SE446354B

SE446354B - Actuator

Info

Publication number: SE446354B
Application number: SE8406559A
Authority: SE
Inventors: P-A Dolck
Original assignee: Asea Atom Ab
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1986-09-01
Also published as: SE8406559L; SE8406559D0

Abstract

An electrically driven actuator (1, 2, 4) is connected to an electric mains and has a linearly driven actuating body (4) that during normal valve operation is in mechanical connection to a valve spindle (7) via a connector. The connector (9, 22, 25, 24) can be triggered by means of a control body (22) which is in part actuated by spring force (24) and in part actuated by an equal magnetic force in the opposite direction originating from a coil (25) connected to the aforementioned electric mains. In the event of loss of power on the electric mains, the connector is triggered, which in turn triggers a tensioned mainspring (27) that is connected to the valve spindle. The valve spindle (7) then assumes a safety position (29), which usually results in a closed valve.<IMAGE>

Description

15 20 25 8406559-8 2 samband med ventiler på "off shore"-området innebär detta vanligtvis att ventilen går till stängt läge. 15 20 25 8406559-8 2 in connection with valves in the "off shore" area, this usually means that the valve goes to the closed position.

Den uppgift som avses löst genom uppfinningen är att åstadkomma ett elektro magnetiskt ställdon som - om nätspänningen skulle försvinna - har förmågan att medelst fjäderkraft bringa det medelst ställdonet positionerade före- målet - t ex en ventilspindel - till ett läge vid vilket faran för skador på anläggningen är mindre.The object which is intended to be solved by the invention is to provide an electromagnetic actuator which - if the mains voltage should disappear - has the ability to bring the object positioned by means of the actuator by means of spring force - for example a valve spindle - to a position where the danger of damage to the plant is smaller.

Vad som kännetecknar uppfinningen framgår av nedanstående patentkrav.What characterizes the invention is stated in the following claims.

En utföringsform av uppfinningen skall i det följande beskrivas under hän- visning till bifogade schematiska ritningar, varvid Fig 1 visar ett positioneringssystem enligt uppfinningen, dels i vy, dels i axialsnitt genom en vertikal symmetriaxel.An embodiment of the invention will be described in the following with reference to the accompanying schematic drawings, wherein Fig. 1 shows a positioning system according to the invention, partly in view, partly in axial section through a vertical axis of symmetry.

Fig 2 visar en detalj av fig 1 vid normal drift.Fig. 2 shows a detail of Fig. 1 during normal operation.

Fig 3 visar en detalj motsvarande den på fig 2 visade vid bortfall av spän- ningen på det nät till vilket det på fig 1 visade systemet är anslutet.Fig. 3 shows a detail corresponding to that shown in Fig. 2 in the event of a failure of the voltage on the mains to which the system shown in Fig. 1 is connected.

Fig Ä visar ovannämnda detalj vid återgång till normala manövreringsförhål- landen omedelbart efter att nätspänningen kommit tillbaka efter ett spän- ningsbortfall.Fig. Ä shows the above-mentioned detail when returning to normal operating conditions immediately after the mains voltage has returned after a voltage failure.

Fig 5 visar ett spärrorgan i ett partiellt horisontalsnitt längs A-A på fig N.Fig. 5 shows a locking member in a partial horizontal section along A-A in Fig. N.

Fig 6 visar i partiellt horisontalsnitt genom mittlinjen hos en radiellt riktad kanal för spärrorgan ett alternativ till det på fig 3 visade spärr- organet.Fig. 6 shows in partial horizontal section through the center line of a radially directed channel for blocking means an alternative to the blocking means shown in Fig. 3.

