CN107250565A - 具有带有模块化结构的驱动臂的阀致动器设备 - Google Patents

Abstract

阀致动器设备包括支撑本体(2)，围绕主轴线(4)可旋转地安装于支撑本体(2)中的阀驱动轴(5)，和具有连接至所述支撑本体(2)的一侧的本体的流体缸(6)。缸(6)具有控制刚性连接至所述驱动轴(5)的驱动臂(10)的旋转的杆(8)。杆(8)的线性移动通过由所述杆(8)承载的凸轮从动销(12)在形成于驱动臂(10)中的槽(11)内的接合转换成驱动臂(10)的旋转。槽(11)形成于构成与所述驱动臂(10)的本体分离的元件并接纳且固持于驱动臂(10)的本体的座部(19)内的插入件(20)中。因此可提供用于驱动臂的单个主体(10)，其具有可选择性地安装于驱动臂的主体(10)的座部(19)内并在槽(11)的尺寸和形状上和/或在插入件的材料上彼此不同的多个插入件(10)。因此可在极短时间内并以低生产成本布置最适于具体应用要求的致动器设备。

Description

具有带有模块化结构的驱动臂的阀致动器设备

技术领域

本发明涉及包括如下的类型的阀致动器设备：

- 支撑本体；

- 阀驱动轴，其围绕主轴线以可旋转方式安装在支撑本体上；以及

- 用于控制所述驱动轴的旋转的流体缸，其包括：

- - 缸本体，其在其一侧上连接至所述支撑本体并且具有横向于所述主轴线引导的轴线，所述轴线布置在相互垂直的平面中；

- - 活塞，其以可滑动方式安装在所述缸本体中；以及

- - 杆，其连接至所述活塞并且承载凸轮从动构件；

所述阀致动器还包括：

- 至少一个驱动臂，其连接至所述驱动轴并且具有本体和呈槽形式的凸轮轨道，所述槽以一种方式与所述凸轮从动构件合作使得所述流体缸的活塞在两个端部操作位置之间的移位导致所述驱动臂在两个端部操作位置之间的旋转。

此种类型的设备经常但未必总是还包括用于朝向对应于所述端部操作位置中的一个的安全位置收回所述驱动臂的自动防故障的安全设备，所述安全设备包括：壳体，其在与所述流体缸相对的侧面上固定至所述支撑本体并且具有平行于流体缸的轴线的轴线；活塞盘，其以可滑动方式安装在所述壳体内；杆，其连接至所述活塞盘并且连接至所述凸轮从动构件；以及螺旋弹簧，其容纳在所述壳体中并且倾向于朝向所述安全位置收回驱动臂。

此种类型的致动器设备用于控制各种类型的系统中的各种种类的阀，特别是大尺寸的阀。该致动器能够在完全关闭条件与完全打开条件之间控制阀的可移动构件，从而在某些情况下还实现对通过阀的流体的流速的调节，并且将阀的可移动构件定位在其两个端部位置之间的中间位置中。在常规应用中，致动器的驱动轴实施90°的旋转以便在阀的打开位置与关闭位置之间移位阀的可移动构件。

上述类型的致动器设备例如在US-A-4 350 081中公开。

致动器设备能够施加到前述阀驱动轴的驱动扭矩取决于由流体缸施加到驱动臂的力（经由凸轮从动构件在相应槽内的接合）；该扭矩还取决于该力的有效分量距驱动轴的轴线的几何距离。每个具体应用通常需要具体设计的致动器设备，以便根据驱动臂的旋转角度获得驱动扭矩的期望值。因此，每个具体致动器设备由具体扭矩曲线（即，由驱动扭矩根据驱动臂的旋转角度的具体变化）表征。通常，在具有带有线性轮廓的槽的已知致动器设备中，可获得的最大和最小驱动扭矩必然与设备的尺寸并且特定来说与驱动轴的轴线距流体缸的轴线的距离（其是“理论的”杠杆臂）相关，然而期望能够在不修改设备的总体尺寸的情况下修改设备相对于驱动轴的轴线的有效杠杆臂。

