CN103765017A - 致动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于致动阀的柱塞的致动器。致动器具有入口并包括第一中空帽和第二中空帽。主致动组件设置在帽之间。主致动组件包括可变形隔膜；第一腔室和第二腔室，静态密封元件和能够在被致动位置和未被致动位置之间移动的主活塞。偏压机构偏压在未被致动位置处的活塞。当加压气体被驱使通过入口和/或从致动器的出口被抽取时，第一腔室膨胀，将主活塞从未被致动位置移动至被致动位置，连接至主活塞的致动杆因此在设置在底部帽中的通道内滑动。可堆叠致动组件还可以用在帽之间。使用静态密封元件有利地避免移动部件之间的摩擦。

Description

致动器

技术领域

本发明大体涉及致动器，更具体地涉及一种用以致动阀内的柱塞或活塞的气动致动器。

背景技术

气动致动器用于不同类型的应用中，并用以致动或移动例如阀的不同类型装置中的柱塞、轴等。

致动器可以包括在相同组件内的通常闭合的活塞、通常打开的活塞或两者。包括通常闭合的活塞的致动器通常设有偏压元件，例如弹簧或贝尔维尔垫圈（Belleville washer），其将活塞偏压在闭合位置。为了将活塞从闭合位置移动至打开位置，在致动器内注入气体，抵消弹簧的偏压作用，并允许活塞朝向打开位置移动。类似地，通常打开的活塞可以被偏压在它们的打开位置并通过作用其上的气压的影响被移动至闭合位置。

为了隔离和密封注入气体的腔室，通常使用动力密封。基于这种原理的阀构造的一个示例在图1（现有技术）中示出。在该示例中，致动机构10的通常闭合的和通常打开的活塞12、14沿它们的外周边设有聚合物、硅树脂或橡胶O型环16。当活塞在阀内向上和向下移动时，O型环16滑动并摩擦阀的圆柱形体18的内壁。

当致动器用于高温应用中时，有时高达350度，随着时间的逝去动力密封容易变得粘性和易脆。这提高了密封和致动系统的内壁之间的摩擦，不利于活塞的移动。可以使用润滑剂减小这种摩擦，但是它们的使用产生其它的问题：基于油脂的润滑剂（例如Krytox（商标）或Torr-lube(商标））最终会干，甚至增大摩擦并且使得活塞更难移动。使用干的润滑剂通常不被看作备选方式，因为它们最终会被所用的致动气体吹掉。在使用电流致动活塞的螺线管阀中也面临类似的困难。

动力密封的弱化不仅发生在高温应用中。在低温应用中也存在问题，在低温应用中在极低温度条件下使用阀。在这种情况下，致动气体中存在的潮气容易在活塞和致动系统的内壁的交界处结晶，不利于活塞的运动。

因此，需要一种致动器，其可以帮助减小或消除移动部件之间的摩擦。对于某些应用，还希望这种致动器能够赋予较大的力给其致动的轴或柱塞，同时保持低的致动压力。对于某些应用，机构也将需要具有长的操作寿命并且能够在高速条件下移动轴或柱塞。

已经提出许多解决方案以便解决这样的问题。美国专利5755428示出一种具有金属对金属的动态放置的阀。虽然上述类型的致动器可以适于环境或相对适中的温度，但是不能用于高温或低温应用中。在该设计中涉及到6个O型环。如果在低温或高温（例如350°C）条件下使用，这些环的高摩擦和脆化容易发生。

还已知的现有技术有US5131627、US5215286、US5653419、US6508453、US7159839以及US20100090151。这些解决方案的一些使用凸轮机构、齿轮-凸轮以及小齿轮机构、或多个活塞，以便提高总的有效重量或至被致动的轴或杆的力。这些解决方案需要使用若干个小的难以加工的部件，这导致机构复杂并难以组装和维护，以及提高制造成本。

由于上述原因，需要改进的气动致动器。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种用于致动柱塞的气动致动器。致动器可以用于不同的应用中，例如但是不限于分析、处理、设备或工业应用。其还可以用于从低温应用到高温应用。

致动器包括主入口和主出口，以及彼此面对的中空的第一和第二帽。第二帽设有延伸通过它的帽通道。

致动器还包括主致动组件，主致动组件设置在中空的第一和第二帽之间。主致动组件包括具有相对的第一和第二隔膜表面的可变形隔膜，第一腔室和第二腔室。第一腔室通过第一隔膜表面限制，并且与所述主入口流体连通。第二腔室通过第二隔膜表面限制，并且与所述主出口流体连通。

致动器还包括静态密封元件，用于流体地密封所述第一腔室和第二腔室。

致动器还包括主活塞和致动杆。主活塞能够在被致动位置和未被致动位置之间移动，并且包括能够操作地连接至第二隔膜表面的活塞表面。致动杆能够滑动地配合在所述帽通道内，杆的一部分延伸到第二帽的外部，杆的所述部分能够连接至柱塞。当主活塞在被致动位置和未被致动位置之间移动时所述致动杆与主活塞协作以便在帽通道内滑动。

致动器还包括偏压在未被致动位置处的活塞的偏压机构。

当加压流体被驱使通过主入口或从主出口被抽取中或两者时，主致动组件的第一腔室膨胀，将主活塞从未被致动位置移动至被致动位置，致动杆因此在帽通道内滑动。

通过弹性隔膜表示适于变形的弹性薄膜或部件。

有利地，在本发明的致动机构中使用可变形隔膜消除了对动力密封的需要，也就是说，在常规致动机构中密封与活塞一起移动。避免使用常规密封减少了致动器内部件的摩擦，因而延长了致动机构的寿命，而不管使用所处的温度条件。为了保持机构内腔室的气密性质，可以使用静态密封，例如铜垫圈。

优选地，致动器还可以包括设置在第一和第二帽之间的至少一个可堆叠次级致动组件。每个组件包括容仓入口和容仓出口。每个组件还包括致动容仓、中间可变形隔膜、第一和第二中间腔室、静态容仓密封元件以及中间活塞。致动容仓设有容仓通道。中间可变形隔膜具有相对的第一和第二表面。第一中间腔室通过中间隔膜的第一表面限制，并且与所述容仓入口流体连通。第二中间腔室通过中间隔膜的第二表面限制，并且与所述容仓出口流体连通。

静态容仓密封元件用于流体地密封所述第一和第二中间腔室。中间活塞能够在被致动位置和未被致动位置之间移动并包括操作地连接至中间隔膜的第二表面的活塞表面。中间活塞可滑动地配合在容仓通道内，并且与主活塞操作地协作。

