CN105020461B - 具有集成的轭管的致动器装置 - Google Patents

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Abstract

一种致动器装置包括致动器和轭。该致动器包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体限定腔，并且所述致动器包括至少部分地设置在所述腔中的致动设备，所述致动设备将所述腔划分为上腔室和下腔室。轭连接至致动器并且包括致动器弹簧和轭管，所述致动器弹簧设置在所述轭的主体内，所述轭管纵向延伸穿过所述轭的主体。所述轭管从所述致动器的下壳体中的孔开始延伸，并且提供空气通道，所述空气通道流体地连接所述致动器的下腔室与控制器。

Description

具有集成的轭管的致动器装置
技术领域
本公开大体上涉及用于流体阀的致动器，更具体地，涉及具有内部流体通道的致动器装置。
背景技术
控制阀通常用于过程控制系统中以控制过程流体(例如，流体或气体)的流动。控制阀通常包括致动器装置(例如气动致动器、液压致动器等)，其可操作地耦合至流体阀的流动控制构件，以自动操作控制阀。在操作中，控制器常用于供应控制流体(例如，空气)至致动器，其转而将流体控制构件(例如，阀门浇口、阀塞、关闭构件等)定位至相对于阀座期望的位置，以控制或调节通过阀的流体流动。
如图1所示，一些已知的控制阀组件100使用单个弹簧致动器组件110，其通常具有致动器112，轭140(其用于将致动器装置110耦合至流体阀170)和控制器160。致动器112具有上壳体116(其具有排放组件118)和下壳体120，其通过螺母122和螺栓124固定至上壳体116，并且限定腔114。隔膜130在其边缘被固定在上壳体116与下壳体120之间，并且在其内部被固定在上隔膜板136与下隔膜板138之间。隔膜130位于腔114中以限定上腔室132和下腔室134。在此描述的示例涉及隔膜致动器，然而控制阀组件还可以包括某些活塞致动器或任何其他类型的已知的致动器。
轭140具有主体142，其在主体142的第一端被固定至致动器112，并且在主体142的相对于第一端的第二端被固定至流体阀170。基本上L形的通道145形成在在第一端附近的主体142中，并且与致动器112的下壳体120中的孔121流体连通，以将外部管162中的控制流体(例如气动空气)提供至致动器112的下腔室134。致动器杆146延伸过主体142，并且具有放置在一端的弹簧座148并且经由有头螺钉164通过上隔膜板136和下隔膜板138可操作地连接至隔膜130。致动器弹簧150放置在主体142的圆柱形部分144内，并且在主体142的第一端与弹簧座148之间延伸，以将致动器杆146远离致动器112偏置并且朝流体阀170偏置。弹簧调节器149螺纹地连接至致动器杆146的一端并且能够用于设置致动器弹簧150的预负载。行程指示器152安装至主体142，在致动器杆146的附近，并且能够用于视觉地确定流体控制构件178在流体阀170中的位置。
控制器160经由外部管162和轭140中的通道145提供控制流体(例如，气压空气)至下腔室134，并且能够安装至轭140或能够位于邻近致动器112的另一位置。无论安装或安置控制器160，外部管162用于流体地耦合控制器160与致动器112和下压强腔室134。然而，外部管162能够变得受损或变形，由此影响致动器装置110的精确性，并且由此影响通过流体阀170的期望的流体流动。
流体阀170通常具有外壳172，其限定从入口174至出口176的流体流动路径。阀座180与流体流动路径设置在一起，并且流动控制构件178能够移动至与阀座180密封和不密封，以控制流体流过流体阀170。阀杆182从流动控制构件178延伸，通过外壳172，并且经由阀杆连接组件154连接至致动器杆146。
在操作中，控制器160通过外部管162和轭140中的通道145提供控制流体至致动器112的下腔室134，以在隔膜130上提供压强差。该压强差引起隔膜130移动致动器杆146，并且由此移动阀杆182，以便流动控制构件178相对于阀座180以直线路径移动，以控制通过流体阀170的流体流动。
