飞轮电池储能复位伺服直驱式直行程快速切断执行机构制造技术

本发明专利技术公开了一种飞轮电池储能复位伺服直驱式直行程快速切断执行机构，包括动力机构、动力切换机构、传动系统和储能复位机构；所述动力机构带动传动系统实现行程输出；所述动力机构包括电力驱动系统和手动操作系统；所述动力切换机构用于实现电力驱动系统和手动操作系统之间的切换；所述储能复位机构用于当电力驱动系统失电时对电动执行机构进行关断；所述储能复位机构为飞轮电池储能复位机构。本发明专利技术采用飞轮电池作为断电复位执行器，采用低速大扭矩的永磁轴向磁通电机作为电动执行机构的驱动电机，直接驱动丝杠螺母进行动作，并将丝杠螺母集成到电机当中，大大简化电动执行器的传动结构，提高其工作效率、响应速度和控制精度。

【技术实现步骤摘要】
飞轮电池储能复位伺服直驱式直行程快速切断执行机构
本专利技术涉及电动执行机构
，具体涉及一种飞轮电池储能复位伺服直驱式直行程快速切断执行机构。
技术介绍
随着我国管道建设的快速发展，实现油气管道关键设备国产化的必要性日益迫切。油气管道关键设备国产化既是国家的要求，也是输油气企业降低建设和运营成本的需要，其国产化对于降低工程造价、打破国外的产品垄断和价格壁垒以及发展我们的民族产业、推动油气管道装备水平的提高具有重要意义。近年来，随着过程自动化控制过程中的安全要求与日俱增，尤其在石油石化系统对大口径阀的安全需求已十分迫切。而电动执行器作为大口径阀控制系统的终端执行机构，其动力源来自于电力系统，当事故或者其它原因造成电力系统停电，电动执行器不能将阀门调整到安全需求位置，进而造成人员伤亡和财产损失。传统电动执行器主要包括固定壳体、电机、减速器、减速器输出轴、螺母、丝杠和电机的驱动控制系统组成。其工作原理主要是：驱动控制系统控制电机运动，电机带动减速器工作，减速器输出轴与丝杠相连接，丝杠将动力传递到阀门，从而实现直行程快速切断。但传统电动执行器存在以下缺点：(1)电动执行器所使用的普通交流电机扭矩较小，需要减速器来减速增扭，导致电动执行器结构复杂，体积较大，工作效率降低；(2)由于动力源来自电力系统，当发生停电事故时电动执行器将不能使阀门动作到安全需求位置，从而可能造成人员伤亡和财产损失；(3)通常断电复位执行器大多数采用的方式有手动复位、弹簧复位和电池复位。手动复位切换机构复杂，切换机构故障率高，手动操作机构所需扭矩较大，操作费力；弹簧储能复位型电动执行器结构复杂，对加工精度要求高，而且弹簧复位瞬间冲击力大，对构件强度要求高；蓄电池工作特性对环境温度敏感导致电池储能复位型电动执行器可应用的温度范围较小，蓄电池的充放电次数限制了电动执行器的使用寿命，并且蓄电池损害后会对设备和环境造成污染。在电动执行器的电机出现故障等一些非停电场合，需要使用手动操作机构来对阀门进行控制，在切换手动时如不能对电机进行自动断电，则存在一定的安全风险。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种飞轮电池储能复位伺服直驱式直行程快速切断执行机构，采用飞轮电池作为断电复位执行器，采用低速大扭矩的永磁轴向磁通电机作为电动执行机构的驱动电机，直接驱动丝杠螺母进行动作，并将丝杠螺母集成到电机当中，大大简化电动执行器的传动结构，提高其工作效率、响应速度和控制精度。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种飞轮电池储能复位伺服直驱式直行程快速切断执行机构，其特殊之处在于：包括动力机构、动力切换机构、传动系统和储能复位机构；所述动力机构带动传动系统实现行程输出；所述动力机构包括电力驱动系统和手动操作系统；所述动力切换机构用于实现电力驱动系统和手动操作系统之间的切换；所述储能复位机构用于当电力驱动系统失电时对电动执行机构进行关断；所述储能复位机构为飞轮电池储能复位机构。进一步地，还包括壳体，所述传动机构设置在壳体内，所述传动机构包括台阶轴式螺母、丝杠，台阶轴式螺母与丝杠之间螺纹连接。进一步地，上述电力驱动系统包括盘式电机，盘式电机的动力输出端与台阶轴式螺母固连。