用于线性致动器的手动超控操作的装置和方法

专利名称：用于线性致动器的手动超控操作的装置和方法
技术领域：
本公开内容总体上涉及控制阀，并且更具体地涉及线性致动器的手动超控操作 (manually override operation)的装置禾口方法。
背景技术：
很多过程控制阀是使用众所周知的隔膜型或活塞型气动致动器气动地致动的。致 动器通过提供力和运动以打开或关闭阀来自动控制阀。气动致动器用于操作诸如例如线性 阀、旋转阀等的控制阀。诸如闸阀(gate valve)、球体阀(globe valve)、隔膜阀、管夹阀以 及角阀的线性阀典型地具有阀杆(valve stem)(例如滑动的杆)，该阀杆驱动打开位置和 关闭位置之间的流量控制构件(例如塞子)。诸如蝶阀、球阀(ball valve)、圆盘阀等的旋 转阀典型地具有阀轴(valve shaft)，该阀轴驱动打开位置和关闭位置之间的流量控制构 件。同样，典型地，致动器杆将线性阀杆或者旋转阀轴操作地耦合到致动器(例如气动致动 器、液压致动器等)。在操作中，控制器可以引起致动器将阀杆或轴杆定位，因此，将流量控制构件定位 到想要的位置以调节流过阀的流体。当阀关闭时，流量控制构件典型地构造成与环形的或 圆周的密封件接合，该密封件围绕穿过阀的流动路径以防止流体流动(例如在一个方向或 两个方向)穿过阀。在紧急情况、电力故障或者如果供给到气动致动器的空气切断时，则有必要将阀 的流量控制构件的位置手动超控到想要的位置(例如关闭位置)。一般地，已知的用于控 制阀的手动超控机构允许阀的手动操作，并且不需要外部电源将阀的流量控制构件移动到 想要的位置。作为替代，这些已知的手动超控机构典型地使用手轮、链轮、杠杆、可分离机构 (declutchablemechanism)或这些机构的组合，以驱动提供减速的一系列传动装置(例如 蜗杆传动变速箱等)，这引起比起由人提供的输入(手动)扭矩来较高的输出扭矩。一些已知的手动超控机构使用蜗杆传动变速箱，在该蜗杆传动变速箱中，自锁 蜗杆以及蜗轮传动装置将阀保持在想要的位置。然而，此种构造通常要求将手动超控杆 (manual override stem)中的孔与致动器杆中的孔对准，并使销从其中滑动穿过以接合手 动超控机构。在紧急情况中，此过程可能是耗费时间的，并且是不可接受的。其它已知用途 使用可分离蜗杆传动变速箱，其涉及手动地将杠杆接合，以经由手轮启用阀的手动操作。然 而，蜗杆传动变速箱相对昂贵，并且涉及与致动器的复杂的组装。另外，大多数已知的使用 蜗杆传动变速箱的手动超控机构仅可以用作工厂安装选项，并且不能翻新改进到本领域中 现存的阀。另一种已知的实例手动超控机构提供直接安装到致动器的手轮和螺杆组合(hand wheel and screw combination)，以手动地操作阀。然而，此种已知构造在一个方向中限制 一些阀的操作，且因此，一旦手动地操作这些阀，超控机构不能用于在另外的或者相反的方 向操作阀。

发明内容
在一个例子中，手动超控装置包括将被安装到致动器的底座。该装置还包括操作 地耦合到该底座并选择性地可接合到致动器的杆的驱动构件，以启用致动器在第一方向和 第二方向的手动操作。在另一个例子中，手动超控装置包括将被安装到致动器的支撑框架以及操作地耦合到致动器的杆。实例装置进一步包括操作地耦合到该支撑框架并选择性地可接合到杆的 驱动构件，以启用致动器的手动操作以便控制致动器的位移。在又一个例子中，一种超控致动器的方法包括将支撑框架与线性驱动装置操作地 耦合。该实例方法还包括将支撑框架安装到致动器，其中致动器包括杆。该方法进一步包 括选择性地将线性驱动装置接合到杆，并手动操作该线性驱动装置以便在第一位置和第二 位置之间移动杆。


图IA和IB为分别由活塞和隔膜气动致动器操作的已知控制阀的剖视侧视图。图2A为实例手动超控装置的剖视图。图2B为操作地接合到致动器杆的图2A的手动超控装置的实例的剖视图。图3A为图2A和2B的实例手动超控装置的剖视图，其描绘了一种将手动超控装置 耦合到致动器杆的夹具。图3B为图3A的实例夹具的放大视图。图4为安装到隔膜致动器的实例手动超控装置的剖视侧视图。
