用於線性致動器的手動超控操作的裝置和方法

2023-05-07 19:25:21

專利名稱：用於線性致動器的手動超控操作的裝置和方法
技術領域：
本公開內容總體上涉及控制閥，並且更具體地涉及線性致動器的手動超控操作 (manually override operation)的裝置禾口方法。
背景技術：
很多過程控制閥是使用眾所周知的隔膜型或活塞型氣動致動器氣動地致動的。致 動器通過提供力和運動以打開或關閉閥來自動控制閥。氣動致動器用於操作諸如例如線性 閥、旋轉閥等的控制閥。諸如閘閥(gate valve)、球體閥(globe valve)、隔膜閥、管夾閥以 及角閥的線性閥典型地具有閥杆(valve stem)(例如滑動的杆)，該閥杆驅動打開位置和 關閉位置之間的流量控制構件(例如塞子)。諸如蝶閥、球閥(ball valve)、圓盤閥等的旋 轉閥典型地具有閥軸(valve shaft)，該閥軸驅動打開位置和關閉位置之間的流量控制構 件。同樣，典型地，致動器杆將線性閥杆或者旋轉閥軸操作地耦合到致動器(例如氣動致動 器、液壓致動器等)。在操作中，控制器可以引起致動器將閥杆或軸杆定位，因此，將流量控制構件定位 到想要的位置以調節流過閥的流體。當閥關閉時，流量控制構件典型地構造成與環形的或 圓周的密封件接合，該密封件圍繞穿過閥的流動路徑以防止流體流動(例如在一個方向或 兩個方向)穿過閥。在緊急情況、電力故障或者如果供給到氣動致動器的空氣切斷時，則有必要將閥 的流量控制構件的位置手動超控到想要的位置(例如關閉位置)。一般地，已知的用於控 制閥的手動超控機構允許閥的手動操作，並且不需要外部電源將閥的流量控制構件移動到 想要的位置。作為替代，這些已知的手動超控機構典型地使用手輪、鏈輪、槓桿、可分離機構 (declutchablemechanism)或這些機構的組合，以驅動提供減速的一系列傳動裝置(例如 蝸杆傳動變速箱等)，這引起比起由人提供的輸入(手動)扭矩來較高的輸出扭矩。一些已知的手動超控機構使用蝸杆傳動變速箱，在該蝸杆傳動變速箱中，自鎖 蝸杆以及蝸輪傳動裝置將閥保持在想要的位置。然而，此種構造通常要求將手動超控杆 (manual override stem)中的孔與致動器杆中的孔對準，並使銷從其中滑動穿過以接合手 動超控機構。在緊急情況中，此過程可能是耗費時間的，並且是不可接受的。其它已知用途 使用可分離蝸杆傳動變速箱，其涉及手動地將槓桿接合，以經由手輪啟用閥的手動操作。然 而，蝸杆傳動變速箱相對昂貴，並且涉及與致動器的複雜的組裝。另外，大多數已知的使用 蝸杆傳動變速箱的手動超控機構僅可以用作工廠安裝選項，並且不能翻新改進到本領域中 現存的閥。另一種已知的實例手動超控機構提供直接安裝到致動器的手輪和螺杆組合(hand wheel and screw combination)，以手動地操作閥。然而，此種已知構造在一個方向中限制 一些閥的操作，且因此，一旦手動地操作這些閥，超控機構不能用於在另外的或者相反的方 向操作閥。

發明內容
在一個例子中，手動超控裝置包括將被安裝到致動器的底座。該裝置還包括操作 地耦合到該底座並選擇性地可接合到致動器的杆的驅動構件，以啟用致動器在第一方向和 第二方向的手動操作。在另一個例子中，手動超控裝置包括將被安裝到致動器的支撐框架以及操作地耦合到致動器的杆。實例裝置進一步包括操作地耦合到該支撐框架並選擇性地可接合到杆的 驅動構件，以啟用致動器的手動操作以便控制致動器的位移。在又一個例子中，一種超控致動器的方法包括將支撐框架與線性驅動裝置操作地 耦合。該實例方法還包括將支撐框架安裝到致動器，其中致動器包括杆。該方法進一步包 括選擇性地將線性驅動裝置接合到杆，並手動操作該線性驅動裝置以便在第一位置和第二 位置之間移動杆。


