CN102301168B - 具有隔膜保持环的气动阀动器 - Google Patents

Abstract

描述了一种具有隔膜保持环的气动阀动器。一种用于移动控制阀的阀杆的气动阀动器包括上壳(56)和下壳(58)，每个都具有凸边(78，80)，还包括被可操作地耦接至所述阀杆的隔膜板、被布置来以第一方向偏置所述隔膜板的弹簧、能够随所述隔膜板的移动而移动的隔膜(70)、被限定在所述壳中的并且被布置连接至空气供应源来以第二方向偏置该隔膜板的空气入口，以及被放置在所述上凸边与所述下凸边之间并且被安置以接合所述隔膜的所述外部的环(76)。所述环包括凸部(96)，其被安置以接合所述隔膜的所述外部的表面。

Description

具有隔膜保持环的气动阀动器

技术领域

本发明大体上涉及阀动器，诸如用在过程控制阀上的气动阀动器。更具体地，本发明涉及用于保持气动阀动器内的隔膜的装置和方法。

背景技术

通常已知，诸如精炼厂、化工厂或纸浆和造纸厂由多个连接在一起的过程控制环组成，以生产各种消费品。这些过程控制环中的每个被设计为将诸如压强、流量、水平或温度的一些重要的过程变量维持在所要求的运行范围来确保成品的质量。这些环中的每个接收并且内部地创建负载扰动，这些负载扰动影响工厂内的过程控制环的过程变量和控制。为了减小这些负载扰动的影响，过程变量由传感器或发送器检测并且被传送至过程控制器。过程控制器处理该信息并且为过程环提供改变或更改，来将过程变量回送至在负载扰动发生后其应该在的位置。该更改通常通过改变通过诸如控制阀的一些类型的末级控制元件的流量而发生。控制阀操作诸如气体、蒸汽、水或化合物的流动流体，来补偿负载扰动并且将所调节的过程变量维持在尽可能地接近所期望的控制或设定点。

通常可以理解，各种控制阀配置可以被特定地应用于某些应用。例如，当具有较窄的控制范围的速启阀是适合的时，可以使用诸如蝶形阀的旋转控制阀。替代地，当需要在较大的控制范围的精确的控制时，可以使用滑动杆控制阀。在任何配置中，该类控制阀通常被耦接至诸如阀动器的控制装置，其响应于控制信号控制控制阀的精确的打开量。因此，当设计过程时，过程工程师必须考虑许多设计要求以及设计约束。例如，设计工程师必须确定所使用的阀的型式、阀的尺寸、阀动器的类型等。

在一些系统中，特别地在气动控制的流体过程系统中，用于任何给定的流体过程控制装置的阀动器可以包括隔膜阀动器。通常隔膜阀动器包括包含被弹簧所偏置的隔膜组件的外壳。该隔膜组件经由阀杆或其他阀动器杆被可操作地耦接至流体控制元件，以便控制流体过程控制装置的打开量。

一个已知的隔膜组件包括隔膜以及一个或多个隔膜板。该隔膜包括柔性的盘状构件，其由流体密封的织物、聚合物或其他适合的材料构成。这些板被安置于邻近于隔膜并且适于被放置在外壳内的一个或多个弹簧所接合。附加地，这些板为阀杆提供刚性的机械连接。弹簧用于将隔膜组件偏置至预定位置，以便阀动器可以将控制设备偏置至打开或闭合配置。

在这些已知的隔膜组件中的每个中，还有必要将隔膜的外部固定到阀动器外壳的外部。优选地，隔膜的外部被以最小化隔膜失效的几率的方式，并且以简化装配的方式固定。

附图说明

图1示出了具有气动阀动器并且根据本发明的教导装配的示例性控制阀的透视图；

图2示出了图1的控制阀的横截面图，并且示出了根据本发明的一个公开的实施例装配的隔膜和保持环组件；

图3示出了从图2中示出的气动阀动器的右手侧观察的放大的局部横截面图，并且示出了保持环的外观；

图4示出了类似于图3的另一且放大的局部横截面图；

图5示出了示例性保持环的透视图；

图6示出了放大的局部分解图，其示出了保持环、隔膜和插件的部分；

图7示出了放大的局部分解图，其示出了根据本发明的另一公开的实施例所装配的保持环的部分。

具体实施方式

尽管下文提出了本发明的示例性实施例的详细描述，但是应当理解，本发明的法定保护范围由本专利最后所提出的权利要求的文字限定。详细描述应被理解为仅作为示例，而并未描述本发明的每个可能的实施方式，因为描述每个可能的实施方式是不切实际的，即使并非不可能。基于阅读本公开，本领域的技术人员能够通过使用现有技术或在本专利提交日之后所开发的技术来实现一个或多个替代的实施例。这些附加的检控仍将落入限定了本发明的权利要求的保护范围中。