进一步地，上述手动操作系统包括包括手轮和减速器；所述减速器包括行星齿轮组，行星齿轮组包括太阳轮、行星轮、齿圈和行星架，手轮与太阳轮相连，太阳轮与行星轮及齿圈相互相啮合，行星架与行星轮配合。进一步地，上述动力切换机构包括接合套、拨叉、角度传感器，所述接合套通过花键与台阶轴式螺母连接，接合套可通过花键沿着台阶轴式螺母滑动，行星架可通过花键与接合套结合传递扭矩，拨叉与接合套连接，且拨叉穿过角度传感器。进一步地，还包括电磁抱闸机构，电磁抱闸机构包括摩擦片和电磁铁两部分，摩擦片固连在台阶轴式螺母上。进一步地，上述飞轮电池储能复位机构包括飞轮电池外壳、中心轴、转子定位套筒、飞轮电机转子、飞轮、飞轮电机定子、定子定位套筒，飞轮电机定子固定安装在中心轴上，定子定位套筒与中心轴配合将飞轮电机定子定位，飞轮电机转子与飞轮固连，转子定位套筒与飞轮配合将飞轮电机转子定位；还包括上轴承座、下轴承座、旋转变压器转子、旋变转子定位板、旋转变压器定子；上轴承座、下轴承座分别与飞轮的两端固连，旋转变压器转子通过旋变转子定位板安装于上轴承座上，旋转变压器定子通过旋变定子定位板安装于上端盖上，上端盖和下端盖通过拉紧螺栓固连。进一步地，还包括盘式电机驱动控制器、飞轮电池电机的驱动控制器；盘式电机上的盘式电机绕组接线端与盘式电机驱动控制器相连接，盘式电机驱动控制器通过电缆与飞轮电池电机的驱动控制器相连接，飞轮电池电机的驱动控制器与飞轮电池电机绕组接线端相连接。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术采用低速大扭矩和高能量密度的永磁轴向磁通电机作为电动执行机构的驱动电机，直接驱动丝杠螺母进行动作，并将丝杠螺母集成到电机当中，大大简化电动执行器的传动结构，提高其工作效率、响应速度和控制精度；(2)本专利技术设计了飞轮电池储能复位装置，当发生停电事故时电动执行机构的盘式电机缺少动力源不能工作，电动执行机构将无法复位，此时将盘式电机驱动控制器的直流母线通过电缆与飞轮电池电机驱动控制器的直流母线相连，处于高速旋转的飞轮带动飞轮电池电机旋转，绕组上的磁通发生变化并在绕组端部产生感应电动势，通过驱动控制器将飞轮电池的动能转化成需要的电压输出给盘式电机，飞轮电池释放的电能驱动盘式电机反转，从而使电动执行机构复位，快速关闭阀门，避免了人员伤亡和财产损失；(3)本专利技术设计了拨叉与接合套组成的离合机构以实现自动和手动档位控制，当拨叉向下拨动时，滚珠丝杠机构仅与电机连接，此时为电动控制；当拨叉拨向上方时可将手轮和行星减速机构与滚珠丝杠机构连接，从而实现手动控制；离合机构简单可靠，行星齿轮减速机构大大降低了操纵手轮所需的力矩，使得操作省力方便；设计的拨叉安装有角度传感器，当拨叉拨向上方将手轮和行星减速机构与滚珠丝杠机构连接实现手动控制时，根据角度传感器得到的信号，控制系统对电机和抱闸机构进行自动断电，从而提高电动执行机构的使用安全性。附图说明图1是本专利技术的正面结构示意图；图2是本专利技术的剖面结构示意图。图中标号说明：手轮1、第一轴承2、壳体3、太阳轮4、行星轮5、齿圈6、行星架7、第二轴承8、台阶轴式螺母9、接合套10、拨叉11、角度传感器12、第三轴承13、第四轴承14、盘式电机第一转子15、盘式电机第二转子16、丝杠17、盘式电机定子18、电磁抱闸机构19、摩擦片191、电磁铁192、推力轴承20、飞轮电池外壳21、下端盖22、下轴承座23、第六轴承24、中心轴25、转子定位套筒26、飞轮电机转子27、飞轮28、飞轮电机定子29、定子定位套筒30、第五轴承31、上轴承座32、旋转变压器转子33、旋变转子定位板34、旋转变压器定子35、上端盖36、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞轮电池储能复位伺服直驱式直行程快速切断执行机构，其特征在于：/n包括动力机构、动力切换机构、传动系统和储能复位机构；/n所述动力机构带动传动系统实现行程输出；/n所述动力机构包括电力驱动系统和手动操作系统；/n所述动力切换机构用于实现电力驱动系统和手动操作系统之间的切换；/n所述储能复位机构用于当电力驱动系统失电时对电动执行机构进行关断；/n所述储能复位机构为飞轮电池储能复位机构。/n

