CN102466080A - 与流体阀的致动器一起使用的偏置装置 - Google Patents

Abstract

一种与流体阀的活塞致动器一起使用的偏置装置，该偏置装置包括管状基座元件、管状定位元件、管状基座支架以及设置于所述管状基座元件的外部环状凸缘与所述管状基座支架的外部环状凸缘之间的偏置元件。所述管状定位元件部分地设置于所述管状基座元件之中，所述管状定位元件穿过所述管状基座元件的内部凸缘上的开口。所述管状定位元件部分地设置于所述管状基座支架之中，所述管状定位元件穿过所述管状基座支架的内部凸缘上的开口。所述偏置元件抵靠所述管状基座元件的所述外部环状凸缘以及所述管状基座支架的所述外部环状凸缘。

Description

与流体阀的致动器一起使用的偏置装置

技术领域

本发明一般涉及偏置装置，特别涉及与流体控制阀的致动器一起使用的偏置装置。

背景技术

流体控制阀(例如直线阀、旋转阀等)被普遍使用在过程控制系统中，以控制过程流体的流动。控制阀典型地包括致动器(例如气动致动器、液压致动器等)，以使控制阀的操作自动化。为了给这些致动器提供偏置功能，在致动器内普遍放置弹簧，以在例如系统故障期间将控制阀的活塞偏置至和/或使控制阀的流体控制元件返回至故障保护位置(例如开启位置、闭合位置)。尽管该弹簧给致动器提供了偏置功能，但是由于弹簧施加于致动器的不同部件的力，致动器的装配和/或拆卸可能会有些困难。

图1示出了一种已知致动器100，其通过多个紧固件106耦接至阀门104(例如球阀、滑动杆阀)的主体102。致动器100包括缸体108，其通过多个连杆114和紧固件116耦接于第一板110和第二板112之间。缸体108限定室118，活塞120、弹簧122和致动器杆124的一部分被放置在室118内。在活塞致动器内，弹簧122为致动器100提供故障保护功能，以在例如系统故障期间通过活塞120将阀门104的流体控制元件(例如阀塞)(未图示)移动至故障保护位置(例如开启位置或闭合位置)。致动器杆124是穿过由第二板112限定的开孔126以及由致动器100的轭130限定的开孔128而放置的。

实践中，致动器100可耦接至阀门104，以控制通过阀门104的流体流动。特别地，致动器可用于控制可操作地耦接至致动器杆124的流体控制元件在阀门104中的位置。运作时，为使流体控制元件在阀门104中移动，提供一个跨越第一室部分132和第二室部分134的压差。例如，为使流体控制元件在阀门主体102中竖直向下移动(例如朝向阀门主体102内的开口或阀座)，活塞120可由通过例如端口148抽入流体(例如空气、过程流体、液压流体等)朝向第二板112移动，以增大在第一室部分132的压强。随着在第一室部分132的压强增大，施加于活塞120的第一表面136的力也增大，直至弹簧122施加于活塞120的第二表面138的力不敌在第一室部分132的压强施加于第一表面136的力。因此，活塞120和致动器杆124(它们耦接在一起)朝向第二板112移动，以使流体控制元件移动在阀门104之中。

或者，为使流体控制元件在阀门104中竖直向上移动，活塞120可由通过端口148排出流体朝向第一板110移动，以减小在第一室部分132的压强，使得弹簧122施加于活塞120的第二表面138的力超过在该压强施加于第一表面136的力。因此，活塞120和致动器杆124朝向第一板110移动，以使流体控制元件移动在阀门104之中。

