CN110998141A - 故障安全阀门执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种故障安全阀门执行器(10)，其包括驱动装置(12)、驱动轴(42)，该驱动轴具有设置成与驱动轴(42)的螺纹部分(44)相邻的离合器(50)，以及一个联接至离合器(50)的离合器执行器(52)，并设置为：在离合器(50)与驱动轴(42)的螺纹部分(44)接合的接合位置和离合器(50)与驱动轴(42)分离的分离位置之间推动离合器(50)。当离合器执行器(52)通电时，离合器(50)作出响应，被推动到接合位置，使得驱动轴(42)与离合器(50)之间的螺纹接合将驱动装置(12)对驱动轴(42)的旋转运动转换为驱动轴(42)的轴向运动，并在驱动装置(12)不作用时，保持将驱动轴(42)抵靠在驱动轴偏置构件上。离合器(50)移动到分离位置，使驱动轴偏置构件自动将驱动轴(42)返回到故障安全位置。

Description

故障安全阀门执行器

技术领域

本发明涉及一种故障安全阀门执行器，这种执行器的设置能使阀门自动返回至故障安全的位置。本发明还涉及一种阀门装置，包括阀门和所述的阀门执行器。

背景技术

阀门执行器通常通过阀门，用于控制流体流量。它们广泛用于许多行业中，来打开和关闭阀门，甚至还可将阀门移动到中间位置以限制但不阻止流体流动。它们可以手动驱动，如通过手轮；或者以能量驱动操作。以能量驱动或自动的阀门执行器可以是不同形式的，例如液压、气动或电动。电动阀门执行器通常包括一个电动马达。

一些手动操作和自动的阀门执行器的工作原理是，例如向前方驱动轴以打开阀门；然后反向驱动轴以关闭阀门。由于需要向相反的方向驱动轴，因此这种装置无法安全防止故障。对于需要快速关闭系统以将设备恢复到安全状态的应用而言，这样的装置可能不适用。

因此，公认的做法是提供一种故障安全阀门执行器，除了在使用过程中允许移动阀门外，还包括自动将阀门返回故障安全位置的特点。例如一些已知的自动/以能量驱动的阀门执行器包括一个偏置装置(例如弹簧)，以将轴和阀门偏置到打开位置或关闭位置。在使用中，通过对偏置装置施加一种作用力，执行器可将阀门移动到非偏置位置。偏置位置通常是故障安全位置。当把执行器的电源断开(有意、供电受到干扰或断电)时，由于针对偏置装置的作用力被去除，阀门便自动返回偏置位置，从而使阀门自动移至故障安全位置。例如在某些应用中(如地下流体流)，希望将阀门偏置到关闭位置，以便在发生紧急情况时能自动停止流体(例如碳氢化合物)的流动，例如，以防止潜在的井喷。相同的原理适用于需要控制流体流量的任何行业。

已知的与偏置装置一起运作的阀门执行器的问题在于，动力源必须提供所需的作用力，不仅要移动阀门以对抗偏置装置，而且还必须将阀门固定在该位置以抵抗偏置装置，直到电源被关闭/断电。这可能需要耗费大量能源，使阀门执行器不是非常有效。此外，(在电动系统中)阀门保持抵抗偏置装置的状态可能会增加所经电流量烧坏发动机的风险。

因此，本发明的实施例的目的之一是提供一种阀门执行器，该阀门执行器不仅能降低所需的操作功率，同时能继续提供有效且自动的故障安全装置。

发明内容

因此，一方面，本发明提供了一种故障安全阀门执行器，该阀门执行器包括：

一个驱动装置；

一个驱动轴：

包括沿着驱动轴全长的至少一部分延伸的外螺纹部分，

驱动轴联接到驱动装置，使得当驱动装置通电时，驱动轴可通过驱动装置旋转，其中

驱动轴可进一步在缩回位置和延伸位置之间轴向移动；

一个驱动轴偏置构件，其设置可将驱动轴轴向偏置到故障安全位置；

与驱动轴的螺纹部分相邻的离合器；并且包括内螺纹至少有部分可与驱动轴的外螺纹互补。

一个联接至离合器的离合器执行器，而该执行器设置成可使离合器在离合器与驱动轴的螺纹部分的接合位置和离合器与驱动轴分离的分离位置之间移动；

其中，当离合器执行器通电时，离合器作出响应，被推动到接合位置，使得驱动轴的螺纹与离合器之间的螺纹接合将驱动装置对驱动轴的旋转运动转换为驱动轴的轴向运动，并在驱动装置不作用时，保持将驱动轴抵靠在驱动轴偏置构件上；并且

