本發(fā)明涉及一種閥門執(zhí)行器領(lǐng)域，具體涉及一種基于氣液組合彈簧的閥門執(zhí)行器。

背景技術(shù)：

閥門執(zhí)行器是實現(xiàn)閥門開啟或者關(guān)閉的驅(qū)動機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)一般包括動力執(zhí)行件、執(zhí)行箱體，和彈簧缸體，一般在緊急情況下的工況使用工藝和管道應(yīng)用系統(tǒng)中，在出現(xiàn)緊急情況的時候，同時控制系統(tǒng)又失去電源、或者氣源時，單作用執(zhí)行機構(gòu)能自動復(fù)位，驅(qū)動閥門到預(yù)先設(shè)計的故障安全位置，從而把整個裝置潛在危險降到最低。單作用執(zhí)行器通常是用壓縮的金屬彈簧儲存的能量、UPS應(yīng)急電源、或者儲能器罐、還有重錘等其他預(yù)先儲存的能量來作為執(zhí)行器驅(qū)動的動力。其中壓縮的金屬彈簧是使用最多的一種執(zhí)行器驅(qū)動方式。

執(zhí)行器彈簧缸是一種利用壓縮彈簧的彈性來工作的機械組件。彈簧是用彈性材料制成的零件，在外力作用下發(fā)生形變，除去外力后又恢復(fù)原狀。彈簧一般用彈簧鋼制成。隨著系統(tǒng)整體安全等級的提高和執(zhí)行器整體安全水平的不斷提升，用作閥門執(zhí)行器的彈簧要求也必須有足夠的機械壽命、疲勞強度和重復(fù)使用壽命，更不能夠發(fā)生彈簧斷裂的嚴(yán)重事故。

然而在實際應(yīng)用中的情況是，管線閥門愈來愈多使用大口徑、高磅級大扭矩，在異常情況下打開或者關(guān)閉這些緊急切斷閥，我們采用傳統(tǒng)彈簧作為配套需要的閥門執(zhí)行器越來越不適應(yīng)：重量重、體積大、占用空間、彈簧長期處于受壓狀態(tài)，剛度減小、彈力降低、容易疲勞失效、彈簧變形、運動異響、甚至發(fā)生彈簧折斷的嚴(yán)重事故。現(xiàn)場更換困難、制造過程中消耗能源。

采用傳統(tǒng)彈簧缸作為配套需要的閥門執(zhí)行器（如圖1所示）主要存在以下缺陷：

1. 驅(qū)動大尺寸閥門的執(zhí)行器彈簧缸一直是一個難題：質(zhì)量重、體積大、占用空間、浪費資源。

2. 根據(jù)單作用彈簧執(zhí)行器的工作特點，彈簧長期處于壓縮狀態(tài)，容易壓縮變形，出現(xiàn)彈簧疲勞，彈簧失去原有的彈性，降低緊急情況下動作的可靠性。

3. 正常使用過程中隨著使用時間推移和動作頻度的增加，簧會疲勞失效，推力逐步減小或者降低。執(zhí)行器動作可靠性和富裕安全系數(shù)在不斷降低。

4. 執(zhí)行器需要的彈簧的力量無法進行精確量化處理，驅(qū)動閥門的時間和速度不可以精細控制。彈簧一旦成形輸出力就確定了，彈簧力不可能調(diào)整，更不可能增加。

5. 彈簧容易變形和產(chǎn)生異響，給人造成不安全的心理負擔(dān)；執(zhí)行器彈簧斷裂也是時有發(fā)生。

6. 由于單作用執(zhí)行器的工作特點，彈簧輸出到底時還必須有相當(dāng)量的力驅(qū)動閥門，因此傳統(tǒng)金屬彈簧缸裝配到執(zhí)行器上面的時候需要專用工裝壓縮裝配、裝配效率、裝配風(fēng)險大。

7. 彈簧缸組件一旦需要在現(xiàn)場進行更換和維修就變得十分的不可能或者非常難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的即在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于氣液組合彈簧的閥門執(zhí)行器，解決現(xiàn)有閥門執(zhí)行器的采用傳統(tǒng)彈簧缸質(zhì)量重、體積大、占用空間、容易疲勞失效、安裝麻煩等問題。