为装配致动器110，弹簧122被放置在室118内并邻近第二板112，然后活塞120和致动器杆124导入弹簧122以及开孔126、128。然而，由于当被放置在室118内时弹簧122典型地是完全松弛的，因此，将第一板110耦接至致动器100可能会较为困难。在一些例子中，为使第一板110可以被耦接至致动器100，连杆114必须要长，以当弹簧122松弛和/或随着活塞120从缸体108部分地延伸时，使第一板110的开孔140可以和连杆114对准。当紧固件116被固定在连杆114上时，第一板110朝向缸体108移动并压缩弹簧122，直至，例如，第一板110接合缸体108的一端142。紧固件116必须在装配时被均匀地固定，以防止第一板110相对缸体108的顶部倾斜，而这会导致弹簧在缸体108中移位和/或不灵便。在拆卸致动器100时，紧固件116从连杆114松开，这就在第一板110能从致动器100被移除之前松弛了弹簧122。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服现有技术中的上述缺点，提供便于致动器的装配和/或拆卸的技术方案。

在一个实施例中，提出了一种与流体阀的活塞致动器一起使用的偏置装置，该偏置装置包括：管状基座元件，其具有在空管的第一端处的外部环状凸缘和在该空管的第二端处的内部凸缘；管状定位元件，其具有在该管状定位元件的第一端处的板，该板横向延伸过该管状定位元件的外部边缘并形成围绕该管状定位元件的该第一端的周边的外部凸缘；管状基座支架，其具有中空中心部分、在该中空中心部分的第一端处的外部环状凸缘和在该中空中心部分的第二端处的内部凸缘；以及偏置元件，其设置于所述管状基座元件的所述外部环状凸缘与所述管状基座支架的所述外部环状凸缘之间。所述管状定位元件部分地设置于所述管状基座元件之中，所述管状定位元件穿过所述管状基座元件的所述内部凸缘上的开口。所述管状定位元件部分地设置于所述管状基座支架之中，所述管状定位元件穿过所述管状基座支架的所述内部凸缘上的开口。所述偏置元件抵靠所述管状基座元件的所述外部环状凸缘以及所述管状基座支架的所述外部环状凸缘。

根据本文所述例子的教导装配的偏置装置改善了安全性并降低了复杂度，和/或减少致动器的装配和/或拆卸所需的时间。

附图说明

图1示出一种已知的致动器和阀门；

图2示出一种阀门以及一种致动器，该致动器包括根据本发明的教导构造的偏置装置的一个实施例；

图3示出图2的阀门、致动器和偏置装置，该偏置装置处于部分压缩的位置；

图4示出图2的偏置装置的分解剖视图；

图5示出图2的偏置装置的初始装配位置的剖视图；

图6示出图2的偏置装置的中间装配位置的剖视图，包括锁紧螺母；

图7示出图2的偏置装置的完全已装配位置的剖视图；

图8示出图2的偏置装置的完全受压缩位置的剖视图；

图9是图2的偏置装置的透视图；

图10是图2的偏置装置的管状定位元件和锁紧螺母的透视图；

图11是图2的偏置装置的管状基座元件的透视图；

图12是根据本发明的教导构造的偏置装置的一个替代实施例的剖视图，包括设置在管状定位元件上的限位器元件；

图13是图12的偏置装置的俯视图，示出该限位器元件以及形成于管状基座元件的内部环状凸缘内的槽；

图14是根据本发明的教导构造的偏置装置的另一个替代实施例的剖视图，包括设置在管状基座元件的内表面上的限位器元件。

具体实施方式

一些例子示于上文指出的附图并在下文详细描述。在描述这些例子时，相似或相同的标记用来表示相同或相似的元件。这些附图并不一定按照一定比例缩小或放大。为清楚和/或简要起见，附图的某些零件和某些视图可能被示为按比例或示意性地放大。此外，几个例子通篇被描述。任何例子的任何零件可能会与其他例子的其他零件一同被包括进来、作为其替代或者以其他方式与其结合。

在一些例子中，偏置装置包括预负荷的弹簧，其位于相对的基座元件的两端之间，该相对的基座元件可伸缩地与定位元件耦接在一起。基座元件和定位元件可包括相对的凸缘，其相互接合和/或相互锁定，以限制基座元件和定位元件相对彼此运动的量。此外，偏置装置可具有一个或多个定位装置，以限制基座元件或定位元件朝向彼此运动的量。虽然本文描述的示例性偏置装置被描述为与致动器一起使用，这些示例性偏置装置可以用于任何其他适合的应用。