其中，离合器移动到分离位置会导致驱动轴偏置构件自动将驱动轴返回到故障安全位置。

应理解的是，本文所用的术语“故障安全阀门执行器”是指既可以向阀门提供定位力、又能够使阀门自动返回至故障安全位置的阀门执行器。此外，在此使用的术语“轴向”是指平行于驱动轴的轴向的运动。

该阀门可以在关闭位置和打开位置之间移动。当处于关闭位置时，阀门阻止流体流过阀门；而在打开位置时，阀门允许流体流过阀门。阀门也可以移动到中间位置，在该中间位置，通过阀门的流体的流动受到一定程度的限制，但并没有被阻止。

故障安全位置可以对应于阀门的关闭位置。尽管在一些实施例中，可以想到的是，故障安全位置可能会对应于阀门的打开位置。

在某些实施例中，当离合器执行器通电时，驱动轴作出响应，驱动轴可从其缩回位置移动至其延伸位置。这可被称为“推式”执行器。驱动轴的延伸位置可能会对应于阀门的打开位置；缩回位置可能会对应于阀门的关闭位置或故障安全位置。

或者，执行器也可能是“拉式”执行器，当离合器执行器通电时，驱动轴作出响应，可从其延伸位置移动至其缩回位置。在“拉式”执行器中，驱动轴可能会连接到阀门。驱动轴的延伸位置可能会对应于阀门的关闭或故障安全位置；缩回位置可能会对应于阀门的打开位置。

当驱动轴的螺纹与离合器之间螺纹接合时，驱动轴作出响应，可被旋转驱动，从而产生轴向运动(例如到达延伸位置，或者到达缩回位置)。

离合器移动到分离位置可能是离合器执行器断电的结果。驱动轴可对“推式”执行器中的离合器执行器的断电作出响应，从延伸位置轴向移动至缩回位置；或从“拉式”执行器的缩回位置至延伸位置。当离合器执行器断电时，驱动轴和离合器的螺纹会脱离。螺纹的脱离使其不再保持抵抗偏置构件的状态。故此驱动轴可以立即自动返回故障安全位置。因此，不需要将驱动轴驱动到故障安全位置，该位置通常对应于阀门的关闭位置。本发明的实施例优点是，驱动轴能自动且立即返回故障安全位置，而不是被驱动回故障安全位置，因为在一些情况下，如需要紧急关闭系统时，可将阀门更快地移入故障安全位置例。

离合器执行器可能会因离合器执行器失去能源而断电。失去能源可能是在检测到潜在危险情况时所作出的自动响应。或者，也可以手动关闭离合器执行器的电源。

离合器可包括一个主体，该主体限定与驱动轴的螺纹相对应的部分内螺纹。离合器可以围绕驱动轴的至少一部分的中心定位。

在示例性实施例中，离合器可包括具有大致半圆形或弓形横截面的第一壳体和第二壳体。第一壳体和第二壳体可以围绕在驱动轴的外螺纹部分至少一部分周围的中心。第一壳体靠近驱动轴的内表面可以是光滑的。第二壳体可以包括所述内螺纹的部分段，即内表面上的螺纹部分。

当离合器执行器通电时，离合器执行器作出响应，可以被设置为推动第二壳体与驱动轴的外螺纹部分的至少一部分接合，从而使第二壳体的螺纹部分与驱动轴上的螺纹部分接合，以使驱动轴从缩回和延伸位置中的其中一个位置轴向移动到缩回和延伸位置中的另一个位置，具体取决于执行器是“推式”还是“拉式”执行器。