当加压流体被驱使通过容仓入口或从容仓出口被抽取或两者时，第一中间腔室膨胀，将中间活塞从未被致动位置移动至被致动位置，帮助致动杆在帽通道内滑动。

有利地，使用一个或多个可堆叠次级致动组件允许增大施加到致动杆上的力。

此外，使用可堆叠致动和/或偏压元件容仓允许调节和控制施加到致动杆上的扭矩和重力，允许根据将要被使用的应用的要求容易地定制致动机构。

在一个实施例中，致动器包括连接至第一和第二帽中的一个的一个或多个可堆叠偏压元件容仓。

在一个实施例中，致动器是通常打开的致动器，第二帽设有圆形凹陷，该偏压机构配合在所述圆形凹陷内。主出口是设置在第二帽内的排气孔，并且第一腔室通过第一帽限制。

在一个实施例中，致动器是通常闭合的致动器，第一帽设有圆形凹陷，该偏压机构配合在圆形凹陷内。主出口是设置在第一帽内的排气孔，并且第一腔室通过第二帽限制。

在一个实施例中，静态密封元件是铜焊接头、聚合物垫圈以及金属垫圈，或其组合。

在一个实施例中，至少一个可堆叠次级致动组件的容仓入口与主入口流体连通。

在一个实施例中，致动器包括第二致动杆，用于致动第二柱塞。第一帽设有延伸通过它的第二帽通道，第二致动杆可滑动地配合在第二帽通道内。第二致动杆的一部分延伸到第二帽外部，并且可连接至第二柱塞。当主活塞在被致动位置和未被致动位置之间移动时第二致动杆在帽通道内滑动。对于每一个可堆叠致动组件，容仓入口与主入口流体连通。当加压流体被驱使通过容仓入口和/或从容仓出口被抽取时，第一腔室膨胀，第二致动杆与主活塞一起从未被致动位置移动至被致动位置，两个致动杆由此在它们相应的帽通道内滑动。同样，第一和第二致动杆可以沿相同的方向运动，或沿相反的方向运动。

在一个实施例中，致动器与电流至压力转换器结合使用。

根据本发明的另一方面，还提供一种用于安装上述致动器的套件。该套件包括中空的第一和第二帽，包括可变形隔膜、主活塞以及静态密封元件的主致动组件，可连接至主活塞的致动杆，以及用于将活塞偏压在未被致动位置的偏压机构。

根据本发明的又一方面，提供一种用于上述致动器中使用的可堆叠次级致动组件。该可堆叠次级致动机构用在第一和第二帽之间并且包括致动容仓、第一和第二中间可变形隔膜、中间活塞以及在使用时用阀的其他部件流体密封第一和第二中间可变形隔膜的静态容仓密封元件。

将在参考附图阅读本发明的优选实施例之后更好地理解本发明的其他特征和优点。

附图说明

图1（现有技术）是包括现有技术中的具有动力密封的致动器的阀的剖视图。

图2是根据本发明的第一优选实施例的致动器的俯视透视图。图2A是图2中示出的致动器的分解视图。图2B是图2的致动器的沿线B-B的剖视图。图2C是图2的致动器的沿线B-B的剖视图，示出在致动器内的加压流体流。

图3是根据本发明的第二优选实施例的致动器的俯视透视图。图3A是图3中示出的致动器的分解视图。图3B是图3的致动器沿线B-B的剖视图。图3C是图3的致动器沿线B-B的剖视图，示出致动器内的加压流体流。

图4是根据本发明第三优选实施例的致动器的俯视透视图。

图5A和5B形成图4的致动器的分解视图。

图6是图4的致动器的剖视图。

图7和8是图4的致动器的俯视和仰视剖视透视图。

图9是图4中的致动器的可堆叠次级致动组件的一些部件的剖视透视图。

图10是图9的剖视分解视图。

图11是图4的致动器的剖视图，示出致动器内的加压流体流。

图12是根据本发明的第四优选实施例的致动器的俯视透视图。

图13A和13B形成图12的致动器的分解视图。

图14是图12的致动器的剖视图。

图15和16是图12的致动器的俯视和仰视剖视透视图。

图17是图12的致动器的可堆叠次级致动组件的一些部件的剖视透视图。

图18是图17的剖视分解视图。

图19是图12的致动器的剖视图，示出致动器内的加压流体流。

图20是根据本发明第五优选实施例的致动器的剖视图。

图21是图20的致动器的可堆叠次级致动组件的一些部件的剖视透视图。

图22是图21的分解视图。

图23是根据本发明的第六优选实施例的致动器的俯视透视图。图23A是图23中示出的致动器的分解图。图23B是图23的致动器的沿线B-B的剖视图，示出致动器内的加压流体流。

图24是根据本发明的第七优选实施例的致动器俯视透视图。图24A是图24中示出的致动器的沿线A-A的剖视图，示出致动器内的加压流体流。

图25是根据本发明的优选实施例的致动器结合电流至压力转换器的示意图。

图26是根据本发明的另一实施例的致动器的剖视图。

虽然将结合实例实施例描述本发明，但是应该理解的是，不是为了将本发明的范围限制到这些实施例。相反，是为了覆盖本申请所限定的可以被包括的全部替换例、修改例以及等同例。

具体实施方式：

在下面的说明书中，附图中类似的特征具有给定的类似的附图标记。为了保持附图的清楚，如果某些附图标记已经在前面的附图中出现则被省略。

下面描述的实施例仅通过示例的方式给出并且其多个特征和特性不应该被看做对本发明的范围的限制。应该认识到，诸如“顶部或顶”、“底部或底”等的位置描述如果没有相反的表示则应该理解为附图中的情形，不应该视为限制。

参照附图2，示出用于致动阀的柱塞的致动器20nc。致动器20nc包括第一帽22nc和第二帽24nc、主入口28和主出口30。入口28和出口30是可以驱使流体通过或抽取流体的端口。主入口28设置在顶部帽22nc内。第一和第二帽分别是顶部帽和底部帽22nc、24nc，并且它们彼此面对。顶部帽和底部帽22nc、24nc优选是中空的并且通过中空表示它们具有至少一个凹陷部，即使是稍微的凹陷。图中示出的顶部帽和底部帽22nc、24nc是圆柱形的；然而，可以想到其他的形状。

参照图2A、2B以及2C，致动器20nc包括主入口28、顶部帽和底部帽22nc、24nc、主致动组件25nc、致动杆42以及偏压机构32。主入口28是用于接收加压流体，并且同时在该实施例中，入口28设置在顶部帽22nc中，因为通道在帽22nc内轴向地延伸，可以考虑将入口设置在其他位置，例如设置在底部帽24nc的侧壁上。加压流体可以是任何类型的气体或液体。

致动器20nc包括设置在顶部帽和底部帽22nc、24nc之间的主致动组件25nc。主致动组件25nc包括可变形隔膜36、第一腔室48nc、第二腔室50nc、主活塞34nc和静态密封元件38a、38b、38c、38d。在本情况下，静态密封元件是金属垫圈；然而，可以考虑其他类型的静态密封元件，例如聚合垫圈，但是也可以是铜焊接头。通过静态密封元件表示密封元件在致动器被致动时不移动，并因此在密封元件或接头和致动器的其他部件之间没有摩擦。使用密封元件38a、38b、38c以及38d以确保第一和第二腔室48nc、50nc正确地密封，并且部件之间的连接是流体密封的。