图2示出示例性致动器200(例如活塞致动器、单动式活塞致动器和双动式活塞致动器等)，其通过轭锁紧螺母290耦接至阀门104的主体102。致动器200包括缸体208，其通过多个连杆214和紧固件216耦接于第一板210与第二板212之间。与上文图1描述的已知致动器100对比，缸体208限定室218，在室218中放置有活塞220和示例性偏置装置219。控制流体可通过端口247输送进或输送出室218。偏置装置219可以被制造和/或生产为设置于室218内的整装的单元或模块，用于为双动式活塞致动器提供故障保护偏置功能，减小装配和/或拆卸示例性致动器的复杂度和改善其安全性，以及降低偏置元件(例如弹簧)的卡滞。此外，偏置装置219可以与单动式活塞致动器一起使用，以偏置可操作地耦接至流体控制元件的活塞。偏置装置219还可为单动式活塞致动器提供故障保护偏置功能，并减小装配和/或拆卸示例性致动器的复杂度和改善其安全性。如图2所示，偏置装置219被延伸，以通过活塞220将流体控制元件放置在例如开启位置和/或故障保护位置(例如开启位置或闭合位置)。作为对比，图3示出至少部分地被压缩的偏置装置219以及与第一板210具有一定距离的活塞220，以使例如调节通过阀门104的流体流动成为可能。

示例性偏置装置219包括管状基座元件221、管状基座支架223、管状定位元件225以及偏置元件222(例如弹簧)，偏置元件222位于管状基座元件221和管状基座支架223相应的外部环状凸缘227和229之间。偏置元件222推动管状基座元件221背离管状基座支架223，以将例如阀门104的流体控制元件(未图示)放置到开启位置。在其他实施例中，偏置元件222可推动管状基座元件221背离管状基座支架，以将流体控制元件放置到闭合位置。管状基座元件221可具有大于管状定位元件225的外径233的内径231，使得管状定位元件225至少部分地设置于管状基座元件221之中。虽然管状基座元件221的外部凸缘227在示于图2的例子中邻近活塞220放置，作为替代，偏置装置219的取向可反转，使得管状基座支架223的外部凸缘229可邻近活塞220放置。

为限制管状基座元件221相对管状基座支架223的运动和/或将管状基座元件221与管状基座支架223可移动地耦接在一起，管状定位元件225被提供在管状基座元件221与管状基座支架223之间。在这个例子中，管状定位元件225包括在其第一端处的板235，板235横向延伸过管状定位元件225的周边并形成外部凸缘237。外部凸缘237朝向管状基座支架223的内表面239延伸和/或与其相邻而放置。管状定位元件225可包括相对着外部凸缘237的内和/或外螺纹245(例如参见图4)。外螺纹245可接收定位螺母242，其将管状定位元件225固定在形成于管状基座元件221的相对着外部环状凸缘227的一端的内部凸缘246的开口244之中。内螺纹245可保持延伸部元件225b，其将在下文进一步讨论，以便偏置装置219的装配。定位螺母242还将管状定位元件固定在形成于管状基座支架223的相对着外部环状凸缘229的一端的内部凸缘250的开口248之中(例如参见图4)。管状基座支架223的主体252以及管状基座支架223的内部凸缘250形成容纳定位螺母242的凹入区域254。

为装配致动器200，偏置装置219放置于室218中，使得管状基座支架223的外部环状凸缘229邻近第二板212。耦接至活塞220的致动器杆256导入管状定位元件225、管状基座支架223的开口248以及分别由第二板212和轭262限定的开孔258、260。在上文描述的致动器100中，当弹簧122(图1)刚开始被放置于室118中(图1)时，弹簧122(图1)完全松弛；与此对比，偏置装置219的偏置元件222被压缩(例如预负荷)并包含于管状基座元件221的外部环状凸缘227与管状基座支架223的外部环状凸缘229之间。换言之，在将偏置装置219放置于致动器中之前，偏置装置219可以被预装配为偏置组件。而且，偏置元件222被固定于管状基座元件221与管状基座支架223之间，使得在致动器200的装配/拆卸期间没有偏置元件222释放储能的危险。因此，一旦偏置装置219、致动器杆256和活塞220被放置于室218中，第一板210可被耦接至致动器200，而不需要采取任何额外的措施和/或预防措施。为拆卸致动器200，无须首先松开偏置元件222，就可松开紧固件214、拆除第一板210。

