【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于球阀控制，具体涉及一种电液驱动的低扭矩球阀及其控制方法。
技术介绍
1、球阀被广泛应用于各类流体的管道运输，大口径球阀一般用于长距离管道输送或工业管路总线，工作环境具有压力高、流量大的特点，对设备的结构强度，使用寿命，启闭运动性能及密封安全性都有较高的要求。
2、目前市场上球阀多为手动或电动球阀，手动大口径球阀在开启与关闭时，需要承受大重量阀芯球体带来的较大摩擦力，除了机械结构带来的阻力以外，管道内的高压、大流量流体在阀芯开启关闭时也会产生较大的阻力。为克服这些阻力，需要较大的机械减速机构或多人共同操作来实现，因此，机构执行效率低，劳动强度较大，大口径球阀常安装的环境较为恶劣，工人较难实施启闭工作。球阀频繁启闭过程中，阀芯相对于阀体摩擦力较大造成的损坏，严重影响球阀的使用寿命。
3、对于通过电动执行机构控制的球阀，在大口径管道的场合，需要更大功率的电机和相匹配的电力供应，大大提高了动力源的成本，较高的电流也增加了安全隐患，同时自润滑性不佳，产品寿命较短，维修维护成本较高。传统球阀为封闭结构，较难实现对球阀开度的精确控制，同时球阀快速开启或关闭阀门会引起水锤效应，导致管道内压力急剧变化，也可能导致球阀的损坏。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术中存在的启闭时阀芯与阀座相对摩擦较大，使得启闭扭矩较大、影响球阀启闭效率的缺陷，提供了一种能够变形的阀芯单元，能够保证球阀启闭扭矩较小的同时，又能保证密封性的电液驱动的低扭矩球阀及其控制方法。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、作为第一个方面，一种电液驱动的低扭矩球阀，包括：阀体单元、安装在所述阀体单元内部的阀芯单元、对称安装在所述阀芯单元两侧的阀座单元、相对安装在所述阀体单元上的上支撑座和下支撑座、以及安装在所述上支撑座上用于带动所述阀芯单元在所述阀体单元内转动的阀杆驱动单元；
4、所述阀芯单元包括与所述阀杆驱动单元输出端同轴设置的球体固定部、与所述球体固定部两侧均通过变形机构配合连接的两球体活动部以及开设在所述球体固定部上的阀孔；
5、当阀处于关闭或开启状态时，两所述变形机构处于伸展状态，所述球体活动部与对应的所述阀座单元贴合，所述球体活动部与所述阀体单元密封；
6、当阀需要关闭/开启转换时，两所述变形机构均处于收缩状态，所述球体活动部与对应的所述阀座单元脱离，两所述球体活动部与所述球体固定部合并成一个球体结构。
7、进一步地，所述变形机构包括：
8、固定设置在所述球体固定部与所述球体活动部配合面上的配合台；
9、若干变位液压缸，所述变形液压缸的固定端圆周阵列在所述配合台上，其伸缩端与所述球体活动部固定连接；
10、若干导向平键，固定安装在所述配合台的边缘上；
11、若干导向槽，开设在所述球体活动部与所述球体固定部相对的配合面上，且所述导向槽与所述导向平键一一对应配合；
12、密封组件，设置在所述球体活动部和所述球体固定部的圆形配合边缘，用于对所述球体活动部和球体固定部之间的密封。
13、进一步地，所述阀杆驱动单元包括：
14、第一安装架，固定安装在所述上支撑座上；
15、机械传动组件，安装在所述第一安装架上；
16、阀杆，所述阀杆的首端与所述驱动组件的输出端同轴设置，所述阀杆的末端穿过所述阀体单元，与所述球体固定部固定安装；所述阀杆与所述阀体单元转动密封连接；
17、电液控制驱动单元，与所述机械传动组件驱动连接，用于对所述机械传动组件电液驱动控制。
18、进一步地，所述机械传动组件包括安装在所述第一安装架上的齿轮箱、安装在所述齿轮箱内的主动齿轮以及与所述主动齿轮外啮合连接的从动齿轮；
19、所述阀杆通过阀杆接头与所述从动齿轮同轴设置；所述电液控制驱动单元的输出端带动所述主动齿轮正转或反转。
20、进一步地，所述阀杆驱动单元还包括手动控制单元，所述手动控制单元包括安装在所述机械传动组件上的支撑架、安装在所述支撑架上的蜗杆、与所述蜗杆配合传动连接的蜗轮以及与所述蜗杆输入端固定安装的手轮；
