一种深海小型化高精度电动阀装置

1.本发明涉及海洋工程和水下科考装备领域，具体地说是一种深海小型化高精度电动阀装置。


背景技术：

2.深海能力建设是海洋强国建设的重要组成部分，是有效利用深海、保障海洋权益综合国力的体现,拥有深海活动能力是探索未知海洋世界的前提和基础，无论是对深海资源的勘探和开发，还是对各种深海前沿重大科学命题进行探究，都离不开先进的深海水下科考装备。当深海科考及作业潜器在作业的过程中，需要大量使用液压系统，球阀便是其中重要的组成部分，而常见的电动球阀无法直接用于深海环境，需加装耐压密封外壳后使用，但这又会导致其体积重量较大，同时也无法实现阀门开关量的精确控制。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种深海小型化高精度电动阀装置，既实现了小型化目的，又可以实现对电动阀门开关量的精确控制。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
5.一种深海小型化高精度电动阀装置，包括电动阀外壳、步进电机和球阀，其中步进电机设于电动阀外壳中，球阀设于电动阀外壳头端，并且所述球阀位于电动阀外壳内的一端设有球阀手柄，所述电动阀外壳内部设有步进电机固定座、转接盘、输出轴和谐波减速机，其中步进电机固定于所述步进电机固定座远离球阀一侧，转接盘固定于所述步进电机固定座靠近球阀一侧，所述转接盘内设有谐波减速机与所述步进电机输出端连接，所述输出轴一端与所述球阀手柄连接，另一端与所述谐波减速机输出端连接，在所述转接盘内设有支撑所述输出轴的轴承，所述电动阀外壳内部设有控制板卡，所述电动阀外壳尾端设有水密插接件，所述转接盘靠近所述球阀一侧设有编码器，且所述编码器套设于所述输出轴上，水密接插件通过线缆与控制板卡相连，控制板卡分别通过线缆与步进电机和编码器连接。
6.所述电动阀外壳头端设有密封端盖和压紧盖，所述球阀上设有球阀法兰盘，其中密封端盖与电动阀外壳固连，且所述密封端盖与电动阀外壳之间设有头端第一密封圈，所述球阀法兰盘通过压紧盖压紧固定在所述密封端盖上，且所述球阀法兰盘与密封端盖之间设有头端第二密封圈，所述压紧盖边沿和密封端盖边沿通过螺栓固连，所述电动阀外壳尾端设有尾端端盖，且所述尾端端盖与电动阀外壳之间设有尾端密封圈。
7.所述尾端端盖上设有水密插接件。
8.所述控制板卡设于所述密封端盖和转接盘之间的空间中。
9.本发明的优点与积极效果为：
10.1、本发明通过步进电机、步进电机固定座、谐波减速机、轴承、转接盘以及输出轴的组合形成动力输出机构，并且该机构结构紧凑，可以有效降低装置轴向的长度和装置的
重量与体积，实现了本发明的小型化目的。
11.2、本发明利用编码器、控制板卡等元件对步进电机的运动实现闭环控制，进而实现了本发明电动阀门开关量的精确控制，并且本发明通过控制步进电机的输入转速，既可以实现在球阀手柄转动两侧极限位置区间内进行低转速运动，又可以实现在手柄转动中间位置进行高转速运动，进而可以实现较短时间内的电动阀门通断，保证电动阀门的效率。
12.3、本发明内部采用充油设计并通过头端第一密封圈、第二密封圈、尾端密封圈的密封圈组合实现深海高压环境下的密封。
附图说明
13.图1为本发明的外观示意图，
14.图2为本发明的内部结构示意图。
15.其中，1为电动阀外壳，2为尾端端盖，3为水密接插件，4为密封端盖，5为压紧盖，6为球阀，601为球阀手柄，602为球阀法兰盘，7为步进电机，8为步进电机固定座，9为谐波减速机，10为轴承，11为转接盘，12为输出轴，13为编码器，14为控制板卡，15为尾端密封圈，16为头端第一密封圈，17为头端第二密封圈。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明作进一步详述。
