CN108138811A - 液压驱动的旋转致动器 - Google Patents

Abstract

描述了一种液压驱动的旋转致动器，包括：液压线性致动器，其能够在缩回位置和延伸位置之间沿两个方向移动；可在接合状态和脱离状态之间操作的离合器装置；和旋转输出构件；其中线性致动器通过离合器的方式耦接到旋转输出构件。

Description

液压驱动的旋转致动器

技术领域

本说明书涉及适合于对离心泵中的泄漏限制装置进行自动调节的液压驱动致动器。

背景技术

过去的离心泵中的密封装置和侧衬的调节机构主要涉及提供手动调节装置(手动扳手，液压扳手，冲击扳手等)。

已经尝试使用高减速比变速箱进行自动调节，但是已经发现，为了在大型离心泵中提供足够的扭矩，这种变速箱所需的大尺寸要求使其变得笨重且对于此目的不实用。

发明内容

在第一方面，提供了一种液压驱动的旋转致动器，其包括：液压线性致动器，其能够在缩回位置和延伸位置之间的两个方向上移动；可在接合状态和脱离状态之间操作的离合器装置；和旋转输出构件；其中线性致动器通过离合器的方式耦接到旋转输出构件。

在某些实施例中，离合器是液压操作的。

在某些实施例中，离合器装置包括臂，并且线性致动器枢转地附接到臂。

在某些实施例中，离合器装置包括彼此摩擦接合的至少两个离合器盘。

在某些实施例中，所述至少两个离合器盘在围绕其周缘逐渐变细的区域处接合。

在某些实施例中，离合器装置通过离合器部件的机械相互接合而操作。

在某些实施例中，离合器部件通过一组突出部相互接合。

在第二方面中，提供了一种根据第一方面操作致动器的方法，该方法包括以下顺序步骤：将离合器装置操作至接合状态；并移动线性致动器。

在某些实施例中，许多类似的致动器被同时操作。

在第三方面中，提供了一种包括根据第一方面的至少一个致动器的离心泵。

在某些实施例中，离心泵包括根据第一方面的两个或更多个致动器。

在某些实施例中，不同致动器的类似液压输入被管道连接到共用液压控制阀。

在某些实施例中，至少一个致动器被安装到泵的抽吸盖，并且致动器不向外延伸超过抽吸盖的周缘。

在第四方面中，提供了一种用于调节离心泵的侧衬和叶轮之间的间隙距离的系统，该系统包括根据第一方面的至少一个旋转致动器。

在第五方面中，提供了一种将致动器改装到离心泵的方法，其中致动器是根据第一方面的致动器，以允许根据第二方面的操作方法。

在第六方面中，提供了一种用于控制第三方面的离心泵的至少一个致动器的控制系统，所述控制系统包括：至少一个液压控制阀；和至少一个传感器；其中所述控制系统布置成基于所述至少一个传感器的输出来操作所述至少一个液压控制阀，从而调节所述泵的侧衬和叶轮之间的间隙距离。

结合作为本公开的一部分并通过示例的方式说明所公开的发明原理的附图，根据以下详细描述，其他方面，特征和优点将变得显而易见。

附图说明

现在将参考附图仅以举例的方式描述实施例，其中：

图1是用于实现离心泵的侧衬的自动调节的现有技术方法的图示；

图2是配备有根据本公开的四个液压旋转致动器的离心泵的正视图；

图3是图2的泵的外壳的透视图；

图4是图3的泵壳体的横剖视图；

图5是图2的旋转致动器中的一个的正视图；

图6是图5的旋转致动器的透视图；

图7是图5的旋转致动器的横剖视图；

图8是图5的旋转致动器的分解视图；

图9是旋转致动器的另一个实施例的分解视图；

图10是连接到泵的旋转致动器的可选实施例的透视图；

图11是图10的旋转致动器的横剖视图；

图12示出图10的旋转致动器处于脱离状态的视图；和

图13示出图10的旋转致动器处于接合状态的视图。

具体实施方式

现有技术中已知的用于提供离心泵中的泄漏限制装置的自动调节的一种方法是通过电动高减速齿轮箱和步进马达的方式，如Weir Slurry Group，Inc.的公开的国际专利申请WO2009/091575中所述。该文献的全部内容通过引用并入本文。