然而，外部管162能够变得受损或变形，由此限制或阻止控制流体在控制器160与下腔室134之间流动。例如，流过流体阀170的过程流体可以对控制阀组件100施加频率，该频率实质上等于致动器112和/或控制阀组件100的共振频率，以使得致动器112和/或控制阀组件100振动，并且由此使得外部管162振动，这能够使得外部管162变得变形或受损，由此影响致动器112的操作，并且因此影响流动控制构件178相对于阀座180的位置精确性。
为了解决上述问题，一些已知的紧凑、多弹簧致动器装置能够通过包括轭中的内部通道而不是外部管来消除使用外部管道来流体地耦合控制器和致动器的腔室的需要。使用紧凑的致动器装置的控制阀组件通常具有安置在上壳体而不是轭中的致动器弹簧。通过将致动器弹簧从轭移除，轭能够制造得更小并且能够纵向贯穿轭的主体钻出或制造出内部通道。然而，多弹簧致动器装置具有如下缺点：弹簧的预负载由致动器壳体的尺寸确定并且不能够调节。相反地，单弹簧的致动器的预负载能够调节或设为标准。
如图2所示，具有紧凑、多弹簧致动器装置210的控制阀组件200通常具有致动器212，轭240(其用于将致动器装置210耦合至流体阀270)和控制器260。类似于图1中示出的致动器112，致动器212具有上壳体216，其具有排放组件218，并且具有下壳体220，其通过螺母222和螺栓224固定至上壳体216，并且限定腔214。隔膜230在其边缘被固定在上壳体216与下壳体220之间，并且在其内部被相邻于上隔膜板236设置。隔膜230位于腔214中以限定上腔室232和下腔室234。与图1中的致动器112不同，致动器212还具有一个或多个致动弹簧251，其设置在上腔室232内，在上壳体216与上隔膜板216之间，以将隔膜230和致动器杆246朝流体阀270偏置。
轭240具有主体242，其小于图1中的轭140的主体142，其在主体242的第一端固定至致动器212并且在相对于第一端的主体242的第二端固定至流体阀270。由于主体242较小的尺寸，能够制造、钻出或其他方式地形成内部通道256，其纵向通过轭240的主体242从而第一端至相邻于行程指示器252的区域。内部通道256与下腔室234流体连通并且能够用于将控制流体(例如气压空气)从控制器260提供至致动器212的下腔室234。致动器杆246延伸穿过主体242并且可操作地通过上隔膜板236经由有头螺钉264连接至隔膜230。行程指示器252在邻近致动器杆246的一端安装至主体242，并且能够用于视觉地确定流体控制构件278在流体阀270中的位置。
控制器260经由轭240中的内部通道256将控制流体(例如气压空气)提供至下腔室234，并且能够被安装至轭240，以流体地耦合控制器260和致动器212的下压强腔室234。
流体阀270通常具有外壳272，其限定从入口274至出口276的流体流动路径。阀座280与流体流动路径设置在一起，并且流动控制构件278能够移动至与阀座280密封和不密封，以控制流体流过流体阀270。阀杆282从流动控制构件278延伸，通过外壳272，并且经由阀杆连接组件(未示出)连接至致动器杆246。
在操作中，控制器260通过轭240中的内部通道256提供控制流体至致动器212的下腔室234，以在隔膜230上提供压强差。该压强差引起隔膜230移动致动器杆246，并且由此移动阀杆282，以便流动控制构件278相对于阀座280以直线路径移动，以控制通过流体阀270的流体流动。
为了流体地耦合控制器260至下腔室234，控制器260能够耦合或安装至轭240和形成在轭240中的内部通道256，以将控制器260的出口端口流体地耦合至致动器212的下腔室234。以这种方式消除外部管显著地减少或消除了外部管的可能发生的损坏的可能性，由此增加了致动器212和流体阀270的精确性和可靠性。