管状基座元件221、管状基座支架223和管状定位元件225可具有几乎任何剖面形状，例如圆形、方形、矩形、椭圆形、多边形等。此外，环状凸缘可以是部分或全部凸缘。换言之，本文描述的凸缘不必完全地围绕元件的周边延伸，相反，凸缘可仅仅部分地围绕元件的周边延伸。

现参考图4至8，为装配偏置装置219，管状定位元件225、管状基座元件221和管状基座支架223纵向对准，如图4所示。管状定位元件225穿过管状基座元件221上的邻近外部环状凸缘227的第一开口264、穿过管状基座元件221上的邻近内部凸缘246的开口244被插入，直至管状定位元件225的外部凸缘237被管状基座元件221的内部凸缘246阻止(参见图5)。然后，管状基座元件221和管状定位元件225被放置于偏置元件222中，使得偏置元件222的一端停留在底座表面272内，该表面可以是外部环状凸缘227的一侧上的凹入区域。此后，管状基座支架223被放置在管状定位元件225上方，使得管状定位元件225穿过在管状基座支架223上的邻近内部凸缘250的开口248、穿过在管状基座支架223上的邻近外部环状凸缘229的另一开口270而延伸。偏置元件222的第二端设置于底座表面274内，类似于底座表面272，位于外部环状凸缘229的一侧上。可选地，装配之前，管状定位延伸部225b(图4)可被连接到管状定位元件225的第一段225a(即延长管状定位元件225)，以便利管状定位元件225、管状基座元件221和管状基座支架223的装配。管状定位延伸部225b可通过几乎任何连接方法连接到第一段225a，例如螺纹、焊接、粘合、压接(crimping)等。

一旦管状基座元件221、管状基座支架223、管状定位元件225、以及偏置元件222装配好，定位螺母242拧到管状定位元件225的一端上(参见图6和7)并停留在管状基座支架223的凹入区域254内。若管状定位元件225先前被可选地安装有延伸部225b，延伸部225b可在定位螺母被固定至管状定位元件225之前或之后被拆除。

图8示出处于完全受压缩状态的偏置装置219，在这一状态下，管状基座元件221的内部凸缘246邻近管状基座支架223的内部凸缘250。

图9至11示出已装配状态下的偏置装置219(图9)、管状定位元件225和定位螺母242(图10)、以及管状基座元件221(图11)的透视图。如图9所示，偏置装置219可在安装进致动器之前被预装配。该公开的偏置装置219有利地降低了偏置元件222的卡滞，因为偏置元件222不是外部地受限的。换言之，偏置装置219不包括偏置元件222可能会卡滞于上的外部罐壁。此外，偏置元件222被外部凸缘227、229完全限制，而无法滑离偏置装置219。

运作时，为使流体控制元件在阀门之中移动，提供跨越第一室部分276和第二室部分278的压差(图2)。具体地，为朝向开口移动流体控制元件，通过端口247抽入流体，使得施加于活塞220的第一表面280的力超过偏置装置219的偏置元件222施加于第二表面282的力。或者，为背离开口移动流体控制元件，通过端口247排出流体，直至，例如，偏置装置219施加于第二表面282的力超过第一室部分276内的压强施加于第一表面280的力。

