流體閥以及與流體閥的致動器一起使用的偏置裝置的製作方法

2023-06-09 05:51:31

專利名稱：流體閥以及與流體閥的致動器一起使用的偏置裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型一般涉及偏置裝置，特別涉及與流體控制閥的致動器一起使用的偏置
直O
背景技術：
流體控制閥(例如直線閥、旋轉閥等)被普遍使用在過程控制系統中，以控制過程流體的流動。控制閥典型地包括致動器(例如氣動致動器、液壓致動器等)，以使控制閥的操作自動化。為了給這些致動器提供偏置功能，在致動器內普遍放置彈簧，以在例如系統故障期間將控制閥的活塞偏置至和/或使控制閥的流體控制元件返回至故障保護位置(例如開啟位置、閉合位置)。儘管該彈簧給致動器提供了偏置功能，但是由於彈簧施加於致動器的不同部件的力，致動器的裝配和/或拆卸可能會有些困難。圖1示出了一種已知致動器100，其通過多個緊固件106耦接至閥門104(例如球閥、滑動杆閥)的主體102。致動器100包括缸體108，其通過多個連杆114和緊固件116 耦接於第一板110和第二板112之間。缸體108限定室118，活塞120、彈簧122和致動器杆124的一部分被放置在室118內。在活塞致動器內，彈簧122為致動器100提供故障保護功能，以在例如系統故障期間通過活塞120將閥門104的流體控制元件(例如閥塞)(未圖示)移動至故障保護位置(例如開啟位置或閉合位置)。致動器杆1 是穿過由第二板 112限定的開孔126以及由致動器100的軛130限定的開孔128而放置的。實踐中，致動器100可耦接至閥門104，以控制通過閥門104的流體流動。特別地， 致動器可用於控制可操作地耦接至致動器杆1 的流體控制元件在閥門104中的位置。運作時，為使流體控制元件在閥門104中移動，提供一個跨越第一室部分132和第二室部分 134的壓差。例如，為使流體控制元件在閥門主體102中豎直向下移動(例如朝向閥門主體102內的開口或閥座)，活塞120可由通過例如埠 148抽入流體(例如空氣、過程流體、 液壓流體等)朝向第二板112移動，以增大在第一室部分132的壓強。隨著在第一室部分 132的壓強增大，施加於活塞120的第一表面136的力也增大，直至彈簧122施加於活塞120 的第二表面138的力不敵在第一室部分132的壓強施加於第一表面136的力。因此，活塞 120和致動器杆124(它們耦接在一起)朝向第二板112移動，以使流體控制元件移動在閥門104之中。或者，為使流體控制元件在閥門104中豎直向上移動，活塞120可由通過埠 148 排出流體朝向第一板Iio移動，以減小在第一室部分132的壓強，使得彈簧122施加於活塞 120的第二表面138的力超過在該壓強施加於第一表面136的力。因此，活塞120和致動器杆IM朝向第一板110移動，以使流體控制元件移動在閥門104之中。為裝配致動器110，彈簧122被放置在室118內並鄰近第二板112，然後活塞120和致動器杆1 導入彈簧122以及開孔126、128。然而，由於當被放置在室118內時彈簧122 典型地是完全鬆弛的，因此，將第一板110耦接至致動器100可能會較為困難。在一些例子中，為使第一板110可以被耦接至致動器100，連杆114必須要長，以當彈簧122鬆弛和/
4或隨著活塞120從缸體108部分地延伸時，使第一板110的開孔140可以和連杆114對準。 當緊固件116被固定在連杆114上時，第一板110朝向缸體108移動並壓縮彈簧122，直至， 例如，第一板110接合缸體108的一端142。緊固件116必須在裝配時被均勻地固定，以防止第一板110相對缸體108的頂部傾斜，而這會導致彈簧在缸體108中移位和/或不靈便。 在拆卸致動器100時，緊固件116從連杆114鬆開，這就在第一板110能從致動器100被移除之前鬆弛了彈簧122。

