CN101558246B - 用于将轴密封到隔膜致动器的装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于将隔膜致动器中的轴(320)密封到隔膜(316)的装置。一种用于隔膜致动器的示例性装置具有中心孔和被布置为围绕该中心孔的周边的整体密封突起(404)。所述密封突起(404)被配置为密封地接合所述隔膜致动器的轴。

Description

用于将轴密封到隔膜致动器的装置

技术领域

本公开大体上涉及控制阀致动器，更具体而言，涉及隔膜致动器，其具有被密封地接合到致动器的轴的隔膜。

背景技术

控制阀被普遍用于过程控制系统。一般而言，控制阀可用于操纵流动的流体，以将过程变量调节到希望的设定点，将流体从源传送或运输到目的地，等等。控制阀组件典型地包括阀体、轴和致动器，以通过所述轴提供用于操作阀的动力(例如，将塞或流动控制构件定位在阀内)。

弹簧和隔膜气动致动器一般被称为隔膜致动器，并因其可靠性而经常被选择用于控制阀。隔膜致动器典型地包括：包含隔膜的壳体；致动器轴；和一个或多个弹簧，其用于在没有控制压力施加到隔膜时将致动器轴返回到已知位置。典型地，隔膜致动器在隔膜的一侧接受可变气体(例如，空气)压力，以移动致动器轴，从而打开和关闭或调节控制阀。致动器的控制动作取决于隔膜的结构、隔膜板、回动弹簧和致动器轴。隔膜致动器可被配置为正向作用，以使增大的控制压力使隔膜和致动器轴伸展离开致动器壳体。可替换地，隔膜致动器可被配置为反向作用，以使增大的空气压力使隔膜和致动器轴缩回。

与隔膜致动器被配置的控制动作的类型无关，也可被称为杆的致动器轴被机械地连接或固定到隔膜。典型地，轴或杆的端部穿过隔膜的中心孔，一个或多个机械固定元件(例如，垫圈、螺母、螺栓等)被用于将隔膜的中心部夹紧或者以任何方式紧固到所述轴或杆。在该方式下，响应控制压力变化的隔膜的移动或移位导致所述致动器轴或杆的移动或移位。为了能够在隔膜的一侧保持控制压力，致动器轴或杆所穿过的孔典型地被密封，以防止在轴或杆周围通过孔的泄漏。然而，用于密封轴或杆所穿过的隔膜中心孔的已知技术典型地使用相对复杂和昂贵的垫圈、O形圈和专用部件的设置。

发明内容

在一个所述示例中，一种用于隔膜致动器的隔膜具有中心孔和被设置为围绕该中心孔的周边的整体密封突起。另外，该密封突起被配置为密封地接合所述隔膜致动器的可移动部件。

附图说明

图1为具有已知弹簧和隔膜致动器的控制阀的剖视图。

图2为图1的已知隔膜和致动器轴组件的一部分的放大剖视图。

图3为具有弹簧和隔膜致动器的示例控制阀的剖视图，所述隔膜致动器具有被密封地接合到致动器轴的肩部的隔膜。

图4为示出图3的示例性隔膜和致动器轴组件的一部分的放大剖视图。

图5为示出图3和图4的示例性密封装置的隔膜与轴之间的可替换密封设置的放大剖视图。

具体实施方式

本文描述的用于将隔膜致动器中的隔膜密封到致动器轴的示例装置排除了使用在许多已知隔膜致动器中的相对复杂和昂贵的密封装置。更具体而言，本文描述的一个示例包括隔膜，该隔膜具有中心孔和被布置为围绕该中心孔的周边的诸如密封凸缘等的整体密封突起。密封突起被配置为密封地接合隔膜致动器的轴的肩部。特别地，密封突起(例如，密封凸缘)可接合轴的肩部中的环形凹进，从而使隔膜能够与所述轴密封，而无需使用传统上被用于提供这种密封的额外的O形圈、垫圈等相对复杂和昂贵的设置。