På ritningarna betecknar 1 en roterande elektrisk motor, vars drivaxel är fastflänsad-vid en skruv 2 som har en vertikal symmetriaxel 3. Skruven 2 är försedd med en påskruvad mutter U. Muttern U har ett övre, cirkulär- cylindriskt parti N' samt ett nedre, koniskt parti 4" som passar in i en motsvarande fördjupning utformad i ett cirkulärcylindriskt topparti 6 hos en ventilspindel 7, vars nedre ände är fästad vid en ventilkägla 8. 15 20 25 30 35 3 8406559-8 Vid normal ventilbetjäning är muttern H hopkopplad med ventilspindeln 7 med hjälp av ett flertal långsträcktay radiellt riktade spärrorgan 9. Spärrorga- nen 9 är vid det på fig 1 visade tillståndet anordnade i var sin cirkulär- cylindrisk, radiell kanal 10 genom väggen hos det cirkulärcylindriska topp- partiet 6 samt i var sin urborrning 11 hos muttern U. Varje spärrorgan 9 inkluderar en cirkulärcylindrisk spärrhylsa 9' med en relativt~tjock botten 9" i den ena änden och en utvändig, cirkulär ring 15 vid den andra änden.In the drawings, 1 denotes a rotating electric motor, the drive shaft of which is fixed-flanged - at a screw 2 having a vertical axis of symmetry 3. The screw 2 is provided with a screwed nut U. The nut U has an upper, circular-cylindrical portion N 'and a lower , conical portion 4 "which fits into a corresponding recess formed in a circular-cylindrical top portion 6 of a valve spindle 7, the lower end of which is attached to a valve cone 8. In normal valve operation, the nut H is coupled to the valve spindle 7 by means of a plurality of elongate tay radially directed locking means 9. In the condition shown in Fig. 1, the locking means 9 are arranged in their respective circular-cylindrical, radial channel 10 through the wall of the circular-cylindrical top portion 6 and in their respective bore 11 of the nut U. Each locking member 9 includes a circular-cylindrical locking sleeve 9 'with a relatively thick bottom 9 "at one end and an outer, circular ring 15 at the other end.

Ringen 15 är anordnad med spel i förhållande till spärrhylsan 9' och är allt- så rörlig i dennas längdriktning. En tryckfjäder 12, som omsluter spärrhylsan 9', utövar en radiellt utåt verkande kraft på ringen 15, som i sitt radiellt yttersta läge ligger an mot ett vid spindelpartiet 6 fixerat ringformigt n. lock 16. _ Spärrhylsan 9' innesluter en tryckfjäder 17. En kula 18 är roterbart lagrad om en axel 19, som är fästad vid ringen 15 och diametralt anordnad i för- hållande till denna. Axeln 19 är anordnad i två i spärrhylsans 9' längdrikt- ning orienterade slitsar 1U. Två armar 20 är anordnade på var sin sida av kulan 18 och fixerade med den ena änden vid axeln 19 och med den andra änden vid en cirkulär tryckplatta 21, varvid tryckfjädern 17 är anordnad mellan tryckplattan 21 och hylsbottnen 9". Vid normal ventilbetjäning kvarhålles spärrorganet 9 - trots den radiellt utåt riktade, av fjädern 12 utövade kraften - i det på fig 1 och fig 2 visade läget genom att kulan 18 ligger an mot insidan av en cirkulär manöverhylsa 22. Manöverhylsan 22 är anordnad att omsluta mutterns N cirkulärcylindriska del 4' samt den övre delen av ventil- spindelns cylindriska topparti 6 med så stort spel, att manöverhylsan lätt kan förflyttas i axiell led under påverkan av en axiellt riktad manöver- kraft. Skruven 2 är förd genom ett centralt hål i manöverhylsans 22 botten och med spel i förhållande till detta och i förhållande till en koaxiellt anordnad central hylsa 23 som är fästad vid manöverhylsans botten. Manöver- hylsan 22, muttern 4 (eller åtminstone mutterpartiet U') och den centrala hylsan 23 är utförda i magnetiskt material, medan skruven 2 är utförd i omagnetiskt material.The ring 15 is arranged with winches in relation to the locking sleeve 9 'and is thus movable in its longitudinal direction. A compression spring 12, which encloses the locking sleeve 9 ', exerts a radially outwardly acting force on the ring 15, which in its radially outermost position abuts against an annular n. Lid 16 fixed to the spindle portion 6. The locking sleeve 9' encloses a compression spring 17. A ball 18 is rotatably mounted about a shaft 19, which is attached to the ring 15 and diametrically arranged in relation thereto. The shaft 19 is arranged in two slots 1U oriented in the longitudinal direction of the ratchet sleeve 9 '. Two arms 20 are arranged on each side of the ball 18 and fixed with one end to the shaft 19 and with the other end to a circular pressure plate 21, the compression spring 17 being arranged between the pressure plate 21 and the sleeve bottom 9 ". In normal valve operation the locking means is retained 9 - despite the radially outwardly directed force exerted by the spring 12 - in the position shown in Fig. 1 and Fig. 2 by the ball 18 abutting the inside of a circular actuating sleeve 22. The actuating sleeve 22 is arranged to enclose the circular-cylindrical part 4 'of the nut N and the upper part of the cylindrical top portion 6 of the valve stem with such a large clearance that the control sleeve can easily be moved in axial direction under the influence of an axially directed actuating force. in relation to this and in relation to a coaxially arranged central sleeve 23 which is attached to the bottom of the actuating sleeve. ') and the central sleeve 23 are made of magnetic material, while the screw 2 is made of non-magnetic material.