参考图1，示出了来自WO2009/091575的图以便于参考。图1示出安装在离心泵12中的自动调节系统10。泵12通常包括泵壳体14，泵壳体14具有流体入口16和流体出口18，用于经由泵12分别进入和排出流体和/或浆料。该泵12还包括用于驱动泵的旋转元件的驱动机构20，并且该驱动机构20被设置成穿过轴承组件22，泵壳体14以已知的方式固定到该轴承组件22。

自动调节系统10通常包括至少一个传感器或检测机构30(其中为了说明的目的示出了多个不同的传感器或检测机构)和多个调节装置32，所述多个调节装置32被设置成包围泵12的流体入口16区域。在该现有技术示例中，每个调节装置32包括耦接到高减速齿轮箱的电动步进马达，该高减速齿轮箱相应地耦接到泵12的泄漏控制机构的调节螺栓的头部。在该现有技术的例子中，由减速齿轮箱驱动的调节螺栓被称为“推进螺栓(pusherbolts)”，其调节侧衬(也称为“喉部衬套(throatbush)”)与泵12的叶轮之间的间隙。如本领域所公知的那样，为了保持最佳的浆料泵操作，需要定期调节喉部衬套与叶轮之间的间隙，并且可以在浆料泵处于运行模式时进行。

下面描述的实施例基本不同于WO2009/091575中描述的布置，因为提供了用于驱动调节螺栓的新型致动器，该调节螺栓控制侧衬与叶轮之间的间隙。

参考图2，示出了泥浆泵212，泥浆泵212包括外壳214，一组四个液压驱动致动器280附接到该外壳214。

参照图3，示出了从泵分离的前半部分外壳214。

参考图4，外壳214由盖板216和抽吸盖215构成。泵的侧衬(或喉部衬套)264坐落在环形盘形式的加强板266上。每个致动器280控制位于抽吸盖215中的螺纹孔内的带螺纹的推杆螺栓186的旋转。推杆螺栓186的旋转实现侧衬264相对于泵叶轮(未示出)的位置的横向调节。

侧衬264是需要经常更换的耐磨部件。为了更换侧衬264，将抽吸盖215从盖板216移除。致动器280具有非常紧凑的尺寸。需要注意的是，泵壳214的凸缘299的外表面从致动器280凸出。如果为了维护或修理的目的需要将泵212的抽吸盖215移除，则可以将其以侧向放置在凸缘299上并且致动器280被凸缘299保护免受物理损坏。

另外，还应注意的是，致动器280不延伸超过抽吸盖215的外周缘，如附图标记298所示。如果为了维护或修理的目的需要将泵212的抽吸盖215移除，则它可以直立地以其外围边缘298搁置，并且保护致动器280免受物理损坏。

通过保护致动器不受损害，这意味着在维护操作期间致动器280不需要从抽吸盖215移除，这减少了泵停机时间。

参照图5和图6，致动器280包括双作用液压油缸282形式的液压线性致动器，其可通过将加压液压流体施加到其两个流体端口中的任一个而操作，在使用中，油缸282被布置成在图5所示的缩回位置与延伸位置之间移动。在使用中，油缸282的自由端283通过螺栓固定在泵外壳214上。油缸282的另一端通过枢转点286枢转地连接到离合器组件284的臂285上。离合器组件284包括液压操作缸290，该液压操作缸290控制离合器的接合，如以下将描述的。在图6中，为了易于理解，示出了推杆螺栓186，然而该推杆螺栓186本身不构成致动器的一部分。