在描述上面提到的示例性隔膜和致动器轴的密封装置之前，下面首先结合图1和图2对已知的密封装置进行简要描述。返回图1，其提供具有已知的弹簧和隔膜致动器101的控制阀100的剖视图。如图1所示，隔膜致动器101具有上壳体102和下壳体104，这两个壳体通过采用常规方式沿壳体102和104的外边缘分隔开的多个螺纹紧固件106、108而被连接在一起。隔膜110被夹持在壳体102与104之间，并将壳体102和104内的空间分隔为控制压力腔112和大气压力腔114。隔膜板116向隔膜110提供刚性支撑，并且，如以下结合图2更为详细的描述的那样，其有利于隔膜110与致动器杆或轴118通过密封组件120的密封接合。另外，杆或轴118通过联结器124被操作性地连接到控制阀100的杆或轴122。压缩弹簧126被设置在隔膜板116与上壳体102的内壁128之间，并且因此被配置为朝向控制阀100驱使或偏压隔膜110、隔膜板116和致动器轴118。结果是，被描述为双向塞阀的控制阀100的杆或轴122被偏压以关闭控制阀100(即，禁止或防止流体流动通过阀100)。

在操作中，控制压力信号可通过控制压力端口130提供到腔112，以改变腔112中的压力。在腔112中的压力被改变的同时，腔114中的压力通过端口或通风口132被保持为基本大气压力。这样，当腔112中的压力增大到大气压力以上时，隔膜110被朝向上壳体102驱使和移动，反抗弹簧126的力，以将致动器轴118以及因此控制阀100的轴122牵引朝向上壳体102，从而打开控制阀100。相反，当腔112中的压力减小时，隔膜110朝向下壳体104移动，从而移动致动器轴118和轴122以关闭阀100。尽管隔膜致动器101被配置为提供正向作用控制，以使增大的压力趋向于打开控制阀100，但是也可代替地使用反向作用配置。

图2为图1的已知的隔膜致动器101的密封组件120的放大剖视图。如图2所示，隔膜110和隔膜板116分别具有致动器轴118的端部204穿过的中心孔200和202。垫圈206和208将隔膜110和隔膜板116夹在之间，并用于承载和扩散或分布由螺母210施加的压缩密封力，该螺母210被螺纹连接到轴118的端部204并被拧紧抵靠垫圈206。由图2可看到，垫圈208被机械地阻挡在轴118的肩部212，因此，随着螺母210被拧紧，逐渐增大的压缩力被施加到垫圈206和208、隔膜板116、隔膜110以及O形圈214、216和218。

更具体而言，为了密封隔膜110的孔200，螺母210被拧紧以压缩垫圈208与隔膜110之间的O形圈214和216，并压缩垫圈208与肩部212之间的O形圈218。在该方式下，通过隔膜110的孔200的泄漏路径可被密封，以有利于维持致动器101(图1)的腔112与114之间的压差。然而，由图1和图2所示的已知密封组件120的图示中可认识到，相对较多和复杂设置的构件被用于密封隔膜110的孔200。并且，垫圈208可能需要专门制造，以提供用于容纳O形圈的倒角等，且这种专门制造可显著增加用于密封组件120的费用。

图3为示例性弹簧和隔膜致动器300的剖视图，其中隔膜致动器300不再需要使用额外的O形圈和其它典型地用于将隔膜密封到致动器轴的部件(例如，如图1和图2所示的已知密封组件120)。参见图3，隔膜致动器300包括夹持在上壳体302与下壳体304之间的隔膜316，其中上壳体302和下壳体304通过多个螺纹紧固件306、308被连接在一起，多个螺纹紧固件在外边缘处紧固壳体302和304。隔膜316将上、下壳体302和304分隔为大气压力腔322和控制压力腔324。上壳体302还被提供具有空气通风口310，以在腔322中维持环境大气压力。下壳体304被提供具有控制压力入口312，以接收控制压力，以改变控制压力腔324中的压力。隔膜板318向隔膜316提供刚性支撑，并且，如以下结合图4更为详细的描述的那样，其有利于隔膜316与致动器杆或轴320通过密封组件326的密封接合。弹簧314被设置在隔膜板318与上壳体302的内壁328之间。弹簧314被配置为驱使隔膜316、隔膜板318和致动器轴320离开上壳体302并朝向被操作性地连接到轴320的控制阀(未示出)。如图3的示例所示，致动器300被配置为正向作用控制。然而，也可代替地使用反向作用配置。

图4为图3的示例性隔膜致动器300的密封组件326的放大剖视图。参见图4，在密封组件326中，隔膜316被直接密封地接合到轴320的肩部414。更具体而言，隔膜316包括整体密封突起404，其被布置为围绕隔膜316的中心孔412的周边。如图4所示，密封突起404被配置为具有邻接中心孔412的曲形轮廓的密封凸缘。然而，整体密封突起404的其它几何结构和位置也可代替地使用。例如，密封突起404可使用矩形轮廓和/或可与中心孔412沿径向分隔开或从中心孔412沿径向偏移，以实现与图4所示的示例结构相同或相似的结果。隔膜316优选但不必要由弹性体材料制成，并可进一步包括纤维或其它加固层，以提供希望的硬度、强度、使用寿命等。