17.如图1～2所示，本发明包括电动阀外壳1、步进电机7和球阀6，其中步进电机7设于电动阀外壳1中，球阀6设于电动阀外壳1头端，并且所述球阀6位于电动阀外壳1内的一端设有球阀手柄601，所述球阀手柄601通过所述步进电机7驱动转动。
18.如图2所示，本实施例中，所述电动阀外壳1内部设有步进电机固定座8、转接盘11、输出轴12和谐波减速机9，其中步进电机7固定于所述步进电机固定座8远离球阀6一侧，转接盘11固定于所述步进电机固定座8靠近球阀6一侧，转接盘11内设有谐波减速机9与所述步进电机7输出端连接，所述输出轴12一端与所述球阀手柄601连接，另一端与所述谐波减速机9输出端连接，所述转接盘11内设有支撑所述输出轴12的轴承10。本发明通过上述步进电机7、步进电机固定座8、谐波减速机9、轴承10、转接盘11以及输出轴12的组合形成动力输出机构，并且该机构结构紧凑，实现了本发明的小型化目的。本实施例中，所述球阀手柄601可通过卡槽结构与输出轴12实现对接。
19.如图1～2所示，本实施例中，所述电动阀外壳1头端设有密封端盖4和压紧盖5，所述球阀6上设有球阀法兰盘602，其中密封端盖4与电动阀外壳1固连，且所述密封端盖4与电动阀外壳1之间设有头端第一密封圈16，所述球阀法兰盘602通过压紧盖5压紧固定在所述密封端盖4上，且所述球阀法兰盘602与密封端盖4之间设有头端第二密封圈17，所述压紧盖5边沿和密封端盖4边沿通过沿着圆周方向布置的螺栓固连，所述电动阀外壳1尾端设有尾端端盖2，且所述尾端端盖2与电动阀外壳1之间设有尾端密封圈15。本发明内部采用充油设计并通过所述头端第一密封圈16、第二密封圈17、尾端密封圈15的密封圈组合实现深海高压环境下的密封。
20.如图1～2所示，本实施例中，所述电动阀外壳1内部设有控制板卡14，且所述控制板卡14设于所述密封端盖4和转接盘11之间的空间中，所述尾端端盖2上设有水密插接件3，
且所述水密插接件3通过多根线缆与所述控制板卡14连接，所述转接盘11靠近所述球阀6一侧设有编码器13，且所述编码器13套设于所述输出轴12上，所述控制板卡14分别通过线缆与步进电机7和编码器13连接。本发明工作时，步进电机7驱动输出轴12转动，进而驱动球阀手柄601转动实现球阀6动作，而外部供电及控制信号通过水密接插件3进入本发明内部，并通过多根线缆传输至控制板卡14上，控制板卡14为步进电机7以及编码器13进行供电，并且编码器13将球阀手柄601的实时转动位置信息反馈到控制板卡14中，经处理后控制板卡14发送运动指令至步进电机7控制其转动速度及转动方向，以对步进电机7的运动实现闭环控制，进而可实现本发明的高精度开关量控制。所述水密插接件3、控制板卡14、编码器13、谐波减速机9、球阀6均为本领域公知技术且为市购产品，另外本实施例中，所述控制板卡14可采用嵌入式控制板卡，其可根据具体需要编程设计。
21.本发明的工作原理为：
22.本发明工作时，步进电机7驱动输出轴12转动，进而驱动球阀手柄601转动实现球阀6动作，而外部供电及控制信号通过水密接插件3进入本发明内部，并通过线缆传输至控制板卡14上，控制板卡14为步进电机7以及编码器13进行供电，并且编码器13将球阀手柄601的实时转动位置信息反馈到控制板卡14中，经处理后控制板卡14发送运动指令至步进电机7控制其转动速度及转动方向，以对步进电机7的运动实现闭环控制，进而可实现本发明的高精度开关量控制，其中本发明通过控制步进电机7的输入转速可以实现在球阀手柄601转动两侧极限的位置区间内的低转速运动，而在球阀手柄601转动的中间位置则进行高转速运动，从而可以实现较短时间内的电动阀门通断，保证电动阀门的效率。另外本发明通过步进电机7、步进电机固定座8、谐波减速机9、轴承10、转接盘11以及输出轴12的组合形成动力输出机构，并且该机构结构紧凑，实现了本发明的小型化目的，另外本发明内部采用充油设计并通过头端第一密封圈16、第二密封圈17、尾端密封圈15的密封圈组合实现深海高压环境下的密封。