本發(fā)明的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于氣液組合彈簧的閥門執(zhí)行器，包括執(zhí)行器和動力缸，所述動力缸安裝在執(zhí)行器一側(cè)上，所述執(zhí)行器另一側(cè)上設(shè)置有氣液組合彈簧缸，所述氣液組合彈簧缸包括彈簧缸體、彈簧活塞和彈簧活塞桿，所述彈簧活塞桿設(shè)置在彈簧缸體內(nèi)，所述彈簧活塞固定設(shè)置在彈簧活塞桿上，所述彈簧缸體上設(shè)置有氣液組合彈簧裝置，所述氣液組合彈簧裝置包括壓力容器罐，所述壓力容器罐上端設(shè)置有氣體輸入口，所述壓力容器罐內(nèi)的上部和下部分別為壓縮氣體腔和液壓油腔，所述壓縮氣體腔內(nèi)填充壓縮氣體，所述液壓油腔內(nèi)填充有液壓油，所述壓力容器罐下端設(shè)有液壓油出口。

進一步的，所述動力缸采用液壓油缸或氣動缸。

進一步的，所述彈簧活塞后端的彈簧活塞桿上設(shè)置有彈簧。在原有彈簧缸的基礎(chǔ)上，將彈簧缸內(nèi)的彈簧前端設(shè)置一個與彈簧活塞桿聯(lián)動的彈簧活塞，同時，在彈簧缸上加設(shè)“氣液組合彈簧裝置”，通過加設(shè)“氣液組合彈簧裝置”可以大大減小原有彈簧缸的安裝尺寸，原有設(shè)置的彈簧起主要彈力，而通過改進，現(xiàn)有設(shè)置的彈簧只是起到輔助作用。

進一步的，所述動力缸包括缸體、活塞和活塞桿，所述動力缸的缸體安裝在執(zhí)行器的箱體上，所述動力缸的活塞桿與執(zhí)行器的撥叉聯(lián)動，所述動力缸的活塞桿與氣液組合彈簧缸的彈簧活塞桿同軸連接。

進一步的所述氣液組合彈簧裝置的液壓油出口通過油管與彈簧活塞后端的彈簧缸體連通，動力缸進氣時，動力缸的活塞動活塞桿向前運動，活塞桿動撥叉打開閥門，同時，所述氣液組合彈簧裝置被壓縮，動力缸泄氣時，活塞在氣液組合彈簧裝置和動力缸共同作用下拉動活塞桿回縮，活塞桿帶動撥叉反向活動關(guān)閉閥門。

進一步的，所述氣液組合彈簧裝置的液壓油出口通過油管與彈簧活塞后端的彈簧缸體連通，動力缸進氣時，動力缸的活塞推動活塞桿向前運動，活塞桿推動撥叉打開閥門，同時，所述氣液組合彈簧裝置和彈簧被壓縮，動力缸泄氣時，活塞在氣液組合彈簧裝置、彈簧和動力缸共同作用下拉動活塞桿回縮，活塞桿帶動撥叉反向活動關(guān)閉閥門。

進一步的，所述壓力容器罐上端還設(shè)置有實時監(jiān)測其內(nèi)部壓力的壓力表。

進一步的，所述壓力容器罐內(nèi)的液壓油出口處設(shè)置有油液過濾裝置，用于過濾液壓油內(nèi)的雜質(zhì)。

進一步的，所述油管上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥，通過流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)液壓油的流量，從而控制壓力釋放的速度，確保軟彈簧的運動過程和動作速度精確可控。

進一步的，所述油管上還設(shè)置有關(guān)斷閥用于隨時關(guān)閉或開啟氣液組合彈簧裝置。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

1、將同樣功能的“氣液組合彈簧裝置”來替代傳統(tǒng)單作用閥門執(zhí)行器用的金屬彈簧或者金屬彈簧缸。 “氣液組合彈簧裝置”無論是結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、制造成本、安裝工作難度、執(zhí)行器驅(qū)動閥門應(yīng)用效率、現(xiàn)場更換和故障維修都得到極大的改善。

利用氣液組合彈簧裝置與替代傳統(tǒng)的金屬彈簧普通的金屬彈簧比較，高壓氣體具有體積小、重量輕、容易壓縮、不易疲勞、可重復(fù)使用、響應(yīng)迅速、充壓方便。

