CN1438427A - 反馈机构和阀门定位器 - Google Patents
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Abstract
一种反馈机构，包括：反馈杆、反馈轴、反馈传感器和连接件。所述反馈杆随着对阀门开启和关闭的驱动轴的运动互锁位移；所述反馈轴随着所述反馈杆的位移互锁枢转；所述反馈传感器根据所述反馈轴的枢转的量输出反馈信号，用于所述阀门开启/闭合。所述连接件实现所述反馈杆与所述反馈轴的连接，并且所述连接件具有圆筒形第一轴承和圆筒形第二轴承，所述反馈杆穿过圆筒形第一轴承，和所述反馈轴穿过圆筒形第二轴承。
Description
技术领域
本发明涉及一种反馈机构和具有反馈机构的阀门定位器。
背景技术
在日本专利申请公开说明书4-185902(参考文件1)中，习用的阀门定位器具有电/气信号转换器，所述电/气信号转换器用于将输入信号(电信号)转换成气动信号；放大器，所述放大器对转换后的气动信号进行放大并且将该气动信号作为输出气压输出给阀门的执行单元；反馈机构，所述反馈机构用于对阀门的实际工作量进行转换并且输出反馈信号。对所述阀门进行驱动，实现使反馈信号和输入信号之差为零的控制。
日本专利申请公开说明书11-125201(参考文件2)公开了另一种习用反馈机构。如图8所示，在参考文件2所公开的反馈机构中，在由金属板构成的反馈杆9上形成一个槽缝13，在阀门的执行轴4上突出的连杆(反馈杆)12插入槽缝13内，所述连杆可以在槽缝1 3的纵向上移动。连杆压簧(pin pressing spring)14将连杆12抵压在槽缝13的一个侧壁13a上，避免连杆出现垂直于槽缝13的纵向的松动。
在上述的习用阀门定位器的反馈机构中，当阀门的执行轴4由于阀门主体内的流体流动的影响而振动时，由该振动所引起的力作用在连杆12和反馈杆9的接触部分A和连杆12与连杆压簧14的接触部分B上。通常由于在对阀门的开启进行控制时，阀门常常被保持在一预定的角度上，所以连杆12、反馈杆9、和连杆压簧14基本在相同的点(接触部分A和B)上彼此保持接触，并且由该振动所引起的力仅集中作用在接触部分A和B上。结果，将使接触部分A和B受到磨损和损坏。
一旦连杆12受到磨损，则连杆12本身的直径减小，从而将增大与槽缝13的间隙，并且无法高精度地检测执行轴4的实际工作量。最严重时，由于其强度降低，连杆12也可能会损坏。如果反馈杆9受到磨损，则将在与连杆12接触的槽缝13的侧壁13a部分上形成了下凹。当连杆12进入所述下凹内时，则执行轴4和反馈杆9将无法稳定的工作。所以，在这种情况下，也无法高精度地检测执行轴4的实际工作量。另外，当由于磨损而导致强度降低时，反馈杆9本身会受到损坏。
一旦连杆压簧14受到磨损，则它将与连杆12和反馈杆9相同受到损坏。
所以，必须每隔一预定时间或者在必要时对这些部件进行检查，并对已损坏的部件加以调换，因而必须进行繁杂的调换作业。在调换过程中，当对部件进行调换时，必须暂时停止与阀门相关的设备和过程。
发明内容
本发明的目的在于提出一种反馈机构和阀门定位器，其中避免了部件的磨损和损坏，从而提高了可靠性和延长了使用寿命。
为了实现上述目的，本发明提出了一种反馈机构，所述反馈机构包括反馈杆、反馈轴、反馈传感器和连接件，其中所述反馈杆随着对阀门开启和关闭的驱动轴的运动互锁位移；所述反馈轴随着所述反馈杆的位移互锁枢转；所述反馈传感器根据所述反馈轴枢转量输出反馈信号，用于对所述阀门的开启/闭合；所述连接件实现所述反馈杆与所述反馈轴的连接，并且所述连接件具有圆筒形第一轴承和圆筒形第二轴承，所述反馈杆穿过圆筒形第一轴承，和所述反馈轴穿过圆筒形第二轴承。
附图说明
图1为本发明第一实施例的阀门系统的主视图；
图2为说明图1的阀门定位器的设置的示意图；
图3为图1的反馈机构的俯视图；