第二壳体的螺纹部分可以是任何合适的螺纹，而驱动轴的螺纹部分可以是任何合适的对应螺纹。第二壳体的螺纹部分可以是锯齿螺纹或梯形螺纹。驱动轴的螺纹部分可以是互补的锯齿螺纹或梯形螺纹。对于非常高的轴向载荷，第二壳体的螺纹部分可能需要采用不同的形式来保持啮合，但这不会影响工作原理。本发明的实施例的一个优点是，与标准公制螺纹相比，锯齿螺纹或梯形螺纹的角表面只需较小的径向载荷就能与驱动轴接合，因此只需较小的螺线管力来接合。此外，这样的角表面也更容易从驱动轴上脱离，因为它们只需较小的分离力就能在第一和第二壳体之间脱离。第二壳体的外径可能会小于第一壳体的外径。本发明的实施例的一个优点是，较小的第二壳体提供所需的径向间隙，而使第二壳体从驱动轴脱离。第二壳体的螺纹部分上的螺纹可能会仅延伸到部分内表面的周围。第一壳体的内径可能会约等于沿着驱动轴的全长的至少一部分延伸的螺纹部分的最大直径。

第一壳体和第二壳体可能会由离合器偏置构件分开。离合器偏置构件可包括至少一个弹簧，位于第一壳体和第二壳体至少一个中的对应弹簧套中。

在另一种实施例中，离合器可包括一个夹头装置，当离合器执行器通电时，该夹头装置在沿着驱动轴全长的至少一部分延伸的螺纹部分上闭合。

使用时，离合器偏置构件可以辅助第一壳体和第二壳体的分离。这可以帮助确保第二壳体的螺纹部分与驱动轴的螺纹部分完全脱离，以允许驱动轴自动且立即移动到故障安全位置。

离合器执行器可以设置成，使第二壳体移动到抵靠着离合器偏置构件并与驱动轴接合。

驱动轴偏置构件可包括至少一个弹簧，该弹簧设置成当离合器从驱动轴脱离时，根据执行器是“推式”还是“拉式”，自动将驱动轴返回至缩回位置和延伸位置之一。

离合器执行器可以包括具有柱塞的螺线管。柱塞可对螺线管的通电作出响应而线性地移动，以使离合器移动成与驱动轴接合。螺线管和柱塞可以在基本垂直于驱动轴的轴向上起作用。

在以下的一种或多种情况发生以后，驱动装置可自动断电，驱动轴可以通过离合器保持在抵靠于驱动轴偏置构件上的缩回位置和延伸位置之一的一个位置(取决于执行器是“推式”还是“拉式”)：预先决定的运行时间长度；位置传感器显示已到达驱动轴击出全长的位置；传感器测量电流并显示已达到预定的电流极限。

在示例性实施例中，驱动装置包括一个电动马达。可以通过可调的限流电源来驱动马达，以便在达到预定的电流极限时，马达会自动断电，并且离合器使驱动轴保持在缩回和延伸位置之一(取决于执行器是“推式”或“拉式”)，并抵靠在驱动轴偏置部件上。因此，预定的电流极限可显示阀门已经处于其运动范围末端(即，处于完全打开或完全关闭的位置)。

阀门执行器还可包括驱动销和用于在驱动装置和驱动轴之间接合的滑动联接器。这样的设置允许驱动装置旋转驱动轴，并且驱动轴能相对于驱动装置轴向地移动。或者，驱动装置也可以包括平行的花键齿轮装置。

与通过驱动装置的操作将驱动轴保持在相同位置所需的动力相比，离合器执行器通常只需很少的动力就能通过离合器将驱动轴保持在缩回和延伸位置之一(取决于执行器是“推式”还是“拉式”)。本发明的实施例的一个优点是，离合器只需比驱动装置少的动力就能将驱动轴保持在缩回或延伸位置之一。与已知的带有故障安全装置的阀门执行器相比，这可以实现更低功耗和更高效能。

在第二方面，本发明提供了一种包括一个阀门和一个阀门执行器的阀门装置，正如本文中具体所述。

可以设想，本文所述的阀门执行器可以在广泛的技术领域中应用。这可能会扩展到但不限于石油和天然气的工业应用，例如海底或地下、门联锁系统和定位器；以及如加热系统、中央供暖系统的家庭应用和如天然气供应的家用物资供应。