发明内容

本发明的目的是提供一种上文所指示类型的致动器设备，其通常适于用于具有关于要施加的驱动扭矩和/或要经受的应力可能彼此非常不同的要求的不同应用中。本发明的特定目的是提供一种可对任何具体应用而言适于简单且快速的操作以便呈现驱动扭矩的曲线的任何所期望的轮廓（profile）的致动器设备。本发明的另一目的是使得能够在不修改设备的总体尺寸的情况下改变设备相对于驱动轴的轴线的有效杠杆臂。

为了实现前述目的，本发明的主题是如下的阀致动器设备：其具有在本说明书开始时已详述的所有特征，并且还特征在于驱动臂的前述槽形成在插入件中，该插入件构成与前述驱动臂的本体分离的元件并且适于接纳并固持在驱动臂的本体的座部中。

由于上文指示的特征，根据本发明的阀致动器可通过向驱动臂提供同一个基础本体并且每次在其上组装选自多个不同插入件之中的插入件来根据模块性构思生产，从而容易且快速地对任何各个应用的具体要求作出响应。

在优选实施例中，多个插入件与致动器设备相关联地被提供，所述插入件可以选择地安装在驱动臂上，所述插入件在以下特征中的一个或多个方面彼此不同：

- 形成插入件的材料，

- 插入件和/或形成在插入件中的槽的大小，

- 槽的形状，

根据具体使用要求并且特定来说根据致动器的部件在操作期间经受的应力的程度并且根据在每个具体应用中所需的驱动扭矩的变化曲线使用前述选项。

上述的模块化结构还实现生产成本的显著降低、生产的标准化以及根据应用要求的致动器的最佳构造在短时间内的制备。最后，因为经受磨损的零件更容易且更便宜更换，因此在目前为止还促进维护操作。特定来说，可仅更换前述插入件而非整个驱动臂。

附图说明

本发明的其它特征和优点将从参考附图的随后描述显现，附图仅作为非限制性示例提供，并且其中：

- 图1是根据本发明的阀致动器设备的实施例的示例的部分截面的透视图；

- 图1A以放大比例示出图1的细节；

- 图2是图1的设备的侧视图；

- 图3和图4是根据图2的线III-III和线IV-IV的横截面视图；

- 图5是本发明的基本原理的示意性图解；

- 图6是显示处于三种不同操作条件中的根据本发明的致动器设备的驱动臂的进一步图示；

- 图7示出图6的变型；并且

- 图8示出显示驱动扭矩根据致动器的驱动轴的旋转角度的变化的图示，其用于根据已知技术的设备并用于根据本发明的两种不同设备。

具体实施方式

参考图1-4，编号1整体表示根据本发明的阀致动器设备。设备1包括呈由元件2A构成的金属壳体形式的中间支撑本体2，盖（未示出）旋拧在其上以限定封闭的内部腔3。图1（同样地，图3和图4）仅显示构成支撑本体2的两个元件2A中的一个，以便使得布置在腔3内的部件可见。

如图4中可清楚可见的，中间支撑本体2支撑围绕主轴线4旋转的驱动轴5。驱动轴5以内部带凹槽轴衬的形式制成以供在其内接纳阀的可移动构件的驱动杆（未示出）。构成驱动轴5的轴衬借助于任何已知类型的滑动或滚动轴承以可旋转方式安装在支撑本体2内。

根据本发明的致动器设备控制驱动轴5的旋转，该驱动轴5继而管控阀的可移动构件在完全关闭位置与完全打开位置之间的旋转。根据通常技术，阀的可移动构件可以例如是以下类型：其中阀从打开位置通到关闭位置以围绕主轴线4的90°的旋转发生。

本文中示出的实施例的示例关于具有从0°到90°（四分之一圈）的旋转的应用，其端值的公差约为10°。然而，在理论上，成为本发明的基础的原理是一般应用的原理。此外，根据本发明的致动器设备可用于在完全打开位置与完全关闭位置之间移位阀的可移动构件，并且可还用于使阀的可移动构件定位在任何中间位置中（针对其中需要此的应用）。

设计成管控驱动轴5的旋转的流体缸6的本体的端板6A刚性连接至中间支撑本体2的一侧。流体缸6可以是液压缸或气动缸。所示的示例尤其关于气动缸的情况。在任何情况下，缸6包括具有轴线6X的缸本体。缸6的轴线6X和驱动轴5的轴线4不相对于彼此入射，而是包含在相互正交的平面中。缸本体由柱形壁6B限定，该柱形壁6B在一个端部处由前述端板6A封闭并且在相对端部处由端板6C封闭。在所示出的示例中，端板6A, 6C通过多个旋拧操作的拉杆6D抵靠柱形壁6B的相对端部固持。

