CN101849127A - 阀促动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阀促动器(1)，包括壳体(2)和螺母螺丝设备。螺母螺丝设备的第一部分(5)由电动马达(7)操作，电动马达(7)固定到壳体(2)。元件(8)与螺母螺丝设备的第二部分(6)接触，弹性装置(9)作用在所述元件(8)和壳体(2)之间。螺母(3)和螺丝(4)之间的相对旋转导致所述元件(8)平移和所述弹性装置(9)激励或消能。锁止装置(10)通过锁住螺母螺丝设备的相对旋转而将所述弹性装置(9)锁在激励状态。在释放所述锁止装置(10)时，所述弹性装置(9)在消能时作用在所述元件(8)上，导致所述元件(8)平移。
Description
技术领域
根据第一方面，本发明涉及阀促动器。
根据第二方面，本发明涉及紧急阀促动器设备。
根据第三方面，本发明涉及阀促动器设备。
背景技术
阀促动器可以用来控制阀操作，例如打开或关闭阀。在大多数情况下，例如在包括阀的系统正常操作过程中，希望以受控方式实施这些操作。但是，在紧急情况下，可能需要自动打开或关闭阀，即使在电力缺失的情况下。在用作水下阀系统的一部分的情况下，这是非常重要的，这种情况下流体泄漏可能造成严重环境危害。
EP1210538公开了一种水下阀促动器，该阀促动器包括从壳体延伸的促动器杆，所述促动器杆包括套筒。所述促动器杆受到驱动而导致套筒压缩壳体内的弹簧叠片，直到螺栓接合套筒。然后，这些弹簧被锁止在压缩状态。与此同时，促动器杆上的衔铁被吸引到壳体内的电磁铁。然后，促动器杆受到驱动，从而以受控方式打开或关闭阀，而不会首先压缩或释放弹簧。在紧急情况下，电磁铁断电，释放衔铁，因此将弹簧叠片解锁。释放的弹簧推动活塞，活塞将促动器杆部分缩回壳体，导致阀关闭。
但是，这种方案存在若干缺陷。由于存在马达，所以在弹簧叠片激励和消能过程中，轴承设备和套筒进行平移运动，因此要求较高精度的公差。此外，由于马达必须来回运动，因此需要允许马达的电连接件也能运动，这增加了电缆断裂的风险。弹簧叠片直接作用在马达和轴承设备上，因此导致它们承受巨大的载荷。另一个缺陷是锁止装置，通过阻挡包括弹簧、套筒、马达、轴承等的设备的线性运动，该锁止装置需要直接承受该设备的全部载荷。因此，锁止装置的尺寸设计为承受巨大的载荷，因此需要更为昂贵的磁铁，而且可能还需要更多的空间。
WO2004/065832公开了一种用来调节阀的马达控制的促动器。促动器元件由电动马达控制在两个极限位置之间进行线性运动，其旋转运动借助丝杠和螺母转化为直线运动。弹簧作用在促动器元件的运动方向，导致电动马达和促动器元件在电力缺失的情况下向两个位置其中之一移动。
该设计方案的缺陷在于，可移动的马达导致类似于EP1210538方案的问题。另一项缺陷在于，作用在弹簧力相反方向上的保持设备。在WO2004/065832中，说明了电磁铁作为保持设备，但是还建议使用插销。但是，如果阀促动器的尺寸较大，例如深水应用所需的尺寸，则这种设计方案需要较大的力和/或较大的能量消耗来保持电动马达。
发明内容
本发明的目标是提供一种紧凑且可靠性高的阀促动器。
