专利名称：使用扳起和锁定复位弹簧的用于阀的故障安全机构的制作方法
技术领域：
本机构总体上涉及电动阀系统，更具体地涉及具有故障安全特征的电动阀系统。
背景技术：
电动阀可被用于控制和计量流体(例如气体或液体)流。在某些环境下，这些电 动阀包括故障安全系统，例如在美国专利第6， 572， 076、6， 431， 317、6， 276， 664、5， 915， 668、 4， 289， 038、 RE30， 135、4， 113， 063和4， 090， 589号中公开的那些。
发明内容
提供了一种用于阀的故障安全机构。在操作过程中，故障安全机构首先被驱动至 能量储存位置，该机构因此被保持在合适位置上。阀于是处于可操作状态，而且无需驱动故 障安全机构，因此在正常操作过程中需要减小的驱动动力。在动力中断时，故障安全机构被 释放，并且将阀驱动至故障安全位置。 在一个实施例中，用于阀的故障安全机构由电动致动器定位。该故障安全机构包 括第一盘、第二盘、能量储存构件和锁定组件。第二盘以可操作的方式与电动致动器连接并 且受其驱动。第二盘还被构造成沿第一方向驱动第一盘并且沿着第二方向受第一盘驱动。 能量储存构件以可操作的方式连接于第一盘和锚固点之间。能量储存构件还被构造成在电 动致动器使第二盘沿第一方向驱动第一盘时储存能量，并且释放储存于其中的能量以允许 第一盘沿第二方向驱动第二盘。锁定组件被构造成将第一盘保持在扳起位置上，以允许第 二盘独立于与第一盘并且不受能量储存构件影响地旋转。 在另一实施例中提供了一种用于阀的故障安全机构，用于其通过电动致动器被驱 动进入打开和关闭位置并在打开和关闭位置之间驱动。故障安全机构包括安装板、连接盘、 分段盘、能量储存构件和锁定机构。连接盘可以相对于安装板旋转，并且由电动致动器旋转 驱动。分段盘可以选择性地与连接盘接合，并且在与连接盘接合时由其旋转驱动。能量储 存构件以可操作的方式与分段盘和安装板连接。当电动致动器通过连接盘将分段盘旋转驱 向扳起位置时，能量储存构件储存能量。锁定组件被装配在安装板上。锁定组件将分段盘 锁定在扳起位置上，直到电动致动器经历动力中断。 在又一实施例中提供了一种用于阀的故障安全机构，用于通过致动器被旋转驱动 进入打开和关闭位置并在打开和关闭位置之间驱动。故障安全机构包括安装板、连接盘、分 段盘、能量储存构件和锁定组件。连接盘可以相对于安装板旋转，并且由电动致动器旋转驱 动。分段盘可以选择性地与连接盘接合，并且在与连接盘接合时由其旋转驱动。能量储存构 件以可操作的方式与分段盘和安装板连接。当通过连接盘将分段盘旋转驱向扳起位置时， 能量储存构件储存能量。锁定组件被装配在安装板上。锁定组件被构造成以可释放的方式 将分段盘锁定在扳起位置上。同样地，致动器可以自由地将阀旋转驱动进入打开和关闭位 置并在打开和关闭位置之间驱动，而不受能量储存构件干涉。锁定组件还被构造成在致动 器的动力供应中断时使分段盘脱离扳起位置。
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当结合附图时，本发明的其它方面、目标和优点将从以下详细描述中变得更显而 易见。
包括在本说明书中且构成其一部分的附图示出了本发明的几个方面，并且连同描 述部分对本发明的原理进行解释。在附图中 图1是根据本发明教导的故障安全机构的示例性实施例的透视图；
图2是图1的故障安全机构的平面图。 虽然将联系某些优选实施例描述该故障安全机构，但并不希望将其局限于这些实 施例。相反地，希望覆盖包括在由提交的权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有替 换形式、改进和等同方式。
具体实施例方式
