CN101080592A - 具有整体式双致动器的液压控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明的双致动器阀将主副致动器元件均配置在单体共用控制腔内。因此，本发明提供一种具有与单体致动器控制阀尺寸相同或相近的双致动器阀。应该知道的是，致动器元件可以是隔膜式或活塞式致动器元件。主致动器元件与阀芯机械连接并调节通过阀的流量，而副致动器元件保持在全开状态。如果主致动器元件操作阀失败，例如，由于隔膜破裂、主控制系统故障、或任何其它原因，副控制系统启动副致动器元件，这时就会影响主致动器元件的运动从而根据需要继续调节流量或将阀关闭。

Description

具有整体式双致动器的液压控制阀

技术领域

本发明涉及自动流量控制阀，尤其涉及一种具有整体式双致动器的控制阀，其中两个致动器均配置在单一的共用控制腔内。

背景技术

公知地，自动控制阀利用活塞式致动器或着具有扁平或卷曲柔性隔膜的隔膜式致动器作为代替阀芯的驱动机构。所使用的滑动活塞密封装置或者扁平或卷曲隔膜由于运动和老化易于磨损甚至最终断裂。断裂导致控制腔中的压力损失，这通常会导致控制阀自身不能到打开位置，也就是说，主阀构件移动到使流过阀的流量增加的完全升起的位置，上游或下游出现随之而来的问题取决于阀的使用。由于滑动密封装置或隔膜挟在阀自身之内且在外面是不可见的，在不拆卸阀的情况下检查密封装置或隔膜通常是不可能的，因而有一种倾向是宁可提前更换密封装置或隔膜也不使其在正常使用中的出现失效危险。用于控制阀的控制系统也会失效，比如，由于导管被灰尘阻塞或用于合理控制的引导控制阀失效，因而在关键区域的预防性保养费用会是相当多的。

有些阀设计成在关闭位置失效并被称为“故障保险”阀。而这些阀的失效会阻止在某些应用中的损坏，当它们失效了，通过阀的流量就完全终止，这些会在某些应用中会产生其它的险情。其它的阀利用一种并联的相同部件或冗余系统，其中两个系统均具有某些同时工作的相同部件，并且两个均易以同样的比率磨损，因而可能在大约同样的时间上失效。

在授予辛格阀股份有限公司的试图提供一种能在主致动器失效后保持“正常”运行的单体阀的美国专利No.5348036中，公开了一种具有两个独立控制腔的阀，每个腔包含一个设置用于与共用阀芯相互作用的独立致动器。在正常运转期间主致动器控制阀芯的位移，而副致动器配置在完全打开的待用位置。在主致动器失效的情况下，启动副致动器以延续正常的阀功能。实质上，这是将两个完全独立的致动系统设置成作用在一个共用阀芯上的组合(参见图1)。事实上，目前辛格阀股份有限公司销售的设备的确是以一个堆叠在另一个上的方式将两个致动器外壳进行组装(参见图2)。

尽管辛格阀比并联相同部件或冗余系统更加紧凑和经济，但是它们仍然比一般单体致动器阀大的多。另外，对辛格阀进行维护需要进入两个独立的控制腔内。

因此需要一种具有整体式双致动器的控制阀，其中两个致动器都配置在单个的共用控制腔内。如果阀的外部尺寸与具有单体致动器阀的尺寸相同或相近，这将是有利的。

发明内容

本发明是一种具有整体式双致动器的控制阀，其中两个致动器都配置在一个单一的共用控制腔内。

依据本发明的教导，提供一种如权利要求所述的方案。

附图说明

在此，参照附图，本发明仅通过实施例加以说明，其中：

图1为美国专利No.5348036中的现有技术；

图2为辛格阀目录栏25页的现有技术；

图3为依据本发明的教导构造和操作的具有整体式双致动器的控制阀的第一实施例的侧剖面图，在此显示由主隔膜致动器控制的阀芯；

图4为图1所示实施例的侧剖面图，在此显示由副隔膜致动器控制的阀芯；

图5为依据本发明的教导构造和操作的具有整体式双致动器的控制阀的第二实施例的侧剖面图，在此显示由主隔膜致动器控制的阀芯；以及

图6为依据本发明的教导构造和操作的具有整体式双致动器的控制阀的第三实施例的侧剖面图，在此显示由主活塞致动器控制的阀芯。

具体实施方式

本发明是一种具有整体式双致动器的控制阀，其中两个致动器均配置在一个单一的共用控制腔内。

参照附图和对应的说明可以更好的理解依据本发明的控制阀的原理与操作。

通过介绍，不同于现有技术中的双致动器阀，现有技术中的每一个致动器配置在独立的控制腔内(参见图1和2)，本发明所述的双致动器阀，如图3-6所示，将两个主、副致动器元件均配置在一个单一共用控制腔内。因此，本发明提供一种尺寸与单一的致动器控制阀的尺寸相同或者接近的双致动器阀。众所周知，致动器元件可以是隔膜式或者活塞式致动器元件。如在此使用的，双致动器阀具有接近于单一致动器控制阀尺寸的尺寸，指的是具有单一控制腔的阀的轴向尺寸不超过配置在控制腔内的主致动器移动范围的50％。