尽管以上已经描述了本发明，但是本发明还扩展到上文或下文的描述或附图中阐述的任何发明性组合。

附图说明

本发明可以以多种方式来执行，现将仅通过示例的方式来描述本发明的一个实施例，其中参考附图，其中：

图1是根据本发明实施例的阀门执行器的示意性侧视图；

图2a和2b显示阀门执行器的端视图和穿过图2a的A-A截面的阀门执行器的侧视图；

图3a和3b显示根据本发明实施例的联接至驱动轴的马达的侧视图和透视图；

图4a、4b和4c显示根据本发明实施例的阀门执行器的离合器的多视图；

通过图5b的B-B截面，图5a、5b和5c显示根据本发明实施例的阀门执行器的离合器主体的透视图、端视图和侧视图；

通过图6a的C-C截面，图6a和6b显示根据本发明实施例的阀门执行器的离合器执行器的俯视图和侧视图；

图7是根据本发明实施例的容纳在一个壳体中的阀门执行器的侧视图。

图8是一张电路图，显示根据本发明的一些实施例的阀门执行器的操作。

图9是根据本发明的另一个实施例的马达及马达与阀门执行器的驱动轴之间的联接器的俯视图。

具体实施方式

图1、2a和2b显示“推式”故障安全阀门执行器10，其用于致动阀门(未显示)并自动将阀门返回至故障安全位置。阀门执行器10包括以电动马达12的形式体现的驱动装置，以及驱动轴42。在使用中，驱动轴42的输出可在操作中联接到阀门的输入，例如联接到阀杆。如将在以下进一步描述的，电动马达12和驱动轴42通过驱动销16和滑动联接器14进行联接。驱动轴42经由插销11附接到滑动联接器14，并且可在马达通电时由马达12旋转。

驱动轴42包括沿着驱动轴42的全长的一部分延伸的外螺纹部分44。离合器50包括离合器主体32和围绕驱动轴42的螺纹部分44设置的两个半壳22、24，并位于延伸穿过离合器主体32内部的通道33。正如下文更详细描述，离合器50包括上壳22和下壳24。上壳22包括部分内螺纹21，该内螺纹21与驱动轴42的外螺纹部分44对准并互补。

如在图4c中更详细说明，穿过离合器主体32的通道33包括具有第一直径的第一部分33a和具有第二直径的第二部分33b，其中第一直径大于第二直径。第一部分33b包括半壳22、24。半壳22、24位于第一部分33a和第二部分33b之间的分隔处，并由离合器隔离套37固定在该位置。离合器主体32固定于与马达12对应的位置上。下壳体24另外通过盲孔固定螺钉或平头螺钉31固定在与驱动轴42齐平的正确位置。

离合器50还包括离合器执行器52，它在本示例中是一个螺线管，并且还包括柱塞杆54。螺线管52经由柱塞杆54联接到半壳22、24，并且其设置可在“上壳22与驱动轴42的外螺纹部44接合的接合位置”和“上壳22与驱动轴42脱离的脱离位置”之间移动上壳22。

如图2a所示，马达12通过隔离套23与离合器50间隔开。隔离套23有助于使螺线管50与马达12保持正确距离，从而使上壳22的部分内螺纹21适当地与驱动轴42的外螺纹部分44对准。可以取而代之或者额外改变驱动轴42和滑动联接器14之间的附接点(通过插销11)，从而改变从滑动联接器14延伸出的驱动轴42的长度。

在使用中，当上壳22的内螺纹21与驱动轴42的外螺纹部分44接合时，驱动轴42的旋转被转换成轴向运动，从而驱动轴42从缩回或故障安全位置移动到延伸位置(对于“推式”执行器而言)。回位弹簧46位于滑动联接器14和离合器主体32之间。回位弹簧46将驱动轴42偏置到故障安全位置。

阀门执行器10还包括用于控制执行器操作的印刷线路板(PCB)。PCB带有监视马达电流以及控制马达和离合器电源所需的电子组件。

现将在以下更详细地描述阀门执行器10的每个部件。

图3a和3b更详细地显示马达12以及马达12和驱动轴42之间的联接。马达12包括马达轴13。马达轴13包括驱动销16，该驱动销16被设计为插入滑动联接器14上的互补槽中。滑动联接器14和驱动轴42还经由插销11彼此附接，该插销11延伸穿过滑动联接器14的端部和驱动轴42的端部。使用时，当驱动销16位于槽内时，马达12和驱动轴42被联接，并且当马达12通电时，驱动轴42可以旋转。