然而，由于在单弹簧致动器装置110中的轭140的尺寸和高度，纵向内部通道不能够形成为通过轭140从第一端直至邻近行程指示器152的区域。单弹簧致动器装置110中的致动弹簧150在直径上较大，长并且位于轭140的内部，而控制器位于轭140的低部。由于延长的长度和小的尺寸(其是在单弹簧致动器组件110中的纵向内部通道需要的)，不能够使用标准的钻或制造过程。附加地，在铸造过程中不能使用插件来将纵向内部通道铸造进轭140。并且，由于延伸的长度和较小的尺寸，使用的任何插件将脆弱并且在制造过程中断裂或不能够被移除。
发明内容
根据本发明的一个示例性方面，致动器装置，包括：致动器和轭。致动器包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体限定腔，并且所述致动器包括至少部分地设置在所述腔中的致动设备，所述致动设备将所述腔划分为上腔室和下腔室。轭连接至所述致动器并且具有致动器弹簧和轭管，所述致动器弹簧设置在所述轭的主体内，所述轭管延伸纵向穿过所述轭的主体。所述轭管从所述致动器的下壳体中的孔开始延伸，并且提供空气通道，所述空气通道流体地连接所述致动器的下腔室与控制器。
根据本发明的另一个示例性方面，一种控制阀组件，包括：致动器装置和流体阀。所述致动器装置包括：致动器，轭和控制器。致动器包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体限定腔，并且所述致动器包括至少部分地设置在所述腔中的致动设备，所述致动设备将所述腔划分为上腔室和下腔室。轭连接至所述致动器并且包括致动器弹簧和轭管，所述致动器弹簧设置在所述轭的主体内，所述轭管延伸纵向穿过所述轭的主体。控制器安装至所述轭的主体并且具有出口端口。所述轭管从所述致动器的下壳体中的孔延伸至所述控制器的出口端口，并且提供空气通道，所述空气通道流体地连接所述致动器的下腔室与所述控制器的出口端口。流体阀连接至所述致动器的轭并且可操作地连接至所述致动设备。
根据本发明的上述方面中的一个或多个，致动器装置和控制阀组件还可以包括：下述优选形式的任意一个或多个及任意组合。
在优选的形式中，所述致动器的上壳体包括排放组件。
在另一优选的形式中，所述致动设备是隔膜。
在另一优选的形式中，致动器装置还包括：隔膜板，其相邻于所述隔膜设置；以及致动器杆，其延伸至少部分地穿过所述轭的主体并且连接至所述隔膜板，以将所述隔膜可操作地连接至所述致动器杆。
在另一优选的形式中，致动器装置还包括弹簧座和弹簧调节器，所述弹簧座安装在所述致动器杆上，并且所述弹簧调节器螺纹地连接至所述致动器杆，以调节所述弹簧座的位置和所述致动器弹簧的预负载。
在另一优选的形式中，致动器装置还包括第二隔膜板，其相邻于所述隔膜并且设置在所述隔膜板的对面。
在另一优选的形式中，致动器装置还包括行程指示器，其安装至所述轭的主体并且可操作地连接至所述致动器杆。
在另一优选的形式中，所述轭管的第一端相邻于所述致动器的下壳体中的孔，并且所述轭管的第二端相邻于所述行程指示器。
在另一优选的形式中，所述轭管被铸造入所述轭的主体内。
在另一优选的形式中，所述轭的主体是铸铁，并且所述轭管是不锈钢。
在另一优选的形式中，所述流体阀包括连接至所述致动器杆的阀杆，以将所述流体阀的流动控制构件可操作地连接至所述隔膜。
附图说明
图1是已知的单个弹簧致动器装置和具有外部管的控制阀的前视部分横截面视图；
图2是已知的紧凑、多弹簧致动器装置和具有内部通道的控制阀的前视部分横截面视图；
图3是示例性单弹簧致动器装置和具有集成的管的控制阀的前视部分横截面视图；
图4是图3的部分的放大视图；以及
图5是图4的轭管的侧视图。
具体实施方式
图3-5示出了示例性控制阀组件，其具有单弹簧致动器组件，其不适用外部管来连接控制器和致动器。示例性单弹簧致动器具有轭管(yoke tubing)，其塑造至轭的主体中以创建贯穿主体的纵向通道，从致动器至邻近行程指示器(其被安装至轭)的区域。该内部通道允许控制器被安装至轭并且与致动器的下腔室流体连通，而无需外部管，该外部管在控制阀组件的操作期间能够被损坏或变得变形。