参考图3，刚性连接至杆8的活塞7以可滑动方式安装在缸6的本体内，该杆8以可滑动方式安装穿过端板6a的中间开口并且穿过支撑本体2的侧壁的孔9。因此，杆8延伸到支撑本体2的腔3中。

流体缸6的杆8被设计成通过销槽传动来管控驱动轴5的旋转，该销槽传动实现杆8的线性移动到驱动轴5围绕轴线4的旋转的转换。为此，驱动臂10刚性连接在驱动轴5上，该驱动臂10承载呈由凸轮从动销12接合的槽11形式的凸轮轨道，该凸轮从动销12由杆8承载。如下文将更详细地示出的，根据本发明，槽11形成于组装在驱动臂10的本体上的插入件20中。

参考在附图中示出的示例，驱动臂10具有轭构型，其中两个板10A平行且设置成彼此分开（参见图3和图4），仅其中的一个在图1和图2中可见。再次，在所示具体示例的特定情况下，板10A中的每个具有细长的椭圆形构型，其中一个端部刚性连接在驱动轴5上。每个板10A的本体的剩余部分具有相应槽11。如下文将同样更详细地示出的，根据本发明，槽11形成在组装在每个板10A上的插入件20中。设置在两个板10A上的槽11彼此相同并且以相同方式定位。这些槽11由凸轮从动销12的端部接合（特定来说，参见图4），凸轮从动销12由刚性连接至杆8的块状物13承载。销12在块状物13的相对侧上突出以接合设置在板10A中的槽11。

如上所述的，两个板10A共同构成致动器设备的驱动臂。凸轮从动销12在板10A的槽11内的接合实现流体缸6的杆8的线性移动到驱动轴5的旋转的转换，驱动轴5将旋转传递到阀的可移动构件的控制杆（未示出），该杆联接在构成轴5的轴衬内部。

当然，本文中针对驱动臂10所述的构型仅作为示例提供。驱动臂可以具有任何其它构造，并且尤其可以由具有单个槽的单个板构成，该单个槽由凸轮从动销接合，该凸轮从动销由流体缸的杆承载。

再次参考图1-3，本文中仅作为示例示出的实施例按其本身已知的方式还包括自动防故障的安全设备，其用于在流体缸6或用于所述流体缸的供应的杆（syrod）出故障的情况下朝向安全位置收回驱动臂10。该自动防故障的安全设备整体由参考编号14表示，并且包括具有与流体缸6的轴线6X平行且一致的轴线的柱形壳体15。安全设备14的壳体15以一种方式借助其端壁在与流体缸6相对的侧面上刚性连接至中间支撑本体2，使得支撑本体2设置在流体缸6与安全设备14之间。杆8'以可滑动方式安装于壳体15的端板15A中，该杆8'设置在杆8的延长部上并且还连接至承载凸轮从动销12的块状物13。杆8'延伸到壳体15中，并且在壳体15内刚性连接至可移动活塞盘16。在所示示例的情况下，定位在与块状物13相对的侧面上的杆8'的端部在管状元件17中以可滑动方式引导，该管状元件17突出到壳体15中并由在与支撑本体2相对的侧面上封闭壳体15的端板15B承载。一个或多个螺旋弹簧18以可操作方式设置在活塞盘16与端板15B之间，一个或多个螺旋弹簧18倾向于朝向对应于驱动臂10的安全位置的端部位置收回杆8'。

根据本发明的重要特征，每个槽11形成在插入件20中，插入件20构成与相应板10A分离的元件并且接纳在设置于板10A中的座部19中（参见图1A）。

参考所示的具体示例，插入件20例如由以可滑动方式接纳在座部19内的棱柱形块状物构成。插入件20固持在座部19内，从而借助任何已知技术（例如通过干涉配合或使用粘合剂）刚性连接至相应板10A。

当然，也不同于本文中仅作为示例示出的构造的驱动臂的任何其它构造可采用关键在于在安装于驱动臂10上的单独插入件中设置槽11的解决方案。

根据本发明，可提供用于致动器设备的单个基础本体10以及多个插入件20（参见图5），每个插入件20例如由槽11的不同构型表征。同样，可提供例如关于制成插入件的材料不同的插入件，从而根据具体应用获得具有更多或更少高强度特征或者更多或更少高重量轻（lightness）特征的结构。同样，可提供关于插入件的构造和尺寸不同的插入件。因此，可根据具体应用的要求，以简单并直接方式构造致动器设备。