图4为图3的反馈机构的主要部分的剖面图；
图5A和5B分别为本发明第二实施例和第三实施例的反馈机构主要部分的主视图；
图6为本发明第四实施例的阀门定位器的主视图；
图7为沿图6VII-VII向的剖面图，和
图8为习用阀门定位器的反馈机构主要部分的主视图；
具体实施方式
下面将参照附图对本发明加以详细说明；
图1-4示出本发明第一实施例的阀门系统。如图1所示，本实施例的阀门系统具有：进行开启/闭合的阀门21；执行单元22，所述执行单元22具有执行轴23，所述执行轴对阀门21进行开启/闭合；反馈机构24，所述反馈机构根据执行轴23的工作量对阀门控制进行反馈；和阀门定位器25，所述阀门定位器通过执行单元22对阀门21进行开启/闭合。执行轴23连接到阀门21的驱动轴(图中未示出)上。
当执行轴23在执行单元的控制下以最大的角度θ(例如0＝90。)旋转时，由球阀组成的阀门21用球体对阀门主体27内的通路28进行开启或闭合，所述球体具有液体可以流过的开口。来自阀门定位器25的气动信号Pout激励阀门21的执行单元22，从而实现对执行轴23的驱动。
反馈机构24将检测到的执行轴23的实际工作量转换成电信号，并将其该信号反馈回阀门定位器25。如图4所示，反馈机构24具有固定板31，所述固定板31用螺栓30垂直于执行轴23固定在其一端上；反馈杆32，所述反馈杆垂直设置在固定板31的末端上；反馈轴33，所述反馈轴连接到反馈杆32上并且随着反馈杆32枢转互锁枢转(按照图3的箭头B的方向)；旋转反馈传感器34(图2)，所述旋转反馈传感器34对与反馈轴33一起枢转的旋转轴36的旋转角度进行检测，并将它转换成与旋转角度相应的电信号；和连接件35，所述连接件实现反馈杆32和反馈轴33的连接。
反馈轴33垂直于反馈杆32，并且所述反馈轴33与反馈传感器34配合实现在图3的箭头B的方向上以旋转轴36为圆心的枢转。如图2所示，所述反馈传感器34装设在阀门定位器25内，反馈轴33设置在阀门定位器25的外面。
连接件35包括：第一轴承37，反馈杆32的末端可旋转地穿过第一轴承；第二轴承38，反馈轴33的末端在轴向上可滑动地穿过第二轴承38；连接器39，所述连接器39实现第一轴承37和第二轴承38的连接。第一轴承37和第二轴承38形成各具有两个开口端的圆筒，自润滑轴承40和41分别插入和安装在其内。第一轴承37和第二轴承38中每个轴承的两端处的开口为锥形，从而便于自润滑轴承40和41插入其内和在其内的安装。如图3所示，连接器39具有空隙42，通过该空隙可以对反馈轴33的末端是否伸出第二轴承38进行直观检查。反馈杆32的末端和反馈轴33的末端优选明显地分别从第一轴承37和第二轴承38中伸出，以便增大接触面积和分散由振动引起的力。
如图2所示，阀门定位器25具有机器主体46，所述机器主体通过固定板45(图1)被固定在执行单元22上，和固定在机器主体46上的壳体55。机器主体46包含有控制计算单元47、反馈机构24的一部分、电/气信号转换器48的一部分、接线板49、间距调整开关50、间距调整螺丝51、零位调整开关52、零位调整螺丝53等。壳体55包含有控制继动器56、管件57、压力计58、减压阀59、收缩件60、手动和自动选择开关61等。
机器主体46是由弱磁材料或者非磁材料制成的防爆壳体。反馈机构24的旋转轴36从机器主体46内伸出。本实施例以防爆阀门定位器25为例加以说明。如果阀门定位器25不是防爆的，则机器主体46可以与壳体55一体形成一个非防爆的机器主体46，壳体55内的组成部件也可以安装在机器主体内。
控制计算单元47与反馈传感器34、电/气信号转换器48、接线板49、间距调整开关50、和零位调整开关52电连接。
E形电/气信号转换器48由具有三个腿件64a、64b、和64c的轭铁64、固定在轭铁64上的励磁线圈65和永磁铁66和用于将加在励磁线圈65上的电流转换成气动信号的喷嘴挡板机构67构成。
