CN1149910A - 阀致动装置 - Google Patents

Abstract

一种用于流体控制阀的致动装置(10)，它带有一个可换向的动力组件，该动力组件具有一固定的内部件(24)和被联结于阀流动控制件并在可在所述的内部件上滑动的一个同轴线地对准的可运动的外部件(26)。在所述的两个件(24，26)的各自端之间形成一个室(36)。被施加到所述的室内的气动压力驱动所述的可运动件(26)以驱使阀(14)在一第一方向上运动。一弹簧(62)使可运动件(26)在一第二方向上返回。在所述的内部件内形成有一第二室(48)因而被施加到所述的第二室(48)的气动压力在有或者没有弹簧(62)的情况下驱动所述的可运动件。

Description

阀致动装置

本发明一般涉及流体流动控制装置，而具体涉及用于流体流动控制阀的致动装置。

发明背景

各种各样的流体流动控制阀和相应的阀致动装置被用于例如在气体或输油管道系统中的流体流动的接通/切断控制或调节。所述的流体流动控制阀通常是滑动杆式控制阀或转动作用控制阀，它们是由一个阀致动装置例如一个气动活塞或隔膜致动装置通过对阀定位装置的输出信号作出反应而进行操作以精确地调节阀的操纵。

例如，典型的是将流体控制阀安装在带有隔膜致动装置的管道中，该隔膜致动装置是安装在阀的顶部并与阀流体控制件相联结。如果使用一个定位装置的话则将它安装在所述致动装置的侧面或上面。这样，整个的阀、致动装置和定位装置的总成件就可能是一个各部件的相当大而重的组合结构，该组合结构在阀的上面要延伸一些距离因而要在管道之上伸出并可能大大超出阀本身。

因而，希望提供一种高度小、重量轻并且部件较少以便减少制造成本和有希望提高操作可靠性的用于流体控制阀的致动装置。

发明概述

根据本发明的原理，提供有一种可响应于在操作一个机械控制件的压力作用下通过流体提供的一个驱动力的致动装置，它包括一个固定的内部件和一个与所述的固定件同轴线地对准并可移动地轴向地安装在其上的一个可运动的外部件，而所述的可运动件与所述的控制件相联结。在固定的内部件和可运动的外部件之间形成一个室使得该室与流体压力源的联结可以使所述的运动件在一第一方向上轴向地运动，  由此导致所述的机械控制件运动。返回装置使所述的可运动件在一第二方向上轴向地运动。

在本发明的一个较佳实施例中，提供有一种用于流体控制阀的用一种流体压力工作(例如用气动空气压力工作)的阀致动装置，它包括一个含有一固定的内圆柱件的动力组件，一个可运动的外圆柱件响应于气动压力输出信号而围绕着所述的内圆柱件轴向地滑动。该可运动的外部件与一个阀流动控制件相联结。可运动的外部件伸出固定的内部件的每一端之外以形成在固定件和可运动件的各自端部之间的一个室。设有一个进入所述室内的通路，它与一个输入口相连通以便将一气动压力供给室由此驱动可运动的外圆柱件相对于固定的内圆柱件轴向地滑动。这相应地使阀控制件在一第一方向上运动。一复位弹簧其一端是安装在所述的固定的内部件之内而另一端是安装在可运动的外部件的相对端内以便阀致动装置的气动操作和使可运动件在第一方向上运动可相应地压缩该弹簧。在释放室内的压力时，压缩弹簧使可运动的外部件和被联结的阀控制件在第二方向上运动。

因此，本发明的致动装置可以用作一个接通/切断的致动装置或者在精确调节阀的应用中可以与一个定位装置组合地使用。另外，本发明的致动装置可以通过合适的运动传递装置，例如一个偏心曲轴、齿条和传动齿轮、或者制转棒轭结构而被应用于控制滑动杆阀或者转动轴阀。