可变形隔膜36是圆形的，具有两个相对的第一和第二表面360、362以及中央孔364。在流体压力条件下或当被推动或受压时其是足够弹性以变形的，并且优选是波纹的。弹性隔膜可以是任何类型的流体密封隔膜或能够移动或变形的部件。弹性隔膜可以由不同类型材料形成，例如金属、聚合物和/或弹性体。这些元件的组合可以也可以使用。还可以考虑使用波纹管作为弹性隔膜。通常由金属形成的波纹管是弹性容器，其可以在施加压力至容器外部时被压缩，或在真空条件下伸展。

第一腔室48nc通过第一隔膜表面360限制并且与入口28流体连通，最好如图2C所示。第一腔室48nc在某种意义上是气密的，即当致动器20nc使用时，也就是当被连接至加压流体源时，其可以膨胀。第二腔室50nc通过第二隔膜表面362限制，并且与主出口30流体连通，用于排出流体。在这种情况下，主出口30是排气孔。

主活塞34nc具有操作地连接至隔膜36的第二表面362的活塞表面。在这种情况下，活塞表面是在第二腔室50nc内延伸的凸缘340的部分。主活塞可以在被致动位置和未被致动位置之间移动。图2A-2C的致动器是通常闭合的致动器：当其未被致动时，即当没有加压流体通过入口28注入时，在这种情况下是螺旋弹簧的偏压机构32挤压凸缘340，保持活塞34nc处于较低位置。当处于被致动位置时，加压流体填充第一腔室48nc，并且第一腔室膨胀，使得隔膜36变形，由此向上推凸缘340，其依次压缩偏压元件32，活塞处于升起位置，最佳地如图2C所示。凸缘部分340具有接触偏压元件32的第一表面，和具有第二隔膜表面362的第二表面。在图2C中的箭头示出进入入口28和填充第一腔室48nc的加压流体的流动。

还参照图2A-2C，主活塞34nc设有在第一腔室48nc内延伸的、通过隔膜的中央孔364的部分342。隔膜保持螺母60被螺旋在部分342上，隔膜的中央部分被密封地压缩在螺母60和主活塞34nc的凸缘340之间。第一圆形垫圈38c被用于确保围绕隔膜36的中央孔364周围区域的和主活塞34nc的螺母60的气密连接。类似地，隔膜36的外周边被密封地压缩在顶部帽和底部帽22nc、24nc之间，并且第二圆形垫圈38b被用于密封该连接。当然，可以考虑其他密封和连接元件，只要当加压流体注射到腔室48nc内时第一腔室48nc是气密的。顶部帽和底部帽22nc、24nc在它们的相应的侧向壁上设有螺纹，并且通过螺旋连接在一起。当然，也可以考虑通过焊接或铜焊或软焊将它们接合。

致动杆42或轴的尺寸和形状形成为配合在设置在底部帽内的通道240内，也称为帽通道240。致动杆可以在帽通道240内滑动。杆42的一部分在底部帽24nc外部延伸。杆42的在底部帽24nc外部延伸的部分可以连接至阀的柱塞，或连接至需要线性运动的任何其他类型的装置。杆42的另一侧操作地连接至主活塞34nc，以便当主活塞34nc在被致动位置和未被致动位置之间运动时在帽通道240内滑动。通过操作地连接表示它们可以彼此直接或间接相连。它们还可以彼此形成一体，即是相同部件上的部分。在这种情况下，杆42经由螺丝钉57连接或联接至主活塞34，主活塞搁置在螺丝钉57的头部。

偏压机构32（在此情况下是螺旋弹簧）偏压在未被致动位置处的活塞34nc。偏压元件32配合在设置在顶部帽22nc内的圆形凹陷220内。最佳如图2C所示，当加压流体流过入口28时，主致动组件25nc的第一腔室48nc膨胀，将活塞从未被致动位置移动至被致动位置。偏压元件32因此被压缩，由此允许致动杆42在帽通道240内滑动。

第一腔室48nc通过底部帽24nc限制。当第一腔室48nc膨胀时，第二腔室50nc缩小，因为两个腔室包含在由顶部帽和底部帽22nc、24nc形成的固定的包围结构内。包含在第二腔室50nc内的空气和流体通过设置在顶部帽22nc中的排气孔30被排出。为了使第一腔室48nc保持气密的同时允许致动杆42移动，第二可变形隔膜52b界定第一腔室48nc。第二可变形隔膜52b通过螺丝钉57和杆42密封地保持在其中央孔周围以及底部帽24nc的凸缘和连接/闭合螺母64之间其外周边周围。闭合螺母64可以旋入到底部帽24nc，或使用一组螺丝钉固定至底部帽24nc。类似地，另一较小隔膜52a在将主活塞34nc密封地连接至顶部帽22nc的同时允许活塞34nc移动。

参照图3，示出根据本发明的致动器的另一实施例。致动器20no包括顶部帽22no和底部帽24no，入口28设置在顶部帽22no内。此款致动器20no是通常打开的致动器220no。

参照图3A、3B和3C，致动器20no包括主入口28、第一和第二帽22no、24no、主致动组件25no、致动杆42以及偏压机构33。用于接收加压流体的入口28设置在顶部帽22no中；然而，可以将入口28设置在其他位置。

致动器20no包括设置在顶部和底部中空帽22no、24no之间的主致动组件25no。主致动组件25no包括可变形隔膜36、第一腔室48no、第二腔室50no、主活塞34no和静态密封元件38b、38c。

第一腔室48no通过第一隔膜表面360限制并与主入口28流体连通。在此款致动器中，如图2的正常情况下闭合的致动器，第一腔室位于隔膜的顶侧，而不是在底侧。还参照图3A-3C，第二腔室50no通过第二隔膜表面362限制并与在这种情况下是用于排出气体的排气孔的主出口30流体连通。静态密封元件38c和38d被用于确保致动器20no的部件之间的连接是密封的和气密的，并且有利地，它们在活塞34no从被致动位置移动至未被致动位置时不移动。

主活塞34no具有可连接至隔膜362的第二表面的活塞表面。在此情况下，活塞表面是，在隔膜36之下，凸缘部件340在第二腔室50no内延伸的部分。主活塞34no可以在被致动位置和未被致动位置之间移动。图3A-3C的致动器是，在未被致动的时候正常地打开的致动器，即，当没有加压流体通过主入口28注入时，偏压机构33将凸缘340和保持活塞34no偏压在升起位置。当位于被致动位置时，加压流体填充到第一腔室48no，使得隔膜36变形，由此向下推动凸缘340，这继而压缩偏压元件33，致动杆42位于较低位置，最佳地如图3C所示。凸缘部分340具有接触偏压元件33的第一表面，和接触第二隔膜表面362的第二表面。图3C中的箭头示出进入槽入口28并填充第一腔室48no的加压流体的流动。