因此，特定来说，借助本发明，可依据将根据所需的驱动扭矩要赋予给驱动轴的移动的特征在短时间内且显著节省生产成本地生产设置有带有具体构型的槽的致动器设备。

最后，构成本发明的另一方面（其还形成以本申请人的名字提出申请的共同未决的专利申请的主题）的事实是，槽11特别呈现一构型例如使得该设备可能容易适于每个具体应用的要求，从而使得能够获得驱动扭矩的所期望轮廓。图6和图7显示按照本发明的此另一方面获得的槽的两个示例。这些槽的基础特征在于，其具有对应于次数高于2的多项式函数的弯曲轮廓。由本申请人进行的研究和实验已经证明，以此方式可获得扭矩曲线的特别有利轮廓。在优选实施例中，该弯曲轮廓为大致S形。

图6和图7中的每个参考作为示例提供的其中构思臂10的总共90°的旋转的应用，示意性地显示根据本发明的致动器设备的驱动臂10的两个端部操作位置和中间位置。参考图6，当驱动臂10处于在图中进一步向右出现的端部位置中时，销12定位于槽11的一个端部B处。从该位置开始，销12在缸6的轴线6X的方向上朝向左侧（如图中所观察的）移位。因此，驱动臂10被迫围绕主旋转轴线4沿逆时针方向转向。当臂10已实施45°的旋转时销12到达槽11的相对端部A，并且因此定位于两个端部位置之间恰好中间的位置中。如果销12通过流体缸6继续朝向左侧（如图6中所观察的）移位，则销12导致驱动臂10的进一步逆时针方向旋转，直到到达图6中左侧所示的端部位置。在旋转的第二部分期间，销12再次使槽11从该槽的端部A横穿到端部B。

在图6的情况中，形成于每个插入件20中的槽11为S形，其中该槽的端部A, B在从旋转轴线4离开的径向方向R上对准。图7显示其中槽具有稍微不同构型的变型。

由本申请人进行的研究已经显示，图6和图7中所示类型的构造使得能够借助同一个驱动臂获得扭矩曲线的不同轮廓。

图8通过示例的方式示出显示驱动扭矩根据驱动臂的旋转角度的变化的图示，其用于常规设备并用于图6和图7的两个变型。如图可见的，在这些变型中构思的槽构型（如已经提及，其形成以本申请人的名字提出申请的共同未决的专利申请的主题）使得能够在驱动臂的端部位置（0°处和90°处）附近获得显著增加的驱动扭矩，其中在0°位置（对应于图5、图6和图7中右侧示出的位置）附近的增加更大。

当然，返回到本发明的基本原理的图5中示出的范例，可以提供带有不同槽构型的多个插入件20，其包括具有上述经改进形状的带有S形弯曲构造的槽，或者相反地具有在可与径向方向R对准或相对于径向方向R倾斜的方向上取向的常规直线形状的槽。

当然，在不损害本发明的原理的情况下，构造的细节和实施例可以关于本文中仅作为示例描述和示出的内容广泛变化而不偏离本发明的范围。

Claims (13)

1.一种阀致动器设备，其包括：

- 支撑本体(2)；

- 用于致动所述阀的驱动轴(5)，其围绕主轴线(4)以可旋转方式安装在所述支撑本体(2)上；以及

- 用于控制所述驱动轴(5)的旋转的流体缸(6)，其包括：

- - 缸本体(6A, 6B, 6C)，其在其一侧上连接至所述支撑本体(2)，并且具有横向于所述主轴线(4)引导的轴线(6X)，所述轴线(6X, 4)布置在相互垂直的平面中；

- - 活塞(7)，其以可滑动方式安装在所述缸本体(6A, 6B, 6C) 内；以及

- - 杆(8)，其连接至所述活塞(7)并且承载凸轮从动构件(12)，

- 所述阀致动器设备还包括：

- 驱动臂(10)，其连接至所述驱动轴(5)并具有本体和呈槽(11)形式的凸轮轨道，所述槽(11)以一种方式与所述凸轮从动构件(12)合作，使得所述流体缸(6)的所述活塞(7)在两个端部操作位置之间的移位导致所述驱动臂(5)在两个端部操作位置之间的旋转，