此外，在本发明的一个替代的实施例中，带有进入在固定的内部件内部和运动外部件的各自相对端之间所形成的一第二室中的一连接通路的一个第二口可以与一个合适的压力源相联结以提供与弹簧力无关的足以使可运动的外部件在第二方向上运动的回复力。因此，本发明提供了一种适用于各种各样所需要的操作的具有很多用途的致动装置结构。所述的致动装置例如可以被制作成双作用式(即位置是由两个不同的成反比的气动输出信号控制)；或弹簧回复单作用式(被一个弹簧反抗的一个气动输出)或一个弹簧或弹簧偏压双作用式(即在气动失效的情况下用一个弹簧确定位置的双作用)。

而且，无论在弹簧回复或者弹簧偏压的结构中，带有一个固定的内部件和一个被驱动的外部件的致动装置的动力组件部分可以被安装在一直接作用的结构中或者反向作用的结构中，在直接作用的结构时弹簧力可向上推动而在反向作用的结构时弹簧力向下推动。因此，只要通过在致动装置内重新定位所述的动力组件就可以容易地获得在直接的和反向的致动装置作用之间的改变。

在本发明的又一个替代的实施例中，在固定的内部件和可运动的外部件的各自端之间设置有一个气囊，它带有一个气囊室。一通路通过一个进口与所述的气囊室互相连接以便供给气囊室的气动压力使所述的外部件在一第一方向上运动。一复位弹簧安装在固定的内部件和可运动的外部件之间并且在初始运动过程中被压缩。当初始气动压力从气囊室释放以使气囊室压力减小时，被压缩的弹簧就扩展以使可运动的外部件在一第二方向上轴向地运动。

本发明的致动装置与目前已有的一些致动装置相比提供了显著的优点，这些优点包括它的小而紧凑的尺寸、使动力组件反向或互换动力组件以改变致动装置作用或结构从而提供所需要的通用性的能力以及使用最小数目的部件。此外，由于在任一个方向上致动装置工作的有效面积都相等，本发明的致动装置在任一个方向上都提供了相等的作用力输出。另外，使用一内部的固定件和一个可以在所述的固定件上被轴向地驱动的外部件就可以提供运动件的增大和恒定的导向支承。此外，经改善的导向支承在致动装置全行程工作过程中都被保持，这与已有的活塞致动装置形成鲜明对照，在那种活塞致动装置中活塞的导向支承在活塞行程过程中是显著改变的。而且，当使用一个阀定位装置时，本发明的致动装置可以使定位装置容易地从运动外部件检测和获得位置反馈，这与目前的活塞致动装置相比具有显著的优点，在活塞致动装置中由于通向运动活塞件的入口受到限制而难于做到这样。

附图简要说明

被确信具有新颖性的本发明的特点在所附的权利要求书中予以详细说明。通过参照下面结合附图的说明可以最好地理解本发明，其中在多个附图中相同的标号表示相同的部件，在这些附图中：

图1是示出按本发明原理的一个阀致动装置的剖面示意图；

图2是示出图1的阀致动装置的一个剖面示意图，其中传动装置的可运动的外部件被驱动相对于一固定件向上运动；

图3是示出按本发明原理的一个阀致动装置的较佳实施例的主视图；

图4是沿着图3的剖切线IV-IV所取的剖面图，它示出所述的致动装置的一个可反向的动力组件、轭架和盖部件；

图5是图3的致动装置的分解视图；

图6是沿着图3的剖切线VI-VI所取的一个部分剖面图；

图7是沿着图3的剖切线VII-VII所取的一个部分剖面图；

图8是示出本发明的一个替代实施例的示意图。

详细说明

图1和图2示意地示出一个按本发明原理的一个阀致动装置10，所述的阀致动装置是以两个不同的操作位置图示出并将在下文中较详细地予以说明。在图1中，阀致动装置10与一个机械控制件12相联结，该机械控制件用于控制例如一个流体控制阀14，诸如被安装在一管道16中的一个滑动杆阀。致动装置10可以通过如在图2中所示的一个中间运动传递或运动转换结构18用于操作一个旋转轴形式的流动控制阀14。

在任何情况下，阀致动装置10包括一个可反向的动力组件20和一个用于将所述的动力组件20直接安装到流体控制阀14或运动传递机构18上的轭架22。所述的动力组件20包括一个固定的内部件24和一个与该固定的内部件24轴向地对准的可运动的外部件26。