如图3所示，示例性控制阀组件300包括单弹簧致动器组件310，其耦合至流体阀370。致动器组件310包括致动器312，轭340(其用于将致动器装置310耦合至流体阀370)和控制器360。致动器312具有上壳体316(其具有排放组件318)和通过螺母322和螺栓324固定至上壳体316的下壳体320，并且限定腔314。隔膜330在其边缘固定在上壳体316与下壳体320之间，并且在内部被固定上隔膜板336与下隔膜板338。隔膜330放置在腔314中，以限定上腔室332和下腔室334。虽然在此描述的示例性控制阀组件300包括隔膜330，控制阀组件300还可以使用任何其他类型的已知的致动设备来替代隔膜330，诸如活塞。
轭340具有主体342，其在主体342的第一端固定至致动器312，并且在相对于第一端的主体342的第二端被固定至流体阀370。在铸造过程中，轭管390被铸造在轭340的主体342中，并且其从主体342的第一端延伸至邻近行程指示器的区域。轭管390的第一部分392纵向延伸穿过轭340的主体342，从主体342的第一端延伸，穿过圆柱形部分344，并且延伸至邻近行程指示器的区域，并且穿过致动器312的下壳体320中的孔321与下腔室334流体连通。轭管390的第二部分394从第一部分392垂直延伸，并且提供在第一部分392与控制器360的出口之间的流体连通。轭管390的第一和第二部分392、394提供在控制器360与致动器312的下腔室334之间的空气通道396。因此，轭管390能够用于将控制流体(例如，气压空气)从控制器360提供至致动器312的下腔室334，而无需外部管。在一个例子中，轭340的主体342能够是铸铁，并且轭管390能够是不锈钢。然而，也能够使用其他材料组合，只要轭管390的材料融化温度高于轭340的主体342的材料融化温度。致动器杆346延伸穿过主体342，并且具有在一端附近的弹簧座348，并且经由有头螺钉364通过上隔膜板336和下隔膜板338可操作地连接至隔膜330。致动器弹簧350安置在主体342的圆柱形部分344内，并且在主体342的第一端与弹簧座348之间延伸，以将致动器杆346远离致动器312偏置并且朝流体阀370偏置。弹簧调节器349螺纹地连接在致动器杆346的一端上，并且能够用于设置致动器弹簧350的预负载。行程指示器352在邻近致动器杆346的一端被安装至主体342，并且能够用于视觉地确定流体控制构件378在流体阀370中的位置。
控制器360经由轭管390和下壳体320中的孔321将控制流体(例如，气压空气)提供至下腔室334，并且控制器360能够被安装至轭340，以流体地耦合控制器360与致动器312的下压强腔室334。
流体阀370通常具有外壳372，其限定从入口374至出口376的流体流动路径。阀座380与流体流动路径一起设置，并且流动控制构件378能够被移动至或移动出与阀座380密封地接触，以控制通过流体阀370的流体的流动。阀杆382从流动控制构件378延伸，通过外壳372，并且经由阀杆连接器组件354连接至致动器杆346。
在操作中，控制器360将控制流体通过轭管390提供至致动器312的下腔室334，以在隔膜330上提供压强差。该压强差引起隔膜330移动致动器杆346，并且因此移动阀杆382，以使得流动控制构件378相对于阀座380在直线路径上移动，以控制通过流体阀370的流体流动。
为了将控制器360流体地耦合至下腔室334，控制器360能够耦合或安装至轭340，并且轭管390铸造入轭340，以将控制器360的出口端口耦合至致动器312的下腔室。这再次消除了对外部管的需求，这将显著地减少或消除可能发生的外部管的损坏的可能性。由此增加了致动器312和流体阀370的精确性和可靠性。
虽然前文描述了多个实施例，但是本公开的保护范围不限于此。能够对所公开的实施例进行多个变化，但仍落入所附权利要求的保护范围。

Claims (21)

1.一种致动器装置，包括：
致动器，其包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体限定腔，并且所述致动器包括至少部分地设置在所述腔中的致动设备，所述致动设备将所述腔划分为上腔室和下腔室；以及