现在参考附图，图1和2示出了通过应用于过程控制系统中的类型的控制阀20。控制阀20包括阀体22、阀入口24、阀出口26以及流动通道28，其在入口24与出口26之间延伸。流动通道28包括入口通道30、出口通道32以及控制通道34。

如图2中所示，控制阀20包括可移动的控制元件36，其在公开的例子中，采用阀塞38的形式。阀塞38被连接至阀杆40，并且阀塞38和阀杆40被确定尺寸并且被安置，以便阀塞被放置在控制通道34中。以示例而非限制的方式，控制元件36可以采用滑塞套、阀盘或通常应用在控制阀的领域中的任何其他类型的控制元件。此外，阀杆40可以是滑动杆、旋转杆、或任何其他形式的可移动或可搬移的阀杆。控制阀20还包括阀盖42，其具有含有填密螺母46的填密盒44，控制阀20还包括轭48、被连接至轭48的阀动器50，并且控制阀20可以包括阀定位器52。所示出的阀动器50是气动阀动器，其可以被适合地连接至阀定位器52或用于控制阀动器的任何其他的机构。阀动器50包括隔膜壳54，该隔膜壳54具有上部56和下部58，这两部沿着环向的接头60接合在一起。

仍参考图2，阀动器50还包括内部隔膜板62，其被适合地连接至输出轴64，并且输出轴64转而被通过使用适合的联接器66连接至阀杆40。适合的偏置组件68被放置在阀动器50之内。在所示出的例子中，偏置组件68支撑隔膜板62的顶部，并且还支撑隔膜壳54的顶部56的内或底表面。在公开的例子中，偏置组件是多个弹簧。阀动器还包括柔性的隔膜70，其支撑隔膜板62的中部72。隔膜包括外部74，其尺寸适于径向地朝外延伸，以便被放置在隔膜54的上部56与下部58之间的接头60处。如图2所示(并且如下更详细地解释的)，根据本发明的一个公开的例子的教导所装配的保持环76被沿着接头60放置在隔膜壳54内。响应于定位器52的运行，隔膜壳54内的压强改变，这转而将隔膜70和隔膜板62在隔膜壳54内上下移动。该上下移动改变控制元件36的位置，以便控制通过控制阀20的过程流体的流动。

现在参考图3和4，更详细地示出了隔膜壳54的上部56和下部58，并且也更加详细地示出了隔膜70的外部74和保持环76。隔膜壳54的上部56和下部58各自包括外凸边78和80，并且外凸边78和80通过多个连接螺栓82被连接在一起来形成接头60。隔膜板62(图3)包括向上延伸的部分84，其具有表面84a。隔膜70包括卷旋85，以便当隔膜板62上下移动时，隔膜70的一部分沿表面84a滚动。如上所述，隔膜70的外部74在外凸边78和外凸边80之间延伸。优选地，隔膜70包括多个连接孔眼86(其在图6中被更清楚地示出)，其尺寸适于容纳连接螺栓82中的相应的一个，并且可以被放置以配准在外凸边78中的多个连接孔眼88以及在外凸边80中的连接孔眼90的所选择的一个。保持环76尺寸适于安放在外凸边78与外凸边80之间，并且保持环76还包括多个连接孔眼91，其配准连接孔眼86和88以及在隔膜70的外部74上的连接孔眼86。相应地，凸边78，80、隔膜70的外部74、保持环76、以及连接螺栓82一起形成了接头60。

参考图5和6，保持环76包括内部92和外部94，而连接孔眼91优选地大体上邻近于外部94而形成。保持环76还包括凸部96。优选地，凸部96大体上邻近于保持环76的内部92而形成。在公开的例子中，当查看在图3，4和6中示出的横截面图中的保持环76时，凸部96形成在保持环76的最内端92a。保持环76包括上表面98和下表面100。相应地，当保持环76如图3和4中示出的公开的例子中所示出的被安置时，上表面98被安置于邻近于隔膜70的外部74的下表面102。下表面100被安置于邻近于外凸边80的上表面104。因此，在公开的例子中，隔膜70的外部74被安置在保持环76的上表面98和外凸边78的下表面之间。当如图所示地被安置时，凸部96从保持环的上表面98向上延伸，以便从下接合并且压缩隔膜70的邻近部分106。可以理解，保持环还可以被安置在隔膜70的外部74之上，以便凸部96向下延伸至隔膜70的面向上的表面，因此从上接合保持隔膜70。