仍然参照图3A-3C，主活塞34no设有在第一腔室48no内延伸的、通过隔膜36的中央孔364的部分342。隔膜保持螺母60被螺纹连接在该部分342上，隔膜围绕其中央孔364密封地压在螺母60和主活塞34no的凸缘340之间。垫圈38c被用于在螺母60和凸缘340之间提供流体密封连接。类似地，隔膜36的外周边被密封地挤压在顶部帽和底部帽22no、24no之间，垫圈38d用于密封该连接。当然，只要当加压流体被注入腔室48no时第一腔室48no是气密的，可以考虑其他密封和连接元件。

致动杆42或轴的尺寸和形状形成为配合在设置在底部帽24no中的帽通道240内。在致动器的变形体中，杆42从主活塞34no延伸。致动杆42可以在帽通道240内滑动。杆42的一部分在底部帽24no外部延伸。通过在底部帽24no外部延伸表示其超出帽24no的底部壁，在腔室的最下部之外。与正常闭合的致动器20no类似，杆42延伸到底部帽24no的外部的部分可以连接至阀的柱塞，或连接至需要线性运动的任何其他类型的装置。杆42的另一侧直接连接至主活塞34no，因为它延伸自主活塞并且是主活塞34no的组成部分。

偏压机构33，在这种情况下是波状弹簧，将活塞34no偏压在未被致动位置。偏压元件33配合在设置在底部帽24no中的圆形凹陷242中。当然，可以使用其他类型的偏压元件。最佳地，如图3C所示，当加压流体流过入口28时，主致动组件25no的第一腔室48no膨胀，将活塞34no从未被致动位置移动至被致动位置。偏压元件33因此被压缩，由此允许致动杆42在帽通道240内滑动。

第一腔室48no通过顶部帽22no限制。当第一腔室48no膨胀时，第二腔室50no缩小，因为两个腔室被包含在通过使用螺钉222、244彼此螺纹连接的顶部帽和底部帽22no、24no所形成的固定的包围结构内。包含在第二腔室50no内的空气或流体通过设置在底部帽24no内的排气孔30被排出。

参照图4，示出根据本发明另一实施例的致动器200nc。致动器的变形体是通常闭合的致动器，并且包括第一帽22nc、两个致动容仓26nc以及第二帽24nc。在顶部帽22nc和致动容仓26的侧向壁上是容仓出口31。

参照图5A、5B和6，致动器200nc包括设置在第一和第二帽22nc、24nc之间的两个可堆叠次级致动组件27。每个可堆叠组件包括致动容仓26nc、中间可变形隔膜37、第一和第二中间腔室48nc、50nc、中间活塞41nc以及静态密封元件38a、38b、38c以及38d。当然，可以根据用户希望施加到致动杆42上的重力将不同数量的可堆叠组件27插入在顶部帽和底部帽之间。

参照图6、9以及10，将更详细描述两个可堆叠组件中的一个的多个部件。另一个组件具有相同的结构并且包括相同的部件。致动容仓26a-nc设有容仓通道260a（与图10中相同），用于允许加压流体被注入到致动器以通过它。容仓将被与具有第一和第二表面370a、372a的中间可变形隔膜37a结合使用。

在例如图6所示的使用过程中，可堆叠组件27a包括第一中间腔室48a-nc，其通过中间隔膜37a的第一表面370a限制。第一中间腔室48a-nc是气密的并且与入口28流体连通。同样，容仓入口29a与主入口28流体连通。替换地，还可以考虑设置具有其自身的中间容仓入口的第一中间腔室，例如设置在致动容仓的侧壁内。组件27a还包括通过中间隔膜37a的第二表面372a限制的第二中间腔室50a-nc。第二中间腔室50a-nc与容仓出口31流体连通，用于排出包含在第二腔室内的流体。

还参照图6、9以及10，组件27a包括在被致动位置和未被致动位置之间是可移动的中间活塞41a。中间活塞41a包括活塞表面，其是在第二腔室50a-nc内延伸的410a的一部分。活塞表面操作地连接至隔膜的表面，朝向隔膜的中央。中间活塞41a配合在容仓通道260a中，并且与主活塞34nc操作地协作。通过“操作地协作”表示中间活塞41a直接或间接地联接至主活塞34nc。在这种情况下，中间活塞41a设有延伸通过它的轴向通道414a。通道414a与主入口28流体连通，并且与第一中间腔室48a-nc流体连通。中间活塞41a经由螺丝钉56a联接至主活塞34nc。中间活塞41a连接至螺丝钉56a，螺丝钉56a也具有延伸通过它的轴向通道。螺丝钉56a的该轴向通道与中间活塞41a的通道414a对准。螺丝钉56a允许用容仓26a围绕第二中间隔膜53a的中央孔密封地压缩第二中间隔膜53a。螺丝钉56a的头部接触主活塞34nc，并且有利地，设有十字凹槽，以便于第一腔室48nc内的加压流体的通道。正如理解的，顶部帽22nc的轴向通道和致动器的其他螺丝钉56也设有这样的十字凹槽，以允许流体在相应的腔室中流动。

参照图6，当加压流体流到槽、主入口28和容仓入口29a、29b，第一中间腔室膨胀，使得中间隔膜37a变形，并将中间活塞41a从未被致动位置移动至被致动位置，活塞41a在容仓通道260a内向上滑动，并帮助偏压机构32压缩。

还参照图6，并参照图10，中间隔膜37a是圆形的并且设有中央孔374a。此外，中间活塞41a具有在第一中间腔室48a-nc内延伸的第一部分412a，并且具有螺纹连接到它的隔膜保持螺母60a，用于围绕中间隔膜37a的中央孔370a的周边将中间隔膜37a密封地压缩在螺母60a和凸缘部分410a之间。中间隔膜37a还使用静态密封元件38b沿其外周边被密封地压缩在容仓26a和下可堆叠组件的容仓26b之间。当然，在组件27b的情形中，中间隔膜37a的外周边被压缩在容仓26b和底部帽24nc之间。

容仓26a-nc设有螺纹264，螺纹264设置在容仓侧向壁上，用于与相邻帽和/或容仓26nc连接。

如图6所示，第一中间腔室48a-nc通过第二中间可变形隔膜53b限制。第二中间隔膜53b将所述第一中间腔室48a-nc与相邻一个腔室界定开，并且其允许中间活塞41a移动同时保持第一中间腔室48a-nc气密。类似地，第二中间腔室50a-nc通过第二中间隔膜53a界定。

参照图4-10，隔膜36、37、52、53每一个优选由具有波纹的薄盘形板形成，以便允许致动气体的循环，但是更重要的是为它提供充分的弹性和可变形方面的性能。隔膜可以由聚合物、弹性体、橡胶或金属，或由这些元素的组合形成。其可以被填充或不可以被填充。如前面解释的，波纹管可以用作隔膜。在如图所示的情形中，每个隔膜在其中央设有孔，用于接收活塞34、37中的一个或螺丝钉56中的一个。隔膜的相应的内轮缘粘附或吸附在活塞34、41和螺丝钉56和/或螺母54、60之间。