提供一种用于阀的故障安全机构。在操作过程中，故障安全机构首先被驱动至能 量储存位置，该机构因此被保持在合适位置上。于是，阀处于可操作状态，而且无需驱动故 障安全机构，因此在正常操作过程中需要驱动动力减小。在动力中断时，故障安全机构被释 放，并且将阀驱动至故障安全位置。 现在参见图l，示出了故障安全机构10。在以下描述中，故障安全机构IO将描述 成与用来计量流体(例如气体、液体)的电动阀一同使用。然而，其它故障安全机构也可以 被用在其使用阀的应用场合。如将在下面更完整地解释的那样，故障安全机构io允许电动 阀有效、安全地操作。如图1所示，故障安全机构包括分段盘12(例如，返回构件)、连接盘 14(例如，阀杆延伸部)、能量储存构件16和锁定组件18。 图1中的分段盘12经由轴承装配到阀杆20上，所述阀杆20例如是来自电动阀的。 在本文中，电动阀可以由电动致动器或电动液压致动器(统称"电动致动器")致动。分段 盘12能够沿顺时针或逆时针方向绕阀杆20自由旋转，除非运动受限(如下所释)。在图2 示出的实施例中，当从上往下看时，分段盘12具有非圆形外周22。特别地，分段盘12在中 心部分28的相对的两侧上包括弧形部分24和细长部分26。 分段盘12的中心部分28包括让阀的阀杆20穿过的中心孔30。弧形部分24包括 台肩32，其通常通过弧形侧壁34和径向向内延伸的侧壁36的交叉限定而成。弧形部分24 还限定邻接部分38，其由另一径向延伸的侧壁40的一部分形成。如在图2所示实施例中示 出的那样，台肩32和邻接部分38通常围绕外周22彼此间隔约90度。同样地，侧壁36、40 通常相互垂直。但也可以是其它方位和构造。 分段盘12分别在细长部分26和弧形部分24上支撑接合销42。在所示实施例中， 接合销42为单独的销，其整个穿过分段盘12并且伸出分段盘12的顶部表面和底部表面。 尽管接合销42被描绘成单独的销，但是此接合销也可具有其它合适的构造。例如，接合销 42可分为独立固定在分段盘12的顶部表面和底部表面上的顶段和底段。必要时，顶段和底 段可以彼此轴向对齐或彼此偏离。 如图1所示方位，连接盘14位于分段盘12下方。在图1所示实施例中，连接盘14 具有圆形外周44，并且还包括让阀的阀杆20穿过的中心孔。当装配在阀杆20上时，连接盘
514和分段盘12通常相互同轴。虽然分段盘12能绕阀杆20自由旋转，但连接盘14不能。 连接盘14与阀杆20连接，同样地与其一同旋转。当电动致动器正在打开和关闭位置之间 驱动阀时，阀杆20沿附图所示的通常顺时针或逆时针方向驱动连接盘14。
在图l所示实施例中，连接盘14和分段盘12位于安装板48上的中心开口 46内。 根据阀的具体构造，安装板48可以是封装在阀内部的故障安全机构10的部件，或者是绕阀 设置的壳体的一部分。如图所示，连接盘14和分段盘12与安装板48基本共面。安装板48 可形成为各种合适的形状。另外，类似于分段盘12和连接盘14，安装板48可以由一种或多 种不同材料构成。 如图所示，连接盘14包括通道50 (即凹槽)，其在连接盘14的顶部表面下方延伸。 通道50可以以机械加工的方式或者以其它方式合适地形成在连接盘14上。通道50通常 设在连接盘14的相对侧上并且靠近其外周44。如将在下面更完整地解释的那样，各通道 50的长度通常至少对应于使阀从打开位置过渡到关闭位置需要的转动量，反之亦然。
各接合销42的接口部分向下伸入通道50之一。如将在下面更完整地解释的那样， 有时允许分段盘12上的接合销42的接口部分移动并且穿过连接盘14的通道50。在出现 这种情形时，连接盘14可以与分段盘12无关地自由旋转。而在其它时候，接合销42的接 口部分接合通道50的端壁52。当出现这种情形时，连接盘14和分段盘12相互接合，并且 通常一同沿一个或另一个方向旋转。 在图1所示实施例中，能量储存构件16由多个拉伸弹簧54构成。拉伸弹簧54的 一端与接合销42之一的上突部分连接。拉伸弹簧54的另一端与固定在安装板48上的锚 56连接。在安装板48由阀壳体的一部分形成的这些实施例中，只将各拉伸弹簧54的另一 端锚固在壳体的合适部分上。 在图1中，拉伸弹簧54被示出处于延伸或伸展状态。因此，各拉伸弹簧54储存有 能量，而如下面更完整解释的那样，这些能量可以被释放。当处于扩张状态时，拉伸弹簧54 通常偏压分段盘12使其逆时针旋转。拉伸弹簧54的拉力促使分段盘12旋转以使弹簧运 动至未延伸状态。