實用新型內容本實用新型的一個主要目的在於克服現有技術中的上述缺點，提供便於致動器的裝配和/或拆卸的技術方案。在一個實施例中，提出了一種與流體閥的活塞致動器一起使用的偏置裝置，該偏置裝置包括管狀基座元件，其具有在空管的第一端處的外部環狀凸緣和在該空管的第二端處的內部凸緣；管狀定位元件，其具有在該管狀定位元件的第一端處的板，該板橫向延伸過該管狀定位元件的外部邊緣並形成圍繞該管狀定位元件的該第一端的周邊的外部凸緣； 管狀基座支架，其具有中空中心部分、在該中空中心部分的第一端處的外部環狀凸緣和在該中空中心部分的第二端處的內部凸緣；以及偏置元件，其設置於所述管狀基座元件的所述外部環狀凸緣與所述管狀基座支架的所述外部環狀凸緣之間。所述管狀定位元件部分地設置於所述管狀基座元件之中，所述管狀定位元件穿過所述管狀基座元件的所述內部凸緣上的開口。所述管狀定位元件部分地設置於所述管狀基座支架之中，所述管狀定位元件穿過所述管狀基座支架的所述內部凸緣上的開口。所述偏置元件抵靠所述管狀基座元件的所述外部環狀凸緣以及所述管狀基座支架的所述外部環狀凸緣。根據本文所述例子的教導裝配的偏置裝置改善了安全性並降低了複雜度，和/或減少致動器的裝配和/或拆卸所需的時間。

圖1示出一種已知的致動器和閥門；圖2示出一種閥門以及一種致動器，該致動器包括根據本實用新型的教導構造的偏置裝置的一個實施例；圖3示出圖2的閥門、致動器和偏置裝置，該偏置裝置處於部分壓縮的位置；圖4示出圖2的偏置裝置的分解剖視圖；圖5示出圖2的偏置裝置的初始裝配位置的剖視圖；圖6示出圖2的偏置裝置的中間裝配位置的剖視圖，包括鎖緊螺母；圖7示出圖2的偏置裝置的完全已裝配位置的剖視圖；圖8示出圖2的偏置裝置的完全受壓縮位置的剖視圖；圖9是圖2的偏置裝置的透視圖；圖10是圖2的偏置裝置的管狀定位元件和鎖緊螺母的透視圖；圖11是圖2的偏置裝置的管狀基座元件的透視圖；圖12是根據本實用新型的教導構造的偏置裝置的一個替代實施例的剖視圖，包括設置在管狀定位元件上的限位器元件；[0022]圖13是圖12的偏置裝置的俯視圖，示出該限位器元件以及形成於管狀基座元件的內部環狀凸緣內的槽；圖14是根據本實用新型的教導構造的偏置裝置的另一個替代實施例的剖視圖， 包括設置在管狀基座元件的內表面上的限位器元件。
具體實施方式
一些例子示於上文指出的附圖並在下文詳細描述。在描述這些例子時，相似或相同的標記用來表示相同或相似的元件。這些附圖並不一定按照一定比例縮小或放大。為清楚和/或簡要起見，附圖的某些零件和某些視圖可能被示為按比例或示意性地放大。此外， 幾個例子通篇被描述。任何例子的任何零件可能會與其他例子的其他零件一同被包括進來、作為其替代或者以其他方式與其結合。在一些例子中，偏置裝置包括預負荷的彈簧，其位於相對的基座元件的兩端之間， 該相對的基座元件可伸縮地與定位元件耦接在一起。基座元件和定位元件可包括相對的凸緣，其相互接合和/或相互鎖定，以限制基座元件和定位元件相對彼此運動的量。此外，偏置裝置可具有一個或多個定位裝置，以限制基座元件或定位元件朝向彼此運動的量。雖然本文描述的示例性偏置裝置被描述為與致動器一起使用，這些示例性偏置裝置可以用於任何其他適合的應用。圖2示出示例性致動器200 (例如活塞致動器、單動式活塞致動器和雙動式活塞致動器等)，其通過軛鎖緊螺母290耦接至閥門104的主體102。致動器200包括缸體208，其通過多個連杆214和緊固件216耦接於第一板210與第二板212之間。