Manöverhylsan 22 innesluter en tryckfjäder 2ü, som är inspänd mellan muttern Ä och manöverhylsans botten. Hylsan 23 är omgiven av en magnetspole 25. Vid det på figurerna 1 och 2 visade tillståndet är spolen 25 påtryckt en spän- ning som är lika med spolens märkspänning, vilket innebär att spolen ger en nedåt riktad magnetisk kraft på hylsan 22, medan fjädern 2U ger en lika stor uppåt riktad kraft på manöverhylsan 22. 10 15 20 25 30 35 8406559-s " Skruven 2 är roterbart lagrad i ett fjäderstöd 26 som är fixerat vid höljet hos den elektriska motorn 1. En tryckfjäder 27 är inspänd mellan fjäderstödet 26 och en i ett övre ändparti hos ventilspindeln 7 utformad oirkulär fläns 28.The control sleeve 22 encloses a compression spring 2ü, which is clamped between the nut Ä and the bottom of the control sleeve. The sleeve 23 is surrounded by a magnetic coil 25. In the condition shown in Figures 1 and 2, the coil 25 is applied to a voltage equal to the rated voltage of the coil, which means that the coil gives a downward magnetic force on the sleeve 22, while the spring 2U provides an equal upward force on the control sleeve 22. The screw 2 is rotatably mounted in a spring support 26 which is fixed to the housing of the electric motor 1. A compression spring 27 is clamped between the spring support 26 and a non-circular flange 28 formed in an upper end portion of the valve stem 7.

Spolen 25 får sin energiförsörjning från samma elektriska nät som motorn 1.The coil 25 receives its power supply from the same electrical network as the motor 1.

Om spänningen på detta nät försvinner eller reduceras väsentligt, t ex till ett värde som motsvarar mindre än 50 % av nätets normala spänning, kommer fjädern ZU att förflytta manöverhylsan 22 till ett utlösningsläge, dvs driva den så långt uppåt, att spärrhylsorna 9' inte längre hindras av hyl- san 22, utan förflyttar sig radíellt utåt under påverkan av fjädrarna 12.If the voltage on this network disappears or is significantly reduced, for example to a value corresponding to less than 50% of the normal voltage of the network, the spring ZU will move the operating sleeve 22 to a release position, i.e. drive it so far upwards that the locking sleeves 9 'no longer is obstructed by the sleeve 22, but moves radially outwards under the influence of the springs 12.

