專利名稱：一種機(jī)電一體化數(shù)控氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種機(jī)電一體化數(shù)控氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，它適用于在各種大型輸氣、液管路中，調(diào)節(jié)所輸送的流量。如用于油田的石油、天燃?xì)忾_采輸送管路中。
現(xiàn)在的各種石油及天燃?xì)廨斔凸苈分校褂么笮偷臍鈩?dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量控制。在氣室中通入一定壓力的氣體時(shí)，由于薄膜的壓力變形，引起閥門的開度變化，起到放大調(diào)節(jié)力的作用。而氣室壓力的調(diào)節(jié)，又是通過在控制氣路中，用一個(gè)調(diào)壓閥來控制氣室壓力。調(diào)壓閥通常是彈簧式的。用一個(gè)壓縮彈簧頂住一個(gè)可動(dòng)調(diào)壓閥芯，在氣體壓力的平衡作用下，閥芯有一定的開口量，通過開口量的節(jié)流減壓，保持氣室壓力值的恒定，而氣室壓力值的設(shè)定，是通過調(diào)節(jié)壓縮彈簧的預(yù)緊力來實(shí)現(xiàn)。由于彈簧預(yù)緊力是由手工調(diào)節(jié)的，每次改變閥門開度都必須重新調(diào)整，因此，在需要經(jīng)常調(diào)節(jié)時(shí)，有較大的工作量，也不適應(yīng)自動(dòng)化操作，而且調(diào)整量與開度的改變值也不是線性關(guān)系，需要一定的調(diào)節(jié)技巧。
本實(shí)用新型的目的是發(fā)明一種機(jī)電一體化的數(shù)控氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，它仍然使用氣膜放大的形式，通過氣室壓力調(diào)節(jié)閥門的開度。通過采用機(jī)電一體化技術(shù)，從而可以通過數(shù)字控制改變閥芯的開度值，操作方便。
本實(shí)用新型如附


圖1所示，它有閥體(1)、閥芯(2)、連桿(3)、氣膜(4)、氣室(5)、氣源(6)、調(diào)壓閥芯(7)、壓縮彈簧(8)和滑塊(9)，其特征在于在滑塊(9)軸線上有螺紋，有螺桿(13)與該螺紋相配，螺桿(13)上端有大速比減速器(14)和數(shù)控電機(jī)(15)，在閥體(1)近旁有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(11)，在氣室(5)上裝有壓力傳感器(12)和可控泄漏閥(19)，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(11)中插有對數(shù)控電機(jī)(15)進(jìn)行控制的適配模塊(16)，對可控泄漏閥(19)進(jìn)行控制的適配模塊(17)以及連接于壓力傳感器(12)的測量適配模塊(18)，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(11)通過標(biāo)準(zhǔn)串行接口與可為其它測量控制系統(tǒng)所共有的中央控制計(jì)算機(jī)(10)相連。
附
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中有閥體(1)、閥芯(2)、連桿(3)、氣膜(4)、氣室(5)、氣源(6)、調(diào)壓閥芯(7)、壓縮彈簧(8)、滑塊(9)、中央控制計(jì)算機(jī)(10)、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(11)、壓力傳感器(12)、大速比減速器(14)、數(shù)控電機(jī)(15)、適配模塊(16)、適配模塊(17)、測量適配模塊(18)和可控泄漏閥(19)。
本實(shí)用新型仍然使用氣室(5)中氣體壓力對閥芯(2)的位置進(jìn)行控制，以此控制閥門的開度。當(dāng)氣室(5)壓力保持一定值時(shí)，閥芯(2)位置不變，保持一定的閥門開度值，從而保證一定的輸出流量。本實(shí)用新型保持氣室(5)壓力的方法是當(dāng)壓力降低時(shí)，調(diào)壓閥芯(7)底面所受壓力減小，與壓縮彈簧(8)的壓力不平衡，在壓縮彈簧(8)的作用下，調(diào)壓閥芯(7)下移使其進(jìn)口開度增加，節(jié)流壓差減小，氣室(5)的壓力恢復(fù)，重新保持與壓縮彈簧(8)的平衡。反之，當(dāng)氣室(5)壓力升高時(shí)，調(diào)壓閥芯(7)底面所受壓力增大，大于壓縮彈簧(8)的壓力，使調(diào)壓閥芯(7)上移，從而使進(jìn)口開度減小，節(jié)流壓差增大，輸出壓力得以減小，重新保持與彈簧彈性力平衡。氣源(6)的壓力保持一定，通過調(diào)壓閥芯(7)對氣室(5)供氣。