與上文圖1描述的已知致動器100對比，缸體208限定室218，在室218中放置有活塞220和示例性偏置裝置 219。控制流體可通過埠 247輸送進或輸送出室218。偏置裝置219可以被製造和/或生產為設置於室218內的整裝的單元或模塊，用於為雙動式活塞致動器提供故障保護偏置功能，減小裝配和/或拆卸示例性致動器的複雜度和改善其安全性，以及降低偏置元件(例如彈簧)的卡滯。此外，偏置裝置219可以與單動式活塞致動器一起使用，以偏置可操作地耦接至流體控制元件的活塞。偏置裝置219還可為單動式活塞致動器提供故障保護偏置功能，並減小裝配和/或拆卸示例性致動器的複雜度和改善其安全性。如圖2所示，偏置裝置 219被延伸，以通過活塞220將流體控制元件放置在例如開啟位置和/或故障保護位置(例如開啟位置或閉合位置)。作為對比，圖3示出至少部分地被壓縮的偏置裝置219以及與第一板210具有一定距離的活塞220，以使例如調節通過閥門104的流體流動成為可能。示例性偏置裝置219包括管狀基座元件221、管狀基座支架223、管狀定位元件225 以及偏置元件222 (例如彈簧)，偏置元件222位於管狀基座元件221和管狀基座支架223 相應的外部環狀凸緣227和2 之間。偏置元件222推動管狀基座元件221背離管狀基座支架223，以將例如閥門104的流體控制元件(未圖示)放置到開啟位置。在其他實施例中，偏置元件222可推動管狀基座元件221背離管狀基座支架，以將流體控制元件放置到閉合位置。管狀基座元件221可具有大於管狀定位元件225的外徑233的內徑231，使得管狀定位元件225至少部分地設置於管狀基座元件221之中。雖然管狀基座元件221的外部凸緣227在示於圖2的例子中鄰近活塞220放置，作為替代，偏置裝置219的取向可反轉，使得管狀基座支架223的外部凸緣2 可鄰近活塞220放置。[0028]為限制管狀基座元件221相對管狀基座支架223的運動和/或將管狀基座元件 221與管狀基座支架223可移動地耦接在一起，管狀定位元件225被提供在管狀基座元件 221與管狀基座支架223之間。在這個例子中，管狀定位元件225包括在其第一端處的板 235，板235橫向延伸過管狀定位元件225的周邊並形成外部凸緣237。外部凸緣237朝向管狀基座支架223的內表面239延伸和/或與其相鄰而放置。管狀定位元件225可包括相對著外部凸緣237的內和/或外螺紋245 (例如參見圖4)。外螺紋245可接收定位螺母 M2，其將管狀定位元件225固定在形成於管狀基座元件221的相對著外部環狀凸緣227的一端的內部凸緣對6的開口 244之中。內螺紋245可保持延伸部元件22 ，其將在下文進一步討論，以便偏置裝置219的裝配。定位螺母242還將管狀定位元件固定在形成於管狀基座支架223的相對著外部環狀凸緣229的一端的內部凸緣250的開口 248之中(例如參見圖4)。管狀基座支架223的主體252以及管狀基座支架223的內部凸緣250形成容納定位螺母242的凹入區域254。為裝配致動器200，偏置裝置219放置於室218中，使得管狀基座支架223的外部環狀凸緣2 鄰近第二板212。耦接至活塞220的致動器杆256導入管狀定位元件225、管狀基座支架223的開口 M8以及分別由第二板212和軛沈2限定的開孔258 J60。在上文描述的致動器100中，當彈簧122(圖1)剛開始被放置於室118中(圖1)時，彈簧122(圖 1)完全鬆弛；與此對比，偏置裝置219的偏置元件222被壓縮(例如預負荷)並包含於管狀基座元件221的外部環狀凸緣227與管狀基座支架223的外部環狀凸緣2 之間。換言之，在將偏置裝置219放置於致動器中之前，偏置裝置219可以被預裝配為偏置組件。