金属垫圈38允许更好的密封并避免螺母54、60的旋转力被传递至隔膜36、37、52、53。

仍然参照图4-10，顶部帽22nc、底部帽24nc以及每一个致动容仓26a、26b具有圆柱形形状并且每一个设有圆形侧壁。各个侧壁设有用于螺纹连接相邻一个底部帽、顶部帽、以及致动容仓的侧壁的螺纹的螺纹。当然，代替地，也可以考虑，铜焊至相邻容仓。

两个致动容仓26a、26b每一个具有界定第一和第二部分的径向壁。如图10所示，对于容仓26a-nc，径向壁262a设有轴向通道260a。容仓26b-nc具有相同的配置。对于每个容仓26，底部部分和顶部部分的任一个的侧壁包括一个出口，例如排气孔，用于排出流体。

仍然参照图6，在致动器200nc的底部部分，帽通道240容纳螺丝钉57和用连接和闭合螺母64保持在合适位置的隔膜52b。螺丝钉57连接至致动杆42，致动杆42可连接至柱塞或通过致动器向上和向下移动的辅助阀机构。底部帽24具有较窄部，较窄部设有内螺纹62，内螺纹62设计用于允许连接至另一系统，例如用在原子层沉积中的隔膜阀。

图7和8分别是图6的剖视图的俯视和仰视透视图。它们允许更清楚看到致动机构200nc的不同元件之间的连接以及隔膜36如何限定第一和第二腔室48nc、50nc。最佳地如图7所示，第二腔室50nc作为初始容积，其在致动流体被注入在此正常闭合的机构200nc时减小，如下文说明的。该第二腔室50nc通过隔膜36的顶表面362、顶部帽22nc的内表面、活塞34和螺母的外表面、以及第二隔膜52的底表面限定。

第一腔室48nc最佳地如图8所示。第一腔室48nc通过隔膜36的底表面360、容仓26a的内壁、螺母60的侧向表面、以及第二隔膜53a的顶表面限定。当在致动机构200nc内注入致动气体时腔室48容积增大。当使用若干个致动容仓26时，每个容仓的第一腔室通过沿致动器的中心轴线通过的流体连通通道70彼此连通。

将参照图11说明致动机构200nc的操作。加压流体通过顶部帽22nc的主入口28被注入致动器，并且沿着箭头72指示的路径。因为在螺丝钉56的头部和入口28之间存在小的间隙，因此一些加压气体在隔膜52a的顶表面之上流动。加压气体的大部分将在螺丝钉56的轴向通道66内流动，并且随后在主活塞34的通道66内流动。螺丝钉56和活塞34的上部之间的连接是气密的，加压气体将被驱使以在位于限定在活塞34的最下面表面和螺丝钉56a的最上面表面之间的缝隙中的活塞34的第一部分的开口处排出。

得益于形成在螺丝钉56a的上表面的十字形沟槽，加压气体将被直接引导朝向第一腔室48nc。第一腔室48nc是气密的，得益于位于顶部帽22nc和容仓26a之间的垫圈38b，加压气体将膨胀第一腔室48nc，驱使隔膜36变形，这继而将推动活塞34的底面。活塞34随后将向上移动并且其与偏压元件32接触的顶面将它从伸展位置压缩到被压缩位置。当使用若干个致动容仓26时，加压气体将在螺丝钉56a和中间活塞41a和41b的整个轴向通道66延续其路线，填充随后的第一腔室48a-nc和48b-nc。

正如上文所述，加压气体将在中间活塞41a的底表面之下、螺丝钉56b的顶表面之上流出，并且将被驱使进入位于隔膜37a之下的第一腔室48a-nc。第一腔室48a-nc的体积将增大，使得隔膜37a变形。第二腔室50a-nc的体积将减小，空气流出排气孔30a。隔膜37a的变形将引起中间活塞41a向上移动，进一步帮助在偏压元件32上的压缩。在致动容仓26b中也发生相同的现象，进一步增大施加在偏压元件32上的力。

因此，可以认识到，使用若干个可堆叠次级致动组件允许在使用相同的致动压力的同时在偏压元件32上施加较大的重力。螺丝钉56、56a、56b和57、活塞34和中间活塞41a和41b全部设有轴向孔或通道，它们形成从入口28向下至位于中间活塞41b和螺丝钉57之间的最后的开口的连通通道72。螺丝钉57不设置孔。最下面的螺丝钉57连接至轴42，在加压气体作用下在致动器200nc内发生的整体向上的运动将引起轴42从其（正常闭合的）未被致动位置移动至被致动位置，在这种情况下，是从向下位置至向上位置。活塞41b可以直接连接至螺丝钉57，例如使用螺纹连接或通过将元件41b和57焊接在一起，或替换地，弹簧可以位于杆42之下，例如如图23B所示，驱使活塞41b和螺丝钉57之间的接触。第二隔膜52a、52b和53a、53b不仅帮助限定腔室，而且它们允许致动机构在致动器200nc内部向上和向下移动，这得益于它们的容积的收缩和变形。当轴42向上移动时，每个隔膜52a、52b和53a、53b的外周边保持在连接螺母和帽或容仓的壁之间，并且它们的多个部分跟随活塞34、41a、41b的垂直运动而上下移动。隔膜的沟槽便于它们的变形。

现在参照图12，示出本发明的致动器的另一款形式。此款致动器是通常打开的致动器200no，并且包括顶部帽22no、两个致动容仓26a-no、26a-no以及底部帽24no。

现在参照图13A和13B，示出通常打开的致动器200no的不同元件或部件。它们大多数部件与正常闭合机构的那些部件类似，主要不同之一在于，偏压元件33设置在底部帽24no内而不是顶部帽内，并且优选包括贝尔维尔垫圈（Belleville washer）或波纹弹簧，而不是一个或多个压缩弹簧。活塞34也与轴42一体地形成，波纹弹簧33的偏压动作压靠活塞34的凸缘部分340（最佳地如图14所示），因此将轴42保持在正常打开的未被致动位置。

参照图14-16，这两个剖视图可以使得更好地看到致动器200no的不同部件之间的连接，其包括主致动组件25和两个可堆叠次级致动组件27a、27b。主要地，顶部帽22no设有用于接收加压致动气体的入口28。该入口28连接至设置在中间活塞41a中的中央孔，或轴向通道66,后者连接至也设有轴向通道的螺丝钉56a。

设置在顶部帽22no和容仓26a内部的是中间可变形隔膜37a。中间隔膜37a设有沟槽并且具有中央孔用于接收中间活塞41a的第一部分412a（与图14一致）。隔膜37a夹在螺母60a和中间活塞41a的凸缘部分410之间。该连接得益于垫圈38c是气密的。在隔膜37a的外周边，存在另一垫圈38b用于提供隔膜37a与顶部帽22no及容仓26a的气密连接。垫圈也是防转动装置，其防止隔膜在被夹着的时候转动。

最佳地如图15所示，隔膜37a与容仓26a一起限定第二腔室50a-no，第二腔室50a-no在加压气体被注入致动器200no时体积可以减小。在加压气体作用下当隔膜37a被变形时，存在于第二腔室50a-no内的空气可以通过排气孔30a排出。第一腔室48a-no被限定在隔膜37a的上表面和顶部帽22no的内壁之间。图16是图15的致动器的另一透视图，其允许更好地看到致动器200no的不同部件的相互关系。容仓26b-no具有与容仓26a-no类似的配置。