图12和13示出偏置装置219的另一个实施例，偏置装置219包括耦接至管状定位元件225的外表面的限位器284(例如定位装置)。限位器284可以被管状基座元件221的内部凸缘246接合，以限制管状基座元件221朝向管状基座支架223运动的量。运作时，当施加于活塞220的第一表面280(图2)的力超过偏置元件222施加于第二表面282的力时，偏置装置219会压缩，而内部凸缘246则会接合限位器284以限制管状基座元件221朝向管状基座支架223运动的量。这一为偏置装置219提供限位器284的方法使得流体控制元件的动程可以被调整至特定应用，而不管允许的缸体冲程长度。

为装配图12的偏置装置219，管状基座元件221的内部凸缘246包括一个或多个槽286(图13)，其容纳限位器284。当管状定位元件225被插入管状基座元件221时，限位器284与槽286对准，使得限位器284穿过槽286。一旦限位器284穿过槽286，管状定位元件225可被旋转，使得限位器284不再与槽286对准(图13中以虚线示出)，从而防止在偏置装置219运作期间限位器284穿过槽286。

公开的偏置装置219的再一个实施例示于图14。在这个实施例中，偏置装置219可包括放置于管状基座元件221的内表面的限位器284。类似于图12和13的实施例的槽286，管状定位元件225的外部凸缘237上的槽(未图示)便利了装配。运作时，当限位器284接合管状定位元件225上的板235时，限位器284限制管状基座元件221相对管状基座支架223的运动。

根据本文所述例子的教导装配的偏置装置涉及这样的偏置装置，其改善安全性并降低复杂度，和/或减少致动器的装配和/或拆卸所需的时间。例如，正如本文所描述的，根据本发明的教导装配的偏置装置使致动器可以被装配和/或拆卸，而无须首先压缩和/或松弛放置于致动器内的弹簧。此外，本文公开的偏置装置降低弹簧或偏置元件的卡滞可能性，并改善弹簧或偏置元件的轴向性能。而且，公开的偏置装置改善装配期间的安全性，因为弹簧或偏置元件是预受压并保持在偏置装置内的。

尽管本文描述了一些示例性方法、装置和产品，本专利的覆盖范围并不限于此。相反，本专利覆盖字面上或基于等同原则合理地落入所附权利要求的范围的所有方法、装置和产品。

Claims (20)

1.一种与流体阀的活塞致动器一起使用的偏置装置，该偏置装置包括：

管状基座元件，其具有在空管的第一端处的外部环状凸缘和在该空管的第二端处的内部凸缘；

管状定位元件，其具有在第一端处的板，该板横向延伸过该管状定位元件的外部边缘并形成围绕该管状定位元件的该第一端的周边的外部凸缘；

管状基座支架，其具有中空中心部分、在该中空中心部分的第一端处的外部环状凸缘和在该中空中心部分的第二端处的内部凸缘；以及

偏置元件，其设置于所述管状基座元件的所述外部环状凸缘与所述管状基座支架的所述外部环状凸缘之间；

其中，所述管状定位元件部分地设置于所述管状基座元件之中，所述管状定位元件穿过所述管状基座元件的所述内部凸缘上的开口，所述板大于所述管状基座元件的所述内部凸缘上的所述开口；

所述管状定位元件部分地设置于所述管状基座支架之中，所述管状定位元件穿过所述管状基座支架的所述内部凸缘上的开口；

所述偏置元件抵靠所述管状基座元件的所述外部环状凸缘以及所述管状基座支架的所述外部环状凸缘。

2.如权利要求1所述的偏置装置，其特征在于，所述偏置元件是弹簧。

3.如权利要求2所述的偏置装置，其特征在于，所述管状基座元件的所述外部环状凸缘和所述管状基座支架的所述外部环状凸缘各包括凹入部分，其用于容纳所述弹簧的一端。

4.如权利要求1所述的偏置装置，其特征在于，还包括被可拆卸地连接到所述管状定位元件的管状定位延伸部，该管状定位延伸部延长所述管状定位元件。

5.如权利要求1所述的偏置装置，其特征在于，所述管状定位延伸部以螺纹连接方式被可拆卸地连接到所述管状定位元件。

6.如权利要求1所述的偏置装置，其特征在于，所述管状定位元件以定位螺母固定，该定位螺母拧在所述管状定位元件的第二端，该定位螺母座落于由所述管状基座支架的所述中空中心部分的所述第二端形成的凹入部分。