而且，偏置元件222被固定於管狀基座元件221與管狀基座支架223之間，使得在致動器200 的裝配/拆卸期間沒有偏置元件222釋放儲能的危險。因此，一旦偏置裝置219、致動器杆 256和活塞220被放置於室218中，第一板210可被耦接至致動器200，而不需要採取任何額外的措施和/或預防措施。為拆卸致動器200，無須首先鬆開偏置元件222，就可鬆開緊固件214、拆除第一板210。管狀基座元件221、管狀基座支架223和管狀定位元件225可具有幾乎任何剖面形狀，例如圓形、方形、矩形、橢圓形、多邊形等。此外，環狀凸緣可以是部分或全部凸緣。換言之，本文描述的凸緣不必完全地圍繞元件的周邊延伸，相反，凸緣可僅僅部分地圍繞元件的周邊延伸。現參考圖4至8，為裝配偏置裝置219，管狀定位元件225、管狀基座元件221和管狀基座支架223縱向對準，如圖4所示。管狀定位元件225穿過管狀基座元件221上的鄰近外部環狀凸緣227的第一開口沈4、穿過管狀基座元件221上的鄰近內部凸緣246的開口 244被插入，直至管狀定位元件225的外部凸緣237被管狀基座元件221的內部凸緣246阻止(參見圖幻。然後，管狀基座元件221和管狀定位元件225被放置於偏置元件222中， 使得偏置元件222的一端停留在底座表面272內，該表面可以是外部環狀凸緣227的一側上的凹入區域。此後，管狀基座支架223被放置在管狀定位元件225上方，使得管狀定位元件225穿過在管狀基座支架223上的鄰近內部凸緣250的開口 M8、穿過在管狀基座支架 223上的鄰近外部環狀凸緣229的另一開口 270而延伸。偏置元件222的第二端設置於底座表面274內，類似於底座表面272，位於外部環狀凸緣229的一側上。可選地，裝配之前， 管狀定位延伸部22 (圖4)可被連接到管狀定位元件225的第一段22 (即延長管狀定位元件22 ，以便利管狀定位元件225、管狀基座元件221和管狀基座支架223的裝配。管狀定位延伸部22 可通過幾乎任何連接方法連接到第一段22 ，例如螺紋、焊接、粘合、壓接(crimping)等。一旦管狀基座元件221、管狀基座支架223、管狀定位元件225、以及偏置元件222 裝配好，定位螺母242擰到管狀定位元件225的一端上(參見圖6和7)並停留在管狀基座支架223的凹入區域254內。若管狀定位元件225先前被可選地安裝有延伸部22 ，延伸部22 可在定位螺母被固定至管狀定位元件225之前或之後被拆除。圖8示出處於完全受壓縮狀態的偏置裝置219，在這一狀態下，管狀基座元件221 的內部凸緣246鄰近管狀基座支架223的內部凸緣250。圖9至11示出已裝配狀態下的偏置裝置219 (圖9)、管狀定位元件225和定位螺母對2(圖10)、以及管狀基座元件221(圖11)的透視圖。如圖9所示，偏置裝置219可在安裝進致動器之前被預裝配。該公開的偏置裝置219有利地降低了偏置元件222的卡滯， 因為偏置元件222不是外部地受限的。換言之，偏置裝置219不包括偏置元件222可能會卡滯於上的外部罐壁。此外，偏置元件222被外部凸緣227、2四完全限制，而無法滑離偏置裝置219。運作時，為使流體控制元件在閥門之中移動，提供跨越第一室部分276和第二室部分278的壓差(圖幻。具體地，為朝向開口移動流體控制元件，通過埠 247抽入流體， 使得施加於活塞220的第一表面觀0的力超過偏置裝置219的偏置元件222施加於第二表面觀2的力。或者，為背離開口移動流體控制元件，通過埠 247排出流體，直至，例如，偏置裝置219施加於第二表面282的力超過第一室部分276內的壓強施加於第一表面觀0的力。圖12和13示出偏置裝置219的另一個實施例，偏置裝置219包括耦接至管狀定位元件225的外表面的限位器284 (例如定位裝置)。