基于差速行星轮机构的阀门顺序启闭装置的设计.pdf

F L UI D MAC HI NE RY Vo 1 ． 4 3， N o ． 5， 2 0 1 5 文章编号 1 0 0 5 0 3 2 9 2 0 1 5 0 5 0 0 4 6 0 4 基于差速行星轮机构的阀门顺序启闭装置的设计 邓英剑 ， 刘忠伟 ， 翟启， 陈臻阳 湖南工业大学， 湖南株洲4 1 2 0 0 7 摘要 设计了一种基于差速行星轮机构的阀门顺序启闭装置的阀门， 通过采用锥阀和球阀双重密封， 同时利用差速 行星轮机构两边输出能够转换的特点与圆弧锁止器相结合， 从而实现球阀和锥阀的相关顺序动作， 在结构上保证了“ 开 启时， 锥阀先开启球阀后开启 ； 关闭时， 球阀先关闭锥阀后关闭” 的顺序动作， 从而保证锥阀避免高压的冲蚀， 提高了阀门 的使用寿命、 可靠性以及控制的精确性。 关键词 差速行星轮机构； 顺序动作； 启闭装置 中图分类号 T H1 3 6 文献标志码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 0 3 2 9 ． 2 0 1 5 ． 0 5 ． 0 1 0 De s i g n o f t h e op e n i I I g a n d Cl o s i n g De v i c e o f t h e Hii g h P r e s s u r e Va l v e B a s e d o n Di f jF e r e n t i a l Di r e n t i a l P l a n e t Ge a r M e c h a n i s m D E N G Y i n g - j i a n ， L I U Z h o n g w e i ， Z H A I Q i ， C H E N Z h e n - y a n g Hu n a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Z h u z h o u 4 1 2 0 0 7 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e v a l v e s a r e i mp o a n t c o mp o n e n t s o f t h e p r e s s u r e p i p i n g s y s t e ms ． T h e l e a k a g e 。 i n t e r n a l l e a k a g e a l e c o mmo n p h e n o me n o n o f v a l v e s ． I n o r d e r t o s o l v e t h i s p r o b l e m， a o p e n i n g a n d c l o s i n g d e v i c e o f t h e v a l v e i s d e s i g n e d b a s e d o n the d i ff e r e n t i a l p l ane t a r y g e ar ， b y a d o p t i n g d o u b l e s e ali n g w h i c h i n c l u d i n g c o n e v a l v e a n d b a l l v alv e ， a t t h e s a me t i me t a k i n g a d v ant a g e o f t h e o n b o t h s i d e s o f t h e o u t p u t t r an s f o r m c h a r a c t e r i s t i c s u s e o f d i f f e r e n t i a l p l a n e t a r y g e a r c o mb i n e d w i t h arc l o c k i n g d e v i c e ， i n o rde r t o a c h i e v e t h e r e l e v a n t s e q u e n c e o f a c t i o n s w i t h b a l l a n d c o n e v a l v e， o n t h e s t r u c t u r e t o e n s u r e t h a t“ w h e n o p e n e d， fi r s t t h e c o n e v alv e i s o p e n e d ， t h e n t h e b a l l v a l v e i s o p e n e d； w h e n c l o s e d， fi rst t h