然而，在图1所示状态下，由锁定组件18将分段盘12保持在合适位置上 并且禁止其旋转。 在图1所示实施例中，锁定组件18通常包括杠杆臂58、螺线管60和螺线管复位弹 簧62。杠杆臂58以可枢转的方式装配在伸出安装板48的枢转柱64上。杠杆臂58两侧 具有端部66、68。端部之一66被构造成接合分段盘12的台肩32。当端部32接合台肩32 时，分段盘12被禁止逆时针旋转，尽管受到拉伸弹簧54的拉力。杠杆臂58的另一端68被 设置成与螺线管60的电枢70接合。 螺线管60以可操作的方式与安装板48连接。在图1所示实施例中，通过托架组 件72锚固螺线管60。如图所示，托架组件72通过合适连接件(例如螺杆、铆钉、螺栓等) 固定在安装板48上。托架组件72和杠杆臂58均包括向上突起的装配件74。螺线管复位 弹簧62以可操作的方式与这些装配件74连接，并且通常在这些装配件74之间延伸。当螺 线管60的电枢70伸出时(如图1所示)，螺线管复位弹簧62被拉伸。因此，螺线管复位弹 簧62试图将杠杆臂58的端部68拉向螺线管60。然而，伸出的螺线管的电枢70阻止其发 生。然而，如果螺线管60的电枢70并未伸出，那么螺线管复位弹簧62就能够将杠杆臂58 的端部68拉向螺线管60。
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在图1和2中，锁定组件18还包括位置开关76和止动挡块78。在图1和2所示 实施例中，位置开关76和止动挡块78装配在托架组件72上。然而，在其它实施例中，位置 开关76和止动挡块78可以直接与安装板48连接或固定在与故障安全机构10相关的阀的 壳体上。 位置开关76的臂通常向内伸入安装板48的中心开口 46，使得当分段盘12充分旋 转时，位置开关的臂受邻接部分38冲击，位置开关被触发。当位置开关76被触发时，分段 盘12的位置已知，相应地，阀的位置也是已知的。在图1和2所示实施例中，当分段盘12 的邻接部分38已触动位置开关76的臂时，阀通常处于完全打开位置上或附近。然而，在另 一实施例中，阀可以处于完全关闭位置上或附近。 止动挡块78向内伸入安装板48的中心开口 46，并且能够干涉分段盘12的旋转。 例如，止动挡块78通过接合邻接部分38阻止分段盘12沿顺时针方向过度旋转(即旋转越 过中心)。止动挡块78还阻止拉伸弹簧54彼此干涉。如图1和2所示，止动挡块78不干 涉连接盘14的旋转。 在操作中，当结合有故障安全机构10的电动阀受到激励时，电动致动器通过阀杆 20沿顺时针方向驱动连接盘14。当连接盘14旋转时，弧形凹槽50的端壁52接合分段盘 12上的伸入弧形凹槽的接合销42。由于这种接合，连接盘14顺时针驱动分段盘。由于拉 伸弹簧54与分段盘连接且锚固在安装板48上，当分段盘12继续旋转时，拉伸弹簧54受到 拉伸并且储存能量。 转动分段盘12直至阀处于完全打开位置(或完全关闭位置，这取决于阀的构造) 并且邻接部分38接合位置开关76，在一个实施例中接合止动挡块78。此时，螺线管60被 激活。激活的螺线管60伸出电枢，克服螺线管复位弹簧62的偏压，直至杠杆臂58的端部 68被推离螺线管。当杠杆臂58枢转时，杠杆臂58的另一端66抓住分段盘12的台肩32， 并且将分段盘保持在"扳起"位置，如图1和2所示。当分段盘12被保持在扳起位置上时， 在分段盘12旋转过程中赋予拉伸弹簧54的能量被保持。 在已扳起分段盘12之后，在阀被操作时，连接盘14随同阀杆20沿顺时针和逆时 针方向移动。当连接盘14旋转时，分段盘12上的销42在通道50内前后运动。因此，连接 盘14能够独立于分段盘12旋转。连接盘14也不受拉伸弹簧54影B向，因为分段盘12被锁 定组件18保持在扳起位置上。因此，可以使用成本更少、功耗更低的更小的电动致动器来 在正常阀操作期间驱动阀(和连接盘12)。 在驱动阀(和/或螺线管60)的电动致动器的动力供应中断时，锁定组件18释放 分段盘12。具体地，螺线管60的电枢70縮回。当这种情形出现时，螺线管复位弹簧62将 杠杆臂58的端部68拉向螺线管60，杠杆臂58相应地枢转，并且杠杆臂58的端部66脱离 分段盘12的台肩32。