槽被设计成较驱动轴42的轴向运动范围长。例如，如果驱动轴的轴向运动范围是5mm，则槽被设计为(例如)10mm。在阀门执行器的操作期间，这有助于防止滑动联接器14从马达12脱离。图3b还显示了沿着驱动轴42全长的一部分延伸的外螺纹部分44。

图4a、b和c显示离合器主体32的两个半壳22、24。图4a显示设置在离合器主体32的通道33内的上壳22和下壳24的端视图。半壳22、24的设计使得驱动轴42穿过通道33的中心，即半壳22、24被设置成围绕驱动轴42的中心。上壳22的外径小于下壳24的外径。

图4b更详细地显示上壳22的形状。上壳22的内表面的一部分被切除，用以容纳驱动轴42。切除的部分的横截面形状大致为矩形，矩形的长边部分拱起。在该示例中，部分拱起的部分包括内螺纹21(如图1所示)。其余的矩形部分没有螺纹。如下文进一步描述，这种设计有助于确保上壳22与驱动轴42的外螺纹部分44完全脱离，从而使驱动轴42可以自动且立即在不受阻碍的情况下返回故障安全位置。

图4c显示底壳24。与顶壳22一样，底壳24的内表面有一部分被切除，用以容纳驱动轴42。下壳24的被切除部分具有拱形截面，无螺纹。弧形内表面的内径大约等于驱动轴42的外螺纹部分44的最大直径。在使用中，底壳24通过平头螺钉31保持与驱动轴42的具有外螺纹的部分44的最大直径齐平。

下壳24还包括弹簧套26(也在图2b中显示)。弹簧套26设置成用以接收并装载弹簧。弹簧将上壳22和下壳24偏置到脱离位置。弹簧有助于确保上壳22从驱动轴42的具有外螺纹的部分44完全脱离，从而使驱动轴42可自动且立即在不受阻碍的情况下返回故障安全位置。

凹槽25位于底壳24上。凹槽25在使用中接收平头螺钉31，以帮助防止底壳24在负载下旋转。本发明的实施例可能的一个优点是防止底壳旋转，否则任何旋转都可能会导致带螺纹的上壳过早脱离。

图5a、b和c更详细地显示离合器主体32。图5a为显示离合器主体32和延伸穿过离合器主体32的通道33的透视图。离合器主体32为圆柱形，但具有截短的圆形横截面。这提供一个平坦表面，以供螺线管52在使用时安装其上。螺线管52使用螺钉，例如装配进螺孔35内的螺钉，安装到离合器主体32上。

正如以上所述，图5b和5c显示通道33，其包括具有第一直径的第一部分33a和具有第二直径的第二部分33b，第一直径大于第二直径。使用时第一部分33a包括半壳22、24，半壳22、24位于第一部分33a和第二部分33b之间的间隔33c处。而且使用时，驱动轴42延伸穿过第一部分33a和第二部分33b两者。

离合器主体32还包括第一开口34和第二开口36。第一开口34设置成可接收螺线管52的柱塞杆54，使其可以在使用时接触上壳22。第二开口36设置成可接收平头螺钉31，以帮助将下壳24固定下来。

图6a和6b更详细地显示螺线管52和螺线管柱塞54。螺线管52以与常规螺线管相同的方式工作，因此在此将不再详细描述螺线管的操作。螺线管52为圆筒形，并且包括固定螺线管柱塞54的电枢58。围绕着电枢58的有一个线圈53，还有一个用于引导/控制磁场的磁极片51。

图7显示图1至图6中描述的阀门执行器10，密封在壳体60内。在该示例中，壳体60是防爆且防火的“Ex d”密封物。在其他实施例中，壳体可以是任何合适的壳体。或者，如果不需要，甚至可能没有壳体。

使用时，如上所述的“推式”阀门执行器10与一个阀门一起提供。阀门最初处于关闭或故障安全位置，从而防止流体流过阀门。阀门执行器10的驱动轴42最初处于缩回或故障安全位置。