e b a l l v alv e i s c l o s e d ， t h e n t h e c o n e v a l v e i s c l o s e d ” ． S o a s t o a v o i d t h e e r o s i o n o f h i g h p r e s s u r e f o r c o n e v a l v e， a n d i mp r o v e t h e s e r v i c e l i f e o f t h e v alv e ， r e l i a b i l i t y an d a c c u r a c y o f c o n t ro1 ． Ke y wo r d s d i ff e r e n t i a l p l a n e t w h e e l me c h a n i s m； s e q u e n c e o f a c t i o n s ； t h e o p e n i n g a n d c l o s i n g d e v i c e l 前言 阀门是压力管道 系统 的重要组成部件 。 其主 要功能是接通和截断介质 ； 防止介质倒流 ； 调节介 质压力、 流量、 分离、 混合或者分配介质； 防止介质 压力超过规定数值， 以保证管道或设备安全运行 等 J 。其中高压 阀门主要应用于电力 、 石油 、 化 工 、 冶金等行业 。目前我 国企业生产的各种 阀门 普遍存在着外漏 、 内漏 、 外观质量不高、 寿命短 、 操 作不灵活以及 阀门启闭装置不可靠等缺点。 收稿 日期 2 0 1 4 0 92 3 修稿 日期 2 0 1 41 03 0 基金项 目 湖南省科学技术厅科 技计划 资助项 目 2 0 1 3 F J 3 0 9 7 阀门工作时最主要的要求就是能可靠的进行 密封。一般来说 ， 阀门的工况都比较恶劣 ， 工作一 段时间后极易发生泄漏并很快造成失效。为了防 止这种情况发生 ， 如湖南某公 司生产 的活动式复 合 阀， 就采取了锥 阀和球 阀双重密封 J 。但此装 置采用了凸轮作为传动机构 ， 来控制锥 阀和球 阀 的顺序开启与关闭动作 ， 操作阀门启 闭时非 常费 力 ， 而且 凸轮为高副接触 ， 单位应力较大 ， 凸轮容 易损坏 ， 更换 比较频繁。 为了解决现有技术 中启 闭阀门时操作费力 、 F LUI D MACHI NERY Vo 1 ． 4 3， No ． 5， 2 01 5 当高压阀门处于完全关闭时， 球阀止锁器处 于锁死状态 ， 锥阀止锁器处于被解开状态。 1 锥阀开启 顺时针旋转手轮 ， 主动锥齿轮带动从动锥齿 轮转动 ， 由于开启球阀所需 的力远大于开启锥阀 所需的力 ， 此时差速行星轮系 的特点 当一边输 出所需的力远大于另一边输 出所需的力 ， 则行星 轮只从受力小 的那边输 出 ， 而另一边 为零输 出 就体现 出来了 ， 差速器右输出轮不转动 ， 差速器只 通过左输 出锥齿 轮输 出， 再通过 由 1 5 、 2 0 、 l 8 、 1 7 组成的齿轮系获得较大 的传动 比， 从锥 阀杆齿轮 输 出， 使锥阀控制杆 向上运动。 2 球阀传动轴解锁 锥阀控制杆上升过程 中， 复合式多层 内齿圈 中不完全齿轮和球阀止锁 器控制杆上齿轮啮合 ， 使球阀止锁器控制杆圆弧止锁器与球 阀传动轴止 锁器脱离 ， 球阀传动轴的锁死状态被解开。 3 球阀开启 锥阀完全打开后 ， 此 时差速器左输 出锥齿轮 不转动 ， 差速器只能通过右输出齿轮输出， 再通过 1 2 、 7组成的齿轮系 ， 以及 9 、 1 0槽轮机构输 出， 使 球 阀控制杆旋转 9 0 。 ， 球 阀完全关闭时， 拨盘继续 旋转 ， 直到被挡块挡住 ， 无法运动 ， 此时球阀杆完 全开启。 4 锥阀传动轴锁死 球阀开启 的同时复合式多层 内齿圈中不完全 齿轮和锥阀止锁器控制杆 上齿轮 啮合 ， 使锥 阀止 锁器控制杆圆弧止锁器与锥阀传动轴止锁器接 触 ， 锥阀传动轴被锁死 。 2 ． 2 ． 2 高压阀门的关闭过程 当高压阀门处于完全开启 时， 球 阀止锁器处 于被解开状态 ， 锥阀止锁器处于锁死状态。 1 球阀关闭 逆时针旋转手轮 ， 此时锥 阀锁止器处 于锁死 状态 ， 差速器只通过右输 出齿轮输 出， 再通过 1 2 、 7组成的齿轮系 ， 以及 9、 1 0槽 轮机构输 出， 使球 阀控制杆旋转 9 0 。 ， 球 阀完全 开启 。拨盘被 挡块 挡住 ， 无法继续运动。 2 锥阀传动轴解锁 球阀开启的同时复合式多层内齿圈中不完全 齿轮和锥阀止锁器控制杆上齿轮啮合， 使锥阀止 锁器控制杆圆弧止锁器与锥阀传动轴止锁器脱 离 ， 锥 阀传动轴 的锁死状态被打开。 