回到图14，较小的隔膜52a设置在第一容仓26a内，并夹在螺丝钉56a和位于其中央的中间活塞41a的下部之间。其外周边夹在容仓26a和螺母54a之间并且该连接是气密的，得益于使用垫圈38a。在容仓26b-no中还存在类似的部件和例如使用隔膜53b的连接。偏压元件33设置在下部的帽24no的圆形凹陷242内。如前面所述，通过波纹弹簧嵌入偏压元件33，波纹弹簧压靠活塞34的底面，在未被致动的、被偏压的位置（或打开位置）驱使轴42向上。正如通常闭合的致动机构200nc、正常打开的机构200no所述的，底部帽24no在变窄部分终止，并设有内螺纹62，由此允许致动器200no连接至另一系统。轴42因此可以连接至该系统的柱塞，以便闭合或打开阀。

图17和18示出用于通常打开的致动器200no的两个可堆叠次级致动组件之一的不同部件。螺丝钉56a和中间活塞41a设有轴向通道66以允许致动气体的流通。第一中间腔室48a-no通过中间隔膜37a的第一表面370a限制。在使用时，第一中间腔室48a-no是气密的且与致动器的设置在顶部帽22no中的主入口28或容仓入口中的一个流体连通。在使用时，第二中间腔室50a-no（在图15中示出）通过中间隔膜37a的第二表面372a形成并限制。容仓26-no是为了与第二隔膜53a、螺丝钉56a、螺母54a和60a、中间隔膜37a和中间活塞41a以及与垫圈38b和38c一起使用。

现在参照图19，将说明通常打开的致动器200no的操作。加压气体流入沿路径72的入口28，并且气体将流过中间柱塞41a的第一部分410a的顶表面朝向第一腔室45a-no，得益于垫圈38c、38b，该腔室是气密的。腔室48a-no的体积将增大，由此使得隔膜37a向下变形，由此继而引起中间柱塞41a的向下移动。包含在第二腔室50a-no内的气体将被推到致动器200no的外部，通过排气孔30a排出。加压气体将继续其路线，通过螺丝钉56a的内中央孔66，在螺丝钉56a的头部的沟槽和中间柱塞41b的最上面的表面排出。再次，加压气体将填充第一腔室48b-no，引起隔膜37b的变形，继而向下推中间柱塞41b。包含在第二腔室50b-no内的空气将通过排气孔30b被推到外部。在致动器200no的第三阶段，加压气体将通过螺丝钉56b头部的沟槽和活塞34的最上表面，由此填充第一腔室48no。活塞34的接触偏压元件33的底面将压缩偏压元件33，将轴42从（通常打开的）未被致动位置向下驱动到被致动位置。

现在参照图20至22，示出本发明的致动器的另一实施例。致动器200nc的部件的大部分与图6的致动器的部件类似。然而，在致动器的变形形式中，对于可堆叠次级致动组件中的每一个，中间活塞410a的凸缘部分4100a和主活塞34的凸缘具有大致相同的直径。换句话说，中间活塞410相对于图6示出的那款具有较大的直径，并且它们各自的直径基本上等于活塞34的凸缘部分的直径。当第一腔室被填充加压气体时，中间活塞410的凸缘部分设置较大的直径允许分布由隔膜37a施加在中间活塞410上的压力。该实施例还包括防护盘74，允许保护可堆叠组件的隔膜37a，例如用于包裹目的。事实上，因为容仓26可以被单独地包装并销售，因此防护盘74允许保护在没有使用时将被暴露的中间隔膜37。防护盘还可以设置用于顶部帽和/或底部帽22、24。当在致动器内使用时，盘74限制对应的组件的第一腔室。当然，通常打开的致动器200no还可以包括可堆叠次级致动组件，其中中间活塞的凸缘较大，与主活塞类似。可堆叠组件还可以包括防护盘，与图19-20中示出的那个类似。

参照图23、23A以及23B，示出根据本发明的致动器的另一实施例。该致动器20dv包括设置在第一和第二帽22dv、24dv之间的单个可堆叠次级致动容仓26dv，并且包括用于致动第二柱塞的第二致动杆44，以及致动杆42。在这种情况下，主入口28dv设置在可堆叠容仓中，而不是在其中一个帽内，与前面描述的致动器的其他实施例不同。第一帽22dv和第二帽24dv分别设有帽通道241、240（与图23A和B中一致）。第二致动杆44可滑动地配合在第二帽通道241内，第二杆44的一部分在第二帽22dv外部延伸。当主活塞34在被致动位置和未被致动位置之间移动时第二致动杆44在帽通道241内滑动。在这种情况下，第二致动杆44可以连接至主活塞34或一体地形成为主活塞34的一部分。也可以考虑设置双杆致动器，其中两个杆沿相反方向移动。在这种情况下，流体密封板被放置跨过致动器，因此形成双致动器。

参照图23B，当致动器20dv未被致动时，偏压元件32压住主活塞34和中间活塞410，将它们保持在它们的未被致动位置。在这种情况下，偏压元件32向下推主活塞34和中间活塞410，致动杆44朝向第一帽22dv被缩回。

为了致动致动器，加压流体流过与容仓入口29流体连通的主入口28。加压流体填充第一腔室48dv和第一中间腔室48a-dv，由此使得隔膜36、37变形，这将转而移动主活塞34和中间活塞410。在这种情况下，主活塞34和中间活塞410向上移动，压缩偏压元件32。因为主活塞34向上移动，并且第二致动杆44连接到它，因此致动杆44将向上移动，如图中右侧上最上面箭头所示。

通过压缩偏压元件32，将从致动杆42去除压力，由此允许其从较低的位置移动至升高的位置。优选地，偏压元件35，在该情形中是波纹弹簧，还帮助致动杆42从被致动位置移动至未被致动位置，并且在这种情况下，从较低位置移动至升高位置，偏压元件32具有比偏压元件35大的偏压力。当第一腔室48dv、48a-dv膨胀，第二腔室50dv、50a-dv膨胀并且流体从主出口30和容仓出口31被排出。

当然，可以通过修改或调节相应的偏压元件32、35的偏压力和通过控制通过主入口28dv注入的流体的压力，控制致动杆42、44的移动。

还可以考虑，取出偏压弹簧32并用可控制加压流体源替换，该可控制加压流体源将在致动器处于未被致动位置时实现与偏压元件32相同的任务，其帮助驱使主活塞34处于未被致动位置（例如向下）。当被致动时，可控制源压低帽22dv的中空部分，产生真空，其将加速第二腔室48dv的收缩。类似地，为了增大致动器的致动速度，可以考虑将可堆叠次级致动容仓的出口31连接至真空源。