圖IA和IB為分別由活塞和隔膜氣動致動器操作的已知控制閥的剖視側視圖。圖2A為實例手動超控裝置的剖視圖。圖2B為操作地接合到致動器杆的圖2A的手動超控裝置的實例的剖視圖。圖3A為圖2A和2B的實例手動超控裝置的剖視圖，其描繪了一種將手動超控裝置 耦合到致動器杆的夾具。圖3B為圖3A的實例夾具的放大視圖。圖4為安裝到隔膜致動器的實例手動超控裝置的剖視側視圖。
具體實施例方式一般地，本文描述的實例手動超控裝置可以用於選擇性地接合例如閥致動器，以 啟用致動器的控制，以便將閥的流量控制構件定位在允許流體流過閥的完全打開位置和限 制或阻止流體流過閥的完全關閉位置之間的任何位置處。本文討論的實例手動超控裝置 可以應用到具有線性致動器的氣動地操作的控制閥，諸如例如控制閥、節流閥，開/關閥 等。具體地，該實例手動超控裝置在和雙致動的致動器(dual actuated actuator)(即， 其中壓縮流體用於打開和關閉閥)一起使用時以及和流體開或未能關(fluid-to-open orfail-to-close)致動的閥(即，其中彈簧將閥偏壓在關閉位置)一起使用時特別有優勢。 另外，本文描述的實例手動超控裝置可以作為工廠安裝選擇而被提供，或可選擇地，可以翻 新改進本領域中現存的控制閥。在描述實例手動超控裝置之前，首先結合圖IA和圖IB提供了對已知的氣動致動 的控制閥的簡要討論。典型地，控制閥總成包括閥體，該閥體罩住內部調節部件(internal trim part)和致動器以提供操作該閥的動力。閥體為閥外罩的主壓力邊界，其提供流體流 動通道，管道連接端部，並且支撐用於閥流量控制構件(例如塞子)的基座表面。內部調節 部件為閥的內部零件，其控制流過閥的流量。例如，在滑動杆閥(例如球體閥)中，調節部 件可以包括流量控制構件、承座環、隔離罩(cage)、閥杆以及杆銷。諸如活塞致動器和隔膜致動器的氣動致動器通常用於操作控制閥。下文分別結合 圖IA和圖IB示出和描述了實例活塞以及隔膜致動的控制閥100和101。然而，結合手動超控裝置描述的實例不限於圖IA和IB的實例說明，並且可以和由諸如例如圖IB的致動器 142的線性致動器操作的諸如例如滑杆閥(例如閘閥、球體閥等)和旋轉閥(例如球閥、圓 盤閥、蝶閥等)的各種類型的閥一起使用。圖IA示出的控制閥100包括連接到閥帽104的閥體102。該閥帽104罩住致動器 杆106，該致動器杆106在致動器杆106的下端部110耦合到閥杆108。閥杆108穿過閥帽 104並進入閥體102中。在該實例中，閥塞112耦合到閥杆108的下端部114。該閥杆108 和閥塞112可以形成為單件，或可以形成為通過普通固定方法連接的分離件。閥塞112包 括基座表面116，該基座表面116與孔120的閥座118配合以控制埠區域，流體可以從入 口通道122流動穿過該埠區域到達出口通道124。因此，允許穿過控制閥100的流速由閥 杆108的位置控制，並因此由閥塞112相對於孔120的閥座118的位置控制。閥杆108的 位置可以從關閉位置變化到完全打開位置或最大流速位置，在關閉位置時閥塞112與閥座 118密封接合。圖IA中示出的實例說明通常指的是流體開(即未能關)活塞致動的閥。當諸如空 氣的壓縮流體作用在活塞126的表面127上時，活塞126將閥塞112驅動到打開位置。活 塞氣缸外殼128罩住活塞126並且連接到閥帽104。活塞126使用螺母132耦合到致動器 杆106的上端部130。當沒有壓縮流體作用在活塞126的表面127上時，彈簧座136和活塞 126之間的彈簧134將閥塞112偏壓在關閉位置。