CN104053936A - 气动可驱动阀致动器和相对阀本体锁定阀关闭元件的方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种气动可驱动的致动器(1)，其用于设定阀关闭元件在阀(100)中的位置，该气动可驱动的致动器(1)包括：活塞(10)，其通过驱动气体的影响在压力腔(11)中是可移动的；和锁定机构(13)，其用于相对于压力腔(11)机械地锁定活塞(10)。致动器还包括用于在活塞(10)相对于压力腔(11)被机械地锁定时从压力腔(11)排出驱动气体的通风设备，以便于阻止压力腔的增压。还公开了一种相对于通过气动驱动致动器可控制的阀(100)的阀本体锁定阀关闭元件的方法。

Description

气动可驱动阀致动器和相对阀本体锁定阀关闭元件的方法

技术领域

本公开涉及一种用于阀的气动可驱动的致动器(pneumatically drivableactuator)，并且更具体地涉及配备有安全锁定设备即“闭锁设备(lockoutdevice)”的这样的致动器。

本公开还涉及一种相对于阀本体安全地锁定阀关闭元件的方法。

背景

配备有气动可驱动的致动器的阀广泛地用于在包括化学、电力或其他类型的加工厂的各种应用中控制气体和/或液体的流量。这种致动器通常包括活塞，活塞通过驱动气体(经常是空气)的影响在压力腔中是可移动的，其中活塞连接到阀关闭元件(球、叶片、盘等)，以便引起阀关闭元件打开、关闭或变成设定到预定的位置。

此处的术语“气动的”是指致动器通过气体例如空气或实质上惰性气体比如氮气是可驱动的。

气动可驱动的致动器与电气或液压可驱动的致动器相比是有利的，因为它们的安装和使用与较少的管理要求相关联，例如电气或液压中的专业知识。

在例如阀在其中控制气体和/或液体的流量的系统的维护方面，将阀安全地锁定在预定的位置，比如打开或关闭，例如，以避免阀的意外关闭或打开并因此潜在地确保避免伤害到操作者和/或环境可能是期望的。

因此，相对于阀本体机械地锁定阀关闭元件是公知的。然而，这样的机械锁定可能需要布置在例如致动器和阀本体之间的锁定设备。这样的锁定设备可能需要被特定地设置尺寸并且适合于各自的阀轴直径。此外，锁定设备可提供机械间隙，机械间隙可降低阀关闭元件的位置的控制精度。

相对于压力腔机械地锁定致动器中的活塞也是已知的，如US6,105,484中公开的。

需要甚至更安全的锁定机构。

概述

本公开的目的在于提供一种气动驱动阀致动器，其具有防止意外致动的增加的安全性。

本发明由所附独立权利要求界定，其中实施方式在从属权利要求中、在以下描述和附图中被阐述。

因此，根据第一方面，提供了一种用于设定阀关闭元件在阀中的位置的气动可驱动的致动器。致动器包括：活塞，其通过驱动气体的影响在压力腔中是可移动的；和锁定机构，其用于相对于压力腔机械地锁定活塞。致动器还包括通风设备，通风设备用于在活塞相对于压力腔被机械地锁定时从压力腔排出驱动气体，以便于阻止压力腔的增压。

致动器可以是线性致动器，例如，用于提供滑动移动以便操作闸阀或球形阀，或可转动的致动器，例如用于提供球阀或其它转动阀的转动移动。

驱动气体可为惰性气体，例如氮气，且不排除其它气体或其组合。在一种实施方式中，驱动气体是可允许释放到致动器周围的环境中的气体，例如空气。

术语“机械锁定”应该被理解为提供在活塞和活塞腔，或整体地或部分地形成或封闭活塞腔的本体之间的大体上刚性的连接。这样的机械锁定可以以绝对连锁接合(positively interlocking engagement)或基于摩擦的接合的形式被提供。螺纹连接可被认为是绝对连锁接合，在某种程度上，螺纹是自锁定的，即，不允许通过轴向力的施加使螺纹连接松动。

如上所述的致动器与仅机械地锁定的致动器相比提供了额外的安全性，因为致动器产生致动力的能力被消除或至少被严格限制。因此，在驱动气体意外地施加到致动器的情况下，还可以提供阀的安全闭锁，从而降低对闭锁机构损害的风险。