7.如权利要求6所述的偏置装置，其特征在于，在所述定位螺母拧到所述管状定位元件上后，所述定位螺母焊接至所述管状定位元件。

8.如权利要求1所述的偏置装置，其特征在于，所述偏置元件将阀杆和阀塞偏置至开启位置。

9.如权利要求1所述的偏置装置，其特征在于，所述偏置元件将阀杆和阀塞偏置至闭合位置。

10.如权利要求1所述的偏置装置，其特征在于，还包括设置于所述管状定位元件的外表面的限位器。

11.如权利要求10所述的偏置装置，其特征在于，所述限位器嵌入形成于所述管状基座元件的所述内部凸缘中的槽内。

12.如权利要求11所述的偏置装置，其特征在于，所述管状定位元件可旋转于所述管状基座元件之中；装配期间，当所述管状定位元件被插入所述管状基座元件时，所述限位器与所述槽对准；在所述限位器穿过所述槽之后，所述管状定位元件被旋转，使得所述限位器与所述槽不对准。

13.如权利要求1所述的偏置装置，其特征在于，还包括设置于所述管状基座元件的内表面的限位器。

14.如权利要求13所述的偏置装置，其特征在于，所述限位器嵌入形成于所述管状定位元件的所述外部凸缘中的槽内。

15.如权利要求13所述的偏置装置，其特征在于，所述管状定位元件可旋转于所述管状基座元件之中；装配期间，当所述管状定位元件被插入所述管状基座元件时，所述槽与所述限位器对准；在所述限位器穿过所述槽之后，所述管状定位元件被旋转，使得所述限位器与所述槽不对准。

16.一种流体阀，包括：

阀体，其具有流体入口和流体出口；

阀塞，其设置于在所述流体入口与所述流体出口之间的所述阀体之中，该阀塞控制通过所述阀体的流体流动；

致动器，其可操作地连接至所述阀体和所述阀塞，该致动器设置为在开启位置与闭合位置之间移动所述阀塞；以及

偏置装置，其位于所述致动器之中，并包括：

管状基座元件，其具有外部环状凸缘和内部凸缘；

管状定位元件，其具有在第一端处的板，该板形成外部环状凸缘；

管状基座支架，其具有设置于中空中心部分的一端的外部环状凸缘和设置于该中空中心部分的另一端的内部凸缘；

定位螺母，其设置于所述管状定位元件的第二端；以及

偏置元件，其设置于所述管状基座元件与所述管状基座支架之间。

17.如权利要求16所述的流体阀，其特征在于，还包括位于所述致动器之中的活塞，该活塞可操作地耦接至所述阀塞，所述偏置元件可操作地耦接至该活塞。

18.如权利要求17所述的流体阀，其特征在于，所述偏置元件将所述阀塞偏置至开启位置。

19.如权利要求17所述的流体阀，其特征在于，所述偏置元件将所述阀塞偏置至闭合位置。

20.一种制造用于流体控制阀的偏置元件的方法，该方法包括：

提供管状基座元件，其具有在一端处的外部环状凸缘和在另一端处的内部凸缘；

提供管状基座支架，其具有中空中心部分、在一端处的外部环状凸缘和在另一端处的内部凸缘；

提供管状定位元件，其具有在一端处的板，该板横向延伸过外表面，该板形成外部凸缘；

穿过所述管状基座元件上的邻近所述外部环状凸缘的第一开口、穿过所述管状基座元件上的邻近所述内部凸缘的第二开口插入所述管状定位元件；

将偏置元件滑过所述管状定位元件和所述管状基座元件；

将所述管状基座支架滑过所述管状定位元件的一端，使得所述管状定位元件穿过所述管状基座支架上的邻近所述内部凸缘的第一开口、穿过所述管状基座支架上的邻近所述外部环状凸缘的第二开口延伸；以及

将定位螺母固定至所述管状定位元件。

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