所述的固定的内部件24被制作成一个带有一端壁28的圆筒形的活塞，活塞的相对端是敞开的。所述的可运动的外部件26一般是圆筒形的形状并围绕固定的内部件24周围，它包括形成在所述的外部件26内的一个空心内部的两个相对的端壁30，32。固定的内部件24是设置在圆筒形外部件26的空心内部内，它包括一个O形圈密封件34以便在外部件26内，于外部件26与内部件24的各自端之间即各自端壁30与28之间形成一个室36。一个内部件壁38包括有一个通路40，该通路与在一个从端壁38延伸出的横向延伸部44上构成的输入口42相连通。

一个被插入内部件24的底端的O形圈46可以使一第二室48通常在内部件24的内部构成并且是在固定的内部件端壁28和可运动的外部件端壁32之间形成。一横向延伸部50包括一个通路52，它在一端上与室48以及在另一端上与一个口相连通。所述的横向延伸部44，50在可运动的外部件26的相对壁上穿过合适的槽45，51。

各块连接板56，58分别被焊接到可运动的外部件26的相对端上。所述的连接板58通过合适的结构例如图中所示的锁定螺母60被联结到所述的机械控制件上。

一弹簧62被安装在室48内于端壁28和32之间。设有一个可调节的止动螺钉64，其具体结构如图2中所示是一具有螺纹的螺栓66通过抵触从外部件26伸出的第一边70的一端68与所述的横向部相螺纹结合。这样，可运动的外部件26的向上运动可以通过具有螺纹的螺栓66进行调节并且当达到所需要的止动位置时，一个锁定螺母72可以帮助保持可调节的止动螺钉的位置。因此，可运动的外部件26可以在如图1中所示的相对于固定件24的最低位置和如图2中所示的在边70抵触螺栓止动端68时的最上面位置之间运动。

在如图1和2中所示的致动装置10工作时，受压流体(例如由输入口42提供的气动压力)通过通路40通入室36内，压力流体就推动可运动的外部件26向上运动以便带动与它相联结的机械控制件12，所述的机械控制件可以是一种阀杆或者如果与一个旋转轴阀一起使用则可以是运动转换联动机构。总之，可运动的外部件26的被驱动的运动如图2所示压缩弹簧62以便可运动的外部件26相对于固定的内部件24在向上的方向上运动，即从图1中所示的第一位置向在图2中所述的第二致动装置位置运动。在一种单作用结构中，减小在室36中的压力就可以压缩弹簧62将可运动的外部件26向下推动以便使传动装置返回到图1中所示的位置。

阀致动装置10可以使使用者只要重新对所述的动力组件20定位以将各连接板56和58与机械控制件12相联结就可容易地产阀在弹簧力向上推动的故障打开位置和弹簧力向下推动的故障闭合位置之间改变。

另外，可以提供一种双作用的致动装置的操作，这是通过将一合适的气动压力引入被联入室48内的口54中以在有或者没有弹簧62的辅助的情况下将可运动的外部件26向下推动而实现的。这就是，如果在一个双作用的致动装置工作时采用弹簧62，则被通入导入口54用于供给室48的返回的气动压力将可运动的外部件26向下推动并可以在有或没有弹簧62的帮助的情况下进行布置以实现向下推动。或者，可以去掉弹簧62以便被供到口54上的返回气动压力可以提供使可运动的外部件26向下运动从而使致动装置返回到图1中所述的位置所必需的全部的力。

现请参照图3-7，图中示出按本发明原理制成的一个阀致动装置，它带有一个固定的内部件和一个被驱动的可运动外部件。一个阀致动装置74包括一个动力组件76、一个盖78和一个用于将致动装置安装到一个阀帽82上的轭架80，通过一个用螺纹结合到阀帽82上并旋入直至锁抵轭架底部的锁定螺母84将轭架80固定在适当的位置上。所述的动力组件76包括带有与安装环90整体构成的横向延伸部88的一个固定的内部件86。所述的安装环90被装配在轭架80的安装法兰91上并借助于多个有头螺钉92被安装在该法兰上。