具体实施例方式一般地，本文描述的实例手动超控装置可以用于选择性地接合例如阀致动器，以 启用致动器的控制，以便将阀的流量控制构件定位在允许流体流过阀的完全打开位置和限 制或阻止流体流过阀的完全关闭位置之间的任何位置处。本文讨论的实例手动超控装置 可以应用到具有线性致动器的气动地操作的控制阀，诸如例如控制阀、节流阀，开/关阀 等。具体地，该实例手动超控装置在和双致动的致动器(dual actuated actuator)(即， 其中压缩流体用于打开和关闭阀)一起使用时以及和流体开或未能关(fluid-to-open orfail-to-close)致动的阀(即，其中弹簧将阀偏压在关闭位置)一起使用时特别有优势。 另外，本文描述的实例手动超控装置可以作为工厂安装选择而被提供，或可选择地，可以翻 新改进本领域中现存的控制阀。在描述实例手动超控装置之前，首先结合图IA和图IB提供了对已知的气动致动 的控制阀的简要讨论。典型地，控制阀总成包括阀体，该阀体罩住内部调节部件(internal trim part)和致动器以提供操作该阀的动力。阀体为阀外罩的主压力边界，其提供流体流 动通道，管道连接端部，并且支撑用于阀流量控制构件(例如塞子)的基座表面。内部调节 部件为阀的内部零件，其控制流过阀的流量。例如，在滑动杆阀(例如球体阀)中，调节部 件可以包括流量控制构件、承座环、隔离罩(cage)、阀杆以及杆销。诸如活塞致动器和隔膜致动器的气动致动器通常用于操作控制阀。下文分别结合 图IA和图IB示出和描述了实例活塞以及隔膜致动的控制阀100和101。然而，结合手动超控装置描述的实例不限于图IA和IB的实例说明，并且可以和由诸如例如图IB的致动器 142的线性致动器操作的诸如例如滑杆阀(例如闸阀、球体阀等)和旋转阀(例如球阀、圆 盘阀、蝶阀等)的各种类型的阀一起使用。图IA示出的控制阀100包括连接到阀帽104的阀体102。该阀帽104罩住致动器 杆106，该致动器杆106在致动器杆106的下端部110耦合到阀杆108。阀杆108穿过阀帽 104并进入阀体102中。在该实例中，阀塞112耦合到阀杆108的下端部114。该阀杆108 和阀塞112可以形成为单件，或可以形成为通过普通固定方法连接的分离件。阀塞112包 括基座表面116，该基座表面116与孔120的阀座118配合以控制端口区域，流体可以从入 口通道122流动穿过该端口区域到达出口通道124。因此，允许穿过控制阀100的流速由阀 杆108的位置控制，并因此由阀塞112相对于孔120的阀座118的位置控制。阀杆108的 位置可以从关闭位置变化到完全打开位置或最大流速位置，在关闭位置时阀塞112与阀座 118密封接合。图IA中示出的实例说明通常指的是流体开(即未能关)活塞致动的阀。当诸如空 气的压缩流体作用在活塞126的表面127上时，活塞126将阀塞112驱动到打开位置。活 塞气缸外壳128罩住活塞126并且连接到阀帽104。活塞126使用螺母132耦合到致动器 杆106的上端部130。当没有压缩流体作用在活塞126的表面127上时，弹簧座136和活塞 126之间的弹簧134将阀塞112偏压在关闭位置。在操作中，可以通过入口端口(未示出)施加压缩流体(例如空气)以引起活塞 126压缩弹簧134并在纵向路径中离开阀体102运动。活塞126的此运动引起致动器杆 106、阀杆108以及因此阀塞112从阀座118移开，以允许流体流过孔120。当活塞126上的 空气压力被释放或移除时，活塞126和致动器杆106在弹簧134的影响下移动，以引起阀塞 112向着阀座118移动和/或移动成与阀座118接触，以限制流体流过孔120。可调节的螺 杆138可以通过像停止装置一样起作用而用于限制最大流体流量，以便限制活塞126和致 动器杆106的行进。在图IB的实例中，隔膜致动器142耦合到阀144，该阀144实质上类似于图IA中 描绘的阀。阀144的类似于或者相同于图IA中的阀的那些零件用相同的附图标记标出。 图IB的控制阀101通常指的是流体关(即未能开)隔膜致动的阀。隔膜外壳150连接到 阀帽152并且罩住隔膜154，该隔膜154对应于移动中央安装轮毂156的控制压力。隔膜外 壳150具有经由螺杆或螺栓固定在一起的上部部分158以及下部部分160。中央安装轮毂 156耦合到致动器142的杆162，同时轮毂螺母164位于杆162的上端部166。杆162在杆 162的下端部168耦合到阀杆108，并且进而阀杆108耦合到阀塞112。当没有压缩流体作 用在隔膜154上时，弹簧座172和隔膜154之间的弹簧170引起阀塞112移动到打开位置。 通气孔塞(vent plug) 174可以安装到隔膜外壳150，以释放来自外壳150的压缩流体。图2A示出了一个实例手动超控装置200。