在操作中，可以通過入口埠(未示出)施加壓縮流體(例如空氣)以引起活塞 126壓縮彈簧134並在縱向路徑中離開閥體102運動。活塞126的此運動引起致動器杆 106、閥杆108以及因此閥塞112從閥座118移開，以允許流體流過孔120。當活塞126上的 空氣壓力被釋放或移除時，活塞126和致動器杆106在彈簧134的影響下移動，以引起閥塞 112向著閥座118移動和/或移動成與閥座118接觸，以限制流體流過孔120。可調節的螺 杆138可以通過像停止裝置一樣起作用而用於限制最大流體流量，以便限制活塞126和致 動器杆106的行進。在圖IB的實例中，隔膜致動器142耦合到閥144，該閥144實質上類似於圖IA中 描繪的閥。閥144的類似於或者相同於圖IA中的閥的那些零件用相同的附圖標記標出。 圖IB的控制閥101通常指的是流體關(即未能開)隔膜致動的閥。隔膜外殼150連接到 閥帽152並且罩住隔膜154，該隔膜154對應於移動中央安裝輪轂156的控制壓力。隔膜外 殼150具有經由螺杆或螺栓固定在一起的上部部分158以及下部部分160。中央安裝輪轂 156耦合到致動器142的杆162，同時輪轂螺母164位於杆162的上端部166。杆162在杆 162的下端部168耦合到閥杆108，並且進而閥杆108耦合到閥塞112。當沒有壓縮流體作 用在隔膜154上時，彈簧座172和隔膜154之間的彈簧170引起閥塞112移動到打開位置。 通氣孔塞(vent plug) 174可以安裝到隔膜外殼150，以釋放來自外殼150的壓縮流體。圖2A示出了一個實例手動超控裝置200。該實例超控裝置200包括手動操作致動器的超控機構或驅動構件202，以及將超控機構或驅動構件202安裝到致動器的支撐框架 或底座204。在實例說明中，超控機構或驅動構件202具有耦合到旋轉構件208的螺紋構件 206。如示出的那樣，旋轉構件可以是具有襯套210和把手212的手輪208，該襯套210定位 成實質上靠近手輪208的中心。手輪208的襯套210同軸地耦合到螺紋止推螺母214，該止 推螺母214具有內螺紋主體216 (圖2B)以及頭部218。通過外螺紋伸長螺杆的例子示出了螺紋構件206。止推螺母214與伸長螺杆(elongated screw) 206螺紋嚙合，以便繞著伸長 螺杆206的縱向軸線219以順時針或逆時針方向轉動手輪208使得伸長螺杆206沿著縱向 或線性路徑移動(例如延伸或收回)。在其它實例實施方式中，手輪208的襯套210可以 是帶螺紋的，並且可以與伸長螺杆206螺紋嚙合。在又一個實例實施方式中，為了伸長螺杆 206的手動轉動，伸長螺杆206的上端部可以形成正方形或其它多邊形形狀以接收曲軸、手 輪、扳手等。可以包括蓋子207以覆蓋伸長螺杆206，以保護伸長螺杆206不遭受塵垢和/ 或損害。在示出的實例中，軸環222耦合到伸長螺杆206的最下端部分224(圖2B)。軸 環222具有外壁，該外壁包括形成於其中的溝槽或通道(channel) 226，以保持夾具300 (圖 3B)，並且具有階梯式的裡壁或內壁228a和228b，內壁228a和228b由溝槽226分開並定 尺寸成能如下文討論的那樣接收和嚙合致動器的杆。在實例說明中，軸環222和伸長螺杆 206經由諸如例如機加工等的任何合適的處理被整體地形成為實質上整件的或單件結構。 然而，在其它實例實施方式中，軸環222和伸長螺杆206可以形成為分離件並且經由機械固 定件、焊接或任何合適的固定機構耦合。