限位器284可以被管狀基座元件221 的內部凸緣246接合，以限制管狀基座元件221朝向管狀基座支架223運動的量。運作時， 當施加於活塞220的第一表面280 (圖2、的力超過偏置元件222施加於第二表面觀2的力時，偏置裝置219會壓縮，而內部凸緣246則會接合限位器觀4以限制管狀基座元件221朝向管狀基座支架223運動的量。這一為偏置裝置219提供限位器284的方法使得流體控制元件的動程可以被調整至特定應用，而不管允許的缸體衝程長度。為裝配圖12的偏置裝置219，管狀基座元件221的內部凸緣246包括一個或多個槽觀6 (圖1 ，其容納限位器觀4。當管狀定位元件225被插入管狀基座元件221時，限位器284與槽286對準，使得限位器觀4穿過槽觀6。一旦限位器觀4穿過槽觀6，管狀定位元件225可被旋轉，使得限位器284不再與槽286對準(圖13中以虛線示出)，從而防止在偏置裝置219運作期間限位器觀4穿過槽觀6。公開的偏置裝置219的再一個實施例示於圖14。在這個實施例中，偏置裝置219 可包括放置於管狀基座元件221的內表面的限位器觀4。類似於圖12和13的實施例的槽觀6，管狀定位元件225的外部凸緣237上的槽(未圖示)便利了裝配。運作時，當限位器 284接合管狀定位元件225上的板235時，限位器觀4限制管狀基座元件221相對管狀基座支架223的運動。根據本文所述例子的教導裝配的偏置裝置涉及這樣的偏置裝置，其改善安全性並降低複雜度，和/或減少致動器的裝配和/或拆卸所需的時間。例如，正如本文所描述的， 根據本實用新型的教導裝配的偏置裝置使致動器可以被裝配和/或拆卸，而無須首先壓縮和/或鬆弛放置於致動器內的彈簧。此外，本文公開的偏置裝置降低彈簧或偏置元件的卡滯可能性，並改善彈簧或偏置元件的軸向性能。而且，公開的偏置裝置改善裝配期間的安全性，因為彈簧或偏置元件是預受壓並保持在偏置裝置內的。 儘管本文描述了一些示例性方法、裝置和產品，本專利的覆蓋範圍並不限於此。相反，本專利覆蓋字面上或基於等同原則合理地落入所附權利要求的範圍的所有方法、裝置禾口廣品。
權利要求1.一種與流體閥的活塞致動器一起使用的偏置裝置，其特徵在於，該偏置裝置包括管狀基座元件，其具有在空管的第一端處的外部環狀凸緣和在該空管的第二端處的內部凸緣；管狀定位元件，其具有在第一端處的板，該板橫向延伸過該管狀定位元件的外部邊緣並形成圍繞該管狀定位元件的該第一端的周邊的外部凸緣；管狀基座支架，其具有中空中心部分、在該中空中心部分的第一端處的外部環狀凸緣和在該中空中心部分的第二端處的內部凸緣；以及偏置元件，其設置於所述管狀基座元件的所述外部環狀凸緣與所述管狀基座支架的所述外部環狀凸緣之間；其中，所述管狀定位元件部分地設置於所述管狀基座元件之中，所述管狀定位元件穿過所述管狀基座元件的所述內部凸緣上的開口，所述板大於所述管狀基座元件的所述內部凸緣上的所述開口；所述管狀定位元件部分地設置於所述管狀基座支架之中，所述管狀定位元件穿過所述管狀基座支架的所述內部凸緣上的開口；所述偏置元件抵靠所述管狀基座元件的所述外部環狀凸緣以及所述管狀基座支架的所述外部環狀凸緣。
2.如權利要求1所述的偏置裝置，其特徵在於，所述偏置元件是彈簧。
3.如權利要求2所述的偏置裝置，其特徵在於，所述管狀基座元件的所述外部環狀凸緣和所述管狀基座支架的所述外部環狀凸緣各包括凹入部分，其用於容納所述彈簧的一端。
4.如權利要求1所述的偏置裝置，其特徵在於，還包括被可拆卸地連接到所述管狀定位元件的管狀定位延伸部，該管狀定位延伸部延長所述管狀定位元件。
5.如權利要求1所述的偏置裝置，其特徵在於，所述管狀定位延伸部以螺紋連接方式被可拆卸地連接到所述管狀定位元件。