优选地，所述阀包括配置用于控制主致动器元件的主控制系统和配置用于控制副致动器元件的副控制系统。值得一提的是，控制系统本身可以是本领域已知的任何一种。主致动器元件与阀芯机械连接并调节通过阀的流量，此时副致动器元件保持在全开状态。如果主致动器元件由于，例如隔膜破裂、主控制系统失效或其它原因操作阀失败，副控制系统启动副致动器元件，这样就影响到主致动器元件的移动，从而根据需要继续调节流量或关闭阀。

现在参照附图，图3和图4示出了本发明的双致动器控制阀的优选实施例2的特征。阀2包括具有入口6、出口8的阀体4，和配置在入口6和出口8之间的阀座10。阀座限定了允许流体在入口6和出口8之间流通的阀孔12。阀2还包括从阀体4延伸出的阀致动器外壳20。优选地，阀致动器外壳20从阀体4的顶端延伸；然而，基本上任何其它合适的定位都在本发明的范围之内。阀致动器外壳20至少部分地限定控制腔22，该控制腔被主致动器元件30和副致动器元件40分成三个压力控制区域22a、22b和22c。在本实施例中，主致动器元件30和副致动器元件40设置成隔膜式致动器元件。特别地，主致动器元件30在控制腔22内形成隔开第一压力控制区域22a和第二压力控制区域22b的第一隔板，副致动器元件40在控制腔22内形成隔开第二压力控制区域22b和第三压力控制区域22c的第二隔板。应该知道的是，因为主致动器元件30和副致动器元件40在控制腔22内分割成压力控制区域22a、22b和22c的各部分自身是可替换的，所以三个独立的压力控制区域22a、22b和22c的每一个的体积是可变的。应该知道的是，主致动器元件30和副致动器元件40在控制腔内的运动具有重叠区域。

主致动器元件30设置成在正常工作状态过程中控制阀芯50在靠着阀座的关闭位置(如图所示)和远离阀座的开启位置(未示出)转换。阀芯50包括阀密封盘总成52和至少部分伸入控制腔22中的阀芯轴54。主致动器元件30和阀芯轴54机械连接，以使主致动器元件30直接执行阀芯50的位移。

副致动器元件40设置成在正常工作状态下保持在全开位置。副致动器元件40密封限定阀芯轴54以便在阀芯50的位移过程中允许阀芯轴54上下运动。

主致动器元件30和副致动器元件40二者都安装在阀致动器外壳20的共用外周连接构造60上。在该实施例中，共用外周连接构造60配置成以使得主致动器元件30的隔膜32的外圆周和副致动器元件40的隔膜42的外圆周通过夹持在上致动器外壳构件24和下致动器外壳构件26之间而与阀致动器外壳20相连接，以使得膈膜32的外圆周和膈膜42的外圆周彼此相邻。

在图3和4所示的实施例中，压力控制区域22b完全被主致动器元件30和副致动器元件40封闭，因此，出现了如何向压力控制区域22b提供流体压力的问题。上述问题在本发明中是这样解决的，通过设置阀芯轴54以使其至少部分延伸入控制腔22中，阀芯轴54至少部分为空心，以便形成压力控制通路56的至少一部分，其配置成向压力控制区域22b提供流体压力。从图1显而易见，主致动器元件30的位移可能导致压力出口孔58转移到副致动器元件40中，因此副致动器元件40设置成具有围绕阀芯轴54并与压力控制区域22b相关的环形槽46。因此，依赖于阀芯轴54的位置，压力可由压力出口孔58直接传递到压力控制区域22b，或从压力出口孔58通过环形槽46传入压力控制区域22b。应该知道的是，压力通过通道70和72供给压力控制区域22a，并通过通道74供给压力控制区域22c。为密封压力控制区域22c，采用了O型圈压力密封装置80和82。

在正常工作状态下，主致动器元件30响应于控制腔22内的第一压力控制区域22a和第二压力控制区域22b间的压力差，在本领域内，以相似的方式，副致动器元件40设置在全开状态。