驅動構件202實質上同軸地與杆106對準以便杆106可以延伸穿過致動器100的 外殼128 (圖1A)，以選擇性地嚙合驅動構件202以啟用致動器100的手動操作。如實例實 施方式中示出的那樣，圓柱形構件或超控杆230在一個端部操作地耦合到致動器杆106以 形成延伸的致動器杆。圓柱形構件或超控杆230在其另一端部具有由凹入的溝槽234形成 的唇件232。超控杆230的唇件232定尺寸成可移除地耦合到軸環222，以便唇件232與軸 環222的階梯式內壁228a嚙合。超控杆230置換活塞致動器中的活塞螺母132 (圖1A)， 或者隔膜致動器中的輪轂螺母164 (圖1B)。致動器杆106被擰進超控杆230的螺紋孔236 中，以便將超控杆230耦合到活塞126。在其它實例實施方式中，超控杆230可以經由機械 固定件、焊接或其它合適的固定機構操作地耦合到致動器杆106和/或活塞126。當軸環 222不與超控杆230接合時，實例手動超控裝置200不幹涉或者影響致動器100的操作。如圖2A中所示，支撐框架或底座204可以具有總體上圓錐形的主體238，在該主 體238在一個端部具有凸緣240，以及在另一個端部具有用於接收伸長螺杆206和止推螺 母214的孔242。孔242具有階梯式的內壁244，該內壁244定尺寸成接收止推螺母214的 頭部218以使頭部218能在內壁244中轉動。保持墊圈(retaining washer) 246經由螺杆 248a和248b被固定到支撐框架或底座204的內表面250。當伸長螺杆206轉動並沿著縱 向軸線219行進或移動時，階梯式的內壁244和保持墊圈246將止推螺母214保護在其位 置中。在其它實例實施方式中，孔242可以是帶螺紋的以便螺紋嚙合伸長螺杆206。支撐框 架或底座204可以由鋁、鋼或任何其它合適的材料製成。支撐框架或底座204可以具有開口部分252，軸環222和超控杆230可從支撐框 架或底座204的外面經由該開口部分252接近以選擇性地將手動超控裝置200接合到致動 器100。在其它實例實施方式中，覆蓋物或門可以覆蓋開口 252，以防止塵垢和/或碎屑汙 染伸長螺杆206、軸環222和/或超控杆230。支撐框架或底座204的凸緣240具有貫穿其中的多個安裝孔254用於將支撐框架 或底座204安裝到致動器100的外殼128。支撐框架或底座204可以經由螺栓256或穿過 多個安裝孔254並接合外殼128中對應的螺紋孔258的任何其它合適的固定件而被安裝到外殼128。在其它實例實施方式中，支撐框架或底座204可以通過諸如例如焊接、鉚釘、鉤子、夾具等其它方式固定到外殼128。在另外的其它實例實施方式中，支撐框架或底座204 以及外殼128可以整體地形成(例如經由注射模塑)以產生整體或單件結構。圖2B示出了選擇性地和操作地嚙合到致動器的手動超控裝置200。如上文討論的 那樣，在不需要軸環222和超控杆230的手動嚙合的緊急情況中，軸環222可以選擇性地齧 合到超控杆230以便根據閥的構造(即流體開、流體關等構造)迅速地打開或關閉閥。以 此種方式，軸環222嚙合到超控杆230，以便在第一方向和與該第一方向相反的第二方向之 間啟用致動器100的手動操作(例如，沿著縱向軸線219在兩個方向移動致動器100的杆 106)。圖3A和3B示出了可移除的U形夾具300的一個實例，該U形夾具300可以和實 例手動超控裝置200 —起使用以將軸環222耦合到超控杆230，以便手動地控制致動器以 及耦合到該致動器的閥的位置。夾具300定尺寸成接合溝槽226和234(圖2A)，從而將軸 環222耦合到超控杆230。如示出的那樣，夾具300可以具有環301，以輔助夾具300從軸 環222的插入和移除。參照圖2A-3B，當氣動致動器(例如致動器100)正常地操作時，手動超控裝置200 從超控杆230分離(圖2A)，並且超控杆230可以和活塞126 —起自由地移動而不幹擾手動 超控裝置200。