然后，马达12获得通电。由于马达12和驱动轴42之间的联接，马达使驱动轴42自由旋转。在此阶段，驱动轴42仅旋转移动。

在驱动轴42开始旋转之后，螺线管52获得通电。或者，螺线管在马达通电的同时获得通电。当螺线管52通电时，电枢58和柱塞杆54作出响应，线性地向前移动，以推动上半壳22与驱动轴42接触。上壳22的部分内螺纹21与驱动轴42的具有外螺纹的部分44进行接合(由于它们在阀门执行器组装时对准)。这种接合将驱动轴42的旋转运动转换为轴向运动，从而驱动轴42从初始的缩回位置移动到最终的延伸位置，以抵抗回位弹簧46。在延伸位置，驱动轴42移动阀门进入打开位置，从而允许流体流经阀门。

一旦阀门打开，位置传感器显示驱动轴42击出的整个行程已经完成，并且作为响应，马达12被断电。然而，螺线管52保持通电。例如，驱动轴击出的行程长度可能约为10毫米，因此，一旦位置传感器显示驱动轴已前行10毫米，马达就会自动断电。

在另外的实施例中，可能会在达到预定的操作时间之后马达自动断电。例如，可能知道驱动轴需要3秒钟才能到达其最大位置，因此，经过3秒钟后，马达将会断电。

在其他实施例中，可以在测量电流的传感器显示已经达到预定的电流极限(例如，马达的失速电流)之后马达将会自动断电。例如，马达的失速电流可能是每分钟1安培，因此一旦达到该电流，马达将会自动断电。

一旦马达12已经断电，驱动轴42就停止旋转，但由于上壳22的部分内螺纹21与驱动轴42的具有外螺纹的部分44之间接合，驱动轴42仍将被固定在轴向延伸位置。将驱动轴42固定在离合器50上的延伸位置、从而将阀门固定在打开位置的好处是，离合器50比马达12消耗的功率少得多。在一些实施例中，在电机已经断电之后，可以将离合器提供的动力降至最低，以保持阀门打开。例如，通电的马达12可以初始提供24瓦的功率来旋转驱动轴，而通电的螺线管52可以初始提供3瓦的功率来使柱塞杆54移动到与上壳22接触，从而使驱动轴42轴向移动。然后使马达12断电，并且由离合器50固定驱动轴42。然后，由离合器50提供的用于固定驱动轴42的动力可以减小到大约1瓦特或更小。因此能源得到了极大的节省。这可能具有节省成本的优点，并且总体上提供更有效的阀门执行器。

在螺线管52断电的情况下，无论是手动关闭还是自动关闭，例如对潜在的危险情况作出响应，电枢58和柱塞杆54会沿相反的方向线性移动，从而移除供给上壳22的作用力。这导致上壳22的部分内螺纹21与驱动轴42的具有外螺纹的部分44脱离。上壳22内表面的形状以及在上壳22和下壳24之间提供的弹簧，有助于确保上壳22的部分内螺纹21与驱动轴42的具有外螺纹的部分44彻底且完全脱离。上壳22的较小外径提供了所需的径向间隙，有助于进一步确保上壳22的部分内螺纹21与驱动轴42的具有外螺纹的部分44彻底并完全脱离。

螺纹的脱离使回位弹簧46能自动且立即将驱动轴42从延伸位置移回到缩回位置或故障安全位置。当驱动轴42缩回时，阀门作出响应，自动且立即关闭，从而防止流体流过阀门。因此，阀门执行器10不仅显著地节省功率，而且还提供快速且可靠的故障安全装置。

有利的是，在本发明的实施例中，提供一种阀门执行器，它既能减小运行功率，同时还能继续提供有效且自动的故障安全装置。

图8显示用于阀门执行器操作的简化电路图70。使用时，第一开关71最初闭合。这允许直流电77经由限流电路72和第二开关73在所示位置供应到马达12，以启动马达12并使驱动轴42(图1所示)旋转。同时，在所示位置通过第三开关74向螺线管52提供直流电源77，以启动离合器50，并使上壳22的螺纹部分(如图1所示)与驱动轴42的螺纹部分啮合。驱动轴42现在可以前进到延伸位置，例如从缩回位置(对于“推式”执行器而言)。

当驱动轴42到达其击出行程的终点时，马达电流将会增加，并导致限流电路72移动第二开关，以使马达12断电。该动作会触动时间延迟器75，导致第三开关74在预定时间之后移动，从而将串联电阻76引入电路。现在施加到螺线管52的功率首先通过电阻器76，这继而又减小施加到螺线管52的功率。