【技术特征摘要】
1.一种飞轮电池储能复位伺服直驱式直行程快速切断执行机构，其特征在于：
包括动力机构、动力切换机构、传动系统和储能复位机构；
所述动力机构带动传动系统实现行程输出；
所述动力机构包括电力驱动系统和手动操作系统；
所述动力切换机构用于实现电力驱动系统和手动操作系统之间的切换；
所述储能复位机构用于当电力驱动系统失电时对电动执行机构进行关断；
所述储能复位机构为飞轮电池储能复位机构。


2.根据权利要求1所述的一种飞轮电池储能复位伺服直驱式直行程快速切断执行机构，其特征在于：
还包括壳体(3)，所述传动机构设置在壳体(3)内，所述传动机构包括台阶轴式螺母(9)、丝杠(17)，台阶轴式螺母(9)与丝杠(17)之间螺纹连接。


3.根据权利要求2所述的一种飞轮电池储能复位伺服直驱式直行程快速切断执行机构，其特征在于：
所述电力驱动系统包括盘式电机，盘式电机的动力输出端与台阶轴式螺母(9)固连。


4.根据权利要求3所述的一种飞轮电池储能复位伺服直驱式直行程快速切断执行机构，其特征在于：
所述手动操作系统包括包括手轮(1)和减速器；
所述减速器包括行星齿轮组，行星齿轮组包括太阳轮(4)、行星轮(5)、齿圈(6)和行星架(7)，手轮(1)与太阳轮(4)相连，太阳轮(4)与行星轮(5)及齿圈(6)相互相啮合，行星架(7)与行星轮(5)配合。


5.根据权利要求4所述的一种飞轮电池储能复位伺服直驱式直行程快速切断执行机构，其特征在于：
所述动力切换机构包括接合套(10)、拨叉(11)、角度传感器(12)，所述接合套(10)通过花键与台阶轴式螺母(9)连接，接合套(10)可通过花键沿着台阶轴式螺母(9)滑动，行星架(7)可通过花键与接合套(10)结合传递扭矩，
拨叉(11)与接合套(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中山，赖少川，杨昌群，王永飞，赵升吨，牛道东，张晨，刘家骥，钟良，
申请(专利权)人：中国石化销售股份有限公司华南分公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：广东;44