21、所述蜗轮的转动轴线与所述从动齿轮的转动轴线一致；所述蜗轮的旋转轴与所述从动齿轮的旋转轴之间设置有离合器；所述离合器通过拨叉组件控制所述蜗轮旋转轴与所述从动齿轮旋转轴之间的离合。
22、进一步地，所述电液控制驱动单元包括固定安装在所述第一安装架上的箱体、安装在所述箱体内的液压控制回路；所述液压控制回路包括油箱、补油泵站、蓄能器、液压马达、液压泵、阀块、第一单向阀、第二单向阀、二位三通换向阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第三溢流阀、手动换向阀以及分别设置在液压马达两液路中的第一压力传感器和第二压力传感器；所述阀块与所述液压马达液路连通，所述第一单向阀、第二单向阀、二位三通换向阀、第一溢流阀、第二溢流阀均安装在所述阀块上；所述伺服电机的输出轴与所述液压泵的输入端同轴设置，所述液压泵与所述液压马达液路连通，所述液压马达通过所述机械传动组件与所述阀杆单元驱动连接；
23、所述液压泵的a出油口与第一单向阀的出油口b、第一压力传感器、第二溢流阀的出油口a、第一溢流阀的进油口p、手动换向阀的p油口以及液压马达的a进油口均液路连通；所述液压泵的b出油口与第二单向阀的出油口b、第二压力传感器、第二溢流阀的进油口p、第一溢流阀的出油口a、手动换向阀的a油口以及液压马达的b进油口均液路连通；
24、所述补油泵站的出油口a与第一单向阀和第一单向阀的进油口a连通，同时和蓄能器的a进油口、第三溢流阀p油口、二位三通电磁阀的进油口p相连；所述二位三通电磁阀的卸油口t与油箱连通，出油口a与变形机构中的变位液压缸的进油口a相连；
25、进一步地，还包括用于对所述电液控制驱动单元进行数据计算控制的控制模块、用于对所述阀杆驱动单元进行转动角度采集的第一编码器、用于检测所述伺服电机转速的第二编码器以及用于提供电能的直流电源。
26、作为第二个方面，根据上述所述的一种电液驱动的低扭矩球阀的控制方法，包括以下步骤：
27、s1.故障判断，初始化操作；即判断矩球阀是否存在故障，并对所述球阀进行初始化操作；
28、s2.数据采集与当前球阀的开度计算；即将电液控制驱动单元中的元器件信号数据基于canopen协议通过can网络发送至控制模块，所述控制模块对所述阀杆组件的旋转角度进行数值转换计算，获得球阀当前的开度数值；
29、s3.手动/自动模式的判断，即通过手动换向阀的通断判断运行模式；若手动换向阀处于闭合状态，则控制模块判断为手动模式；若手动换向阀处于打开状态，则控制模块设定为自动模式；
30、s4.根据步骤s3中的判断结果，对球阀进行开度控制操作；
31、s5.当自动模式时，控制模块控制所述球体活动部收回，直至两所述球本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电液驱动的低扭矩球阀，其特征在于，包括：阀体单元(1)、安装在所述阀体单元(1)内部的阀芯单元(2)、对称安装在所述阀芯单元(2)两侧的阀座单元(3)、相对安装在所述阀体单元(1)上的上支撑座(4)和下支撑座(5)、以及安装在所述上支撑座(4)上用于带动所述阀芯单元(2)在所述阀体单元(1)内转动的阀杆驱动单元(6)；
2.根据权利要求1所述的一种电液驱动的低扭矩球阀，其特征在于，所述变形机构(22)包括：
3.根据权利要求1所述的一种电液驱动的低扭矩球阀，其特征在于，所述阀杆驱动单元(6)包括：
4.根据权利要求3所述的一种电液驱动的低扭矩球阀，其特征在于：所述机械传动组件(62)包括安装在所述第一安装架(61)上的齿轮箱(621)、安装在所述齿轮箱(621)内的主动齿轮(622)以及与所述主动齿轮(622)外啮合连接的从动齿轮(623)；
5.根据权利要求4所述的一种电液驱动的低扭矩球阀，其特征在于：所述阀杆驱动单元(6)还包括手动控制单元(65)；所述手动控制单元(65)包括安装在所述机械传动组件(62)上的支撑架(6
