截止阀及阀门控制方法与流程

本发明涉及管道运输控制领域，特别涉及一种截止阀及阀门控制方法。

背景技术：

1、随着现代工业的不断发展，截止阀应用于石油化工、电力工程、冶金工业、城市建设、化工厂等行业，因管道控制的多样性和工艺条件的复杂性，对于控制阀的需求量不断提高。在流体管道中，截止阀是接通或切断管道介质的重要开关。传统的截止阀通过手动或电动操控阀件(旋转手轮)带动阀杆轴向运动来启闭阀瓣对介质进行流通和阻断控制，从而实现管路连通与关闭，但也会导致出现下列问题：1、电动控制的截止阀，往往需要一台电动装置控制一个截止阀，所占空间大且造价昂贵；2、电动装置通常竖直摆放，导致电动机的主轴承受压力过大，工作时若出现机械不平衡易造成损坏情况；3、若某电动机发生故障，其控制的截止阀也不会工作，导致系统整体可靠性不高；4、传统截止阀内介质通道曲折、能耗消耗大，流体阻力损失较大；5、截止阀处于关闭状态，截止阀依靠阀杠压力将阀瓣密封面与阀座密封面紧密贴合，阻止介质流通，电动装置机械出现故障后，不能保证闭合状态；6、传统截止阀密封面长期与管道内流动介质接触，易腐蚀磨损，密封性变差，易导致关闭后介质泄漏情况。

2、现有技术中除了手动和电动截止阀以外，还有气动驱动的截止阀，例如中国专利cn206017745u公开了一种气动截止阀，包括手轮、手动杆、气动轴、承载体、阀盖和阀体，手轮的下方安装有手动杆，且手动杆与手轮相连接，承载体的下方安装有联轴器，且联轴器与阀杆相连接，阀盖的下方固定设置有阀瓣，且阀瓣与阀体相连接，手动杆的右侧固定设置有锁紧器，承载体与阀盖通过旋转杆相连接，联轴器的两侧固定安装有旋转杆。该气动截止阀，手轮的旋转范围为0至90°，流体阻力大时，开启和关闭时只需旋转最大角度90°即可。该类方案仍需要手动，且结构较为复杂，成本高。

3、因此，亟需一种截止阀及阀门控制方法，避免手动和电控节流阀的高昂造价，可实现直通式、依靠截止阀内介质压力维持闭合状态，不会因为气动装置的故障而影响其当下工作状态。

4、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种截止阀及阀门控制方法，可实现直通式、依靠截止阀内介质压力维持闭合状态，不会因为气动装置的故障而影响其当下工作状态。

2、为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种截止阀，包括：阀门管件，其安装在介质管道上且所述阀门管件的内径大于介质管道的内径，该阀门管件底部设有对称分布的第一扇形通孔；阀块，其为阶梯圆柱状结构且该阀块外径与阀门管件内径尺寸相适配，该阀块设有沿轴向延伸、且与第一扇形通孔尺寸相同的第二扇形通孔；阶梯圆柱状结构的阶梯面与阀门管件底部之间构成一环形容腔；环形管状气囊，其设置在环形容腔中，该环形管状气囊在充气过程中，阀块通过阀门管件内壁面上的凹面轨道将作用在阀块上的轴向力转化为旋转驱动力。

3、进一步，上述技术方案中，对称分布的两个第一扇形通孔的面积之和等于介质管道的横截面积；对称分布的两个第二扇形通孔的面积之和也等于介质管道的横截面积。

4、进一步，上述技术方案中，第一扇形通孔、第二扇形通孔的开孔范围均小于二分之一圆周。

5、进一步，上述技术方案中，阀门管件底部外缘可设有环形楔状凸起，该环形楔状凸起的内径与阀块阶梯圆柱的第一阶直径相适配；该环形楔状凸起的外缘面与阶梯圆柱状结构的阶梯面之间构成环形容腔。

