可通过6-8个紧固螺钉连接。

当弹性隔膜向外鼓胀变形时，外侧的隔膜压板会进入对应一侧的容置凹槽内，从而使压力腔的内侧壁保持平整顺滑，有利于延长弹性隔膜的使用寿命。

作为一种替代方案，如图2所示，我们也可将缸体设置成圆柱形，而驱动元件则制成可在缸体内上下移动的分隔板，截止阀的阀杆上端穿过缸体下侧的阀杆过孔后与分隔板相连接。此外，在分隔板上部的缸体内设置一个上气囊28，在分隔板下部的缸体内设置一个围绕阀杆的圆环形的下气囊29。缸体上的第一流体输入口与上气囊相连通，上气囊的内腔构成缸体上部的一个压力腔；第二流体输入口则与下气囊相连通，下气囊的内腔则构成缸体下部的压力腔。

在本方案中，上、下气囊的内腔构成上下两个相互独立且密封的压力腔，从而极大地方便压力腔的设置和密封。而缸体则起到一个保护上、下气囊的作用。当有压力的流体进入上气囊或下气囊后，上、下气囊即膨胀而抵压分隔板，而上、下气囊的压力差即可带动阀杆移动而启、闭截止阀。

为了使流体的压力能充分地转变成驱动阀杆移动的驱动力，上气囊可制成圆柱体状。具体地，上气囊包括上下两侧的圆形基片281、连接在上下两侧的圆形基片边缘之间的伸缩圈282，伸缩圈的侧壁在伸缩圈的轴向截面上呈往复折返的蛇形折叠状。此外，上气囊优选地可采用内外双层结构，其外层可采用具有较高强度的尼龙布制成，内层则为橡胶衬里，以确保上气囊的密封性。

当上气囊内有压力流体进入而鼓胀时，伸缩圈被拉长，从而可驱动分隔板移动。需要说明的是，我们可使上气囊的伸缩圈与缸体的内侧壁之间具有一个空隙，当上气囊蛇形折叠的伸缩圈在径向上形成极少量的鼓胀时，不会与缸体的内侧壁紧密贴合，因而有利于上气囊的自由伸展，避免上气囊与缸体内侧壁产生严重的摩擦，有利于将流体的压力用于驱动分隔板的移动。

最后，管路切换装置为三位四通的电磁阀，其外壳的一侧具有二个输入接口，外壳的另一侧具有二个输出接口，外壳内的阀芯则具有三个工作位，外壳一侧的二个输入接口分别通过管路与输入端口和输出端口的导流口相连接，外壳另一侧的二个输出接口则分别通过管路与连接两个压力腔的第一流体输入口、第二流体输入口相连接。

三位四通的电磁阀内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，从导流口导出的截止阀的输入、输出端口处的流体通过电磁阀被分别导入缸体内的两个压力腔内，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、输出端口与缸体内的两个压力腔的管路被切断，因此，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、输出端口与两个压力腔的管路被切断，因此，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。

需要说明的是，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。