致动器还可包括用于将活塞的移动传递到阀关闭元件的传递设备。

传递设备可包括用于传递基本平移移动的杆；或用于将平移的活塞移动转变成转动移动的联接件、凸轮、轭状物或齿轮机构。

通风设备可包括通风通道，通风通道当活塞相对于压力腔的壁被机械地锁定时与压力腔永久地(permanently)通风连接。

致动器还可包括直接地或间接地可连接到活塞的第一连接器元件。

在一种实施方式中，第一连接器元件可从活塞轴向延伸穿过轴向圆柱体壁，并构成从圆柱体外侧可接近的且构成或形成通风通道的一部分的连接器，通风通道形成通风设备的一部分。

第一连接器元件可通过例如螺纹连接、卡扣连接或搭扣连接(snapconnection)可连接到活塞。

第一连接器元件可包括形成通风设备的一部分的通道。

致动器还可包括第二连接器元件，第二连接器元件直接地或间接地可连接到至少部分地形成或封闭压力腔的壁。

第二连接器元件可以通过例如螺纹连接、卡扣连接或搭扣连接可连接到壁。

第二连接器元件可包括用于限制活塞的移动的限制器设备。

在一种实施方式中，第二连接器元件可从轴向圆柱体壁向外延伸，并且构成或形成通风通道的一部分，通风通道形成通风设备的一部分。

限制器设备可以可调整地延伸到压力腔中，以便为活塞提供可调整的端部限位(adjustable end stop)。

致动器还可包括直接地或间接地可连接到压力腔的壁和活塞的锁定设备，以便于在至少一个方向上阻止活塞和压力腔之间的相对移动。

锁定设备可构成与第一连接器元件的连接器可互相连接的连接器。

锁定设备可被设计成接合台肩、销钉或其它类型的结构，这在至少一个方向上阻止或限制活塞和压力腔之间的相对移动。

锁定设备可包括形成通风设备的一部分的通道。

锁定设备还可包括用于容纳例如扣锁(padlock)的安全锁定设备的装置，以用于阻止锁定设备的未经许可的移出。

致动器还可包括直接地或间接地可连接到压力腔的密封设备，以便于压力腔被有效地密封并且在活塞和压力腔之间的相对移动是可能的。

密封设备和第二连接器元件可构成用于提供密封连接的相应的连接器。

“有效地密封”是指压力腔从周围环境被密封到如对于致动器技术上相关的这种程度。

锁定设备可至少部分地与密封设备成整体。例如，锁定设备可以被连接或可连接到密封设备，或与密封设备一起形成在一个件中。

如结合权利要求14-16中任一项的权利要求10-13中任一项所述的致动器，其中，锁定设备仅当密封设备从致动器拆掉时可安装于致动器，并且反之亦然。

在一种实施方式中，致动器可包括：第一连接器元件，其固定地附接于活塞并且从活塞延伸并延伸到圆柱体之外，并且构成或形成通风通道的一部分，通风通道形成通风设备的一部分；和锁定设备，其适于接合第一连接器元件，以便于阻止活塞和圆柱体之间的相对移动。

通风通道可从压力腔延伸并且沿第一连接器元件的至少部分延伸，并且其中通风通道和锁定设备因此设计成，当锁定设备接合第一连接器元件时，通风通道提供压力腔和周围大气之间的流体连接。

致动器还可包括密封设备，密封设备仅当锁定设备未连接到第一连接器构件时可连接到压力腔，以便压力腔被有效地密封，并且活塞和压力腔之间的相对移动是可能的。

根据第二方面，提供了一种相对于由气动驱动致动器可控制的阀的阀本体锁定阀关闭元件的方法。该方法包括：相对于致动器的压力腔机械地锁定致动器的活塞；从致动器拆掉密封设备，以打开通风通道，以便提供所述通风；以及大体上在密封设备从致动器拆掉的位置处将锁定设备安装到致动器，以便于活塞相对于压力腔被机械地锁定。

因此，该方法包括当活塞相对于压力腔被机械地锁定时，从压力腔排出驱动气体，以便阻止压力腔的增压。

该方法还可包括移出密封设备，以打开通风通道，以便提供所述通风。

在此方法中，相对于致动器的压力腔机械地锁定致动器的活塞的步骤可包括将锁定设备连接到连接器元件，连接器元件固定地连接到活塞并且延伸到压力腔之外，以提供所述机械锁定并且保持打开通风通道。