3 锥阀关 闭 球阀完全打开后 ， 此时差速器右输 出锥齿 轮 不转动 ， 差速器只能通过左输出齿轮输出 ， 再通过 1 5 、 2 0 、 l 8 、 1 7组成 的齿轮系， 获得较大的传动 比， 从锥阀杆齿轮输 出， 使锥阀控制杆向下运动 ， 锥阀 关闭。 4 球阀传动轴锁死 锥 阀控制杆下降过程 中， 复合式多层内齿圈 中不完全齿轮和球阀止锁器控制杆上齿轮啮合 ， 使球阀止锁器控制杆圆弧止锁器与球阀传动轴止 锁器接触 ， 球 阀传动轴被锁死。 3 本方案与目前采用的方案对比 文献[ 2 ] 所采用的方案中 其具体结构如图2 所示 ， 锥 阀和球 阀的顺 序动作控制采用 了凸轮 传动 ， 凸轮装置在工作过程中， 凸轮副在相互作用 时， 其 表 面为线 接触 摩擦， 而且作 用力 高 达 2 0 0 0 N， 磨损相当严重， 导致凸轮的使用寿命极 短 ， 同时 ， 凸轮机构传动精度不高 ， 不适合高压 阀 门的控制。 1 0 9 8 7 1 1 l 2 l 3 1 4 l 5 l 6 1 7 1 8 图2 活动式复合阀结构示意 1 、 5 ． 高压密封垫 ； 2 ． 阀座 ； 3 ． 笼套 ； 4 ． 阀芯 ； 6 ． 下截 止阀杆 ； 7 ． 上截止 阀杆 ； 8 ． 主动齿轮 ； 9 ． 主动凸轮 ； 1 O ． 手轮 ； 1 1 ． 被 动 凸轮 ； 1 2 ． 上球 阀杆 ； 1 3 ． 离合 器 ； 1 4 ． 被动齿 轮 ； 1 5 ． 转接套 ； 1 6 ． 下球 阀杆 ； 1 7 ． 球体 ； 1 8 ． 阀体 而本方案中， 通过差速器行星轮机构 ， 以及采 用槽轮机构对锥 阀和球 阀的顺序动作进行控制 ， 由于槽轮是 由齿轮带动 ， 传动精度高 ， 啮合表面有 润滑油作用 ， 寿命有 了较 明显 的提高。槽轮机构 的分度精度高， 能够精准的控制球阀启闭。同时， 阀门 的启 闭受力 情况 更为平 缓 ， 操作起 来 非常 省力。 2 0 1 5年第 4 3卷第 5期 流体机械 4 9 很显然 ， 基于差速行星轮机构的 阀门顺序启 闭装置具有以下一些优点 1 该方案采用 了球 阀和锥 阀双密封结构 ， 两道密封即相对独立， 又相互保护， 共同作用， 有 效的保证了阀门的密封效果 ； 2 采用了差速行星轮机构 ， 大大的缩小 了 启闭装置所 占的空间； 3 采用槽轮机构来控 制球 阀的启闭 ， 使球 阀的启闭精准度有 了保障 ； 4 阀杆上 的圆弧止锁器控制 了锥 阀杆和球 阀杆 的运动状态 ， 能有效 的控制阀门的启 闭先后 顺序。 4 结 论 1 针对高压阀目前普遍存在泄漏等问题， 提出了球 阀和锥 阀两道阀门密封 的双密封结构 ， 应用差速行星轮机构两边输 出能够转换的特点与 圆弧锁止器相结合 ， 从而实现球阀和锥 阀的相关 顺序动作 ， 在结构上保证了“ 开启 时， 锥 阀先开启 球阀后开启 ； 关闭时， 球 阀先关闭锥 阀后关闭” 的 顺序动作 ， 从而保证锥 阀避免高压的冲蚀 ， 提高了 阀门的使用寿命与可靠性 。 2 顺序动作控 制精度高 ， 保证 了阀门的可 靠关闭， 确保阀门的密封效果， 实现零泄漏。 3 阀门启 闭装置 的操作 省力、 可靠 。使用 寿命长， 维护方便 。 参考文献 韩树新， 盛水平． 承压类特种设备实用技术[ M] ． 北 京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． 毕文阳， 江志农， 刘锦南． 往复压缩机气阀故障模拟 实验与诊断研究 [ J ] ． 流体机械 ， 2 0 1 3 ， 4 1 6 6 1 0 ． 张云， 江志农， 张进杰． 往复式压缩机进气阀优化设 计方法研究 [ J ] ． 流体机械， 2 0 1 4 ， 4 2 1 4 O _ 4 2 ． 韦晨 ， 王泽军， 谭蔚 ， 等． 气瓶动态爆破压力预测 [ J ] ． 压力容器， 2 0 1 4 ， 3 1 4 4 l _ 4 8 ． 王兆然． 膜 片式低 压流量阀的设计与仿真研 究 [ J ] ． 机 电工程 ， 2 0 1 3 ， 3 0 7 7 8 8 9 2 ． 孔华山， 张湘泉 ， 袁军． 活动式复合阀[ P] ． 中国专 利 Z L 2 0 0 7 2 0 0 6 2 4 4 4 ． 3 ． 作者简介 邓英剑 1 9 6 9一 ， 女 ， 教授 ， 硕士 ， 目前主要从事机 械设计及理论 、 液压传动 与控制 等方面 的教学与研 究工作 ， 通讯 地址 4 1 2 0 0 7湖南株洲市天元 区泰 山西路 8 8号 ， 湖南工业大学机 械学院机电系。 上接 第5页 [ 8 ] 张攀峰， 邓松圣， 张福伦． 含油废水动态旋流分离技 术研究[ J ] ． 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输差 的研 究 ， 通讯地址 2 1 3 0 1 6江苏常州市钟楼 区常州 大学 白云校 区石油 工程 学院。 ] ] ] ] ] ]