动力组件76的固定的内部件86是具有带有如图4中所示的一敞开的底端87和由一端壁94提供的一个相对的闭合端的一固定活塞的形式。所述的动力组件76还包括所述的可运动的外部件96，该外部件具有一个与固定的内部件86轴向地对准并围绕其周围的圆柱形筒的形式。如在图5的分解视图中所示，可运动的外部件96是由相同的半个筒体部分98、100构成，它们被焊接在一起以形成在图4的装配视图中所述的可运动的外部件96。一中空/拱顶形的盖102被焊接到半筒体部分98上以构成可运动的外部件96的一个端壁，而一个同样的中空/拱顶形的端壁104被焊接在半筒体部分100的底部以构成可运动的外部件96的相对端壁。各杆连接板106分别被焊接到盖102和盖104上，各块杆连接板106包括用于容纳一阀杆的一个中央孔108并还包括一对螺孔112。因此可以看到动力组件76具有对称的形状并且只要通过移去有帽螺钉92以及使动力组件76反向以便与如图4中所看到的动力组件位置相反地使盖102在底部而盖104在上部即可换向。

一个上部的O形圈密封件114适当地安装在固定的内部件86的上部并与上半筒体部分98的内表面密封接触以在固定的内部件86和可运动的外部件96的各端之间，即在内部件端壁94和由盖102形成的端壁之间形成一个流体密封室116。另外，一个底部的O形圈118适当地被安装在固定的内部件86的底部上并密封结合在半筒体部分100的内表面上以形成一个室120，该室基本上是在固定的内部件86之内并在内室端壁94和形成半筒体部分100的相对端壁的中空/拱顶形盖104之间延伸。

从一流体压力输入口122通向室116的通路在图6的部分视图中示出。通过在固定的内部件86上的一加厚壁部分126设有一个通路124以使该通路124在一端上与室116连通并通过引向输入口122的横向延伸部88之一引向一连接的通路128。因此，被供向输入口122的一个伸入流体压力例如气动压力便与室116相连通以便按关于图1和2示意图所说明的相同方式驱动使可运动的外部件96向上运动而离开固定的内部件86。

请参照图7，图中示出在输入口130和室120之间实现连通的方式。具体地说，一通路132从输入口130始在横向延伸部88内延伸并穿过固定的内部件86的内壁以与室120连通。如可以从图3中看到的那样，输入口122，130彼此相邻，并带有设置在同个横向延伸部88上的各自通路128，132。

一回复弹簧132(见图4)以一端围绕着由内部件端壁94构成的一个隆起部134，而另一端围绕由盖104的中空/拱顶部分构成的一个隆起部136的形式安装。为了更清楚地图示说明其它的致动装置部件，在图5的分解视图中没有表示出该弹簧132。

两个相对设置的可调节的移动止挡是通过各自可旋入的有头螺钉138结合到横向部88上而提供的。如可从图4和图5中看到的那样，各横向延伸部88穿过在各自的半筒体部分98，100上所形成的一个适当开槽部分140。这样，可运动的外部件96可相对于固定的内部件86轴向地滑动，而各半筒体部分98，100的内表面与O形圈滑动结合。图4说明了可运动的外部件96相对于固定的内部件86的最下面的位置是由在图4左侧所示的有头螺钉138的一个止动端142所限定的。有头螺钉138可以相对于横向延伸部88旋入调节以便使止动端142相对于在上半筒体部分98上所形成的开槽部分140的上部定位。

同样地，在图4右侧上所示的有头螺钉138可以在横向延伸部88上进行旋入调节以便使止动端144相对于在半筒体部分100上的开槽部分140的底部定位。

一杆连接件146包括一个带有相对地延伸的翼部的可被穿过的中央凸台部分148，所述的翼部具有可与杆连接板106的螺孔112对准的通孔。有头螺钉150穿过被对准的孔并被螺接到杆连接板106内以及动力组件通过一个锁定螺母152紧固地锁定到阀杆110上。轭架80包括在轭架壳体上相对设置的两个窗口154以允许在将致动装置安装到阀上的过程中进入轭架内和用于将动力组件与阀控制部件相连接。