在主致动器元件30响应介于第一压力控制区域22a和第二压力控制区域22b之间的压差失败的情况下，压力将被引导到第三压力控制区域22c以使致动器元件40的底面44紧靠主致动器元件30的上表面34。在这种配置中，主致动器元件30和副致动器元件40两者都响应于控制腔22内的第一压力控制区域22a和第三压力控制区域22c之间的压差(图4)。

对于本领域技术人员而言，很明显，主致动器元件30在控制腔22内位移的整个范围，如图3和4所示，由副致动器元件40限制。由于本发明的目的是提供一种具有与单一致动器控制阀尺寸相同或相近的双致动器阀，本发明的第一优选实施例示出了与本发明人生产的所述单一致动器控制阀尺寸相近的阀致动器外壳20。应该知道的是，为了允许主致动器元件30在控制腔22内完全位移，阀致动器外壳20的尺寸可根据需要而改变。

一种改变阀致动器外壳20尺寸的方式，连同其它特征，在图5所示的本发明第二优选实施例2a中说明。由于图3和5的实施例相似，同样的元件采用相同的标号。这里，共用外周连接构造60a包括隔膜限位环，以使主致动器元件30的隔膜32的外圆周通过夹紧在上致动器外壳构件24和隔膜限位环62之间而设置在阀致动器外壳20上。副致动器元件40的隔膜42的外圆周通过夹紧在下致动器外壳构件26和隔膜限位环62之间而设置在阀致动器外壳20上。因此，主致动器元件30的隔膜32的外圆周和副致动器元件40的隔膜42的外圆周通过隔膜限位环62分开。隔膜限位环62还包括设置用来给压力控制区域22b提供流体压力的压力控制通路64。

所述第二实施例2a在两种正常状态下和主致动器元件30响应失效情况下的操作基本上与上述相同。

本发明的第三个优选实施例100，如图6所示，说明了本发明应用于具有活塞式致动器元件的双致动器阀的原理。致动器外壳120包围着单一控制腔122，并由主致动器元件130和副致动器元件140分成三个压力控制区域22a、22b和22c。在该第三实施例中，主致动器元件130和副致动器元件140设置成活塞式致动器元件。具体地说，主致动器元件130形成在控制腔122内分成第一个压力控制区域122a和第二压力控制区域122b的第一隔板，副致动器元件140在控制腔122内形成分开第二压力控制区域122b和第三压力控制区域122c的第二隔板。应该知道的是，在此，由于由主致动器元件130和副致动器元件140分开的压力控制区域122a、122b和122c在控制腔122内是可替换的，所以三个分开的压力控制区域122a、122b和122c的体积是可变的。应该知道的是，主致动器元件130和副致动器元件140在控制腔内的运动具有重叠区域。

该第三实施例也利用了延伸入控制腔122内的阀芯轴154，至少阀芯轴154的一部分为空心，以便形成压力控制通路156的至少一部分用于向压力控制区域122b提供流体压力。应该知道的是，通过通道170和172向压力控制区域122a提供压力，通过通道174向压力控制区域122c提供压力。

在正常工作状态下，主致动器元件130响应于控制腔122内第一压力控制区域122a和第二压力控制区域122b之间的压力差，副致动器元件140配置为全开状态。

如果主致动器元件130响应介于第一个压力控制区域122a和第二压力控制区域122b间的压差出现故障，压力将被引导至第三压力控制区域122c，以使副致动器元件140的底面144紧靠主致动器元件130的上表面134，与图4所示隔膜的方式相似。在这种配置中，主致动器元件130和副致动器元件140两者均响应于控制腔122中的第一压力控制区域122a和第三压力控制区域122c之间的压差。

应该知道的是，以上说明仅仅旨在作为示例，很多其它实施例都可能在本发明的思想和范围之内。

Claims (22)

1.一种控制阀，包括：

(a)一具有一入口、一出口和一配置在所述入口和出口之间的阀座的阀体，所述阀座限定一允许流体在所述入口和出口流通的阀孔；

(b)一从所述阀体延伸的阀致动器外壳，所述阀致动器外壳至少部分地限定一控制腔；

(c)一可在靠着所述阀座的关闭位置和远离所述阀座的开启位置之间位移的阀芯，所述阀芯的至少一部分延伸入所述控制腔内；

(d)一配置在所述控制腔内以便形成在所述控制腔内分开第一和第二压力控制区域的第一隔板的主阀致动元件，所述主阀致动元件用于控制所述阀芯的位移；和

(e)一配置在所述控制腔内以便形成在所述控制腔内分开所述第二压力控制区域和第三压力控制区域的第二隔板的副阀致动元件，所述副阀致动元件用于在所述主阀致动元件失效的情况下控制所述阀芯位移。