参照图7和图8，臂285包括枢转地连接到液压油缸282的腹板285a和285b形式的上臂和下臂构件。离合器组件284包括上盖292，在其上安装液压缸290。上盖292用螺栓连接至下离合器盘294上。上离合器盘295位于上盖292和下离合器盘294内的空间内。致动器280还包括一个旋转输出部件，该旋转输出部件为输出挡块297的形式。中央离合器盘296由旋转输出挡块297的上部区域形成。输出挡块297还包括容纳推杆螺栓186的头部的细长六角形凹部298。输出挡块297顺时针或逆时针驱动推杆螺栓186，这导致螺栓186的头部相对于泵壳体214的横向移动。该横向移动由细长凹部298容纳。

液压缸290的启动控制离合器机构的操作。当加压流体被施加到缸290时，活塞290a推动上离合器盘295；同时因为液压缸290安装在上盖292上，而上盖292又安装在下离合器盘294上，所以液压缸290引起下离合器盘294的拉动。该运动具有在上部295和下部294离合器盘之间夹紧中央离合器盘296的效果，由此在由于三个离合器盘294、295、296的接触表面之间的摩擦而在板接触的中央盘的周缘区域中产生机械接合。盘294、295、296的摩擦接合表面渐缩以增加摩擦力，并因此增加装置的最大转矩。双作用缸282提供扭力以产生转动连接到推杆螺栓186的离合器装置所需的扭矩。

加压液压流体的供应可以通过附近的液压泵和电子阀控制装置提供给液压缸290和油缸282，该液压泵和电子阀控制装置可以安装到泵上或以其他方式安装在泵附近。这种泵和阀装置在液压机械领域中是已知的。

致动器280通过液压油缸282和液压缸290两者的特定激活顺序在顺时针方向或逆时针方向上操作，以按如下方式对推杆螺栓186进行增量旋转调节：

顺时针旋转-将螺栓拧入

1确认气缸290已停用-离合器分离

2将油缸282移至缩回位置

3启动汽缸290-离合器接合

4启动油缸282以移动到延伸位置

逆时针旋转-将螺栓旋出

1确认缸290已停用-离合器分离

2将油缸282移至延伸位置

3启动缸290-离合器接合

4启动油缸282以移动到缩回位置

在每次增量调节中，油缸282使离合器组件284和推杆螺栓186旋转一定量，该量由油缸282的行程长度以及从枢转点286的中心到输出挡块297的旋转轴线的距离指示。

在图2所示的四个致动器280的布置的情况下，液压控制系统可以被方便地构造成使得每个致动器280的类似流体端口被管道连接到共同的压力供应管线。以这种方式，可以使用单个控制阀来同时控制所有四个致动器的操作。例如，汽缸290可以全部同时启动，并且压力相等。类似地，对于油缸282，可以通过改变流体方向的4/3转换阀的形式的另一控制阀的操作来启动这些油缸282以同时伸展或同时缩回。这样，所有安装在泵上的旋转致动器的所有操作都可以仅通过两个控制阀进行控制。这提供了一种确保泵的所有推杆螺栓182被同等量并且同时地调整的简洁方式。

随着致动器每次将推杆螺栓转动一圈的一小部分，推杆螺栓186的调整逐步进行，这将调节泄漏限制装置的几分之一毫米，并允许控制系统通过执行的调整步骤的数量而知道泄漏限制装置的精确的实际位置。

根据支撑泄漏限制装置的推杆螺栓的数量，一些泵可能需要多于四个液压装置。在高压泵中，可能需要多达14个推杆螺栓来支撑泄漏限制装置，因此强调了致动器280的紧凑性的重要性。

参考图9，以分解图示出致动器280a的可选实施例。该实施例与前述实施例的不同之处主要在于围绕中央离合器盘的周缘提供槽296a。摩擦面上的槽296a增加抓握力并去除污染物(油脂，锈)。