该实例超控装置200包括手动操作致动器的超控机构或驱动构件202，以及将超控机构或驱动构件202安装到致动器的支撑框架 或底座204。在实例说明中，超控机构或驱动构件202具有耦合到旋转构件208的螺纹构件 206。如示出的那样，旋转构件可以是具有衬套210和把手212的手轮208，该衬套210定位 成实质上靠近手轮208的中心。手轮208的衬套210同轴地耦合到螺纹止推螺母214，该止 推螺母214具有内螺纹主体216 (图2B)以及头部218。通过外螺纹伸长螺杆的例子示出了螺纹构件206。止推螺母214与伸长螺杆(elongated screw) 206螺纹啮合，以便绕着伸长 螺杆206的纵向轴线219以顺时针或逆时针方向转动手轮208使得伸长螺杆206沿着纵向 或线性路径移动(例如延伸或收回)。在其它实例实施方式中，手轮208的衬套210可以 是带螺纹的，并且可以与伸长螺杆206螺纹啮合。在又一个实例实施方式中，为了伸长螺杆 206的手动转动，伸长螺杆206的上端部可以形成正方形或其它多边形形状以接收曲轴、手 轮、扳手等。可以包括盖子207以覆盖伸长螺杆206，以保护伸长螺杆206不遭受尘垢和/ 或损害。在示出的实例中，轴环222耦合到伸长螺杆206的最下端部分224(图2B)。轴 环222具有外壁，该外壁包括形成于其中的沟槽或通道(channel) 226，以保持夹具300 (图 3B)，并且具有阶梯式的里壁或内壁228a和228b，内壁228a和228b由沟槽226分开并定 尺寸成能如下文讨论的那样接收和啮合致动器的杆。在实例说明中，轴环222和伸长螺杆 206经由诸如例如机加工等的任何合适的处理被整体地形成为实质上整件的或单件结构。 然而，在其它实例实施方式中，轴环222和伸长螺杆206可以形成为分离件并且经由机械固 定件、焊接或任何合适的固定机构耦合。
驱动构件202实质上同轴地与杆106对准以便杆106可以延伸穿过致动器100的 外壳128 (图1A)，以选择性地啮合驱动构件202以启用致动器100的手动操作。如实例实 施方式中示出的那样，圆柱形构件或超控杆230在一个端部操作地耦合到致动器杆106以 形成延伸的致动器杆。圆柱形构件或超控杆230在其另一端部具有由凹入的沟槽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轴环222，以便唇件232与轴 环222的阶梯式内壁228a啮合。超控杆230置换活塞致动器中的活塞螺母132 (图1A)， 或者隔膜致动器中的轮毂螺母164 (图1B)。致动器杆106被拧进超控杆230的螺纹孔236 中，以便将超控杆230耦合到活塞126。在其它实例实施方式中，超控杆230可以经由机械 固定件、焊接或其它合适的固定机构操作地耦合到致动器杆106和/或活塞126。当轴环 222不与超控杆230接合时，实例手动超控装置200不干涉或者影响致动器100的操作。如图2A中所示，支撑框架或底座204可以具有总体上圆锥形的主体238，在该主 体238在一个端部具有凸缘240，以及在另一个端部具有用于接收伸长螺杆206和止推螺 母214的孔242。孔242具有阶梯式的内壁244，该内壁244定尺寸成接收止推螺母214的 头部218以使头部218能在内壁244中转动。保持垫圈(retaining washer) 246经由螺杆 248a和248b被固定到支撑框架或底座204的内表面250。当伸长螺杆206转动并沿着纵 向轴线219行进或移动时，阶梯式的内壁244和保持垫圈246将止推螺母214保护在其位 置中。在其它实例实施方式中，孔242可以是带螺纹的以便螺纹啮合伸长螺杆206。支撑框 架或底座204可以由铝、钢或任何其它合适的材料制成。支撑框架或底座204可以具有开口部分252，轴环222和超控杆230可从支撑框 架或底座204的外面经由该开口部分252接近以选择性地将手动超控装置200接合到致动 器100。在其它实例实施方式中，覆盖物或门可以覆盖开口 252，以防止尘垢和/或碎屑污 染伸长螺杆206、轴环222和/或超控杆230。支撑框架或底座204的凸缘240具有贯穿其中的多个安装孔254用于将支撑框架 或底座204安装到致动器100的外壳128。支撑框架或底座204可以经由螺栓256或穿过 多个安装孔254并接合外壳128中对应的螺纹孔258的任何其它合适的固定件而被安装到外壳128。