由于采用镶嵌模铸等工艺，因而轭铁64与机器主体46同时形成，所以可以使轭铁的三个腿件64a、64b、和64c的末端露在机器主体46的外面。永磁铁66固定在中间的腿件64b的末端面上，其N极向上而S极向下。励磁线圈65安装在左腿件64a和右腿件64b上，由输入信号I0对其进行激励。
喷嘴挡板机构67由挡板68和喷嘴69构成，所述挡板68设置在机器主体46的外面，与轭铁64的腿件64a、64b、和64c的末端面相对，喷嘴69靠近挡板68的一端，面向挡板。挡板68由磁体制成，并且所述挡板68在其靠近腿件64a的部分上或在其中心部分上被支点弹簧70支撑，实现贴近喷嘴69或者离开喷嘴69方向上的摆动。挡板68的摆动侧末端与喷嘴69一起形成喷嘴间隙G。气源气压Psup(图中未示出)被提供给喷嘴69。当由于挡板68的摆动而使喷嘴间隙G改变时，喷嘴反压PN也随之发生变化。通过控制继动器56对喷嘴反压PN进行放大，并且作为输出气压Pout输出给阀门21的执行单元22。
更准确地说，电/气信号转换器48利用永磁铁66的磁通和对励磁线圈65通电产生的磁力在挡板68上产生转动力矩，使挡板68和喷嘴69之间的间隙发生变化，并且获得了与流过励磁线圈65的电流相应的气压信号。所述阀门定位器25本身是公知的。
下面将对具有以上配置的阀门定位器25的工作方式加以说明。当没有输入信号I0时，挡板68被保持在它与永磁铁66所产生的磁吸引力平衡的初始位置处。此时，经过管件57将气源气压Psup提供给喷嘴69，同时当挡板68不发生振动时喷嘴反压PN保持不变。因此，控制继动器56的输出气压Pout也不变。
在阀门21处于正常使用状态下，反馈机构24的反馈杆32固定在图3所示的实线位置处(θ/2处)。在阀门21处于完全闭合的状态时，反馈杆32被保持在其最大逆时针枢转的角度的位置(完全闭合位置)。在阀门21处于完全开启状态下，反馈杆32被保持在其最大顺时针枢转角度的位置(完全开启位置)。
输入到阀门定位器25的输入信号I0(图2)在4mA至20mA的范围内变化。当输入信号I0为4mA时，阀门21处于完全全闭合状态。当输入信号I0为20mA时，阀门21处于完全开启状态。当阀门21处于完全闭合状态时，如上所述，反馈杆32和反馈轴33被保持在图3所示的位置处，即它们以最大角度逆时针枢转的位置。在此状态下，当与输入信号I0相应的电流加在励磁线圈65上时，由于磁场的作用，在挡板68上以支点弹簧70为中心产生与所加的电流成比例的逆时针旋转的力矩，所述力矩使挡板68移向喷嘴69。因此，喷嘴间隙G减小并且喷嘴反压PN增大，并且产生了与输入信号I0成比例的气动信号。此气动信号通过控制继动器56被放大，并作为输出气压Pout输出，实现对执行单元22的控制。
当输出气压Pout对执行单元22进行控制时，图3中的执行轴23顺时针转动，开启阀门21。同时，反馈杆32也与执行轴23一起枢转。从而使反馈轴33也以与反馈杆32相同的方向枢转。
此时，当反馈轴33顺时针枢转时，在从完全闭合位置到θ/2位置的角范围内，旋转轴36与反馈杆32之间的距离逐渐加大。因此，第二轴承38相对于反馈轴33逐渐向后移动。接下来，当反馈轴33从θ/2位置向完全开启位置继续枢转时，旋转轴36与反馈杆32之间的距离反之逐渐减小。从而使第二轴承38相对于反馈轴33逐渐向前移动。
反馈传感器34对此时的旋转轴的旋转角度进行检测，将其转换成与旋转角度相应的电信号，并将该电信号作为反馈信号I1输入给控制计算单元47内。所述控制计算单元47将输入信号I0与反馈信号I1进行比较，并且对喷嘴挡板机构67进行反馈控制，使输入信号I0与反馈信号I1之间的差为0，由此实现挡板68的稳定移动。
相反，当从完全开启状态返回到完全闭合状态时，其工作方式与上述过程相反。从而，通过输入信号I0实现对阀门21的自动控制。