無論現(xiàn)場在工廠安裝還是現(xiàn)場替換更換過程中，都無任何意外，安全性比傳統(tǒng)彈簧更加可靠、使用安全、安裝方便、更換容易。

節(jié)能環(huán)保、無污染、無干擾、無噪音等諸多無可比擬的優(yōu)點。在油氣儲運、石油天然氣、化工、冶金等廣泛采用單作用執(zhí)行器的閥門和其它工業(yè)領(lǐng)域，該裝置用來替代彈簧作為輸出控制裝置使用，可以減少彈簧鋼等系列金屬材料的使用。

氣液組合彈簧裝置采用液壓油作為傳動介質(zhì)具有剛性大、彈性小、不易壓縮、傳動平緩、可實現(xiàn)無極調(diào)速、自帶潤滑、無銹蝕。

2、在原有彈簧缸的基礎(chǔ)上，將彈簧缸內(nèi)的彈簧前端設(shè)置一個與彈簧活塞桿聯(lián)動的彈簧活塞，同時，在彈簧缸上加設(shè)“氣液組合彈簧裝置”，通過加設(shè)“氣液組合彈簧裝置”可以大大減小原有彈簧缸的安裝尺寸，原有設(shè)置的彈簧起主要彈力，而通過改進，現(xiàn)有設(shè)置的彈簧只是起到輔助作用。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：

圖1為現(xiàn)有閥門執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明采用氣動缸的閥門執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明帶有彈簧采用氣動缸的閥門執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明采用液動油缸的閥門執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明帶有彈簧采用液動油缸的閥門執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱：

1-執(zhí)行器，2-動力缸，3-氣液組合彈簧缸，4-彈簧缸體，5-彈簧活塞，6-彈簧活塞桿，7-氣液組合彈簧裝置，8-壓力容器罐，9-氣體輸入口，10-壓縮氣體腔，11-液壓油腔，12-液壓油出口，13-彈簧，14-缸體，15-活塞，16-活塞桿，17-撥叉，18-壓力表，19-油管，20-油液過濾裝置，21-流量調(diào)節(jié)閥，22-關(guān)斷閥。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定，需說明的是在本申請描述中，氣液組合彈簧缸3的執(zhí)行器1設(shè)置的方向為氣液組合彈簧缸3前方，方向，為氣液組合彈簧缸3后方；動力缸2的執(zhí)行器1設(shè)置的方向為動力缸2前方，方向，為動力缸2后方。

實施例1

如圖2所示，一種基于氣液組合彈簧的閥門執(zhí)行器，包括執(zhí)行器1和動力缸2，動力缸2采用氣動缸，氣動缸安裝在執(zhí)行器1一側(cè)上，氣動缸與執(zhí)行器1的安裝連接方式和現(xiàn)有技術(shù)相同，執(zhí)行器1的結(jié)構(gòu)也采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，執(zhí)行器1另一側(cè)上設(shè)置有氣液組合彈簧缸3，氣液組合彈簧缸3包括彈簧缸體4、彈簧活塞5和彈簧活塞桿6，彈簧活塞桿6設(shè)置在彈簧缸體4內(nèi)，彈簧活塞5固定設(shè)置在彈簧活塞桿6上，彈簧缸體4上設(shè)置有氣液組合彈簧裝置7，氣液組合彈簧裝置7包括壓力容器罐8，壓力容器罐8上端設(shè)置有氣體輸入口9，壓力容器罐8內(nèi)的上部和下部分別為壓縮氣體腔10和液壓油腔11，壓縮氣體腔10內(nèi)填充壓縮氣體，液壓油腔11內(nèi)填充有液壓油，壓力容器罐8下端設(shè)有液壓油出口12。

氣動缸包括缸體14、活塞15和活塞桿16，氣動缸也是采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，氣動缸的缸體14安裝在執(zhí)行器1的箱體16上，氣動缸的活塞桿15與執(zhí)行器1的撥叉17聯(lián)動，氣動缸的活塞桿16與氣液組合彈簧缸3的彈簧活塞桿6同軸連接。

氣液組合彈簧裝置7的液壓油出口12通過油管19與彈簧活塞5后端的彈簧缸體4連通，氣動缸進氣時，氣動缸的活塞15推動活塞桿16向前運動，活塞桿16推動撥叉17打開閥門，同時，氣液組合彈簧裝置7被壓縮，氣動缸泄氣時，活塞15在氣液組合彈簧裝置7和氣動缸共同作用下拉動活塞桿16回縮，活塞桿16帶動撥叉17反向活動關(guān)閉閥門。

