一种低温一体化电动球阀制造技术

本发明专利技术为一种低温一体化电动球阀，电机的转子与阀杆、阀芯一体化设计，阀杆阀芯与电机转子铁心、永磁体共同组成电机转子部分并浸入在流经电动球阀的流体介质中。电机定子铁心及绕组通过密封罩与流体介质隔离。电机与阀杆之间无减速机构使得对阀口开度的控制更加简单、更加精确。为了减小电动球阀驱动电机的尺寸，在阀杆阀芯与阀座之间引入了凸轮副机构，一方面可以减小阀杆转动所需的驱动力矩，另一方面凸轮副的引入使得阀座上与阀芯贴合的密封圈脱离阀口，避免了密封圈的集中作用力产生，提高了密封圈的使用寿命。高了密封圈的使用寿命。高了密封圈的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种低温一体化电动球阀


[0001]本专利技术涉及电动球阀领域，尤其适用于控制精度较高且对空间要求紧凑的低温电动球阀领域。

技术介绍

[0002]电动球阀是集电动执行机构与球阀于一体的阀门，可通过执行机构的控制实现对管路中流体流动的通断和流量的大小控制。电动球阀可实现远程电信号的的控制，因此广泛运用到工业自动化、石油、天然气、水电、核电、给排水、供热、航空航天等多个行业领域，是工业和国防建设不可或缺的产品。航天发动机推力控制单元的电动球阀需要对低温液体燃料的流量进行精准调节，而传统的电动球阀一般由电机与减速器共同组成执行机构，这就导致两方面的传动误差存在：一方面是电机输出轴与减速器、减速器与阀杆连接处的传动间隙，另一方面是减速器齿轮啮合间隙。啮合间隙和传动间隙的存在使得电动球阀在用作流量调节特别是高精度流量调节时的控制精度的保证带来较大难题。此外，在电动球阀开启时由于流体压力作用，阀芯与阀座密封圈之间存在一定的摩擦力，使得电动球阀开启所需的开启力矩相对较大，进而导致需要一定尺寸的电机才能满足驱动力矩需求，为电动球阀的小型化带来挑战。然而，航天所使用的的电动球阀对尺寸有着严格要求。同时，当球阀开启时，球阀阀口与阀座密封圈(软密封)之间存在集中作用力，这会引起密封圈的非正常磨损，导致密封失效。因此，研制一种电机直驱的低温电动球阀，同时解决阀座密封圈与阀口集中作用力的问题，不仅能够提高电动球阀性能和可靠性，还能精简电动球阀执行机构，为电动球阀技术革新提供新方向。