技术特征：
1.一种深海小型化高精度电动阀装置，其特征在于：包括电动阀外壳(1)、步进电机(7)和球阀(6)，其中步进电机(7)设于电动阀外壳(1)中，球阀(6)设于电动阀外壳(1)头端，并且所述球阀(6)位于电动阀外壳(1)内的一端设有球阀手柄(601)，所述电动阀外壳(1)内部设有步进电机固定座(8)、转接盘(11)、输出轴(12)和谐波减速机(9)，其中步进电机(7)固定于所述步进电机固定座(8)远离球阀(6)一侧，转接盘(11)固定于所述步进电机固定座(8)靠近球阀(6)一侧，所述转接盘(11)内设有谐波减速机(9)与所述步进电机(7)输出端连接，所述输出轴(12)一端与所述球阀手柄(601)连接，另一端与所述谐波减速机(9)输出端连接，在所述转接盘(11)内设有支撑所述输出轴(12)的轴承(10)，所述电动阀外壳(1)内部设有控制板卡(14)，所述电动阀外壳(1)尾端设有水密插接件(3)，所述转接盘(11)靠近所述球阀(6)一侧设有编码器(13)，且所述编码器(13)套设于所述输出轴(12)上，水密接插件(3)通过线缆与控制板卡(14)相连，控制板卡(14)分别通过线缆与步进电机(7)和编码器(13)连接。2.根据权利要求1所述的深海小型化高精度电动阀装置，其特征在于：所述电动阀外壳(1)头端设有密封端盖(4)和压紧盖(5)，所述球阀(6)上设有球阀法兰盘(602)，其中密封端盖(4)与电动阀外壳(1)固连，且所述密封端盖(4)与电动阀外壳(1)之间设有头端第一密封圈(16)，所述球阀法兰盘(602)通过压紧盖(5)压紧固定在所述密封端盖(4)上，且所述球阀法兰盘(602)与密封端盖(4)之间设有头端第二密封圈(17)，所述压紧盖(5)边沿和密封端盖(4)边沿通过螺栓固连，所述电动阀外壳(1)尾端设有尾端端盖(2)，且所述尾端端盖(2)与电动阀外壳(1)之间设有尾端密封圈(15)。3.根据权利要求2所述的深海小型化高精度电动阀装置，其特征在于：所述尾端端盖(2)上设有水密插接件(3)。4.根据权利要求2所述的深海小型化高精度电动阀装置，其特征在于：所述控制板卡(14)设于所述密封端盖(4)和转接盘(11)之间的空间中。

技术总结
本发明涉及一种深海小型化高精度电动阀装置，其中球阀设于电动阀外壳头端，并且球阀位于电动阀外壳内的一端设有球阀手柄，电动阀外壳内部设有步进电机固定座、转接盘和输出轴，其中步进电机和转接盘分设于步进电机固定座两侧，且转接盘内设有谐波减速机与步进电机输出端连接，输出轴一端与球阀手柄连接，另一端与谐波减速机输出端连接，在转接盘内设有支撑所述输出轴的轴承，电动阀外壳内部设有控制板卡，电动阀外壳尾端设有水密插接件，转接盘上设有编码器，且所述编码器套设于输出轴上，水密接插件通过线缆与控制板卡相连，控制板卡分别通过线缆与步进电机和编码器连接。本发明既实现了小型化目的，又可以实现对电动阀门开关量的精确控制。关量的精确控制。关量的精确控制。


技术研发人员：陶祎春 李彬 刘英博 刘佳歆 杨鸣宇
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/15