壓力容器罐8上端還設(shè)置有實時監(jiān)測其內(nèi)部壓力的壓力表18，壓力表18可以方便的指示氣體壓力的大小、把軟彈簧的數(shù)值準(zhǔn)確地進行數(shù)字化顯示，從而精確地控制所需要力量的大小，當(dāng)然也可以用壓力變送器或者壓力傳感器來達到同樣的量化壓力。壓力容器罐8內(nèi)的液壓油出口12處設(shè)置有油液過濾裝置20，用于過濾液壓油內(nèi)的雜質(zhì)。油管19上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥21控制氣液組合彈簧裝置7的彈性強度。油管19上還設(shè)置有關(guān)斷閥22用于隨時關(guān)閉或開啟氣液組合彈簧裝置7。

氣液組合彈簧裝置7的結(jié)構(gòu)原理：油氣彈簧在密閉的容器中充入壓縮氣體和油液，利用氣體的可壓縮性實現(xiàn)彈簧作用的裝置稱油氣彈簧。油氣彈簧以惰性氣體(氮氣)作為彈性介質(zhì)，用油液作為傳力介質(zhì)，一般是由氣體彈簧和相當(dāng)于液力減振器的液壓缸所組成的。

特點：由于氮氣等壓縮氣體貯存在密閉的球形氣室內(nèi)，其壓力隨外載荷的大小而變化，故油氣彈簧具有變剛度的特性，同時又起液力減振器的作用。

類型：根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，油氣彈簧分為單氣室、雙氣室以及兩級壓力式 。單氣室油氣彈簧又分為油氣分隔式和油氣不分隔式兩種。本發(fā)明采用的是油氣不分隔式。

本發(fā)明一種基于氣液組合彈簧的閥門執(zhí)行器工作原理及動作關(guān)系，壓力容器罐8是主要的儲能裝置，是壓縮氣體儲存的主體；底端液壓油既是高壓氣體的密閉隔絕介質(zhì)、也是工作期間動力氣體能量釋放、實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的傳動介質(zhì)；系統(tǒng)能量的工作動力源自于密閉容器內(nèi)液壓油頂端空間的高壓可壓縮氣體。

利用儲存（預(yù)先充氣）在壓力容器罐8的高壓密閉壓縮氣體作為動力，利用壓力容器罐8和下端的液壓油作為隔離，利用液體油作為傳動介質(zhì)把高壓壓縮氣體儲存的能量平穩(wěn)、安全的轉(zhuǎn)化為能量釋放出來。當(dāng)液壓油沿返回壓力罐時，密閉氣體壓力又自動增壓儲能，以備再次使用。

輸出能量的大小可通過高壓充入氣體的壓力方便的調(diào)節(jié)，通過充氣閥門可輕松的實現(xiàn)密閉空間高壓壓縮氣體的充放，調(diào)節(jié)氣體壓力的大小，從而調(diào)節(jié)軟彈簧的力量。

可通過綜合調(diào)整壓縮氣體的壓力或者體積、以及液壓油的多少來方便的調(diào)節(jié)輸出行程及輸出推力。輸出力方向不受限制，輸出執(zhí)行元件通常是活塞類，可以通過高壓軟管和輸出執(zhí)行元件相連。

本發(fā)明一種基于氣液組合彈簧的閥門執(zhí)行器，結(jié)合氣體與液體的優(yōu)勢，充分利用壓縮氣體和傳動介質(zhì)液體的特點，根據(jù)氣體的可壓縮性特點，把氣體壓縮后的高壓氣體作為彈性元件對外膨脹做功。利用液壓系統(tǒng)液體等壓傳遞原理，把壓縮氣源的壓力通過液體作為傳動介質(zhì)等壓輸出傳遞到執(zhí)行元件。

氣液軟彈簧罐的壓縮氣體體積可控制、壓力（遠程/就地）可監(jiān)測、讀取。高壓壓縮氣體壓力恒定、重復(fù)性高、不易失效和意外發(fā)生。從而執(zhí)行器輸出扭矩可以長時間持續(xù)恒定、達到精確控制執(zhí)行器需要的輸出推力（扭矩）、動作時間的目的。