根据本发明的第一方面，该目标通过一种阀促动器来实现，所述阀促动器包括壳体和带有螺母的螺母螺丝设备，所述螺母接收穿过其延伸的螺丝。所述螺母螺丝设备为非自锁设备，即导入角大于摩擦角。所述螺母螺丝设备进一步具有第一和第二部分。第一部分是螺母和螺丝其中之一，而第二设备是螺母和螺丝其中的另一个。螺母螺丝设备的第一部分由电动马达操作，用来在螺母和螺丝之间产生相对旋转，并且电动马达固定到壳体。电动马达固定到所述壳体，以便其无法在壳体内移动，但是仍然能作为马达操作，即产生螺母螺丝设备第一部分的旋转。一元件与螺母螺丝设备的第二部分接触。该元件优选但不是必须固定到螺母螺丝设备第二部分。该元件锁止在壳体中，不能旋转。这种效果例如通过线性心轴、凹槽内的销、键槽内的键来实现，或者通过形状锁合来实现，例如该元件和壳体以配合关系安装，并且所述元件具有不同于壳体内部形状的形状。弹性装置作用在所述元件和壳体之间。所述弹性装置在激励状态(energized state)和消能状态(de-energized state)之间操作，并且螺母和螺丝的相对旋转导致所述元件平移和所述弹性装置激励或消能。所述阀促动器进一步包括锁止装置，通过锁住螺母和螺丝的相对旋转而将所述弹性装置锁在激励状态。在释放所述锁止装置时，所述弹性装置在消能时作用在所述元件上，导致所述元件平移。所述元件平移进一步导致螺母和螺丝之间相对旋转和平移。
将电动马达固定在壳体中并与其接触，改善了电动马达的冷却效果。如果阀促动器置于水下，则提高了这种冷却效果。而且，所述阀促动器良好地适合在水上操作。固定电动马达还意味着需要较少的运动部件，增加了阀促动器的可靠性。
在一种实施方式中，螺母螺丝设备包括任意数量的辊子螺丝或球形螺丝。
在一种实施方式中，弹性装置是弹簧、线圈弹簧、螺旋压缩弹簧、盘形弹簧或弹簧垫片中的任意一种。
在一种实施方式中，锁止装置是齿式离合器、齿式制动器、扭矩锁或摩擦制动器中的任意一种。齿式离合器或齿式制动器可以由电磁铁激活或去活(deactivated)，并且是一种紧凑的方案。扭矩锁优选应用于电动马达，优选经由与电动马达关联的电子控制单元或程序应用。通过使用扭矩锁，可以减少部件数量，因此缩减尺寸和重量并增加设计自由度。锁止装置可以布置成作用在螺丝、螺母或电动马达中任意一个上。通过使用旋转锁作为锁止装置，只需要较小的锁止力和能量。
在一种实施方式中，锁止装置锁止电动马达、螺丝或螺母至少其中之一的旋转。
在一种实施方式中，所述壳体进一步包括支撑部分，所述弹性装置作用在该支撑部分上。所述支撑部分例如可以是轴环、轴颈或加厚部分。支撑部分可以用来加强或改善弹性装置作用在其上的壳体部分的接触状况。还可以选择在壳体中，弹性装置应该作用在哪里。
在一种实施方式中，阀促动器进一步包括连接到所述元件的延伸装置，并且所述延伸装置具有用来接收阀部件的连接装置。所述延伸装置例如可以是管件、管道或缸体。此外，所述延伸装置可以与所述螺丝整体形成，例如它们可以通过焊接或者其他接合过程接合在一起，或者所述延伸装置可以是所述螺丝的延伸部。
所述连接装置例如可以是搭扣连接部、形状锁合连接部或者螺丝连接部。
在一种实施方式中，所述延伸装置穿过壳体中的孔延伸。
在一种实施方式中，所述元件是板件、盘件、套筒或缸体中的任一种。
在一种实施方式中，所述元件是阻尼装置。所述元件可以设计成对所述平移运动具有阻尼效果。例如，在所述元件和所述壳体的内侧之间可以存在间隙，在所述元件运动时，产生阻尼效果。所述元件还可以具有一个或多个通孔，取决于期望的阻尼程度。
在一种实施方式中，所述阀促动器壳体以流体填充。所述流体可以是空气、气体或液体。根据填充到壳体中的流体，可以增加阻尼效果。此外，如果阀促动器用在高压环境中，诸如深水中，则与周围流体具有类似粘性的油料或流体将防止阀促动器壳体内爆。
在一种实施方式中，所述阀促动器包括固定到所述连接装置的阀部件。