在其它实例实施方式中，支撑框架或底座204可以通过诸如例如焊接、铆钉、钩子、夹具等其它方式固定到外壳128。在另外的其它实例实施方式中，支撑框架或底座204 以及外壳128可以整体地形成(例如经由注射模塑)以产生整体或单件结构。图2B示出了选择性地和操作地啮合到致动器的手动超控装置200。如上文讨论的 那样，在不需要轴环222和超控杆230的手动啮合的紧急情况中，轴环222可以选择性地啮 合到超控杆230以便根据阀的构造(即流体开、流体关等构造)迅速地打开或关闭阀。以 此种方式，轴环222啮合到超控杆230，以便在第一方向和与该第一方向相反的第二方向之 间启用致动器100的手动操作(例如，沿着纵向轴线219在两个方向移动致动器100的杆 106)。图3A和3B示出了可移除的U形夹具300的一个实例，该U形夹具300可以和实 例手动超控装置200 —起使用以将轴环222耦合到超控杆230，以便手动地控制致动器以 及耦合到该致动器的阀的位置。夹具300定尺寸成接合沟槽226和234(图2A)，从而将轴 环222耦合到超控杆230。如示出的那样，夹具300可以具有环301，以辅助夹具300从轴 环222的插入和移除。参照图2A-3B，当气动致动器(例如致动器100)正常地操作时，手动超控装置200 从超控杆230分离(图2A)，并且超控杆230可以和活塞126 —起自由地移动而不干扰手动 超控装置200。为了使用手动超控装置200，操作者转动手轮208以延伸伸长螺杆206，以 选择性地将轴环222接合到超控杆230，以手动地移动致动器100的杆106。在示出的例子 中，当手动超控装置200从超控杆230分离时，夹具300经过沟槽226耦合到轴环222。在 轴环222与超控杆230啮合时，夹具300在唇件232上方张开，并搭扣配合进入沟槽234， 以便将轴环222与超控杆230耦合。以此种方式，手动超控装置200接合致动器而不要求 轴环222和超控杆230的手动接合。当轴环222和超控杆230啮合时，超控杆230的沟槽 234实质上与轴环222的沟槽226对准。然而，在其它实例实施方式中，为了将轴环222耦 合到超控杆230，当轴环222与超控杆230啮合时，夹具300可以经由底座开口 252手动地 插入沟槽226和234。以此种方式，轴环222接合超控杆230，并且手轮的转动可以在一个 方向手动地操作致动器，直到夹具300手动地插入沟槽226和234。为了手动地控制致动器的位移方向，操作者可以顺时针或逆时针地转动手轮208， 以引起伸长螺杆206延伸或收回，并因此引起轴环222和超控杆230在沿着轴线219的纵 向路径或线性路径中行进。由于超控杆230耦合到致动器杆106，超控杆230引起阀杆108 和阀塞112沿着轴线219行进。行进范围包括，在一个极限，阀塞112与阀座118密封接合 的关闭位置，以及在另一个极限，阀杆108移动到其所允许行进的最大限度的完全打开的 最大流速位置。为了脱离手动超控并将阀返回到自动操作，操作者通过接近支撑框架或底 座204中的开口，移除夹具300并转动手轮208，以便将伸长螺杆206和轴环222收回到图 2A中示出的位置，从而将轴环222与超控杆230分离。当分离时，操作者可以将夹具300重 新插入轴环222的沟槽226。在其它实例实施方式中，夹具300可以经由金属丝、绳子等连 接到手动超控装置200 (例如连接到底座204)。手动超控装置200可以翻新改进到本领域中已经运行中的现存的控制阀。例如， 图4示出了图IB翻新改进成具有手动超控装置200的控制阀101。在例子中，通气孔塞174 和轮毂螺母164被移除并用超控杆230置换。通过将超控杆230固定到致动器杆162，超控杆230被耦合到隔膜154的致动器杆162。手动超控装置200的支撑框架或底座204可以直接地安装到阀的外壳150。如实例说明中示出的那样，如果支撑框架或底座204的凸 缘240延伸到外壳150的宽度以外，或者如果外壳150的表面使凸缘240不能被安装在其 上，则可以使用板402。在示出的实例中，支撑框架或底座204经由螺栓404穿过板402中 的与凸缘240的孔254对应的多个孔406连接到板402。板402随后经由带帽螺钉408连 接到外壳150的上部部分158，该带帽螺钉408延伸穿过外壳150的上部部分158中的多个 孔410，并且啮合板402中的多个螺纹孔412。在其它实例实施方式中，支撑框架或底座204 可以连接到板402和/或板402可以通过焊接、固定件或其它合适的固定机构连接到外壳 150。在其它实例实施方式中，凸缘240可以弯曲到实质上匹配外壳150的轮廓并安装在其 上。 虽然本文已经描述了制造的某些方法、装置以及物品，但本专利覆盖的范围不限 于这些。相反，本专利包括无论是字面地或在等价物的涵义之下完全落入附加权利要求范 围内的制造的所有的方法、装置以及物品。