附图简述

图1示意性地说明了设置有致动器的阀。

图2为图1的致动器的剖面示意图。

图3为图1的致动器的放大剖面图，其中活塞相对于压力腔被锁定。

图4为图1的致动器的放大剖面图，其中活塞相对于压力腔自由地移动。

图5为致动器和集成的锁定和密封设备的局部透视图。

实施方式的描述

参照图1，公开了阀100，其可以包括可转动地布置的阀关闭元件，例如球、盘或任何其它类型的关闭元件本体。在该实施方式中的关闭元件可通过围绕轴线转动而打开或关闭，轴线在附图中可以是大体上垂直的。关闭元件的转动可由致动器1带动，如图1中所示，致动器1可布置在阀100的顶部上。

图2为致动器1的示意图，如在水平剖面中所见，其中活塞10被锁定，并且被阻止相对于压力腔11移动。致动器1包括在各自的压力腔11中可移动的两个活塞10。压力腔11可形成于致动器壳体20中或由致动器壳体20形成。壳体20可为例如单壁的或双壁的。

活塞通过活塞杆12a互相连接。活塞杆12a布置为作用于联接机构12b上，以便于提供在输出轴12c上的转动移动。该输出轴12c连接到阀关闭元件。

致动器1还可包括控制设备2，控制设备2可包括接口(未示出)和至少一个气动阀(未示出)，接口包括电子电路(未示出)，至少一个气动阀用于通过将驱动气体供给到压力腔11或从压力腔11移出驱动气体来控制活塞10的致动。电子电路可用于与中枢控制器通讯(无线或有线)并且其可连接到外部的，例如，比如加压的空气的驱动气体的中心供给部。作为另外可选择方式，气动设备可通过气动信号(例如，3-15PSI)、电信号(例如，4-20mA)或例如数据总线直接地可控制。

以下将参照图3-5更详细地描述致动器1的由图2中的圆C表示的部分。

在本公开中，壳体20由大体上圆柱形本体形成，其中活塞10沿圆柱形本体的纵向轴线是可移动的。在圆柱形本体的端部处设置了壳体端部壁21。

第一连接器15通过衬套153与活塞10连接，使得当活塞充分靠近端部壁21时，第一连接器15沿纵向方向L从活塞延伸并且穿过端部壁21。

第二连接器16通过第一螺纹部分23与端部壁21连接，并且可伸缩地容纳第一连接器15。第二连接器16延伸到压力腔11中并形成用于活塞10的端部限位。通过设定第二连接器16延伸到压力腔11中的长度，端部限位将是可调整的，从而为活塞的轴向移动提供限制器161。第二连接器可设置有锁定螺母22，锁定螺母22可连接于螺纹部分23。通过朝向端部壁21紧固锁定螺母22，第二连接器16可相对于端部壁21稳定地锁定在合适的位置上。

通风通道141形成于连接器15、16之间。通风通道141通过孔151与压力腔11流体连通。通风通道141可向外延伸到第二连接器16的最外面的部分。第一连接器15可向外延伸超过第二连接器16，其中在第一连接器15的延伸超过第二连接器16的部分处形成了螺纹部分152。

锁定部分17可与螺纹部分152相连，以便于阻止在第一连接器和第二连接器15、16之间的相对移动。在公开的实施方式中，通过使锁定部分17的一部分邻接第二连接器16上的台肩163来阻止第一连接器15向内移动。锁定部分构成至少一个通道171，该至少一个通道171布置成当锁定部分与第一连接器连接时，连接到通风通道141，以便于提供压力腔11和致动器1周围的环境之间的流体连通。

锁定部分17可设置有安全装置，该安全装置可包括布置成与连接到第二连接器16的安全盘162上的轴向孔对齐的多个接收器173，以便于例如轴向孔中的一个中的扣锁的施加将阻止锁定部分17和第二连接器16之间的相对的转动移动。

参照图4，致动器1被示出在活塞10相对于压力腔11可移动的位置。

密封部分18通过螺纹部分181与第二连接器16连接。此处以O型圈的形式的密封元件布置成，密封通风通道141免于与致动器1周围的环境接触。通过密封部分18仅与第二连接器16连接，并且不与第一连接器15连接，第一连接器和由此的活塞自由地移动，以便于阀100可被气动地操作。