在开始将阀致动装置74安装到阀上时，必须决定在致动装置工作压力存在损失的情况下究竟要求阀是处在一种故障闭合状态还是一种故障打开状态。在图4的说明中，致动装置制作成是用处在故障闭合位置时的阀进行工作，  因为可以看到如果没有任何的工作压力供向输入口122则弹簧132使可运动的外部件96保持在使所联结的流体控制阀正常闭合的所指示的向下位置上。

如果需要将阀设置在一种故障打开的情形时，就只需要动力组件76的位置换向即可。这通过移去在圈90上的有头螺钉92以及使动力组件的位置反向以便相对于图4所示的原始位置半筒体部分100是处在上部而半筒体部分98是处在底部而可以容易地实现。通过动力装置76这样换向，动力组件开始就可以处在向上位置因而阀可被打开，从而将输入压力施加到输入口122上就可以使可运动的外部件96在趋于使阀闭合的向下方向上运动。

通过开始将轭架80安装到阀帽82上并用锁定螺母84将它锁入定位就可以将阀致动装置74装配到阀上。然后可以将锁定螺母152和杆连接件146用螺纹安装到阀杆上并退让到靠近阀衬垫支柱156及离开阀杆110端部的一个位置上。接着，使包括有内部的固定件86和连同可运动的外部件96的安装环90的动力组件76定位以使杆连接板106的中央孔108安装在阀杆之上并安装到杆连接板146的中央凸台上。杆连接件146通过螺纹在阀杆上旋一圈或二圈以便升高可运动件96以及略微压缩弹簧132。当可运动件96已达到所要求的位置时，就将锁定螺母152拧紧到杆连接板146上以将动力组件76锁定到阀杆110上。在下一步装配时，就可以将有头螺钉150以及有头螺钉92螺接定位。最后，将盖78定位在适当的位置上并借助于锁定螺母158锁定到总成件上。

现请参照图8，图中示出一个替代的阀致动装置160它包括被安装在一固定的内部件166和一可运动的外部件168之间的空间164内的一个气囊162。固定的内部件166包括用于容纳供致动装置用的工作流体压力的一个引向一输入口172的延伸部170。在延伸部170上的一个通路174使输入口172与在气囊162内所限定的内部空间164相连通。如在图8中所示，将一气囊进口部分176粘结或者固定到通路174的内部以便当将合适的流体压力连通到输入口172上时可运动的外部件168可以相对于固定的内部件166向上运动(参照图8的例子)。

所述的阀致动装置160还包括一个轭架178，用于将致动装置安装到阀的气囊180上和将被联结的动力组件联结到一个机械控制件182上。如果需要的话可以利用一个盖184。

参照图8和图4可以看到替代的阀致动装置160提供了一个气囊162，它带有一个相联系形成的气囊室以取代与阀致动装置174相联系的密封所述的室116的O形密封件114。一回复弹簧186用于阀致动装置160上以使可运动的外部件168返回并偏压到原来的位置。

本发明的带有一固定的内部件和一可运动的外部件的阀致动装置与现有的活塞式致动装置相比具有显著的优点，这些优点包括如下：

1.鉴于(a)部件较少，(b)可运动的圆筒形筒的上部和下部都是相同的部分，(c)需要最少的机械操作因而制造成本较低；

2.尺寸小而紧凑；

3.不需要目前使用的致动装置上的致动杆，轴衬和杆密封件；

4.具有使动力组件换向或更换动力组件以改变阀作用或结构的能力；

5.可使运动的外部件在固定的内部件上并相对于它在致动装置全行程上保持更为恒定和更为长久的引导；

6.具有从运动的外部件获得位置反馈信息的能力以便容易使用定位装置；

7.在致动装置的任一方向上都具有相等的力输出(相等的有效面积)；

8.与阀的偶合连接可以补偿在阀和致动装置之间的任何偏心由此防止在阀和致动装置上的引导件和密封件上不需要的磨损。

此外，除了用流体压力例如所指示的气动压力源来操作致动装置驱动可运动的外部件运动之外，还可以用其它形式的驱动力以驱动运动件。因此除了已说明的气动空气压力外还可以将电动机械和电子的装置以及液压和其它的气压在所述的固定的内部件和可运动的外部件之间与所述的室相联结以可操纵地驱动致动装置。