此时，马达12关闭，且上壳22与驱动轴42完全接合。由于现在通过电阻76的动力，离合器50以减小的功率将驱动轴42固定在其延伸位置。该低功率保持水平由串联电阻76的值确定。

图9显示本发明的另一实施例的俯视图，即“拉式”故障安全阀门执行器。与图1–8相同的特征标有相同的附图标记，但前面带有“1”，在此不再赘述。

与上述“推式”阀门执行器相比，“拉式”阀门执行器还包括牵拉组件180，其包括支柱181、防旋转轴承182、阀杆183、阀杆接合点184和界面185。

马达112包括马达轴113，马达轴113包括一个驱动销116，其设计让其能插入滑动联接器114上的互补槽中。滑动联接器114通过插销11延伸到驱动轴189，插销11延伸穿过滑动联接器114的端部和驱动轴189的端部。使用时，当驱动销116位于槽内时，马达112和驱动轴189联接，并且当马达112通电时，驱动轴189可以旋转。

驱动轴189的外表面连接至防旋转轴承182的内座圈。防旋转轴承182的外座圈连接至联接单元187的内表面。联接单元187包括一个槽188。阀杆183通过与槽188相互作用的阀杆接合点184连接至联接单元187。

防旋转轴承182使阀杆183与马达112分离，以防止阀杆183旋转。阀杆183直接或间接地联接到一个阀门(未显示)，因此，阀杆183与马达112的分离也能防止阀门旋转。在此示例中，阀门需要拉力才能打开。

支柱181附接至界面185，从而将组件180联接至阀门。在该示例中，支柱181也被附接到密封物161。在一些实施例中，可能不需要密封物。

驱动轴189包括沿着驱动轴189全长的一部分延伸的具有外螺纹的部分。离合器(未显示)包括上壳和下壳，且上壳包括与之对准的部分内螺纹，并且与驱动轴189的具有外螺纹的部分互补。

然后，“拉式”阀门执行器继续以类似于“推式”阀门执行器的方式工作。

使用时，驱动轴最初处于延伸位置。然后，马达112通电，但是沿与“推式”阀门执行器相反的方向旋转。在此示例中，由马达施加的作用力以指向左侧的箭头F表示。

当离合器通电时，上壳的螺纹部分与驱动轴189的螺纹部分啮合。这使驱动轴189旋转并向左移动。联接单元187和阀杆183也向左移动，但由于防旋转轴承182而不会旋转。由于驱动轴间接耦合到阀门，所以也向阀门施加了向左的作用力，导致阀门打开。

现在，“拉式”阀门执行器的工作方式与“推式”阀门执行器基本相同，但是在这种情况下，离合器以减小的功率将驱动轴固定在其缩回位置。

在螺线管失去向离合器提供的动力时，施加在上壳上的作用力被移除，这导致上壳的内螺纹与驱动轴189的具有外螺纹的部分脱离。螺纹的脱离使回位弹簧(未显示)能够自动立即将驱动轴从缩回位置移回到延伸或故障安全位置。当驱动轴伸展时，阀门作出响应，自动并立即关闭，从而防止流体流过阀门。尽管以上本发明是参照示例性实施例加以描述，但是应当理解，在不偏离所附权利要求书所界定的本发明范围的情况下，可以进行各种改变或修改。

Claims (21)

1.一种故障安全阀门执行器，该阀门执行器包括：

一个驱动装置；

一个驱动轴

包括沿着驱动轴全长的至少一部分延伸的外螺纹部分，

驱动轴联接到驱动装置，使得

当驱动装置通电时，驱动轴可通过驱动装置旋转，其中

驱动轴可进一步在缩回位置和延伸位置之间轴向移动；

一个驱动轴偏置构件，其设置可将驱动轴轴向偏置到故障安全位置；

与驱动轴的螺纹部分相邻的离合器；并且包括内螺纹至少有部分可与驱动轴的外螺纹互补。

一个联接至离合器的离合器执行器，而该执行器设置成可使离合器在离合器与驱动轴的螺纹部分的接合位置和离合器与驱动轴分离的分离位置之间移动；

其中，当离合器执行器通电时，离合器作出响应，被推动到接合位置，使得驱动轴的螺纹与离合器之间的螺纹接合将驱动装置对驱动轴的旋转运动转换为驱动轴的轴向运动，并在驱动装置不作用时，保持将驱动轴抵靠在驱动轴偏置构件上；并且