在氣室(5)上有可控泄漏閥(19)，工作時(shí)處于關(guān)狀態(tài)，但有一定的泄漏節(jié)流小口，以保證調(diào)壓閥芯(7)有一定的調(diào)壓開度。在遇到特殊情況時(shí)，泄漏閥(19)大打開，氣室(5)壓力下降基本為零，使閥門開口迅速關(guān)閉(對于正開口調(diào)節(jié))或迅速達(dá)到最大開度(對于反開口調(diào)節(jié))。在需要調(diào)節(jié)閥門開度時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)(10)通過標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口發(fā)出地址選通信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(11)收到地址選通信號(hào)后，選通相應(yīng)的控制電機(jī)的適配模塊(18)，在需要增加閥門開度值時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)(10)發(fā)出電機(jī)正轉(zhuǎn)信號(hào)，由適配模塊(16)鎖存并控制數(shù)控電機(jī)(15)正轉(zhuǎn)。在適配模塊(16)鎖存后，中央控制計(jì)算機(jī)(10)發(fā)出新的地址選通信號(hào)，通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(11)選通測量適配模塊(18)，測量適配模塊(18)不斷把壓力傳感器(12)測得的輸出壓力值經(jīng)A／D變換后送回中央控制計(jì)算機(jī)(10)，通過中央控制計(jì)算機(jī)(10)的處理與要求的調(diào)整值比較，在滿足要求后，重新發(fā)出選通適配模塊(16)的地址選通信號(hào)，選通適配模塊(16)，給出數(shù)控電機(jī)(15)停轉(zhuǎn)信號(hào)，通過適配模塊(16)控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。由于在調(diào)節(jié)過程中，數(shù)控電機(jī)(15)正轉(zhuǎn)時(shí)，通過減速器(14)帶動(dòng)螺桿(13)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，使滑塊(9)向下移動(dòng)，增加了壓縮彈簧(8)的預(yù)壓力，從而增大了本實(shí)用新型閥芯(2)的開度值。反之，在需要降低本實(shí)用新型閥芯(2)的開度值時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)(10)與控制增加開度值過程相仿，只是把控制數(shù)控電機(jī)(15)正轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破浞崔D(zhuǎn)，螺桿(13)帶動(dòng)滑塊(9)向上移動(dòng)，減小了壓縮彈簧(8)的預(yù)緊壓力，使閥芯(2)開度值減小。
本實(shí)用新型采用中央控制計(jì)算機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面加測控元件這種機(jī)電一體化的方法，可以通過數(shù)字化技術(shù)對氣室壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，從而調(diào)整閥門的開度，解決了人工調(diào)節(jié)時(shí)的操作困難問題。在調(diào)節(jié)過程中，通過直接測量氣室的壓力值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，也解決了閥門開度與滑塊位移的非線性問題。由于壓力傳感器的測量精度很高。因此本實(shí)用新型有較高的設(shè)定精度。
在本實(shí)用新型中，由閥體(1)、閥芯(2)、連桿(3)、氣膜(4)和氣室(5)組成的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥與普通氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥一樣，可以直接選用。用于調(diào)節(jié)氣室壓力的調(diào)壓閥芯(7)與普通彈簧式壓力調(diào)節(jié)閥一樣，可以使用現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥進(jìn)行改型設(shè)計(jì)或直接改造?？梢允褂萌绫緦?shí)用新型附
圖1所給出的移動(dòng)閥芯的形式，其閥芯也可以是變形薄膜形式?？煽匦孤╅y(19)可以使用普通的通止閥，只是在閥門上并連一個(gè)節(jié)流小孔，使其在截止時(shí)，還有一個(gè)小的節(jié)流通路。節(jié)流小孔可以做在閥芯上，也可以是單獨(dú)的支路。