与整体密封突起404的特殊几何结构和位置无关，密封突起404被配置为密封地接合和连接到隔膜致动器的可移动部件。特别是，密封突起404被配置为机械连接和密封地接合致动器轴320。在图4的示例中，肩部414基本垂直于轴320的纵向轴线，并包括被配置为容纳密封突起404的环形槽或凹进406。环形凹进406被示出为具有矩形轮廓。然而，任何其它适当的轮廓也可代替使用，以实现密封突起404与轴320之间的机械连接和密封接合。另外，尽管肩部414被示出为基本垂直于轴320的纵向轴线，但肩部414也可相对于轴320的纵向轴线成任意其它角度。

轴320的端部408的大小或尺寸被制造为具有比轴320的其余部分相对较小的直径，以接合或穿过隔膜316的中心孔412、隔膜板318的中心孔410以及垫圈400。轴320的端部408进一步被配置为接合或接纳至少一个紧固件，例如螺母402。在该示例中，轴320的端部408带有螺纹以接纳螺母402，该螺母402被拧紧以驱使垫圈400、隔膜板318以及密封突起404抵靠轴320的肩部414。在该方式下，密封突起404被压至环形凹进406中，以形成隔膜316与轴320之间的密封，从而基本消除轴320与隔膜316之间经由隔膜316的中心孔412的泄漏。

垫圈400可被配置为带有中心孔的平坦表面。然而，可替代地，也可使用其它垫圈结构和/或额外的垫圈。例如，一个或多个波形垫圈、贝氏垫圈、弹簧垫圈等，可被用于代替垫圈400或增加作为额外的垫圈。并且，垫圈400和/或任意其它额外的垫圈可由金属、塑料或任何其它适当的材料制成。另外，尽管紧固件402被示出为单一螺母，也可使用不同的和/或另外的紧固件。例如，自锁螺母、推进螺母，和/或任意其它类型的紧固件或锁定装置可代替紧固件402或增加作为额外的紧固件，以将隔膜316保持为与轴320密封接合。

图5为图3和图4的示例性密封装置的隔膜与轴之间的可替代密封接合的放大剖视图。如图5所示，材料层500被布置在密封突起404与环形凹进406之间。材料500可为粘合剂或一些其它有利于密封突起404在凹进406内密封接合的材料。进一步，材料500可布置在整个凹进406中或仅凹进406的一部分中。

尽管本文描述了某些示例性装置，但本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖客观上在文字上或者等同替换原则下落入所附权利要求的范围内的所有方法、装置和制造品。

Claims (8)

1.一种隔膜致动器，包括：

壳体，包括上壳体和下壳体；

隔膜，被夹持在所述上壳体和所述下壳体之间；

至少部分地布置在所述壳体内的致动器轴；

所述隔膜将所述壳体内的空间分为大气压力腔和控制压力腔，该隔膜具有中心孔和被布置为围绕所述中心孔的周边的整体密封突起，其中所述密封突起与所述中心孔径向地分开并且密封地接合所述致动器轴的肩部；和

被设置为形成为所述隔膜的刚性支撑的隔膜板，其中所述隔膜板驱使所述密封突起与所述致动器轴密封接合。

2.如权利要求1所述的隔膜致动器，其中所述密封突起被配置为机械地连接到所述致动器轴。

3.如权利要求2所述的隔膜致动器，其中所述密封突起包括密封凸缘。

4.如权利要求3所述的隔膜致动器，其中所述致动器轴延伸通过所述隔膜的所述中心孔。

5.如权利要求4所述的隔膜致动器，其中所述肩部包括环形凹进，并且所述密封凸缘被接纳在所述环形凹进中。

6.如权利要求5所述的隔膜致动器，其中所述轴的一部分被配置为接合所述隔膜的所述中心孔。

7.如权利要求5所述的隔膜致动器，其中所述轴的端部具有螺纹，位于所述端部上的螺母被拧紧以将所述密封凸缘压入所述环形凹进中从而形成所述隔膜与所述轴之间的密封。

8.如权利要求5所述的隔膜致动器，进一步包括在所述隔膜与所述肩部之间的材料层。

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