根据本发明第二方面，公开了一种紧急阀促动器设备。该紧急阀促动器设备包括符合本发明第一方面的阀促动器，并进一步包括控制阀的阀部件。本发明第一方面的全部特征和实施方式适用于本发明第二方面，反之亦然。
在一种实施方式中，在所述弹性装置消能时，所述阀部件关闭所述阀。在需要自动关断例如管道中的流体流或者类似场合，这样设置是具有优势的，从而防止泄露、浪费等。
在一种实施方式中，在所述弹性装置消能时，所述阀部件打开所述阀。在需要自动释放例如管道中的流体流或类似应用场合，这样设置具有优势。这种设置期望用来降低系统压力、再次导流等。
根据本发明第三方面，公开了一种法促动器设备。该阀促动器设备包括符合本发明第一方面的阀促动器，并进一步包括控制阀的阀部件。本发明第一方面的全部特征和实施方式适用于本发明第三方面，反之亦然。
在一种实施方式中，在电动马达7在螺母3和螺丝4之间产生沿着第一方向的相对旋转时，阀部件13以受控方式向第一方向移动。
在一种实施方式中，在电动马达7在螺母3和螺丝4之间产生沿着第二方向的相对旋转时，阀部件13以受控方式向第二方向移动。
通过控制电动马达7的操作，阀部件13可以以受控方式移动到期望位置。因此，可以以受控方式完全打开和关闭阀并移动阀部件13，以便所述阀部分打开/关闭。
附图说明
图1是符合本发明实施方式的阀促动器的示意图；
图2是符合本发明实施方式的阀促动器的示意图；
图3是符合本发明实施方式的阀促动器的示意图；
图4是符合本发明实施方式的紧急阀促动器设备的示意图；
图5是符合本发明实施方式的紧急阀促动器设备的示意图；
图6是符合本发明实施方式的紧急阀促动器设备的示意图。
具体实施方式
在图1中，示出了符合本发明实施方式的阀促动器的示意图。阀促动器1包括壳体2和带有螺母3和螺丝4的螺母螺丝设备。螺丝4穿过螺母3延伸，并且所述螺母螺丝设备具有第一部分5和第二部分6。在该实施方式中，第一部分5是螺丝4，第二部分6是螺母3。螺母螺丝设备的第一部分5，即螺丝4由电动马达7操作，从而在螺母3和螺丝4之间产生相对旋转。电动马达7固定到壳体2，因此无法在壳体2内移动。电动马达7和螺丝4由一个或多个轴承15支撑。元件8与螺母3接触。在该实施方式中，元件8固定到螺母3。弹性装置9作用在元件8和壳体2之间。弹性装置9在激励和消能状态之间操作，并且螺母3和螺丝4之间的相对旋转导致元件8平移并且激励弹性装置9或使之消能。在该实施方式中，弹性装置9处于基本上消能状态。延伸装置11连接到元件8。延伸装置11还具有用来接收阀部件(未示出)的连接装置(未示出)。在操作电动马达7时，螺丝4旋转，使得螺母3相对于螺丝4和壳体2进行平动。根据如何操作电动马达7，螺丝4将向不同方向旋转，因此使得螺母3向不同方向移动。如果螺丝4旋转使得螺母3受到驱动而远离电动马达7，则螺母3导致元件8向相同方向移动，进一步导致弹性装置9在压缩的同时开始激励。与此同时，延伸装置11也被迫与元件8和螺母3沿着相同方向移动。在元件8处于期望位置时，锁止装置10被激活，锁住螺母3和螺丝4之间的相对旋转，并且将弹性装置9锁在激励状态。锁止装置10例如由电磁铁(未示出)或者另一个电动马达(未示出)激活和去活。在电力缺失时，锁止装置10被自动去活，因此释放螺母3和螺丝4的锁止关系，允许它们相对旋转。弹性装置9则消能并作用在元件8上，导致元件8向电动马达7方向平移。
应该理解，阀促动器可以包括其他部件，例如密封件、润滑件、轴承。