2.如权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述主阀致动元件与所述阀芯机械连接，所述副阀致动元件用于当启动所述副阀致动元件来控制所述阀芯的位移时控制所述主阀致动元件的运动。

3.如权利要求2所述的控制阀，其特征在于，所述副阀致动元件在所述主阀致动元件失效之前设置在常开位置。

4.如权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述主阀响应于由主压力控制系统控制的所述第一和第二压力控制区域间的压差，并且所述副阀响应于由副压力控制系统控制的所述第二和第三压力控制区域间的压差。

5.如权利要求4所述的控制阀，其特征在于，所述副压力控制系统在所述主压力控制系统失效时被启动。

6.如权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述第一和第二阀致动元件是隔膜式致动元件。

7.如权利要求6所述的控制阀，其特征在于，所述第一和第二阀致动元件连接在所述阀致动器外壳的共用外周连接构造上。

8.如权利要求7所述的控制阀，其特征在于，所述阀芯包括一至少部分延伸入所述控制腔的阀芯轴，至少部分所述阀芯轴为空心以便形成为所述第二压力控制区域提供流体压力的压力控制通路的至少一部分。

9.如权利要求6所述的控制阀，其特征在于，所述第一和第二阀致动元件安装于所述阀致动器外壳的由一隔膜限位环隔开的独立的圆周连接构造上。

10.如权利要求9所述的控制阀，其特征在于，所述隔膜限位环包括设置成给所述第二压力控制区域提供流体压力的压力控制通路的至少一部分。

11.如权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述第一和第二阀致动元件是活塞式致动元件。

12.如权利要求11所述的控制阀，其特征在于，所述阀芯包括一至少部分延伸入所述控制腔的阀芯轴，至少部分所述阀芯轴为空心以便形成为所述第二压力控制区域提供流体压力的压力控制通路的至少一部分。

13.一种控制阀，包括：

(a)一具有一入口、一出口和一配置在所述入口和出口之间的阀座的阀体，所述阀座限定一允许在所述入口和出口流通的阀孔；

(b)一从所述阀体延伸的阀致动器外壳，所述阀致动器外壳至少部分地限定多个压力控制区域中的至少一个；和

(c)一可在靠着所述阀座来关闭阀的关闭位置和远离所述阀座的开启位置之间转移来控制通过阀孔的流体的流量以按要求保持通过阀的流量状态的阀芯，所述阀芯包括一至少一部分为空心的阀芯轴，以形成用于向所述多个压力控制区域中的至少一个提供流体压力的压力控制通路的至少一部分。

14.如权利要求13所述的控制阀，其特征在于，所述的多个压力控制区域是在控制腔内设置成的第一、第二和第三压力控制区域。

15.如权利要求14所述的控制阀，还包括：

(a)一配置在所述控制腔内以便形成一在所述控制腔内分开第一和第二压力控制区域的第一隔板的主阀致动元件，所述主阀致动元件设置来控制所述阀芯的位移；以及

(b)一配置在所述控制腔内以便形成一在所述控制腔内分开所述第二压力控制区域和第三压力控制区域的第二隔板的副阀致动元件，所述副阀致动元件设置成在所述主阀致动元件失效的情况下控制所述阀芯位移。

16.如权利要求15所述的控制阀，其特征在于，所述第一和第二阀致动元件是隔膜式致动元件。

17.如权利要求15所述的控制阀，其特征在于，所述第一和第二阀致动元件是活塞式致动元件。

18.一种在阀芯的阀芯轴延伸入控制腔内的状态下移动配置在阀体中的阀芯以控制通过阀体的流体流量的方法，所述方法包括：

(a)将控制腔分成第一、第二和第三压力控制区域，并由主阀致动元件分开所述第一和第二压力控制区域，由副阀致动元件分开所述第二和第三压力控制区域；

(b)用所述主阀致动元件驱动所述阀芯；且

(c)在所述主阀致动元件失效时用所述副阀致动元件驱动所述阀芯。

19.如权利要求18所述的方法，还包括由至少部分地配置在阀芯轴中的压力控制通路向所述第二压力控制区域提供压力。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述控制腔分隔的实现还包括：

(a)配置在所述控制腔内的主阀致动元件来形成在所述控制腔内分开第一和第二压力控制区域的第一隔板；以及

(b)配置在所述控制腔内的副阀致动元件来形成在所述控制腔内分开第二和第三压力控制区域的第二隔板。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述第一和第二阀致动元件是隔膜式致动元件。

22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述第一和第二阀致动元件是活塞式致动元件。

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