6.根据权利要求4所述的一种电液驱动的低扭矩球阀，其特征在于：所述电液控制驱动单元(64)包括固定安装在所述第一安装架(61)上的箱体(641)、安装在所述箱体(641)内的液压控制回路(642)；所述液压控制回路(642)包括油箱(6421)、补油泵站(6422)、蓄能器(6423)、液压马达(6424)、液压泵(6425)、阀块(6426)、第一单向阀(6427)、第二单向阀(6428)、二位三通换向阀(6429)、第一溢流阀(64210)、第二溢流阀(64211)、第三溢流阀(64215)、手动换向阀(64212)以及分别设置在液压马达(6424)两液路中的第一压力传感器(64213)和第二压力传感器(64214)；所述阀块(6426)与所述液压马达(6424)液路连通，所述第一单向阀(6427)、第二单向阀(6428)、二位三通换向阀(6429)、第一溢流阀(64210)、第二溢流阀(64211)均安装在所述阀块(6426)上；所述伺服电机(64216)的输出轴与所述液压泵(6425)的输入端同轴设置，所述液压泵(6425)与所述液压马达(6424)液路连通，所述液压马达(6424)通过所述机械传动组件(62)与所述阀杆单元(3)驱动连接；
7.根据权利要求6所述的一种电液驱动的低扭矩球阀，其特征在于：还包括用于对所述电液控制驱动单元(64)进行数据计算控制的控制模块(643)、用于对所述阀杆驱动单元(6)进行转动角度采集的第一编码器(644)、用于检测所述伺服电机(64216)转速的第二编码器以及用于提供电能的直流电源(646)。
8.根据权利要求7所述的一种电液驱动的低扭矩球阀的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种电液驱动的低扭矩球阀的控制方法，其特征在于，所述步骤S5至S7，可替换为手动模式，所述手动模式包括以下操作：
10.根据权利要求8所述的一种电液驱动的低扭矩球阀的控制方法，其特征在于，步骤S7中的所述球阀所在管道内压的稳定性调节包括以下内容：
...【技术特征摘要】
1.一种电液驱动的低扭矩球阀，其特征在于，包括：阀体单元(1)、安装在所述阀体单元(1)内部的阀芯单元(2)、对称安装在所述阀芯单元(2)两侧的阀座单元(3)、相对安装在所述阀体单元(1)上的上支撑座(4)和下支撑座(5)、以及安装在所述上支撑座(4)上用于带动所述阀芯单元(2)在所述阀体单元(1)内转动的阀杆驱动单元(6)；
2.根据权利要求1所述的一种电液驱动的低扭矩球阀，其特征在于，所述变形机构(22)包括：
3.根据权利要求1所述的一种电液驱动的低扭矩球阀，其特征在于，所述阀杆驱动单元(6)包括：
4.根据权利要求3所述的一种电液驱动的低扭矩球阀，其特征在于：所述机械传动组件(62)包括安装在所述第一安装架(61)上的齿轮箱(621)、安装在所述齿轮箱(621)内的主动齿轮(622)以及与所述主动齿轮(622)外啮合连接的从动齿轮(623)；
5.根据权利要求4所述的一种电液驱动的低扭矩球阀，其特征在于：所述阀杆驱动单元(6)还包括手动控制单元(65)；所述手动控制单元(65)包括安装在所述机械传动组件(62)上的支撑架(641)、安装在所述支撑架(641)上的蜗杆(652)、与所述蜗杆(652)配合传动连接的蜗轮(653)以及与所述蜗杆(652)输入端固定安装的手轮(654)；
6.根据权利要求4所述的一种电液驱动的低扭矩球阀，其特征在于：所述电液控制驱动单元(64)包括固定安装在所述第一安装架(61)上的箱体(641)、安装在所述箱体(641)内的液压控制回路(642)；所述液压控制回路(642)包括油箱(6421)、补油泵站(6422)、蓄能器(6423)、液压马达(64...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯磊，顾达，杨静，强红宾，康绍鹏，廖湘平，顾秀琴，张华兵，陶翔飞，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：
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