在本文中，动力中断可以是非常短暂的动力损失或者更长持续时间的 动力损失。 当分段盘12被锁定组件18放开时，拉伸弹簧54收縮并且释放所储存的能量。因 此，拉伸弹簧54推动分段盘12沿逆时针方向旋转。随着分段盘12旋转，接合销42穿过连 接盘14中的通道50，直到它们与通道端壁52接合。此后，由于销42和端壁52的相互作 用，当拉伸弹簧54储存的能量将弹簧驱动至其縮回(即未延伸)状态时，分段盘12沿逆时 针方向驱动连接盘14。由于连接盘14被固定在阀杆20上，因此阀被相应地驱动到故障安全位置(例如，流体被禁止或阻止流过的闭合位置)。 —旦电动阀恢复动力，则电动致动器能够再次使故障安全机构10处于上述锁定 位置，特别是将分段盘12驱动到上述锁定位置。此后，阀能够不受拉伸弹簧54阻碍地操作， 因此在驱动阀时需要更小的动力，或者能够在同等动力牵引下更快速率地驱动阀。从上述 内容中可以看到，故障安全机构10允许阀与成本更少、正常操作期间需要的动力更低的更 小的电动致动器一起操作。 在此提及的包括公开文本、专利申请文本和专利文本在内的所有参考文件均同等 地并入本文中，就像每件参考文献都被单独且特别地指出是以参考方式并入的，并且在此 是全文提出的。 在描述本发明的上下文(特别是下列权利要求的上下文)中用到的术语"一个"和 "这个"及类似指代用语应被解释成包括单数和复数形式，除非在本文中以其它方式指出过 或与上下文明显矛盾。术语"包含"、"具有"、"包括"和"含有"应被解释成开放式术语(即 指的是"包括，但不限于")，除非另有说明。在文本中，数值范围的叙述只是充当单独提及 落在该范围内的各单独数值的速记方法，除非另有说明；并且各单独数值被结合到本说明 书中，就好像它在本文中被单独提及那样。本文中描述过的所有方法可以按照任何合适的 顺序执行，除非另有说明或者明显与上下文矛盾。文中提及的任何和所有实例、或示例性语 言(例如"诸如")只是用于更好地说明本发明，而非限制本发明的范围，除非另有说明。说 明书中的任何语言均不应被解释为将任何未请求的元件指定成是实施本发明必不可少的。
在此描述了本发明的优选实施例，其包括了发明人知晓的本发明的最佳实施方 式。这些优选实施例的变型对于阅读了上述描述的本领域普通技术人员而言是显而易见 的，发明人希望本发明以除在此具体描述的方式之外的其它方式来实施。因此，本发明包括 了适用法律允许的所有改进和所提交的权利要求中提及的主体的等同物。此外，所有可能 的变型中的上述元件的任何组合均被本发明所包括，除非文中另有说明或者明显与上下文 矛盾。
权利要求
一种具有故障安全位置且由电动致动器定位的用于阀的故障安全机构，其包括返回构件；阀杆延伸部，其以可操作的方式与阀连接且由电动致动器驱动，所述阀杆延伸部被构造成沿第一方向向扳起位置驱动返回构件，并且沿第二方向受到返回构件驱动，从而将阀移向故障安全位置；能量储存构件，其以能操作的方式连接于返回构件和锚固件之间，所述能量储存构件被构造成在电动致动器使阀杆延伸部沿第一方向驱动返回构件时储存能量，在动力中断使返回构件沿第二方向驱动阀杆延伸部和阀时释放储存于其中的能量；以及锁定组件，其被构造成将返回构件保持在扳起位置上，使得在动力被施加于电动致动器上时，阀杆延伸部独立于返回构件且不受能量储存构件影响地与阀一同旋转。
2. 如权利要求1所述的故障安全机构，其中 锁定组件被构造成在动力中断时使第一构件脱离扳起位置。
3. 如权利要求1所述的故障安全机构，其中返回构件和阀杆延伸部通过凹槽和销的相互作用相互接合，并且能量储存构件包括多 个细长的拉伸弹簧。
4. 如权利要求1所述的故障安全机构，其中故障安全机构还包括安装板，所述安装板与返回构件和阀杆延伸部共面，并且提供锚 固件。
5. 如权利要求1所述的故障安全机构，其中能量储存构件为细长的拉伸弹簧，所述细长的拉伸弹簧被构造成当第一构件向扳起位 置移动时被拉伸。
6. 如权利要求1所述的故障安全机构，其中第一构件是具有非圆形外周的第一盘，阀杆延伸部是具有圆形外周的第二盘。