利用液壓系統(tǒng)調(diào)速閥調(diào)節(jié)大小、輸出流量和動作速度可控制。氣動液壓軟彈簧傳動過程中，可以有效吸收震動和脈動，避免閥門運動過程的竄動、實現(xiàn)執(zhí)行器驅(qū)動閥門動作的平緩。在高磅級、大口徑閥門所需要的大扭矩閥門執(zhí)行器中體現(xiàn)更加明顯。

根據(jù)上述原理，利用可控壓縮氣體與替代傳統(tǒng)的金屬彈簧普通的金屬彈簧比較，高壓氣體具有體積小、重量輕、容易壓縮、不易疲勞、可重復(fù)使用、響應(yīng)迅速、充壓方便。 無論現(xiàn)場在工廠安裝還是現(xiàn)場替換更換過程中，都無任何意外，安全性比傳統(tǒng)彈簧更加可靠、使用安全、安裝方便、更換容易。節(jié)能環(huán)保、無污染、無干擾、無噪音、性能穩(wěn)定、輸出速度和力量調(diào)節(jié)方便等諸多無可比擬的優(yōu)點。在油氣儲運、石油天然氣、化工、冶金等廣泛采用單作用執(zhí)行器的閥門和其它工業(yè)領(lǐng)域，該裝置用來替代彈簧作為輸出控制裝置使用，可以減少彈簧鋼等系列金屬材料的使用。

實施例2

如圖3所示，一種基于氣液組合彈簧的閥門執(zhí)行器，在實施例1的基礎(chǔ)上，彈簧活塞5后端的彈簧活塞桿6上設(shè)置有彈簧13。氣動缸進氣時，氣動缸的活塞15推動活塞桿16向前運動，活塞桿16推動撥叉17打開閥門，同時，所述氣液組合彈簧裝置7和彈簧13被壓縮，氣動缸泄氣時，活塞15在氣液組合彈簧裝置7、彈簧13和氣動缸共同作用下拉動活塞桿16回縮，活塞桿16帶動撥叉17反向活動關(guān)閉閥門。

在原有彈簧缸的基礎(chǔ)上，將彈簧缸內(nèi)的彈簧前端設(shè)置一個與彈簧活塞桿聯(lián)動的彈簧活塞，同時，在彈簧缸上加設(shè)“氣液組合彈簧裝置”，通過加設(shè)“氣液組合彈簧裝置”可以大大減小原有彈簧缸的安裝尺寸，原有設(shè)置的彈簧起主要彈力，而通過改進，現(xiàn)有設(shè)置的彈簧只是起到輔助作用。

實施例3

如圖4所示，一種基于氣液組合彈簧的閥門執(zhí)行器，在實施例1的基礎(chǔ)上，動力缸2采用液壓油缸，液壓油缸進油時，液壓油缸的活塞15推動活塞桿16向前運動，活塞桿16推動撥叉17打開閥門，同時，所述氣液組合彈簧裝置7和彈簧13被壓縮，液壓油缸泄油時，活塞15在氣液組合彈簧裝置7、彈簧13和液壓油缸共同作用下拉動活塞桿16回縮，活塞桿16帶動撥叉17反向活動關(guān)閉閥門。

實施例4

如圖5所示，一種基于氣液組合彈簧的閥門執(zhí)行器，在實施例1的基礎(chǔ)上，動力缸2采用液壓油缸，并且彈簧活塞5后端的彈簧活塞桿6上設(shè)置有彈簧13。液壓油缸進油時，液壓油缸的活塞15推動活塞桿16向前運動，活塞桿16推動撥叉17打開閥門，同時，所述氣液組合彈簧裝置7和彈簧13被壓縮，液壓油缸泄油時，活塞15在氣液組合彈簧裝置7、彈簧13和液壓油缸共同作用下拉動活塞桿16回縮，活塞桿16帶動撥叉17反向活動關(guān)閉閥門。

在原有彈簧缸的基礎(chǔ)上，將彈簧缸內(nèi)的彈簧前端設(shè)置一個與彈簧活塞桿聯(lián)動的彈簧活塞，同時，在彈簧缸上加設(shè)“氣液組合彈簧裝置”，通過加設(shè)“氣液組合彈簧裝置”可以大大減小原有彈簧缸的安裝尺寸，原有設(shè)置的彈簧起主要彈力，而通過改進，現(xiàn)有設(shè)置的彈簧只是起到輔助作用。

所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。