6.如權利要求1所述的偏置裝置，其特徵在於，所述管狀定位元件以定位螺母固定，該定位螺母擰在所述管狀定位元件的第二端，該定位螺母座落於由所述管狀基座支架的所述中空中心部分的所述第二端形成的凹入部分。
7.如權利要求6所述的偏置裝置，其特徵在於，在所述定位螺母擰到所述管狀定位元件上後，所述定位螺母焊接至所述管狀定位元件。
8.如權利要求1所述的偏置裝置，其特徵在於，所述偏置元件將閥杆和閥塞偏置至開啟位置。
9.如權利要求1所述的偏置裝置，其特徵在於，所述偏置元件將閥杆和閥塞偏置至閉合位置。
10.如權利要求1所述的偏置裝置，其特徵在於，還包括設置於所述管狀定位元件的外表面的限位器。
11.如權利要求10所述的偏置裝置，其特徵在於，所述限位器嵌入形成於所述管狀基座元件的所述內部凸緣中的槽內。
12.如權利要求11所述的偏置裝置，其特徵在於，所述管狀定位元件可旋轉於所述管狀基座元件之中；裝配期間，當所述管狀定位元件被插入所述管狀基座元件時，所述限位器與所述槽對準；在所述限位器穿過所述槽之後，所述管狀定位元件被旋轉，使得所述限位器與所述槽不對準。
13.如權利要求1所述的偏置裝置，其特徵在於，還包括設置於所述管狀基座元件的內表面的限位器。
14.如權利要求13所述的偏置裝置，其特徵在於，所述限位器嵌入形成於所述管狀定位元件的所述外部凸緣中的槽內。
15.如權利要求13所述的偏置裝置，其特徵在於，所述管狀定位元件可旋轉於所述管狀基座元件之中；裝配期間，當所述管狀定位元件被插入所述管狀基座元件時，所述槽與所述限位器對準；在所述限位器穿過所述槽之後，所述管狀定位元件被旋轉，使得所述限位器與所述槽不對準。
16.一種流體閥，其特徵在於，該流體閥包括 閥體，其具有流體入口和流體出口 ；閥塞，其設置於在所述流體入口與所述流體出口之間的所述閥體之中，該閥塞控制通過所述閥體的流體流動；致動器，其可操作地連接至所述閥體和所述閥塞，該致動器設置為在開啟位置與閉合位置之間移動所述閥塞；以及偏置裝置，其位於所述致動器之中，並包括 管狀基座元件，其具有外部環狀凸緣和內部凸緣； 管狀定位元件，其具有在第一端處的板，該板形成外部環狀凸緣； 管狀基座支架，其具有設置於中空中心部分的一端的外部環狀凸緣和設置於該中空中心部分的另一端的內部凸緣；定位螺母，其設置於所述管狀定位元件的第二端；以及偏置元件，其設置於所述管狀基座元件與所述管狀基座支架之間。
17.如權利要求16所述的流體閥，其特徵在於，還包括位於所述致動器之中的活塞，該活塞可操作地耦接至所述閥塞，所述偏置元件可操作地耦接至該活塞。
18.如權利要求17所述的流體閥，其特徵在於，所述偏置元件將所述閥塞偏置至開啟位置。
19.如權利要求17所述的流體閥，其特徵在於，所述偏置元件將所述閥塞偏置至閉合位置。
專利摘要一種與流體閥的活塞致動器一起使用的偏置裝置，該偏置裝置包括管狀基座元件、管狀定位元件、管狀基座支架以及設置於所述管狀基座元件的外部環狀凸緣與所述管狀基座支架的外部環狀凸緣之間的偏置元件。所述管狀定位元件部分地設置於所述管狀基座元件之中，所述管狀定位元件穿過所述管狀基座元件的內部凸緣上的開口。所述管狀定位元件部分地設置於所述管狀基座支架之中，所述管狀定位元件穿過所述管狀基座支架的內部凸緣上的開口。所述偏置元件抵靠所述管狀基座元件的所述外部環狀凸緣以及所述管狀基座支架的所述外部環狀凸緣。
文檔編號F16K31/122GK202215828SQ20112033473
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月5日 優先權日2010年11月4日
發明者M·W·麥卡蒂 申請人:費希爾控制國際公司