Därigenom upphör ingreppet mellan spärrhylsorna 9' och de motsvarande hålen 11 i muttern U, vilket resulterar i att fjädern 27 driver spindeln 7 nedåt helt till den stannar i ett axiellt ytterläge vid vilket den koniska ytan hos ventilkäglan 8 ligger an mot en motsvarande yta hos ett ventilsäte.As a result, the engagement between the locking sleeves 9 'and the corresponding holes 11 in the nut U ceases, which results in the spring 27 driving the spindle 7 downwards until it stops in an axial outer position at which the conical surface of the valve cone 8 abuts a corresponding surface of a valve seat.

Ovannämnda axiella ytterläge är indikerat på fig 1 genom att motsvarande läge av flänsen 28 är antytt medelst en streckad konturlinje 29.The above-mentioned axial outer position is indicated in Fig. 1 in that the corresponding position of the flange 28 is indicated by means of a dashed contour line 29.

Ett flertal axiellt nedåt riktade stift 30 är fästade med var sitt övre ändparti i muttern H. Varje stift kan utan nämnvärd friktion föras upp och ned i ett motsvarande, på ritningen ej visat, vertikalt hål, som är utfor- mat i ventilspindelns cirkulärcylindriska topparti 6, vilket innebär att muttern 4 inte är vridbar i förhållande till ventilspindeln_7- Denna är i närheten av ventilhuset försedd med vridningshindrande medel, så att ingen nämnvärd vridning av ventilspindeln i förhållande till ventilhuset kan äga PIJID. Ãtergång från det på fig 3 visade tillståndet till normaltillstånd sker sedan ovannämnda elektriska försörjningsnät har återfått normal spänning.A plurality of axially downwardly directed pins 30 are attached, each with its upper end portion in the nut H. Each pin can be moved up and down without appreciable friction in a corresponding vertical hole, not shown in the drawing, which is formed in the circular-cylindrical top portion 6 of the valve stem. , which means that the nut 4 is not rotatable in relation to the valve stem_7- This is provided in the vicinity of the valve housing with rotation preventing means, so that no appreciable rotation of the valve stem in relation to the valve housing can have PIJID. Return from the state shown in Fig. 3 to the normal state takes place after the above-mentioned electrical supply network has regained normal voltage.

Genom att spolen 25 påtryckes normal spänning - eller eventuellt betydligt högre spänning under ett kort intervall - kommer manöverhylsan 22 att åter inta det på figurerna 1 och 2 visade läget. Samtidigt beordras motorn 1 att skruva ner muttern U, vilket resulterar i att denna hopkopplas med ventilspindeln 7 medelst spärrorganen 9.By applying coil 25 to normal voltage - or possibly significantly higher voltage for a short interval - the control sleeve 22 will again assume the position shown in Figures 1 and 2. At the same time, the motor 1 is ordered to unscrew the nut U, which results in it being coupled to the valve stem 7 by means of the locking means 9.

Om man - manuellt eller med hjälp av en särskild fördröjningsanordning - ser till att magnetspolen 25 - vid återkommande spänning på nätet - inte påtryckes spänning förrän muttern 4 har nått fram till spindelns topparti 6, kan man i stället för spärrorganet 9 användaen enklare konstruktion, t ex det på fig 6 visade spärrorganet 31. Detta är massivt, bortsett från ett cirkulärcylindriskt hålrum 32 vid den ena änden. En vid en kula 18' fixerad central axel 19' är roterbart lagrad i två hål 33. En cirkulär fläns 3U utgör en integrerad del av spärrorganet 31.If you - manually or with the help of a special delay device - make sure that the magnetic coil 25 - at recurring voltage on the mains - no voltage is applied until the nut 4 has reached the top part 6 of the spindle, you can use a simpler construction instead of the locking means 9, t ex the locking member 31 shown in Fig. 6 This is solid, apart from a circular-cylindrical cavity 32 at one end. A central shaft 19 'fixed to a ball 18' is rotatably mounted in two holes 33. A circular flange 3U forms an integral part of the locking member 31.