其中，离合器移动到分离位置会导致驱动轴偏置构件自动将驱动轴返回到故障安全位置。

2.根据权利要求1所述的阀门执行器，其中，离合器移动到分离位置是离合器执行器断电的结果。

3.根据权利要求1或2所述的阀门执行器，其中，离合器包括一个主体，该主体界定与驱动轴的螺纹相对应的内螺纹的一部分。

4.根据前述权利要求中任一项所述的阀门执行器，其中，离合器位于同心围绕驱动轴至少一部分的位置。

5.根据权利要求4所述的阀门执行器，其中，离合器包括第一壳体和第二壳体，第一壳体和第二壳体具有半圆形的横截面，且设置成同心围绕驱动轴的外螺纹部分的至少一部分。

6.根据权利要求5所述的阀门执行器，其中，第一壳体靠近驱动轴的内表面为光滑面。

7.根据权利要求5或6所述的阀门执行器，其中，第二壳体包括由内表面上的螺纹部分界定的内螺纹。

8.根据权利要求7所述的阀门执行器，其中，当离合器执行器通电时，离合器执行器被设置为对此作出响应，推动第二壳体与驱动轴的外螺纹部分的至少一部分接合，从而使第二壳体的螺纹部分与驱动轴上的螺纹部分接合，以使驱动轴从缩回和延伸位置中的其中一个位置轴向移动到缩回和延伸位置中的另一个位置。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的阀门执行器，其中，第二壳体的外径小于第一壳体的外径。

10.根据权利要求5至9中的任一项所述的阀门执行器，其中，第一壳体和第二壳体被离合器偏置构件分隔开来，且离合器执行器设置成推动第二壳体以致其抵靠离合器偏置构件与驱动轴接合。

11.根据权利要求10所述的阀门执行器，其中，离合器偏置构件包括至少一个位于第一壳体和第二壳体中的至少一个壳体中对应的弹簧套。

12.根据前述权利要求中任一项所述的阀门执行器，其中，驱动轴偏置构件包括至少一个弹簧，其被设置成当离合器从驱动轴脱离时，能自动使驱动轴返回至缩回位置和延伸位置之一的一个位置。

13.根据前述权利要求中任一项所述的阀门执行器，其中，离合器执行器包括具有柱塞的螺线管，该柱塞可对螺线管的通电作出响应而线性地移动，以推动离合器与驱动轴接合。

14.根据权利要求13所述的阀门执行器，其中，螺线管在基本垂直于驱动轴的轴向上起作用。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的阀门执行器，其中，在以下的一种或多种情况发生以后，驱动装置自动断电，驱动轴通过离合器保持在抵靠于驱动轴偏置构件上的缩回位置和延伸位置之一的一个位置：预先决定的运行时间长度、位置传感器显示已到达驱动轴击出全长的位置；传感器测量电流并显示已达到预定的电流极限。

16.根据前述权利要求中任一项所述的阀门执行器，其中，驱动装置包括一个电动马达。

17.根据权利要求16所述的阀门执行器，其中，电动马达通过可调校的限流电源来驱动，以便在达到预定的电流极限时，马达会自动断电，且离合器使驱动轴保持在缩回和延伸位置之一的一个位置，并抵靠在驱动轴偏置构件上。

18.根据前述权利要求中任一项所述的阀门执行器，其中，阀门执行器还包括驱动销和用于接合驱动装置和驱动轴的滑动联接器。

19.根据权利要求1至17中任一项所述的阀门执行器，其中，驱动装置包括一个平行的花键齿轮装置。

20.根据前述权利要求中任一项所述的阀门执行器，其中，与通过驱动装置的操作将驱动轴保持在相同位置所需的动力相比，离合器执行器通过离合器将驱动轴保持在缩回和延伸位置之一的一个位置所需的动力更少。

21.一种阀门装置，包括一个阀门和根据权利要求1至20中任一项所述的阀门执行器。

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