6、进一步，上述技术方案中，阀块阶梯圆柱的第二阶外缘面上可设有第一滚珠凹槽，相应地，阀门管件的内壁面上设有波浪形的凹面轨道，第一滚珠在波浪形的凹面轨道内滚动形成阀块的旋转。

7、进一步，上述技术方案中，波浪形的凹面轨道沿圆周可设有四节，每节可包括斜向设置的第一段和横向设置的第二段，第一滚珠从本节第一段的起始位置运动至下一节第一段的起始位置，阀块完成90°的旋转，进而实现截止阀的完全开启或完全关闭。

8、进一步，上述技术方案中，环形容腔内、靠近阀块阶梯圆柱状结构的阶梯面一侧可设有滚动环，阶梯面上设有第二滚珠凹槽，阀块在旋转过程中阶梯面与滚动环通过第二滚珠形成滚动摩擦。

9、进一步，上述技术方案中，滚动环面向环形容腔的一侧可设有与环形管状气囊相适配的弧面。

10、进一步，上述技术方案中，阀块与阀门管件底面的接合处设有密封层，该密封层可粘接在阀块阶梯圆柱状结构的第一阶端面上。

11、进一步，上述技术方案中，环形管状气囊可通过外部输气管线与充气装置连接，用于对环形管状气囊进行充气和泄气。

12、根据本发明的第二方面，本发明提供了一种阀门控制方法，使用如前所述的截止阀控制介质管道的开启和关闭，包括如下步骤：a、将具有阶梯圆柱状结构的阀块安装在阀门管件底部，使得第一阶插设在环形楔状凸起的内缘中，阶梯面与环形楔状凸起的外缘面构成一环形容腔；b、对环形容腔内的环形管状气囊进行充气，使得阀块受到一个远离阀门管件底部的轴向力；c、在轴向力的作用下，阶梯圆柱第二阶外缘面上的第一滚珠沿阀门管件内壁面上的波浪形凹面轨道滚动，使得轴向力转化为阀块的旋转驱动力。

13、进一步，上述技术方案中，步骤c中的轴向力转化为阀块的旋转驱动力可以具体为：将波浪形凹面轨道沿圆周设置四节，每节包括斜向设置的第一段和横向设置的第二段，第一滚珠从本节第一段的起始位置运动至下一节第一段的起始位置，阀块完成90°的旋转，进而实现截止阀的完全开启或完全关闭。

14、进一步，上述技术方案中，第一滚珠完成一个运动周期的过程可包括：第一滚珠从本节第一段的起始位置沿第一段斜向运动至第二段的起始位置，此时阀块完成90°的旋转且环形管状气囊的充气结束并进行泄气；泄气后，阀块在介质压力的作用下重新与阀门管件底部密封贴合。

15、进一步，上述技术方案中，阀块在旋转过程中可在阶梯面处形成滚动摩擦。

16、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

17、1)本发明通过阀门管件和阀块的结构设计，最大限度内地节省了截止阀的占用空间；截止阀设计为直通式，能耗消耗较小，克服了传统截止阀内介质通道曲折、能耗消耗大，降低阀体和阀瓣密封圈磨损或破坏可能；

18、2)本发明通过环形管状气囊、滚动环以及波浪形凹面轨道的配合，可有效驱动阀块沿圆周方向进行90°旋转，结构简单且截止阀的开启和关闭更便于操控；

19、3)本发明可利用截止阀内介质压力维持阀门的开启、闭合状态，不会因为气动装置的故障而影响其当下工作状态；

20、4)本发明的截止阀密封面与管内介质接触时间短，仅在动作过程中大面积接触，密封面老化速度减慢，可杜绝密封圈因丧失密封性而导致关闭后介质泄漏情况；

21、5)本发明采用气动驱动截止阀进行开关动作，无机械、方向及位置等要求，气动装置可同时控制多个截止阀，减少所占空间增加、降低控制成本；应用本发明的气动截止阀，可通过两台及以上气动装置并联控制节截止阀，提高管路系统的可靠性。

22、上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。