轭，其连接至所述致动器并且包括致动器弹簧和轭管，所述致动器弹簧设置在所述轭的主体内，并且所述轭管延伸纵向穿过所述轭的主体，所述轭管从所述致动器的下壳体中的孔开始延伸，并且提供空气通道，所述空气通道流体地连接所述致动器的下腔室与控制器，其中，所述轭管的材料融化温度大于所述轭的主体的材料融化温度。
2.根据权利要求1所述的致动器装置，其中，所述致动器的上壳体包括排放组件。
3.根据权利要求1所述的致动器装置，其中，所述致动设备是隔膜。
4.根据权利要求3所述的致动器装置，还包括：
隔膜板，其相邻于所述隔膜设置；以及
致动器杆，其延伸至少部分地穿过所述轭的主体并且连接至所述隔膜板，以将所述隔膜可操作地连接至所述致动器杆。
5.根据权利要求4所述的致动器装置，还包括弹簧座和弹簧调节器，所述弹簧座安装在所述致动器杆上，并且所述弹簧调节器螺纹地连接至所述致动器杆，以调节所述弹簧座的位置和所述致动器弹簧的预负载。
6.根据权利要求4所述的致动器装置，还包括第二隔膜板，其相邻于所述隔膜并且设置在所述隔膜板的对面。
7.根据权利要求4所述的致动器装置，还包括行程指示器，其安装至所述轭的主体并且可操作地连接至所述致动器杆。
8.根据权利要求7所述的致动器装置，其中，所述轭管的第一端相邻于所述致动器的下壳体中的孔，并且所述轭管的第二端相邻于所述行程指示器。
9.根据权利要求1所述的致动器装置，其中，所述轭管被铸造入所述轭的主体内。
10.根据权利要求9所述的致动器装置，其中，所述轭的主体是铸铁，并且所述轭管是不锈钢。
11.一种控制阀组件，包括：
致动器装置，所述致动器装置包括：
致动器，其包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体限定腔，并且所述致动器包括至少部分地设置在所述腔中的致动设备，所述致动设备将所述腔划分为上腔室和下腔室；
轭，其连接至所述致动器并且包括致动器弹簧和轭管，所述致动器弹簧设置在所述轭的主体内，并且所述轭管延伸纵向穿过所述轭的主体；以及
控制器，其安装至所述轭的主体并且具有出口端口，所述轭管从所述致动器的下壳体中的孔延伸至所述控制器的出口端口，并且提供空气通道，所述空气通道流体地连接所述致动器的下腔室与所述控制器的出口端口；以及
流体阀，其连接至所述致动器的轭并且可操作地连接至所述致动设备，其中，
所述轭管的材料融化温度大于所述轭的主体的材料融化温度。
12.根据权利要求11所述的控制阀组件，其中，所述致动器的上壳体包括排放组件。
13.根据权利要求11所述的控制阀组件，其中，所述致动设备是隔膜。
14.根据权利要求13所述的控制阀组件，还包括：
隔膜板，其相邻于所述隔膜设置；以及
致动器杆，其延伸至少部分地穿过所述轭的主体并且连接至所述隔膜板，以将所述隔膜可操作地连接至所述致动器杆。
15.根据权利要求14所述的控制阀组件，还包括弹簧座和弹簧调节器，所述弹簧座安装在所述致动器杆上，并且所述弹簧调节器螺纹地连接至所述致动器杆，以调节所述弹簧座的位置和所述致动器弹簧的预负载。
16.根据权利要求14所述的控制阀组件，还包括第二隔膜板，其相邻于所述隔膜并且设置在所述隔膜板的对面。
17.根据权利要求14所述的控制阀组件，其中，所述流体阀包括连接至所述致动器杆的阀杆，以将所述流体阀的流动控制构件可操作地连接至所述隔膜。
18.根据权利要求14所述的控制阀组件，还包括行程指示器，其安装至所述轭的主体并且可操作地连接至所述致动器杆。
19.根据权利要求18所述的控制阀组件，其中，所述轭管的第一端相邻于所述致动器的下壳体中的孔，并且所述轭管的第二端相邻于所述行程指示器。
20.根据权利要求11所述的控制阀组件，其中，所述轭管被铸造入所述轭的主体内。
21.根据权利要求20所述的控制阀组件，其中，所述轭的主体是铸铁，并且所述轭管是不锈钢。
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