Claims

s 8406559-8 PATENT REQUIREMENTS

Actuator for a valve comprising an electromagnetic drive device (1) with a linearly operating drive body (N) connected to a releasable mechanical connection to a valve spindle (7), which can be positioned with the drive device (1), a first spring device (27) ), which is in a tensioned state during normal adjusting movement, is arranged to move the valve stem to a rest position (29) defined by an abutment surface in the event of a power failure (1), characterized in that the drive body (4) consists of a on a screw (2) arranged nut, where the screw is arranged to be driven by the drive device (1) for closing and opening the valve with, for example, a valve cone (8) on the valve stem (7) releasably connected to the drive body (U), and that the releasable the mechanical connection is arranged to be partly influenced by a magnetic force from a magnetic coil (25) connected to a network, at the same time as the drive device is connected to the network for connecting the drive body (Ä) to the valve stem. (7) and partly by a second spring means (2H) for releasing the drive body (U) from the valve stem in the event of a loss of energy to the magnetic coil (25) and the drive device (1), the releasable mechanical connection being designed as a coupling device in which a coupling condition and a simultaneous release of the first spring means (27), one end of which acts against a flange (28) on a valve stem portion (6), is adjustable by moving a member of the coupling device, axially displaceable, sleeve-shaped actuating body (22) from a coupling position to a release position in that the actuating body (22) is arranged to be actuated by a spring force originating from the second spring means (2U), which moves the operating body from the coupling position to the release position actuates a magnetic force with opposite action on the actuating body (22), where the magnetic force is generated by the magnetic coil (25) connected to the mains, the second spring device (ZN) ) is large enough to be able to move the control body (22) from the clutch position to the release position in the event of a power failure in the mains, so that the valve stem (7) is moved unhindered by the drive body and under the influence of the first spring device (27) to the rest position (29).

Actuator according to claim 1, characterized in that said coupling device contains a plurality of locking bodies (9 '), which at the coupling position are actuated by a third spring device (12) and are thereby exposed to each one transversely with respect to the drive body. Spring force, while each locking body (9 ') engages with the drive body (Ä) and the valve stem (7) and thereby prevents a relative movement between them in a direction parallel to the working direction, said third spring device (12) tending to drive each of the locking bodies out of the engagement, while such expulsion is prevented by the operating body (22) being arranged to exert a transverse in relation to the direction of movement of the operating body in the clutch position compressive force on the locking body (9 ').

Steel device according to Claim 1, characterized in that the drive device consists of a rotating electric motor (1) with the driven, rotatably arranged screw (2) with a central axis (3) extending in the longitudinal direction of the screw, while the The nut, which constitutes the drive body, is connected by means of axially directed torque transmitting means (30) to the valve stem (7), while this consists of a valve stem arranged coaxially with the nut and with limited freedom of rotation and limited axial freedom of movement, of which two axial end positions one (29) constitutes the dormant state. U. Actuator according to claim 3, characterized in that the valve stem has an end portion which overlaps at least a part of the nut and is coaxially arranged relative thereto, the operating body (22) being constituted by a cup-like, bottom-shaped sleeve (22) , which in the coupling position is arranged to enclose the overlapping portions, while the screw (2) is passed through a hole in the bottom with axial freedom of movement relative thereto, while the coil (25) and the spring means (24) are enclosed in the sleeve (22) between the bottom and the nut (4), a plurality of radial channels (10), which are formed in the overlapping portions, each containing a locking body (9 ') and a spring (12) which actuates the locking body with a radially outwardly acting spring force, wherein the locking bodies (9 ') - at the coupling position - are arranged to prevent axial displacement between the nut (U) and the valve stem (7) and to abut below the inside of the sleeve.