為了使用手動超控裝置200，操作者轉動手輪208以延伸伸長螺杆206，以 選擇性地將軸環222接合到超控杆230，以手動地移動致動器100的杆106。在示出的例子 中，當手動超控裝置200從超控杆230分離時，夾具300經過溝槽226耦合到軸環222。在 軸環222與超控杆230嚙合時，夾具300在唇件232上方張開，並搭扣配合進入溝槽234， 以便將軸環222與超控杆230耦合。以此種方式，手動超控裝置200接合致動器而不要求 軸環222和超控杆230的手動接合。當軸環222和超控杆230嚙合時，超控杆230的溝槽 234實質上與軸環222的溝槽226對準。然而，在其它實例實施方式中，為了將軸環222耦 合到超控杆230，當軸環222與超控杆230嚙合時，夾具300可以經由底座開口 252手動地 插入溝槽226和234。以此種方式，軸環222接合超控杆230，並且手輪的轉動可以在一個 方向手動地操作致動器，直到夾具300手動地插入溝槽226和234。為了手動地控制致動器的位移方向，操作者可以順時針或逆時針地轉動手輪208， 以引起伸長螺杆206延伸或收回，並因此引起軸環222和超控杆230在沿著軸線219的縱 向路徑或線性路徑中行進。由於超控杆230耦合到致動器杆106，超控杆230引起閥杆108 和閥塞112沿著軸線219行進。行進範圍包括，在一個極限，閥塞112與閥座118密封接合 的關閉位置，以及在另一個極限，閥杆108移動到其所允許行進的最大限度的完全打開的 最大流速位置。為了脫離手動超控並將閥返回到自動操作，操作者通過接近支撐框架或底 座204中的開口，移除夾具300並轉動手輪208，以便將伸長螺杆206和軸環222收回到圖 2A中示出的位置，從而將軸環222與超控杆230分離。當分離時，操作者可以將夾具300重 新插入軸環222的溝槽226。在其它實例實施方式中，夾具300可以經由金屬絲、繩子等連 接到手動超控裝置200 (例如連接到底座204)。手動超控裝置200可以翻新改進到本領域中已經運行中的現存的控制閥。例如， 圖4示出了圖IB翻新改進成具有手動超控裝置200的控制閥101。在例子中，通氣孔塞174 和輪轂螺母164被移除並用超控杆230置換。通過將超控杆230固定到致動器杆162，超控杆230被耦合到隔膜154的致動器杆162。手動超控裝置200的支撐框架或底座204可以直接地安裝到閥的外殼150。如實例說明中示出的那樣，如果支撐框架或底座204的凸 緣240延伸到外殼150的寬度以外，或者如果外殼150的表面使凸緣240不能被安裝在其 上，則可以使用板402。在示出的實例中，支撐框架或底座204經由螺栓404穿過板402中 的與凸緣240的孔254對應的多個孔406連接到板402。板402隨後經由帶帽螺釘408連 接到外殼150的上部部分158，該帶帽螺釘408延伸穿過外殼150的上部部分158中的多個 孔410，並且嚙合板402中的多個螺紋孔412。在其它實例實施方式中，支撐框架或底座204 可以連接到板402和/或板402可以通過焊接、固定件或其它合適的固定機構連接到外殼 150。在其它實例實施方式中，凸緣240可以彎曲到實質上匹配外殼150的輪廓並安裝在其 上。 雖然本文已經描述了製造的某些方法、裝置以及物品，但本專利覆蓋的範圍不限 於這些。相反，本專利包括無論是字面地或在等價物的涵義之下完全落入附加權利要求範 圍內的製造的所有的方法、裝置以及物品。
權利要求