在图2中，示出了符合本发明实施方式的阀促动器示意图。阀促动器1包括壳体2和带有螺母3和螺丝4的螺母螺丝设备。螺丝4穿过螺母3延伸，并且螺母螺丝设备具有第一部分5和第二部分6。在该实施方式中，第一部分5是螺母3，而第二部分6是螺丝4。螺母螺丝设备的第一部分5，即螺母3由电动马达7操作，从而在螺母3和螺丝4之间产生相对旋转。电动马达7固定到壳体2，因此无法在壳体2内移动。电动马达7和螺母3由一个或多个轴承15支撑。元件8与螺丝4接触。在该实施方式中，元件8固定到螺丝4。弹性装置9作用在元件8和壳体2之间。弹性装置9在激励和消能状态之间操作，并且螺母3和螺丝4之间的相对旋转导致元件8平移以及弹性装置9激励或消能。在该实施方式中，弹性装置9处于基本上消能状态。延伸装置11连接到元件8。在该实施方式中，延伸装置11与螺丝4整体形成。延伸装置11还具有用来接收阀部件(未示出)的连接装置(未示出)。在电动马达7操作时，螺母3旋转，导致螺丝4相对于螺母3和壳体2进行平移运动。根据电动马达7如何操作，螺母3将向不同方向旋转，因此导致螺丝4向不同方向旋转。如果螺母3旋转使得螺丝4受到驱动而远离电动马达7，则螺丝4导致元件8向相同方向运动，进而导致弹性装置9在压缩的同时激励。与此同时，延伸装置11还被迫与元件8和螺母3向相同方向运动。当元件8位于期望位置时，锁止装置10被激活，锁住螺母3和螺丝4之间的相对旋转，并且还将弹性装置9锁在激励状态。锁止装置10例如由电磁铁(未示出)或另一个电动马达(未示出)激活或去活。在电力缺失时，锁止装置10自动去活，因此释放螺母3和螺丝4的锁止关系，允许它们相对旋转。弹性装置9则消能并作用在元件8上，导致元件8向电动马达7的方向平移。
在图3中，示出了符合本发明实施方式的阀促动器的示意图。该阀促动器包括与图1所述阀促动器相同的特征和部件。但是，在该实施方式中，弹性装置9作用在元件8和固定到壳体2的支撑部分12之间。弹性装置9在激励和消能状态之间操作，并且螺母3和螺丝4之间的相对旋转导致元件8平移和弹性装置9的激励或消能。在该实施方式中，弹性装置9处于基本上消能状态。延伸装置11连接到元件8。延伸装置11还具有用来接收阀部件(未示出)的连接装置(未示出)。在电动马达7操作时，螺丝4旋转，导致螺母3相对于螺丝4和壳体2进行平移运动。根据电动马达7如何操作，螺丝4向不同方向旋转，因此导致螺母3在不同方向上运动。如果螺丝4旋转使得螺母3受到驱动而远离电动马达7，螺母3使得元件8向相同方向移动，进而导致弹性装置9在扩展的同时激励。与此同时，延伸装置11还被迫与元件8和螺母3在向相同方向上移动。在元件8处于期望位置时，锁止装置10被激活，锁住螺母3和螺丝4之间的相对旋转，而且还将弹性装置9锁在激励状态。锁止装置10例如由电磁铁(未示出)或另一个电动控制件(未示出)激活或去活。在电力缺失时，锁止装置10自动去活，因此释放螺母3和螺丝4的锁止关系，允许它们相对旋转。弹性装置9则消能并作用在元件8上，导致元件8向电动马达7的方向平移。
在图4中，示出了符合本发明实施方式的紧急阀促动器设备的示意图。该阀促动器设备包括与图1所示阀促动器相同的特征和部件。此外，阀部件13连接到延伸装置11的连接装置(未示出)。阀部件13是控制管道14内的流动的阀(未示出)的一部分。在该实施方式中，附图示出了阀部件13受到调节，使得阀打开，允许例如流体流过。弹性装置9受到激励，即处于压缩状态，并且连同元件8一起被锁止在位置上。在电力缺失时，锁止装置10自动去活，因此释放螺母3和螺丝4的锁止关系，允许它们相对旋转。弹性装置9则消能并作用在元件8上，使得元件8向电动马达7方向平移。元件8经由延伸装置11迫使阀部件13在与元件8相同的方向上移动，导致阀关闭，如图5所示。