权利要求
一种手动超控装置，其包括底座，其将被安装到致动器；以及驱动构件，其操作地耦合到所述底座，并且选择性地可啮合到所述致动器的杆，以在第一方向和第二方向启用所述致动器的手动操作。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一方向与所述第二方向相反。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述驱动构件将与所述杆实质上同轴地对准。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述驱动构件包括带螺纹的部分，所述带螺纹的部 分操作地耦合到转动构件，以便所述转动构件的转动引起所述驱动构件延伸或收回，以移 动所述致动器的所述杆。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述带螺纹的部分包括螺杆。
6.如权利要求4所述的装置，其中，所述转动构件包括手轮。
7.如权利要求1所述的装置，还包括耦合到所述驱动构件的一端的轴环。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述轴环将选择性地啮合所述杆。
9.如权利要求7所述的装置，还包括将所述杆耦合到所述轴环的夹具。
10.如权利要求1所述的装置，其中，所述底座具有用于接近的开口，以将所述杆耦合 到所述驱动构件。
11.如权利要求1所述的装置，其中，所述底座包括凸缘，以将所述底座安装到所述致动器。
12.如权利要求1所述的装置，其中，所述致动器为气动致动器。
13.—种手动超控装置，其包括 支撑框架，其将被安装到致动器；杆，其操作地耦合到所述致动器；以及驱动构件，其操作地耦合到所述支撑框架，并且选择性地可啮合到所述杆，以启用所述 致动器的手动操作以控制所述致动器的位移。
14.如权利要求14所述的装置，其中，所述驱动构件包括螺杆，所述螺杆操作地耦合到 手轮，以便所述手轮的转动引起所述螺杆延伸或收回，以便手动地操作所述致动器。
15.如权利要求14所述的装置，还包括邻近于所述驱动构件的一端的轴环。
16.如权利要求16所述的装置，其中，所述杆具有位于一端的唇件，以便将所述杆耦合 到所述轴环。
17.—种超控致动器的方法，所述方法包括 操作地耦合支撑框架和线性驱动装置；将所述支撑框架安装到所述致动器，其中，所述致动器包括杆；选择性地将所述线性驱动装置耦合到所述杆；以及手动地操作所述线性驱动装置，以在第一位置和第二位置之间移动所述杆。
18.如权利要求18所述的方法，其中，手动地操作所述线性驱动装置以移动所述杆的 步骤包括在第一方向和与所述第一方向相反的第二方向移动所述杆。
19.如权利要求18所述的方法，其中，手动地操作所述线性驱动装置的步骤包括转动 手轮以驱动螺杆。
20.如权利要求20所述的方法，其中，以顺时针方向转动所述手轮引起所述杆在第一方向移动，且以逆时针方向转动所述手轮引起所述杆在与所述第一方向相反的第二方向移动。
21.如权利要求18所述的方法，还包括将延伸的致动器杆耦合到所述致动器的所述杆。
22.如权利要求22所述的方法，还包括选择性地将延伸的致动器杆与所述线性驱动 装置接合，并在所述第一位置和所述第二位置之间驱动所述延伸的致动器杆。
23.如权利要求18所述的方法，还包括将所述线性驱动装置与所述杆同轴地对准。
24.如权利要求18所述的方法，其中，选择性地将所述线性驱动装置啮合到所述杆的 步骤包括使用夹具将所述线性驱动装置耦合到所述杆。
全文摘要
描述了用于线性致动器的手动超控操作的装置和方法。一个实例装置包括将要安装到致动器的底座。驱动构件操作地耦合到底座，并且选择性地可啮合到致动器的杆，以便在第一方向和第二方向启用致动器的手动操作。
文档编号F16K31/126GK101828060SQ200880112173
公开日2010年9月8日 申请日期2008年9月12日 优先权日2007年9月21日
发明者朗尼·奥斯卡·戴维斯 申请人:费希尔控制产品国际有限公司