所述阀致动器设备特征在于，所述槽(11)形成于插入件(20)中，所述插入件(20)构成与所述驱动臂的所述本体(10)分离的元件并且适于被接纳并固持在所述驱动臂的所述本体(10)的座部(19)中。

2.根据权利要求1所述的阀致动器设备，其特征在于，多个插入件(20)与所述阀致动器设备相关联地被提供，所述插入件(20)能选择性地安装于所述驱动臂(10)上，所述插入件在以下特征中的一个或多个方面彼此不同：

- 形成所述插入件(20)的材料，

- 所述插入件(20)和/或形成在所述插入件(20)中的所述槽(11)的大小，

- 所述槽(11)的形状，

使得能响应于具体应用需求根据不同构造快速制备所述致动器。

3.根据权利要求1所述的阀致动器设备，其特征在于，所述驱动臂包括呈平板(10)形式的本体，所述板(10)具有连接至所述驱动轴(5)的用于随着随所述驱动轴(5)旋转的一个端部和具有所述座部(19)的剩余部分，在所述座部(19)内以可滑动方式接纳所述插入件(20)。

4.根据权利要求1所述的阀致动器设备，其特征在于，所述槽(11)是直线槽。

5.根据权利要求4所述的阀致动器设备，其特征在于，所述槽沿着垂直于所述主轴线(4)的径向方向(R)对准。

6.根据权利要求4所述的阀致动器设备，其特征在于，所述直线槽(11)根据相对于垂直于所述主轴线(4)的径向方向(R)倾斜的方向(R')引导。

7.根据权利要求1所述的阀致动器设备，其特征在于，所述槽(11)具有由次数大于2的多项式函数限定的弯曲轮廓。

8.根据权利要求7所述的阀致动器设备，其特征在于，所述弯曲轮廓为大致S形。

9.根据权利要求8所述的阀致动器设备，其特征在于，所述槽(11)的所述S形弯曲轮廓具有沿着与所述主轴线(4)正交相交的方向(R)对准的相对端部(A, B)。

10.根据权利要求8所述的阀致动器设备，其特征在于，所述槽(11)的所述S形弯曲轮廓具有沿着相对于与所述主轴线(4)正交相交的方向(R)倾斜的方向(R')对准的相对端部(A,B)。

11.根据权利要求1所述的阀致动器设备，其特征在于，所述驱动臂(10)的所述本体形成为轭状物，其中两个平板(10A)平行且彼此间隔开，每个板具有座部(19)，所述座部(19)在其内接纳带有槽(11)的相应插入件(20)。

12.根据权利要求1所述的阀致动器设备，其特征在于，其包括用于朝向对应于所述端部操作位置中的一个的安全位置偏压所述驱动臂(10)的自动防故障的安全设备(14)，所述安全设备(14)包括：壳体(15)，其相对于所述流体缸(6)在相对侧上固定至所述支撑本体(2)并且具有平行于所述流体缸(6)的所述轴线(6X)的轴线；柱塞(16)，其以可移动方式安装于所述外壳(15)内；杆(8')，其连接至所述柱塞(16)并且连接至所述凸轮从动构件(12)；以及至少一个螺旋弹簧(18)，其容纳在所述壳体(15)内并且倾向于朝向所述安全位置偏压所述驱动臂(5)。

13.一种用于生产根据前述权利要求中的任一项所述的致动器设备的方法，其特征在于，向所述驱动臂提供本体(10, 10A)而且提供多个插入件(20)，所述插入件(20)能选择性地与所述本体(10)相关联，所述多个插入件包括具有槽(11)的至少一个插入件(20)和具有弯曲槽(11)的至少一个插入件(20)，所述槽(11)沿着垂直于所述主旋转轴线(4)的径向方向(R)对准或相对于所述径向方向(R)倾斜，所述弯曲槽(11)使其相对端部根据垂直于所述主旋转轴线(4)的径向方向(R)或沿着相对于所述径向方向(R)倾斜的方向(R')对准，并且其特征在于，所述方法还包括选择所述插入件(20)中的一个并且根据具体应用要求将所选定的插入件安装在所述驱动臂的所述本体(10)上。