技术实现思路

[0003]鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种电机直驱的一体化电动球阀，电机的转子与阀杆、阀芯一体化设计，电机转子在电磁力的作用下直接驱动阀杆、阀芯转动。电机转子到阀杆、阀芯之间只存在键连接，为一体式结构，该种设计消除了因较多的机械连接和减速器等带来的传动误差。为了减小电机所需的驱动力矩，在阀座和阀杆之间引入了凸轮副机构，电机主要克服凸轮副作用力而不是阀座密封圈与球阀之间因流体压力差作用下的摩擦力。凸轮副作用力的大小可通过合理设计凸轮副压力角实现调整，可减小所需电机驱动力矩。此外，在凸轮副作用下，阀座和阀座上的密封圈与球阀脱离，避免了密封圈与阀口之间的集中作用力。阀杆阀芯作为电机转子的一体化设计以及凸轮副的引入为电动球阀控制性能改善和结构小型化提供了技术参考。
[0004]为实现上述目的，本专利技术为一种低温一体化电动球阀，包括：密封罩、轴向定位压环、阀杆、电机壳体、电机转子铁心、电机定子、永磁体、轴承压环、球阀壳体、阀座、入口法兰端盖、泛塞封密封圈、阀芯阀座密封圈、阀座阀芯密封预压紧碟簧、法兰连接面密封圈、石墨填料、填料密封压环、填料密封预压紧碟簧、旋转变压器、旋变密封端盖、填料密封压紧端盖、轴承端盖、阀杆下端支撑轴承、凸轮副、出口法兰端盖、阀杆上端支撑轴承、支撑环。其中
密封罩、轴向定位压环、阀杆、电机壳体、电机转子铁心、支撑环、电机定子以及永磁体共同组成电动球阀的驱动电机部分。为了满足低温条件的使用需求，所有零部件材料均采用耐低温材料。其中，阀杆、电机转子铁心和永磁体作为电机的转子部分。电机的定子部分与转子部分(阀杆、转子铁心、永磁体)通过密封罩实现隔离。电机定子部分在密封罩外侧，与通过阀体的流体介质隔离。转子部分在密封罩内侧，浸入在通过阀体的流体介质中。当电机绕组在通电时产生旋转磁场的作用下，阀杆随着永磁体与转子铁心转动，阀杆转动角度即是电机转子转动的角度。随着阀杆的转动，阀杆上的凸轮作用在阀座的轴承滚子上，在轴承滚子的带动下阀座密封圈与阀芯脱离，避免了密封圈与阀芯阀口之间的集中作用力。阀杆底部伸出一段细轴与旋转变压器直接连接，通过旋转变压器对阀杆转动角度(阀口开度)的测量可以实现对阀杆位置的闭环控制，进而实现对流量的精确控制。
[0005]由于需要隔离电机定子绕组与流体介质，在电机定子绕组与转子之间设计了密封罩。密封罩的存在使得电机是一个大气隙电机，大大降低了电机的效率。为了减小电机转子与定子绕组之间的气隙以提升电机的驱动能力，处于电机转子与定子之间的密封罩部分采用薄壁设计。考虑通过阀体的流体介质具有较高压力，电机壳体、电机定子绕组以及密封罩相互贴合设计，在未贴合的部分设计了支撑环结构件，可为密封罩提供强度支撑以满足承压需求。大气隙电机的特点是效率低，发热严重，作为低温电动调节阀的驱动电机，其使用环境是低温环境，为电机的散热提供了极佳的条件。阀杆内部的中空设计为阀体开辟了第二个介质流动出口，可根据实际安装需要选择某一出口使用，另一出口有可使用法兰堵头实现封堵。
[0006]阀杆上的凸轮与阀杆一体加工而成，减少了非必要的机械连接。凸轮轮廓线采用阿基米德轮廓线设计，制造方便、成本低且具有等进性。阀杆的转动由一对角接触球轴承提供旋转支撑。阀杆底部外伸一段细轴与旋转变压器连接，采用填料密封实现对外伸轴的动密封。为了确保密封效果，在填料密封以外的部分设计了两处静密封。
[0007]低温一体化电动球阀工作过程：阀杆位于初始位置时，凸轮副机构升程为零，阀座在预紧碟簧的作用下将密封圈紧紧压在阀芯上，电动球阀处于截止状态。电机定子绕组在电流作用下产生旋转磁场，驱动阀杆上的永磁体转动，永磁体与电机转子铁心、阀杆为固定连接。阀杆随着永磁体转动，阀杆上的凸轮作用在阀座滚子上推动阀座移动，阀座密封圈与阀芯脱离。当阀座与阀芯相距最远位置(凸轮机构升程最大位置)，阀杆继续转动，阀口开始与入口相通，调节不同的阀口开度可以实现对流量的控制。阀杆转动会通过外伸轴带动旋转变压器转动，旋转变压器将阀杆位置信号返回给控制器实现对阀杆位置的闭环控制。
[0008]优选地，阀杆、阀芯、凸轮采用一体化设计和加工，选用奥氏体不锈钢GH4169材料加工，该材料在
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700℃具有良好的综合性能，属于非导磁材料。同时，在加工前对材料进行深冷处理，以消除由于材料因低温发生组织转变所导致的形变。
[0009]优选地，阀芯采用V型球阀设计，具有较好的等百比特性。
[0010]优选地，凸轮轮廓线采用阿基米德轮廓线设计，具有等进性、制造方便、成本低等特点；凸轮副达最大升程之后，阀芯阀口才有开度，这样阀座密封圈与阀口之间没有集中作用力，可提高密封圈使用寿命。
[0011]优选地，电机转子部分的永磁体采用钐钴，具有磁能积高，矫顽力可靠，在高低温下性能稳定；电机转子部分的铁心材料采用电工纯铁DT4E，工艺采用叠压的方式将冲片进
行压制成型，永磁体与铁心的连接方式应采用低温胶粘的方式，铁心内孔上设有键槽，可通过键连接的方式与阀杆连接。
[0012]优选地，处于电机定子和电机转子之间的密封罩采用薄壁设计，以最大限度减小定子绕组与转子之间的气隙。
[0013]优选地，电机壳、密封罩、轴向定位压环、支撑环选用GH4169非导磁材质，同时该材质具有较高的强度，可满足承受高压流体介质的需求。
[0014]优选地，凸轮副中的滚子可采用滚动轴承。
[0015]优选地，阀座与阀体之间是一对滑动副本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温一体化电动球阀，其特征在于包括密封罩(1)、轴向定位压环(2)、阀杆(3)、电机壳体(4)、电机转子铁心(5)、电机定子(6)、永磁体(7)、轴承压环(8)、球阀壳体(9)、阀座(10)、入口法兰端盖(11)、泛塞封密封圈(12)、阀芯阀座密封圈(13)、阀座阀芯密封预压紧碟簧(14)、法兰连接面密封圈(15)、石墨填料(16)、填料密封压环(17)、填料密封预压紧碟簧(18)、旋转变压器(19)、旋变密封端盖(20)、填料密封压紧端盖(21)、轴承端盖(22)、阀杆下端支撑轴承(23)、凸轮副(24)、出口法兰端盖(25)、阀杆上端支撑轴承(26)和支撑环(27)；上述低温一体化电动球阀，其特征在于，所述的轴向定位压环(2)、阀杆(3)、电机转子铁心(5)、永磁体(7)组成电机转子；永磁体(7)通过低温胶粘的方式固定在电机转子铁心(5)上，电机转子铁心(5)与阀杆(3)之间采用键连接，通过螺栓固定在阀杆(3)端部的轴向定位压环(2)与阀杆(3)上的轴肩为电机转子铁心(5)提供了轴向定位，这样形成电机转子直驱阀杆(3)转动，无中间传动间隙环节，提高了阀杆位置控制的精度；上述的低温一体化电动球阀，其特征在于，电机转子浸入在流经电动球阀的流体介质内，电机定子(6)通过密封罩(1)与流经电动球阀的流体介质隔离，密封罩(1)采用薄壁设计，其与电机壳体(4)、电机定子(6)和支撑环(27)之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晓辉，童赛赛，刘永光，赵哲，张佳明，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：