现在参考图3，4和6，以横截面示出凸部96。根据公开的例子，凸部96的横截面是弯曲的或大体上半圆形的。横截面的其他形状也被证明是适合的。根据公开的例子，凸部96与保持环76的平衡件一体地由单件材料而形成。因此，在所示出的例子中，由加厚的唇部104形成凸部96。替代地，凸部96可以由分离的且不同的部件形成，诸如通过胶合、焊接、砌合或其他合适的方法被固定到保持环76的平衡件的分离型环。此外，虽然凸部96被示出为邻近于内部92，但是凸部还可以形成在保持环76的中部95，或邻近于外部94。

如在图4和6中最佳地示出的，优选地，孔眼84尺寸适于容纳插件108。在示出的例子中，孔眼86大于孔眼91。插件具有外直径D1，其尺寸适于匹配孔眼86的直径D2，并且插件具有内孔110，其尺寸适于容纳连接螺栓82。根据公开的例子，插件108展开在隔膜70与螺栓82之间的接口经受的负载，并且避免了隔膜70中的应力增加。

如图7所示，示出了保持环的替代的实施例，并且由附图标记176表示。如图7所示，保持环176包括加厚部分178。如图所示，加厚部分178被放置在邻近于保持环176的内端180，以便内端180比外端182厚。替代地，加厚部分178可以与内端180隔开或稍稍远离内端180。如图所示，保持环176可以具有细长的楔形横截面，在其中，内端180厚于外端182。

可以如下地从传统的阀装配包含上述的保持环76，176中的任一个的控制阀20。在确定外凸边78和80的尺寸，包括连接孔眼88和90的位置之后，隔膜70可以从传统的材料中选择，并且可以基于传统的确定尺寸原理(sizing principle)被确定尺寸。隔膜70可以被提供了连接孔眼91，该孔眼的尺寸适于并且被定位来配准连接孔眼88和90，以及容纳螺栓82。优选地，孔眼86尺寸适于容纳插件108。

保持环76被提供了环状凸部，该凸部的尺寸适于匹配在上凸边与下凸边之间，并且隔膜被安置在上凸边与下凸边之间，并且安置凸部以便环状凸部支撑隔膜的外部的相邻面。随后，凸边被固定在一起。

优选地，环状凸部可以被形成在一尺寸适于匹配在上凸边与下凸边之间的环上，并且被提供了穿过该环的外部的连接孔眼，每个连接孔眼尺寸适于容纳紧固件。对准或安置该环，以便连接孔眼与上和下凸边中的孔眼对准，并且垫片或插件被插入在凸边之间的连接孔眼中。环状凸部可以形成在邻近于环的内部，环的外部或邻近于环的中部。凸部可以具有弯曲的横截面，并且可以通过在邻近于环的内部或邻近环的任何其他适合部分提供加厚部分来形成凸部。可以通过使上凸边或下凸边中的所选择的一个成形以具有成角度的横截面，来形成环状凸部，以便所选择的凸边的内部具有第一厚度，并且所选择的凸边的外部具有小于第一厚度的第二厚度。

根据前述的描述，本发明的多个变形和替代的实施例对于本领域的技术人员而言是显而易见的。因此，该描述被解释为仅作示例，并是作为将本发明的最佳方式教导给本领域的技术人员的目的。本公开的细节可以在不偏离本发明的精神下有所变化，并且保留权利要求范围内的所有修改的排他使用。

Claims (15)