在一些实施例中，摩擦面可被涂覆以增加摩擦。

在上述实施例中，油缸282和汽缸290是市场上可买到的部件。致动器的其余部分可以用低碳钢制造。

组装280a类型液压离合器装置，装配M48螺栓以进行调节。使用高吨位液压缸对所述螺栓施加压力以模拟由离心泵中的泄漏限制装置施加的推力。当由液压系统提供动力时，在检测到离合器的任何打滑之前，离合器能够提供约6000Nm的扭矩。该扭矩大约是该设备被设计应用的泵尺寸所预期的最大扭矩的两倍。观察到离合器以无侧隙(backlash)继续转动推杆螺栓。

参考图10，示出致动器380的另一个实施例，其与泵外壳214相关联。致动器380的该实施例可以用来代替致动器280。致动器280使用摩擦接合离合器机构，而致动器380采用在离合器部件之间具有机械互相啮合的爪式离合器式配置。

参照图11，致动器380包括输出挡块397，其以与致动器280相同的方式与推杆螺栓186的头部接合。液压致动器390通过卡圈392耦接到输出挡块392。操作致动器390控制致动器390的离合器机构的接合和分离。

参考图12，输出挡块397包括一组向外指向的突出部381。臂385连接到围绕输出挡块397的套筒384，并包括一组齿形突出部382，其可根据液压缸390的状态选择性地与突出部381接合。突出部381、382形成爪形离合器型机构。突出部382被倒角以便于爪形离合器的对准。在图12中，缸390处于缩回位置并且离合器机构脱离。

参照图13，缸390已经被启动以移动到延伸状态。这又引起与输出挡块397一起移动的卡圈392的向上运动，以引起突出部381和382的相互接合。致动器380的离合器机构现在接合。

再次参照图10，线性致动油缸382枢转地安装到臂385以将旋转运动施加到套筒384。通过启动和停用油缸382和缸390，执行与针对致动器280所述相同的一系列操作，被保持在致动器380中的推杆螺栓186可以顺时针或逆时针逐步递增地旋转以控制泵的泄漏限制装置。与致动器280不同，致动器380的离合器装置不依赖离合器盘之间的摩擦。因此，液压缸390不需要施加与致动器280的缸290相同的力，因此可以使用容量和尺寸减小的缸。在其他实施例中，液压缸可以由其他类型的致动器(例如电动或气动致动器)代替。

致动器380的输出挡块397在其外端上具有六角形构造399。这允许通过使用扳手或类似工具手动调节输出挡块，以直接驱动输出挡块397并因此旋转捕获的推杆螺栓186。当然，在可通过六角形构造399对输出挡块进行手动旋转之前，致动器380的离合器机构将需要被置于分离状态。否则，输出爪397的旋转将受到线性油缸382的阻碍。

可以看出，致动器的实施例具有以下优点中的至少一个：

·高扭矩能力(比相同尺寸的高减速比齿轮箱高很多倍)

·紧凑的设计

·推杆螺栓可以在两个调节方向(顺时针和逆时针)转动任意圈数

·简单的控制(调整是一步一步的，并且一次是固定的几分之一毫米)

·在单个泵上使用多个液压致动器时，具有高同步性(可以并联多个设备，以便同时调整所有推杆螺栓，并且每个调整步骤的调整量完全相同)

图10至13所示的实施例具有以下特定优点：

·-更小更轻，输出扭矩更高，因为扭矩能力受到液压油缸容量的限制，而不受离合器容量的限制。

·-多个设备之间100％同步，因为圆周齿距是固定的，不依赖于制造公差。

·-如果超过扭矩容量，致动器不会旋转，因此容易检测到过载状况，而摩擦离合器可能会在没有警告的情况下滑动。

·-如果发生系统故障，可以手动调整泄漏限制装置，而无需从外壳上拆下离合器。

·-离合器可以在调整运动(adjustment campaign)之间保持啮合，以避免由于振动而导致推杆螺栓松动。

·-挡块离合器扭矩容量不受油、油脂等的影响。

·-由于工作压力仅取决于调整扭矩要求，因此液压系统和机械部件的应力较小。摩擦离合器需要在高压下运行，以确保良好的接合。

在以上对优选实施例的描述中，为了清楚起见，采用了特定的术语。然而，本发明不意图限于如此选择的特定术语，并且应该理解，每个特定术语包括以类似方式操作以实现类似技术目的的所有技术等同。诸如“前”和“后”，“内”和“外”，“以上”，“以下”，“上”和“下”等术语被用作便于提供参考点的词汇，并且不应被解释为限制性术语。