同样，本发明的致动器的偏压机构可以是可控制加压流体源，用于将主活塞34偏压在其未被致动位置中。

图24和24A示出双作用致动器，其尤其有利于用在高温应用中。事实上，极端温度会导致偏压元件失效。双作用致动器使用致动压力向上或向下移动轴。在致动器的变形形式中，没有排气孔，并且出口连接至致动线路。一个致动线路用于加压隔膜的一侧，同时另一个用于冲回以前的致动气体。

现在参照图24和24A，致动器20da与加压流体源80和真空源82组合示出。在这种情况下，使用两个致动源，并且真空源被用作偏压机构。加压流体源80与主入口28和可堆叠次级致动组件27的容仓入口29流体连通。类似地，真空源82与主入口30和容仓出口31流体连通。

致动器的变形形式的另一个有利之处在于，通过用真空源82加压第二腔室50da和50a-da，致动器可以被更迅速地致动，因此提高了致动器的致动速度，或者换句话说，提高了致动器的响应时间。

当然，也可以考虑通过仅将出口30、31连接至真空源82的方式致动致动器，例如从第二腔室50da、50a-da抽取流体，并且不驱使致动器入口的流体。

降压致动器的第二腔室50da和50a-da具有与加压第一腔室48da相同的效果。当然，通过驱使流体通过致动器的主入口28和通过从主出口30和/或容仓出口31回收流体，可以同时使用两个致动源。

如图24B所示，还可以考虑驱使加压流体通过端口30、31和/或从主端口28抽取流体，因此在连接至加压流体源时转换致动杆42的运动。使用连接至致动器的入口和/或出口的可控制加压流体源允许控制致动杆42的位移方向和速度。

现在参照图25，致动器20ip与电流至压力转换器84结合使用。通过进入电流至压力转换器84的电流输入信号控制至致动器的流体源。同样，根据进入电流至压力转换器84的电流输入信号可以精确地控制并调节致动杆42的位置。源可以用于将流体推入到致动器的一个或两个入口中。致动器位置反馈也可以被添加以提供在工业和过程控制领域中普遍使用的完全的阀定位器。

本发明的致动器可以用作“弹簧返回失效安全位置线性致动器”，可以与例如图26中示出的电流至压力（I至P）转换器一起使用。致动压力可以逐步地增大（或降低），以便平滑地压缩（或下压）偏压元件，允许致动轴的位置的精确调节。当被正确地校准时，与“I至P”转换器联接的致动器的变形形式变成线性致动器。

也可以考虑提供每个具有其自身容仓入口的容仓，用于在致动机构的每个阶段增大致动速度和/或减少气体。

最后，参考图26，致动器26b包括可堆叠次级容仓组件，其包括容仓偏压元件39，用于偏压位于未被致动位置的相应的组件270的中间活塞41。有利地，容仓偏压元件允许进一步控制施加到位于其未被致动位置的致动轴的重力。

可以认识到的是，本发明的致动机构消除了密封元件与容仓的内壁的摩擦，并减小了移动部件的数量，因而尤其有利于用在高温或低温应用中。在本致动机构中的密封元件是静态的，并且隔膜的移动或变形启动活塞的移动和致动杆或轴的移动。

此外，设置可堆叠致动容仓使得通过对流体使用相同的致动压力以实现增大施加至致动杆的扭矩或重力。可以根据不同类型的应用通过增加或去除可堆叠次级致动容仓和/或容仓偏压元件定制本发明的致动器。

有利地，致动器的相同部件可以用于大量种类的应用，减少了用于制造和现货保存的不同部件的数量。本发明的另一优点在于其便于致动器的维护，相同部件可以从一个致动容仓应用到另一个。还一优点在于，延长机构的有效寿命，以及延长维护保养之间的时间间隔，因为移动部件之间的摩擦减小（如果没有消除的话），这得益于静态密封元件。

本发明还涉及用于安装上述致动器的套件。该套件包括至少顶部帽和底部帽、包括可变形隔膜和主活塞的主致动组件、致动杆或轴、以及偏压元件。该套件还可以包括不同的连接和密封部件，例如螺母、螺丝钉以及垫圈，如上所示。

当然，在不脱离本发明的范围的情况下可以对上述实施例作出多种修改。

Claims (25)

1.一种用于致动柱塞的致动器，所述致动器包括：

主入口和主出口；

彼此面对的中空的第一和第二帽，第二帽设有延伸通过它的帽通道；主致动组件，设置在中空的第一和第二帽之间，所述主致动组件包括：

-具有相对的第一和第二隔膜表面的可变形隔膜；

-通过第一隔膜表面限制的第一腔室，所述第一腔室与所述主入口流体连通；

-通过第二隔膜表面限制的第二腔室，所述第二腔室与所述主出口流体连通；

-静态密封元件，用于流体地密封所述第一腔室和第二腔室；

-主活塞，能够在被致动位置和未被致动位置之间移动，主活塞包括能够操作地连接至第二隔膜表面的活塞表面，以及

致动杆，能够滑动地配合在所述帽通道内，所述杆的一部分延伸到第二帽的外部，杆的所述部分能够连接至柱塞，当主活塞在被致动位置和未被致动位置之间移动时所述致动杆与主活塞协作以在帽通道内滑动；和

偏压机构，偏压在未被致动位置中的活塞；

其中，当加压流体被驱使通过主入口和从主出口被抽取中的至少一种时，主致动组件的第一腔室膨胀，将主活塞从未被致动位置移动至被致动位置，致动杆因而在帽通道内滑动。

2.根据权利要求1所述的致动器，还包括设置在第一和第二帽之间的至少一个可堆叠次级致动组件，每个组件包括：

容仓入口和容仓出口；

致动容仓，设有容仓通道；

中间可变形隔膜，具有相对的第一和第二表面；

通过中间隔膜的所述第一表面限制的第一中间腔室，所述第一中间腔室与所述容仓入口流体连通；

通过中间隔膜的所述第二表面限制的第二中间腔室，所述第二中间腔室与所述容仓出口流体连通；

容仓静态密封元件，用于流体地密封所述第一和第二中间腔室；

中间活塞，能够在被致动位置和未被致动位置之间移动并包括操作地连接至中间隔膜的第二表面的活塞表面，中间活塞可滑动地配合在容仓通道内，所述中间活塞与主活塞操作地协作；

其中，当加压流体被驱使通过容仓入口或从容仓出口被抽取中的至少一种时，第一中间腔室膨胀，将中间活塞从未被致动位置移动至被致动位置，帮助致动杆在帽通道内滑动。

3.根据权利要求1所述的致动器，其中，第一和第二帽是圆柱形并且主入口是在顶部帽内轴向延伸的通道。

4.根据权利要求1所述的致动器，其中：

第二帽设有圆形凹陷，偏压机构配合在所述圆形凹陷内；

主出口是设置在第二帽中的排气孔；

第一腔室通过第一帽限制；

所述致动器是通常打开的致动器。

5.根据权利要求1所述的致动器，其中：

第一帽设有圆形凹陷，该偏压机构配合在圆形凹陷中；

主出口是设置在第一帽中的排气孔；

第一腔室通过第二帽限制；

致动器是通常闭合的致动器。

6.根据权利要求5所述的致动器，包括第二可变形隔膜，所述第二隔膜界定所述第一腔室，所述第二可变形隔膜使用时在保持第一腔室流体密封的同时允许主活塞移动。

7.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述静态密封元件包括铜焊接头、聚合物垫圈以及金属垫圈中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的致动器，其中主活塞包括凸缘部分，所述凸缘部分包括：