在本實(shí)用新型中，減速器(14)可以使用多級(jí)普通減速器，也可以使用諧波齒輪減速器，有較大的減速比。還可以使用專利申請?zhí)枮镃N91103847的“一種大速經(jīng)差動(dòng)減速器”，有很高的減速比和很小的體積。在本實(shí)用新型中的數(shù)控電機(jī)(15)，可以使用普通的步進(jìn)電機(jī)，但為簡化電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也可以采用用稀土永磁材料做轉(zhuǎn)子的交流同步電動(dòng)機(jī)。如使用變頻電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可以通過調(diào)整變頻電源的頻率來調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，例如專利號(hào)為CN89209067的專利。或使用以霍爾元件為無機(jī)械接觸同步換向控制器的檢測元件的隨機(jī)同軸換向電動(dòng)機(jī)，例如專利號(hào)為CN89215098的專利。和普通直流電機(jī)一樣，可以通過輸入電壓控制電機(jī)工業(yè)工況，也可以用數(shù)控方法對其控制。采用稀土材料的永磁轉(zhuǎn)子，可以比感應(yīng)電機(jī)有更大的起動(dòng)力矩，制造簡單。本實(shí)用新型還可以把電機(jī)與減速器做成一個(gè)整體，例如專利申請?zhí)枮镃N91103795的“一種差動(dòng)減速電動(dòng)伺服單元”的專利，有更小的組合結(jié)構(gòu)尺寸。
在本實(shí)用新型中，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(11)可以選用美國ME公司(MECHATRONICBQUIPMENT INC.)的I／OK32，或是美國OPTO 22公司的PB16AH。插于標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)介面(11)中的適配模塊(16)、(17)和(18)可以分別是美國OPTO 22公司的OAC5和AD3模塊。中央控制計(jì)算機(jī)(10)可以選用美國OPTO 22公司的LC4控制器，也可以選用美國ME公司PCS－1工業(yè)過程控制工作站。
權(quán)利要求1.一種機(jī)電一體化數(shù)控氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，它有閥體(1)、閥芯(2)、連桿(3)、氣膜(4)、氣室(5)、氣源(6)、調(diào)壓閥芯(7)、壓縮彈簧(8)和滑塊(9)，其特征在于在滑塊(9)軸線上有螺紋，有螺桿(13)與該螺紋相配，螺桿(13)上端有大速比減速器(14)和數(shù)控電機(jī)(15)，在閥體(1)近旁有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(11)，在氣室(5)上裝有壓力傳感器(12)和可控泄漏閥(19)，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(11)中插有對數(shù)控電機(jī)(15)進(jìn)行控制的適配模塊(16)，對可控泄漏閥(19)進(jìn)行控制的適配模塊(17)以及連接于壓力傳感器(12)的測量適配模塊(18)，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(11)通過標(biāo)準(zhǔn)串行接口與可為其它測量控制系統(tǒng)所共有的中央控制計(jì)算機(jī)(10)相連。
專利摘要一種機(jī)電一體化數(shù)控氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，它適用于各種大型輸氣、液管路中的流量調(diào)節(jié)。它包括普通氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣源、調(diào)壓閥芯、滑塊等，其特征在于有螺桿與滑塊相配，其上端接有大速比減速器和數(shù)控電機(jī)，在氣動(dòng)閥氣室上裝有壓力傳感器和可控泄漏閥。有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面和插于其內(nèi)的適配模塊，控制介面通過串口與可共有的中央控制計(jì)算機(jī)相連。采用計(jì)算機(jī)和控制介面加測控元件的機(jī)電一體化形式，可以數(shù)字控制閥門的開度值，操作方便。
文檔編號(hào)F16K31/04GK2138727SQ91232100
公開日1993年7月21日 申請日期1991年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月20日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗(yàn)廠