本说明书中对任何在先出版物(或从其得到的信息)或任何已知的事物的引用不是且不应被视为承认或允许或任何形式的暗示，即在先公布(或从其衍生的信息)或已知事物形成本说明书涉及的领域中的公知常识的一部分。

在本说明书中，词语“包含”应理解为其“开放”含义，即“包括”的含义，因此不限于其“封闭”含义，即含义“仅由...组成”。相应的含义归因于它们出现的相应词语“包含”，“包含有”和“包含着”。

另外，前面仅描述了本发明的一些实施例，并且在不脱离所公开的实施例的范围和精神的情况下可以对其进行改变、修改、添加和/或变化，这些实施例是示意性的而不是限制性的。

此外，已经结合目前被认为是最实用和优选的实施例描述了本发明，应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反地旨在覆盖包括在本发明的精神和范围内的各种修改和等同布置。而且，上面描述的各种实施例可以结合其他实施例来实现，例如，一个实施例的方面可以与另一个实施例的方面组合以实现其他实施例。此外，任何给定组件的每个独立特征或组件可构成另外的实施例。

Claims (16)

1.一种液压驱动的旋转致动器，包括：

-液压线性致动器，其能够在缩回位置和延伸位置之间在两个方向上移动；

-可在接合状态和脱离状态之间操作的离合器装置；和

-旋转输出构件；

其中线性致动器通过离合器耦接到旋转输出构件。

2.根据权利要求1所述的旋转致动器，其中所述离合器是液压操作的。

3.根据权利要求1或2所述的旋转致动器，其中所述离合器装置包括臂，并且所述线性致动器枢转地附接到所述臂。

4.根据前述权利要求中任一项所述的旋转致动器，其中所述离合器装置包括彼此摩擦接合的至少两个离合器盘。

5.根据权利要求4所述的旋转致动器，其中所述至少两个离合器盘在围绕其周缘逐渐变细的区域处接合。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转致动器，其中所述离合器装置通过离合器部件的机械相互接合而操作。

7.根据权利要求6所述的旋转致动器，其中所述部件通过一组突出部相互接合。

8.一种操作根据权利要求1至7中任一项所述的致动器的方法，所述方法包括以下顺序步骤：

-将离合器装置操作到接合状态；和

-移动线性致动器。

9.根据权利要求8所述的方法，其中同时操作多个类似的致动器。

10.一种离心泵，包括至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的旋转致动器。

11.根据权利要求10所述的离心泵，包括两个或更多个根据权利要求1至7中任一项所述的致动器。

12.根据权利要求11所述的离心泵，其中不同致动器的类似液压输入端被管道连接到公共液压控制阀。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的离心泵，其中所述至少一个致动器安装至所述泵的抽吸盖，并且所述致动器不向外延伸超出所述抽吸盖的周缘。

14.一种用于调节离心泵的侧衬与叶轮之间的间隙距离的系统，所述系统包括至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的旋转致动器。

15.一种将致动器改装到离心泵的方法，其中所述致动器是根据权利要求1至7中任一项所述的致动器，以便允许权利要求8或9中任一项所述的操作方法。

16.一种用于控制权利要求10至13中任一项所述的离心泵的至少一个致动器的控制系统，所述控制系统包括：

-至少一个液压控制阀；和

-至少一个传感器；

其中所述控制系统被布置成基于所述至少一个传感器的输出来操作所述至少一个液压控制阀，以调节所述泵的侧衬和叶轮之间的间隙距离。