在公开的实施方式中，锁定部分17和密封部分18形成为整体的一件部件。然而，将这些部分设置为分开的部分或分开的但是可互相连接的部分是可能的。

现在将描述安全设备的操作。

在图4中，致动器1能够用于正常操作，其中活塞10通过驱动气体的影响，在压力腔11中是可移位的。在密封部分18和活塞10之间没有连接(甚至不是间接地通过第一连接器15)。

当活塞10充分靠近端部壁21时，第一连接器部分15将可伸缩地延伸到第二连接器16的轴向通道中。可选择地，第一连接器和第二连接器15、16可被布置成使得第一连接器将某种程度上永久地延伸到第二连接器16的轴向通道中。

密封部分18关闭通道141，并且阻止压力腔11和致动器1周围的环境之间的流体连通。

当需要安全地锁定阀时，致动器被驱动以将阀关闭构件设定在需要的位置(典型地，但不是必须的，完全关闭的位置)处。密封构件然后围绕螺纹部分181被旋开。当充分旋开时，密封件182将不再是有效的并且存在于压力腔中的驱动气体将穿过通风通道153、141、183被排出。密封部分18的进一步旋开将使其与致动器1分开。

密封部分18然后可被旋转180度，以便于锁定部分17可通过螺纹部分152与第一连接器15连接。当锁定部分17被连接时，并且此外当其已变得完全地连接时，通风通道153、141、171打开，以便于保持与周围环境的流体连通。

例如一个或多个扣锁(未示出)的安全锁可与安全盘162中的孔相连，以便防止锁定设备17的意外旋开。

应该注意的是，本文公开的安全装置也可适合于例如，可用于设定阀关闭元件在例如叶片阀、闸阀、球阀或塞阀中的位置的线性致动器。

该装置也适用于具有单活塞的致动器。

该装置适用于具有一个、两个(如所示)或更多个压力腔的致动器。该装置可特定地用于具有两个或更多个压力腔的致动器，其中压力腔的相应的侧部彼此流体连通，并且其中对两个压力腔而言同时实现驱动气体的排出。

也应该注意，可例如基于联接件、轭状物、凸轮或齿轮装置来提供其他类型的传递机构。

通风通道141可形成于第一连接器15中、第二连接器16中或两个连接器中。例如，通风通道可形成于连接器构件之间。

在另一实施方式中，可以提供锁定构件，其可插入到压力腔中到机械地接合活塞10的端部部分的程度，并且同时提供靠紧例如活塞腔壁21的锁定，并且保持通风通道打开。

以上描述的概念可适合于任何气动可驱动的阀致动器，包括这种包含例如弹簧的弹性元件的阀致动器，以提供例如回程力。

Claims (22)

1.一种气动可驱动的致动器(1)，其用于设定阀关闭元件在阀(100)中的位置，所述气动可驱动的致动器(1)包括：

活塞(10)，其通过驱动气体的作用在压力腔(11)中是可移动的，和

锁定机构(13)，其用于相对于所述压力腔(11)机械地锁定所述活塞(10)，

其特征在于，

通风设备用于在所述活塞(10)相对于所述压力腔(11)被机械地锁定时从所述压力腔(11)排出所述驱动气体，以便于阻止所述压力腔的增压。

2.如权利要求1所述的致动器，还包括用于将所述活塞(10)的移动传递到所述阀关闭元件的传递设备(12)。

3.如权利要求1或2所述的致动器，其中，所述通风设备包括通风通道(141、171)，当所述活塞(10)相对于所述压力腔(11)的壁(20、21)被机械地锁定时，所述通风通道(141、171)与所述压力腔(11)永久地通风连接。

4.如前述权利要求中任一项所述的致动器，还包括直接地或间接地可连接到所述活塞(10)的第一连接器元件(15)。

5.如权利要求4所述的致动器，其中，所述第一连接器元件从所述活塞轴向地延伸穿过轴向圆柱体壁，并且构成从所述圆柱体的外侧可接近的且构成或形成通风通道(141)的一部分的连接器，所述通风通道(141)形成所述通风设备的一部分。