操作地连接至中间隔膜的第二表面的所述活塞表面；和

与偏压机构接触的第二活塞表面。

9.根据权利要求1所述的致动器，其中：

可变形隔膜是圆形的并且设有中央孔，所述隔膜具有内周边和外周边；

主活塞设有通过所述中央孔并且在第一腔室内延伸的部分，所述部分具有螺纹连接其上的隔膜保持螺母；

静态密封元件包括第一和第二圆形垫圈，用于分别提供隔膜的外周边和主活塞的所述部分的流体密封连接以及隔膜的外周边与第一和第二帽之一的流体密封连接。

10.根据权利要求2所述的致动器，其中对于所述至少一个可堆叠次级致动组件中的每一个：

中间隔膜是圆形并且设有中央孔，所述中间隔膜具有内周边和外周边；

中间活塞设有通过中间隔膜的所述中央孔的第一部分，所述第一部分在第一中间腔室中延伸，所述第一部分具有螺纹连接其上的中间隔膜保持螺母；

静态密封元件包括第一和第二中间圆形垫圈，用于分别提供中间隔膜的内周边与中间活塞的所述第一部分的流体密封连接，以及中间隔膜的外周边与所述组件的容仓和第一帽、第二帽与相邻组件的容仓之一的流体密封连接。

11.根据权利要求2所述的致动器，其中对于至少一个可堆叠次级致动组件中的每一个，第一中间腔室通过第二中间可变形隔膜限制；所述第二隔膜将所述第一中间腔室与相邻一个腔室界定开，所述第二中间隔膜在保持第一中间腔室流体密封的同时允许中间活塞的运动。

12.根据权利要求11所述的致动器，其中对于至少一个可堆叠次级致动组件中的每一个，该容仓入口与主入口流体连通。

13.根据权利要求12所述的致动器，其中对于至少一个可堆叠次级致动组件中的每一个，所述中间活塞设有延伸通过它的轴向通道，所述轴向通道将主入口与所述组件的第一中间腔室流体连通。

14.根据权利要求13所述的致动器，至少一个可堆叠次级致动组件中的每一个包括螺丝钉和第二隔膜保持螺母，所述螺丝钉具有延伸通过它的轴向通道，并且其中，对于至少一个可堆叠次级致动组件中的每一个：

第二中间可变形隔膜是圆形并且设有中央孔、内周边和外周边：

中间活塞连接至所述螺丝钉，所述螺丝钉的轴向通道与中间活塞的轴向通道对准，所述螺丝钉将第二中间隔膜的内周边密封地连接至中间活塞；

容仓通道具有围绕它密封地螺纹连接的所述第二隔膜保持螺母，所述保持螺母将第二中间隔膜的外周边密封地保持至所述致动容仓。

15.根据权利要求14所述的致动器，其中对于至少一个可堆叠次级致动组件中的每一个，螺丝钉为与相邻致动容仓的中间活塞接触或与主活塞接触的螺丝钉头部，所述螺丝钉头部设有十字沟槽用于便于流体流入相应的第一腔室中。

16.根据权利要求2所述的致动器，其中：

第一帽、第二帽以及每一个致动容仓具有圆柱形形状并且每一个设有圆形侧壁；

所述侧壁分别设有螺纹，所述螺纹用于接合所述第一帽、第二帽和致动容仓中相邻的一个的侧壁的螺纹。

17.根据权利要求2所述的致动器，其中对于至少一个可堆叠次级致动组件中的每一个，致动容仓具有界定顶部部分和底部部分的径向壁，所述径向壁设有容仓通道，该底部部分和顶部部分中的一个的侧壁包括容仓出口。

18.根据权利要求2所述的致动器，所述至少一个可堆叠次级容仓组件中的每一个还包括容仓偏压元件，用于偏压在未被致动位置处的相应组件的中间活塞。

19.根据权利要求2所述的致动器，其中对于至少一个可堆叠次级致动组件中的每一个，保护盘限制第一中间腔室，用于保护隔膜。

20.一种用于安装如权利要求1所述的致动器的套件，所述套件包括：

所述中空的第一和第二帽；

所述主致动组件，包括：

所述可变形隔膜；

所述主活塞；和

所述静态密封元件；

所述致动杆，可连接至主活塞；和

所述偏压机构。

21.一种用于在根据权利要求1所述的致动器中使用的可堆叠次级致动组件，所述致动器包括：

所述中空的第一和第二帽；

所述主致动组件，包括：

所述可变形隔膜；

所述主活塞；和

所述静态密封元件；

所述致动杆；

所述可堆叠次级致动机构用在第一和第二帽之间，并且包括：

致动容仓，设有侧壁和横向壁，所述横向壁界定第一和第二部分，所述横向壁设有容仓通道，并且所述侧壁设有容仓出口；

第一和第二中间可变形隔膜，每个具有外周边，所述第一和第二中间隔膜的尺寸和形状形成为配合在所述致动容仓内；和

中间活塞，具有能够操作地连接所述第一中间可变形隔膜的活塞表面和用于与主活塞操作地协作的杆；和

静态容仓密封元件，用于：

用致动容仓的侧壁流体密封第一中间隔膜的外周边；

用中间活塞流体密封第一中间隔膜的内周边；

用容仓通道流体密封第二中间隔膜的外周边；和

用中间活塞流体密封第二中间隔膜的内周边。

22.根据权利要求2所述的致动器，用于致动第二柱塞，所述致动器还包括：

第二致动杆；

其中：

第一帽设有延伸通过其的第二帽通道，

第二致动杆可滑动地配合在所述第二帽通道中，第二致动杆的一部分延伸到第二帽的外部并且能够连接至第二柱塞，当主活塞在被致动位置和未被致动位置之间移动时该第二致动杆在帽通道内滑动；

对于至少一个可堆叠致动组件中的每一个，容仓入口与所述主入口流体连通，

并且，当加压流体被驱使通过容仓入口或从容仓出口被抽取中的至少一种时，第一腔室膨胀，第二致动杆与主活塞一起从未被致动位置移动至被致动位置，两个致动杆由此在它们相应的帽通道内滑动。

23.根据权利要求2所述的致动器，与加压流体源和真空源结合，其中：

加压流体源与所述至少一个可堆叠次级致动组件中的每一个的主入口和容仓入口流体连通；和

真空源与所示至少一个可堆叠次级致动组件中的每一个的主出口和容仓出口流体连通。

24.根据权利要求23所述的致动器，与电流至压力转换器结合，并且其中加压流体源和真空源由所述电流至压力转换器控制。

25.根据权利要求1所述的致动器，其中偏压机构是可控制加压流体源。

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