一種手動超控裝置，其包括底座，其將被安裝到致動器；以及驅動構件，其操作地耦合到所述底座，並且選擇性地可嚙合到所述致動器的杆，以在第一方向和第二方向啟用所述致動器的手動操作。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述第一方向與所述第二方向相反。
3.如權利要求1所述的裝置，其中，所述驅動構件將與所述杆實質上同軸地對準。
4.如權利要求1所述的裝置，其中，所述驅動構件包括帶螺紋的部分，所述帶螺紋的部 分操作地耦合到轉動構件，以便所述轉動構件的轉動引起所述驅動構件延伸或收回，以移 動所述致動器的所述杆。
5.如權利要求4所述的裝置，其中，所述帶螺紋的部分包括螺杆。
6.如權利要求4所述的裝置，其中，所述轉動構件包括手輪。
7.如權利要求1所述的裝置，還包括耦合到所述驅動構件的一端的軸環。
8.如權利要求7所述的裝置，其中，所述軸環將選擇性地嚙合所述杆。
9.如權利要求7所述的裝置，還包括將所述杆耦合到所述軸環的夾具。
10.如權利要求1所述的裝置，其中，所述底座具有用於接近的開口，以將所述杆耦合 到所述驅動構件。
11.如權利要求1所述的裝置，其中，所述底座包括凸緣，以將所述底座安裝到所述致動器。
12.如權利要求1所述的裝置，其中，所述致動器為氣動致動器。
13.—種手動超控裝置，其包括 支撐框架，其將被安裝到致動器；杆，其操作地耦合到所述致動器；以及驅動構件，其操作地耦合到所述支撐框架，並且選擇性地可嚙合到所述杆，以啟用所述 致動器的手動操作以控制所述致動器的位移。
14.如權利要求14所述的裝置，其中，所述驅動構件包括螺杆，所述螺杆操作地耦合到 手輪，以便所述手輪的轉動引起所述螺杆延伸或收回，以便手動地操作所述致動器。
15.如權利要求14所述的裝置，還包括鄰近於所述驅動構件的一端的軸環。
16.如權利要求16所述的裝置，其中，所述杆具有位於一端的唇件，以便將所述杆耦合 到所述軸環。
17.—種超控致動器的方法，所述方法包括 操作地耦合支撐框架和線性驅動裝置；將所述支撐框架安裝到所述致動器，其中，所述致動器包括杆；選擇性地將所述線性驅動裝置耦合到所述杆；以及手動地操作所述線性驅動裝置，以在第一位置和第二位置之間移動所述杆。
18.如權利要求18所述的方法，其中，手動地操作所述線性驅動裝置以移動所述杆的 步驟包括在第一方向和與所述第一方向相反的第二方向移動所述杆。
19.如權利要求18所述的方法，其中，手動地操作所述線性驅動裝置的步驟包括轉動 手輪以驅動螺杆。
20.如權利要求20所述的方法，其中，以順時針方向轉動所述手輪引起所述杆在第一方向移動，且以逆時針方向轉動所述手輪引起所述杆在與所述第一方向相反的第二方向移動。
21.如權利要求18所述的方法，還包括將延伸的致動器杆耦合到所述致動器的所述杆。
22.如權利要求22所述的方法，還包括選擇性地將延伸的致動器杆與所述線性驅動 裝置接合，並在所述第一位置和所述第二位置之間驅動所述延伸的致動器杆。
23.如權利要求18所述的方法，還包括將所述線性驅動裝置與所述杆同軸地對準。
24.如權利要求18所述的方法，其中，選擇性地將所述線性驅動裝置嚙合到所述杆的 步驟包括使用夾具將所述線性驅動裝置耦合到所述杆。
全文摘要
描述了用於線性致動器的手動超控操作的裝置和方法。一個實例裝置包括將要安裝到致動器的底座。驅動構件操作地耦合到底座，並且選擇性地可嚙合到致動器的杆，以便在第一方向和第二方向啟用致動器的手動操作。
文檔編號F16K31/126GK101828060SQ200880112173
公開日2010年9月8日 申請日期2008年9月12日 優先權日2007年9月21日
發明者朗尼·奧斯卡·戴維斯 申請人:費希爾控制產品國際有限公司