6.如权利要求4或5所述的致动器，其中，所述第一连接器元件(15)包括或形成通道(141)的一部分，该通道(141)形成所述通风设备的一部分。

7.如前述权利要求中任一项所述的致动器，还包括第二连接器元件(16)，所述第二连接器元件(16)直接地或间接地可连接到至少部分地形成或封闭所述压力腔(11)的壁(20、21)。

8.如权利要求7所述的致动器，其中，所述第二连接器元件(16)包括用于限制所述活塞(10)的移动的限制器设备(163)。

9.如权利要求7或8所述的致动器，其中，所述第二连接器元件从轴向圆柱体壁向外侧延伸，并且构成或形成通风通道(141)的一部分，所述通风通道(141)形成所述通风设备的一部分。

10.如前述权利要求中任一项所述的致动器，还包括锁定设备(17)，所述锁定设备(17)是可连接到所述压力腔(11)的壁(20、21)和所述活塞(10)的，以便于在至少一个方向阻止所述活塞(10)和所述压力腔(11)之间的相对移动。

11.如结合权利要求5的权利要求10所述的致动器，其中，所述锁定设备构成与所述第一连接器元件的连接器可互相连接的连接器。

12.如权利要求10-11中任一项所述的致动器，其中，所述锁定设备(17)包括形成所述通风设备的一部分的通道(171)。

13.如权利要求10-12中任一项所述的致动器，其中，所述锁定设备(17)还包括用于容纳例如扣锁的安全锁的装置(173)，以用于阻止所述锁定设备(17)的未经许可的移出。

14.如前述权利要求中任一项所述的致动器，还包括密封设备(18)，所述密封设备(18)是可连接到所述压力腔(11)的，以便于所述压力腔(11)被有效地密封，并且使所述活塞(10)和所述压力腔(11)之间的相对移动是可能的。

15.如结合权利要求10-13中任一项的权利要求14所述的致动器，其中，所述密封设备和所述第二连接器元件构成用于提供密封连接的相应的连接器。

16.如结合权利要求14-15中任一项的权利要求8-13中任一项所述的致动器，其中，所述锁定设备(17)与所述密封设备(18)至少部分地成整体。

17.如结合权利要求14-16中任一项的权利要求10-13中任一项所述的致动器，其中，所述锁定设备仅当所述密封设备从所述致动器拆掉时是可安装到所述致动器的，并且反之亦然。

18.如权利要求1-3中任一项所述的致动器，其中，所述锁定机构包括：

第一连接器元件，其固定地附接到所述活塞，并且从所述活塞延伸并延伸到所述圆柱体之外，并且构成或形成通风通道(141)的一部分，所述通风通道(141)形成所述通风设备的一部分，和

锁定设备，其适于接合所述第一连接器元件，以便阻止在所述活塞和所述圆柱体之间的相对移动。

19.如权利要求18所述的致动器，其中，所述通风通道(141)从所述压力腔延伸并且沿所述第一连接器元件的至少部分延伸，并且

其中，所述通风通道和所述锁定设备被设计为当所述锁定设备接合所述第一连接器元件时，所述通风通道提供所述压力腔和周围大气之间的流体连接。

20.如权利要求18或19所述的致动器，还包括密封设备，所述密封设备仅当所述锁定设备未连接到所述第一连接器构件时可连接到所述压力腔，以便于所述压力腔(11)被有效地密封，并且使所述活塞(10)和所述压力腔(11)之间的相对移动是可能的。

21.一种相对于阀(100)的阀本体锁定阀关闭元件的方法，所述阀(100)是通过气动驱动致动器(1)可控制的，所述方法包括：

相对于所述致动器(1)的压力腔(11)机械地锁定所述致动器(1)的活塞(10)，

其特征在于，从所述致动器拆掉密封设备(18)，以打开通风通道(141)，以便提供所述通风，和

大体上在所述密封设备从所述致动器拆掉的位置处将锁定设备安装于所述致动器，以便于所述活塞相对于所述压力腔(11)被机械地锁定，

从而驱动气体从所述压力腔(11)排出，以便于阻止所述压力腔(11)的增压。

22.如权利要求21所述的方法，其中，相对于所述致动器的压力腔(11)机械地锁定所述致动器(1)的活塞(10)的步骤包括将锁定设备(17)连接到连接器元件，所述连接器元件固定地连接到所述活塞并且延伸到所述压力腔之外，以提供所述机械锁定并且保持打开所述通风通道(141)。