1.一种用于移动控制阀的阀杆的气动阀动器，所述阀动器包括：

隔膜壳，包括上壳和下壳；

所述上壳具有上凸边并且所述下壳具有下凸边，所述上凸边和所述下凸边具有连接孔眼，其孔眼尺寸适于容纳紧固件；

隔膜板，被可移动地放置在所述上壳与所述下壳之间，所述隔膜板被布置为被可操作地耦接至所述阀杆来移动所述阀杆；

弹簧，被放置在所述上壳与所述下壳之间，并且被布置为以第一方向偏置所述隔膜板；

隔膜，被放置在所述上壳与所述下壳之间，所述隔膜包括中部，该中部能够随所述隔膜板的移动而移动；

所述隔膜包括外部，该外部尺寸适于匹配在所述上凸边与所述下凸边之间，并且所述隔膜具有连接孔眼；

插件，其放置在所述上凸边与所述下凸边之间，所述插件的尺寸适于容纳所述紧固件，并且所述插件被容纳于所述隔膜的连接孔眼中；

空气入口，被限定在所述隔膜壳中，并且被布置用于连接至空气供应源，所述空气入口允许所述空气供应源以第二方向偏置所述隔膜板；

保持环，被放置在所述上凸边与所述下凸边之间，并且被安置以接合所述隔膜的所述外部；以及

所述保持环包括凸部，被安置以接合所述隔膜的所述外部的表面；

其中，所述环包括外部，其具有与所述上凸边和所述下凸边的连接孔眼对准的孔眼。

2.根据权利要求1所述的阀动器，其特征在于，所述环包括内部，并且其中，所述凸部形成于邻近于所述内部。

3.根据权利要求1所述的阀动器，其特征在于，所述凸部包括弯曲的横截面。

4.根据权利要求1所述的阀动器，其特征在于，通过将加厚部分提供至邻近于所述环的内部来形成所述凸部。

5.根据权利要求1所述的阀动器，其特征在于，所述环包括成角度的横截面，并且此外，其中所述环的内部具有第一厚度，而所述环的外部具有小于所述第一厚度的第二厚度。

6.根据权利要求1所述的阀动器，其特征在于，所述凸部包括唇部。

7.一种用于移动控制阀的阀杆的气动阀动器，所述阀动器包括：

壳，包括上壳和下壳，

所述上壳具有上凸边并且所述下壳具有下凸边；

隔膜板，被可移动地放置在所述上壳与所述下壳之间，所述隔膜板被布置为被可操作地耦接至所述阀杆来移动所述阀杆；

弹簧，被可操作地耦接至所述隔膜板，并且被布置为以第一方向偏置所述隔膜板；

隔膜，被放置在所述上壳与所述下壳之间，所述隔膜包括中部，该中部能够随所述隔膜板的移动而移动；

所述隔膜包括外部，该外部尺寸适于匹配在所述上凸边与所述下凸边之间，并且所述隔膜具有连接孔眼；

空气入口，被限定在所述壳中，并且被布置用于连接至空气供应源，所述空气入口允许所述空气供应源以第二方向偏置所述隔膜板；以及

环形凸唇部，由所述凸边中的所选择的一个所成形，并且被安置以接合所述隔膜的所述外部，所述唇部尺寸适于支撑所述隔膜的所述外部的表面；

其中，所述上凸边和所述下凸边具有连接孔眼，每个孔眼尺寸分别适于容纳紧固件，并且包括插件，该插件尺寸适于安放在所述上凸边与所述下凸边之间，并且与所述上凸边和所述下凸边的连接孔眼中的每个对准，所述插件中的每个尺寸适于容纳所述紧固件中的一个，并且所述插件中的每个分别被容纳于所述隔膜的连接孔眼中。

8.根据权利要求7所述的阀动器，其特征在于，所述所选择的凸边包括内部，并且其中，所述唇部形成于邻近于所述内部。

9.根据权利要求8所述的阀动器，其特征在于，所述唇部包括弯曲的横截面。

10.根据权利要求7所述的阀动器，其特征在于，通过将加厚部分提供至邻近于所述所选择的凸边的内部来形成所述唇部。

11.根据权利要求7所述的阀动器，其特征在于，所述所选择的凸边包括成角度的横截面，并且此外，其中所述所选择的凸边的内部包括第一厚度，而所述所选择的凸边的外部包括小于所述第一厚度的第二厚度。

12.一种用于改善控制阀内的隔膜的保持的方法，所述控制阀包括被耦接至阀杆的可移动的隔膜板、被可操作地耦接至该隔膜板的弹簧、以及具有中部的隔膜，该中部能够随所述隔膜板的移动而移动，所述方法包括：

确定阀动器壳的上凸边和下凸边的尺寸，所述阀动器壳装着所述隔膜板和所述隔膜，其中所述隔膜具有连接孔眼；

在环上形成环状凸部，该环尺寸适于匹配在所述上凸边与所述下凸边之间；

提供穿过所述环的外部的连接孔眼，每个穿过所述环的外部的连接孔眼尺寸适于容纳紧固件；

安置所述环，以便穿过所述环的外部的连接孔眼与所述上和下凸边中的孔眼对准；

将垫片插入在所述隔膜的连接孔眼中；

将所述隔膜安置在所述上凸边与所述下凸边之间；

将所述环状凸部安置在所述上凸边与所述下凸边之间，以便所述环状凸部支撑所述隔膜的外部的表面；以及

将所述上和下凸边固定在一起。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，包括将所述环状凸部形成于邻近于所述环的内部。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，包括形成所述环状凸部来具有弯曲的横截面。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，包括通过将加厚部分提供至邻近于所述环的内部来形成所述环状凸部。