利用具有上述结构的阀门定位器25的反馈机构24，所述圆筒形的第一轴承37对反馈杆32夹持实现相对旋转，并且类似的圆筒形的第二轴承38对反馈轴33夹持实现其在轴向上的相对滑动。因此，反馈杆32不必用图8中示出的习用的连杆压簧14被偏置，并且因而避免了由于振动等造成的松动。
由于第一轴承37和第二轴承38为圆筒形，因此，即使由于流体的影响而使第一轴承37和第二轴承38发生振动，加在其上的振动力也会被分散在轴向上，而不会集中在一个点上。从而可以减少或者避免反馈杆32和/或反馈轴33出现磨损、损坏等。因此提高了阀门定位器25的可靠性和耐用性，并且实现了对阀门21的高精度控制。
反馈杆32和反馈轴33仅通过将反馈杆32插入连接件35的第一轴承37内和将反馈轴33插入第二轴承38内实现相互连接。因此，便于组装作业，并且不再需要组装所需要的螺钉和弹簧，因而减少了部件数量。
在对反馈机构24进行组装时，通过在连接件35的连接器39上形成的空隙42可以对反馈轴33的末端是否伸出第二轴承38进行检查。如果反馈轴33的末端没有伸出，则将会减小反馈轴33和第二轴承3的接触面积，并因而降低力的分散效果。此点也适用于反馈杆32和第一轴承37。所以，对第一轴承37和第二轴承38优选其制造应使反馈杆32和反馈轴33明显地伸出。
下面将参照图5A和5B对本发明第二和第三实施例的反馈机构加以说明。
在图5A所示的实施例中，具有一个开口端的圆筒形第一轴承37和具有两个开口端的圆筒形第二轴承38在第一轴承37的闭合端面上一体形成，组成连接件80。根据此实施例，使第一轴承37和第二轴承38相耳垂直直接连接。因此，可以省去图3中示出的连接器39。连接件80并不限于第一轴承37和第二轴承38的接合体，而是可以是任何一体形成的具有第一轴承37和第二轴承38的组合件。
在图5B所示的实施例中，具有两个开口端的圆筒形第一轴承37、具有两个开口端的圆筒形第二轴承38和用于将第一轴承37和第二轴承38连接在一起的板状连接器39’组成连接件81。根据本实施例，可以省去图3中示出的连接器的开口42。
当使用这种连接件80或81时，实现了反馈杆32和反馈轴33的可靠连接，并且以与第一实施例中相同的方式实现了对反馈杆32和反馈轴33的稳定的工作。
下面将参照图6和7对本发明的第四实施例的阀门定位器加以说明。其中附图标记与第一实施例中使用的附图标记相同，并且必要时将略去相关的说明。此实施例用于笼形阀门(cage type valve)(图中未示出)。
所述笼形阀门具有驱动轴90。轭铁91固定在阀门主体的上部。执行单元92利用气压Pout通过执行轴93使驱动轴90垂直往复移动。驱动轴90与执行单元92的执行轴93同轴连接。反馈杆32垂直于执行轴93和驱动轴90，水平设置在执行轴93和驱动轴90的连接部分上。阀门定位器25通过支架94固定在轭铁91上。所述笼形阀门具有反馈机构95。
所述反馈机构95的反馈轴33垂直于反馈杆32水平设置，并且所述反馈轴33通过连接件35与执行轴93和驱动轴90的连接部分连接。将反馈杆32和反馈轴33连接起来的连接件35具有与图3和4中的连接件35相同的配置。更准确地说，连接件35由第一轴承37、第二轴承38和连接器39形成。其中反馈杆32插入第一轴承37实现相对旋转，反馈轴33插入第二轴承38实现相对滑动，连接器39用于实现第一轴承37和第二轴承38的连接。所述连接器39具有空隙42，通过该空隙可以对反馈轴33的末端进行直观检查。
在此配置中，当反馈杆32与驱动轴90一起垂直移动时，所述反馈轴33以支点0为中心围绕支点0垂直摆动。此时，通过反馈传感器34对反馈轴33的摆动角进行检测，并且将其转换成电信号。所述反馈传感器34以与第一实施例中相同的方式固定在阀门定位器25的机器主体46上。