7. 如权利要求1所述的故障安全机构，其中 锁定组件包括螺线管。
8. 如权利要求7所述的故障安全机构，其中锁定组件包括杠杆枢转臂和复位弹簧，复位弹簧将杠杆枢转臂的一端偏压向螺线管。
9. 如权利要求7所述的故障安全机构，其中故障安全机构还包括支撑螺线管的托架组件，所述托架组件包括防止第一构件转过扳 起位置的止动挡板和确定阀最大行程的位置开关。
10. —种通过电动致动器被驱动进入打开和关闭位置并在打开和关闭位置之间驱动 的、用于具有阀杆的阀的故障安全机构，其包括安装板；连接盘，其可以相对于安装板旋转并且以可操作的方式连接阀杆，所述连接盘由电动 致动器旋转地驱动；分段盘，其能选择性地与连接盘接合，并且在与连接盘接合时由连接盘旋转地驱动； 能量储存构件，其以能操作的方式与分段盘和安装板连接，当电动致动器通过连接盘 将分段盘旋转驱向扳起位置时，能量储存构件储存能量；锁定组件，其被装配在安装板上，并且将分段盘锁定在扳起位置上，直到电动致动器经历动力中断。
11. 如权利要求10所述的故障安全机构，其中 锁定组件被构造成在动力中断时使分段盘脱离扳起位置。
12. 如权利要求11所述的故障安全机构，其中当分段板脱离扳起位置时，该分段板能够接合并且利用存在能量储存设备中的能量旋 转地驱动连接盘。
13. 如权利要求12所述的故障安全机构，其中 连接盘在受到分段盘驱动时能够将阀驱动到故障安全位置。
14. 如权利要求IO所述的故障安全机构，其中在已将分段盘锁定在扳起位置上之后，连接盘独立于分段盘旋转。
15. 如权利要求IO所述的故障安全机构，其中 在分段盘处于扳起位置时，连接盘独立于分段盘旋转。
16. —种通过致动器被旋转驱动进入打开和关闭位置并在打开和关闭位置之间驱动 的、用于阀的故障安全机构，其包括安装板；连接盘，其能相对于安装板旋转，并且由电动致动器旋转地驱动； 分段盘，其能选择性地与连接盘接合，并且在与连接盘接合时由连接盘旋转地驱动； 能量储存构件，其以能操作的方式与分段盘和安装板连接，当通过连接盘将分段盘旋 转驱向扳起位置时，能量储存构件储存能量；装配在安装板上的锁定组件，所述锁定组件被构造成以能释放的方式将分段盘锁定在扳起位置上使得致动器可以自由地将阀旋转驱动进 入打开和关闭位置并在打开和关闭位置之间驱动，而不受能量储存构件干涉，在致动器的动力中断时使分段盘脱离扳起位置以将阀驱动至故障安全位置。
17. 如权利要求16所述的故障安全机构，其中锁定组件被构造成以能释放的方式将分段盘锁定在扳起位置上，使得连接盘能够独立 于分段盘旋转；并且能量储存构件中的能量被用于在动力出现中断且锁定组件已使分段盘 脱离扳起位置时驱动分段盘离开扳起位置，所述分段盘接着驱动连接盘以将阀驱动至故障 安全位置。
18. 如权利要求16所述的故障安全机构，其中连接盘具有沿外周形成于顶部表面中的弧形通道，并且分段盘包括伸入弧形通道的销。
19. 如权利要求18所述的故障安全机构，其中销的第一部分和第二部分从分段盘的总体上相对的侧面上突起，销的第一部分以能 操作的方式与能量储存构件连接，销的第二部分穿过弧形通道并且能与弧形通道的端壁接 合。
20. 如权利要求19所述的故障安全机构，其中 安装板设在阀中。
全文摘要
一种故障安全机构，其具有返回构件、阀杆延伸部、能量储存构件和锁定组件。阀杆延伸部由电动致动器驱动且被构造成沿第一方向驱动返回构件，并且沿第二方向受到返回构件驱动。能量储存构件被构造成在电动致动器使阀杆延伸部沿第一方向驱动返回构件时储存能量，在动力中断使返回构件沿第二方向驱动阀杆延伸部时释放储存于其中的能量。锁定组件被构造成将返回构件保持在扳起位置上，使得在动力被施加于电动致动器上时，阀杆延伸部对立于返回构件无关且不受能量储存构件影响与阀一同旋转。
文档编号F16K31/04GK101796338SQ200880102958
公开日2010年8月4日 申请日期2008年7月10日 优先权日2007年8月15日
发明者D·K·斯图尔特, J·卡明斯基, S·C·斯顿博 申请人:伍德沃德控制器公司