前面的详细说明只是为了清楚地理解而给出，因而不应该认为有任何的不必要的限制，因为种种修改对于那些熟悉本技术的人员将是显而易见的。

Claims (11)

1.一种响应于压力流体用于操作机械控制件的致动装置，它包括：

一固定的内部件；

一可运动的外部件，它与所述的固定件同轴线地对准并轴向可运动地安装在所述的固定件上并且在它们之间形成一个室；

所述的可运动件与所述的控制件相联结；

用于将所述的室与流体压力相连通以使所述的可运动件在一第一方向上轴向地运动的装置；以及

用于使所述的可运动件在一第二方向上轴向地运动的返回装置。

2.如权利要求1所述的致动装置，其特征在于，所述的返回装置包括安装在所述的固定件和可运动件之间的一个弹簧。

3.如权利要求1所述的致动装置，其特征在于，所述的室是在所述的固定的内部件和可运动的外部件的相邻端之间形成。

4.如权利要求1所述的致动装置，其特征在于，所述的轴向地被对准的固定件和可运动件由同轴线的空心的圆筒件构成。

5.如权利要求4所述的致动装置，其特征在于，所述的可运动的外部圆筒件延伸出所述的固定的内部圆筒件之外，并且包括两相对的端壁。

6.如权利要求5所述的致动装置，其特征在于，所述的固定的内部圆筒件至少包括一个与可运动的外部圆筒件端壁之一相邻的端壁，所述的室是在所述的相邻的端壁之间形成。

7.如权利要求1所述的致动装置，其特征在于，所述的返回装置包括一第二室，它是在所述的固定的内部件内形成并可与一流体压力相连通以使所述的可运动的外部件在所述的第二方向上相对于所述的固定的内部件轴向地运动。

8.如权利要求7所述的致动装置，其特征在于，所述的返回装置还包括一个安装在所述的固定件和可运动件之间的一个弹簧，用于帮助使所述的可运动件在一第二方向上运动。

9.如权利要求1所述的致动装置，其特征在于，它还包括一个可调节的止动件，用于调节所述的可运动件在所述的第一和第二方向上的整个的轴向的运动。

10.一种用于操作一控制件以便通过一个流体控制阀调节流体的流动的致动装置，所述的传动装置包括：

一对轴向对准的件，其中的一个安装在另一个的外面并可以相对另一个轴向地运动，并在它们之间形成有一个室用于在所述的传动装置操作过程中使一个可运动件运动离开所述的流体控制阀；

用于将所述的控制件与所述的一个可运动件相联结的装置；

用于将所述的室与压力流体相连通以操作所述的致动装置并使一个可运动件从一第一阀致动装置位置向一第二阀致动装置位置运动离开所述的流体控制阀的装置；以及

用于使所述的一个可运动件从所述的第二阀致动装置位置向所述的第一阀致动装置位置朝着所述的流体控制阀轴向地运动的返回装置。

11.一种流体阀与阀致动装置相组合的装置，它包括：

一流体控制阀，它包括用于控制流体流过一个管道的流动控制件；

一个阀致动装置，它包括：

(a)一个安装在所述的流体控制阀上的固定的内部件；

(b)一个可运动的外部件，它与所述的固定件同轴线地对准并轴向可运动地安装在其上并且在它们之间形成一个室；

(c)用于将所述的可运动件与所述的流动控制件相联结的装置；

(d)一个用于将所述的室与一个致动装置的流体压力源相连通的装置，用于使所述的可运动件从一第一阀致动装置位置向一第二致动装置位置在所述的固定件上轴向地运动，以相应地控制流体流过所述的流体阀；以及

(e)一返回装置，用于使所述的可运动件从所述的第二阀致动装置位置向所述的第一阀致动装置位置轴向地运动。

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