在图6中，示出了符合本发明实施方式的紧急阀促动器设备的示意图。该阀促动器包括与图4所示紧急阀促动器相同的特征和部件。但是，在该实施方式中，管道14穿过壳体2中的孔运行。在该实施方式中，弹性装置9作用在元件8和固定到壳体2内壁的支撑部分12之间。
Claims (15)
1.一种阀促动器(1)，包括：
壳体(2)；
带有螺母(3)的螺母螺丝设备，所述螺母接收螺丝(4)，所述螺丝(4)穿过所述螺母(3)延伸；
所述螺母螺丝设备具有第一部分(5)和第二部分(6)，第一部分是螺母(3)和螺丝(4)其中之一，而第二设备是螺母(3)和螺丝(4)其中另一个，
螺母螺丝设备的第一部分(5)由电动马达(7)操作，用来在螺母(3)和螺丝(4)之间产生相对旋转，电动马达(7)固定到壳体(2)，
与螺母螺丝设备的第二部分(6)接触的元件(8)；
作用在所述元件(8)和壳体(2)之间的弹性装置(9)；
所述弹性装置(9)在激励和消能状态之间操作；
其中螺母(3)和螺丝(4)之间的相对旋转导致所述元件(8)平移和所述弹性装置(9)的激励或消能；
锁止装置(10)，通过锁住螺母(3)和螺丝(4)之间的相对旋转而将所述弹性装置(9)锁在激励状态；
其中在释放所述锁止装置(10)时，所述弹性装置(9)在消能时作用在所述元件(8)上，导致所述元件(8)平移。
2.如权利要求1所述的阀促动器(1)，其特征在于，锁止装置(10)是齿式离合器、齿式制动器、扭矩锁或摩擦制动器中的任意一种。
3.如权利要求1所述的阀促动器(1)，其特征在于，锁止装置(10)锁止电动马达(7)、螺丝(4)或螺母(3)中的任意一个。
4.如权利要求1所述的阀促动器(1)，其特征在于，所述壳体(2)进一步包括支撑部分(12)，所述弹性装置(9)作用在该支撑部分上。
5.如权利要求1所述的阀促动器(1)，其特征在于，所述阀促动器进一步包括连接到所述元件(8)的延伸装置(11)，并且所述延伸装置(11)具有用来接收阀部件(13)的连接装置。
6.如权利要求5所述的阀促动器(1)，其特征在于，所述延伸装置(11)穿过壳体(2)中的孔延伸。
7.如权利要求1所述的阀促动器(1)，其特征在于，所述元件(8)是阻尼装置。
8.如权利要求1所述的阀促动器(1)，其特征在于，所述壳体(2)以流体填充。
9.如权利要求5所述的阀促动器(1)，其特征在于，所述阀促动器包括固定到所述连接装置的阀部件(13)。
10.一种紧急阀促动器设备(16)，包括权利要求9和前述权利要求任一所述的阀促动器(1)，所述阀部件(13)控制一阀。
11.如权利要求10所述的紧急阀促动器设备(16)，其特征在于，在所述弹性装置(9)消能时，所述阀部件(13)关闭所述阀。
12.如权利要求10所述的紧急阀促动器设备(16)，其特征在于，在所述弹性装置(9)消能时，所述阀部件(13)打开所述阀。
13.一种阀促动器设备(16)，包括权利要求9和前述权利要求任一所述的阀促动器(1)，所述阀部件(13)控制一阀。
14.如权利要求13所述的阀促动器设备(16)，其特征在于，在电动马达(7)在螺母(3)和螺丝(4)之间产生沿着第一方向的相对旋转时，阀部件(13)以受控方式向第一方向移动。
15.如权利要求13所述的阀促动器设备(16)，其特征在于，在电动马达(7)在螺母(3)和螺丝(4)之间产生沿着第二方向的相对旋转时，阀部件(13)以受控方式向第二方向移动。
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