还是在本实施例中，所述驱动轴90的反馈杆32与反馈传感器34的反馈轴33通过具有第一轴承37和第二轴承38的连接件35实现相互连接。因此，由振动产生的力被第一轴承37和第二轴承38以与上述实施例相同的方式分散，并且可有效地避免反馈杆32和反馈轴33的磨损、损坏等。
在上述实施例中，反馈传感器34固定在阀门定位器25的机器主体46内。另外，反馈传感器也可以固定在阀门定位器25的外面。在这种情况下，反馈传感器34将与旋转角相应的电信号经电缆传送到机器主体46内的控制计算单元47。
如上所述，根据本发明，所述反馈杆随阀门的起动轴的运动互锁移动，圆筒形第一轴承对所述反馈杆进行夹持，并且圆筒形第二轴承也对反馈传感器的反馈轴进行夹持。当由于流体的影响而产生振动时，第一和第二轴承在它们的纵向上分散作用在反馈杆和反馈轴上的力。因此，所述力将不会集中地作用在一个点上，并且减少或者避免了诸如反馈杆和反馈轴磨损和损坏等情况的出现。因为实现了对执行轴的实际工作量的高精度检测，所以提高了阀门定位器的稳定性、耐用性、抗振动性等。
由于反馈杆和反馈轴仅需要由第一和第二轴承进行夹持，因而反馈杆和反馈轴不必利用弹簧等被偏置，从而简化了结构。
在连接件中，在实现第一轴承和第二轴承连接的连接器上具有空隙，通过该空隙可以对反馈轴的末端是否明显地穿过了第二轴承进行检查。
Claims (6)
1、一种反馈机构，其特征在于所述反馈机构包括：
反馈杆(32)，所述反馈杆随着对阀门(21)开启和关闭的驱动轴(23)的运动互锁位移；
反馈轴(33)，所述反馈轴随着所述反馈杆的位移互锁枢转；
反馈传感器(34)，所述反馈传感器根据所述反馈轴的枢转量输出反馈信号，用于对所述阀门开启/闭合；和
连接件(35、80、81)，所述连接件实现所述反馈杆与所述反馈轴的连接，所述连接件具有圆筒形第一轴承(37)和圆筒形第二轴承(38)，所述反馈杆穿过圆筒形第一轴承，和所述反馈轴穿过圆筒形第二轴承(38)。
2、按照权利要求1所述的机构，其中
所述第一轴承和第二轴承相互垂直，
所述反馈杆可旋转地插入所述第一轴承内，和
所述反馈轴可滑动地插入所述第二轴承内。
3、按照权利要求1所述的机构，其中所述连接件具有连接器(39、39’)，所述连接器用于实现所述第一和第二轴承的相互连接。
4、按照权利要求3所述的机构，其中所述连接器具有空隙(42)，通过该空隙可对所述反馈轴的末端进行直观检查。
5、按照权利要求1所述的机构，其中所述连接件是具有第一和第二轴承的一体成型的组件。
6、一种阀门定位器，包括：
控制继动器(56)，所述控制继动器根据气源气压(Psup)将输出气压(Pout)提供给对阀门(21)进行开启/闭合的执行单元(22)；
电/气信号转换器(48)，所述电/气信号转换器根据控制信号对控制继动器提供给所述执行单元的输出气源气压进行调整；
反馈机构(24)，所述反馈机构对所述阀门的执行轴(23)的实际工作量进行检测，并输出反馈信号(I1)；和
控制计算单元(47)，所述控制计算单元通过对控制信号进行输出实现对所述电/气信号转换器的控制，从而使来自所述反馈机构的反馈信号和输入信号(I0)之差为0，
其特征在于所述阀门定位器具有：
反馈杆(32)，所述反馈杆随着对阀门(21)开启和关闭的驱动轴(23)的运动互锁位移；
反馈轴(33)，所述反馈轴随着所述反馈杆的位移互锁枢转；
反馈传感器(34)，所述反馈传感器根据所述反馈轴的枢转量输出反馈信号，用于对所述阀门开启/闭合，和
连接件(35、80、81)，所述连接件实现所述反馈杆与所述反馈轴的连接，所述连接件具有圆筒形第一轴承(37)和圆筒形第二轴承(38)，所述反馈杆插入圆筒形第一轴承，和所述反馈轴插入圆筒形第二轴承(38)。
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