环密封膜的制作方法

专利名称：环密封膜的制作方法
技术领域：
本公开内容一般涉及用于流体过程控制设备的致动器，并且更具体地，涉及用于 流体过程控制设备的包括膜组件的致动器。
背景技术：
一般知道，诸如精炼厂、化工厂或纸浆造纸厂的制炼厂由许多过程控制环组成，这 些过程控制环连接在一起，以生产各种消费品。这些过程控制环中的每一个被设计成将一 些重要的过程变量，诸如压力、流量、水平或温度保持在期望的操作范围内，以确保终端产 品的质量。这些环中的每一个环接收并在内部产生载荷扰动，这些载荷扰动影响过程变量 以及工厂内的过程控制环的控制。为了降低这些载荷扰动的影响，过程变量由感测器或发 射器来检测，并被传递到过程控制器。过程控制器处理该信息，并对过程环提供改变或修 改，以使过程变量在发生载荷扰动之后回到它应是的值。典型地，这些修改通过改变通过一 些类型的最终控制元件诸如控制阀的流量来进行。控制阀操纵流动的流体，诸如气体、蒸 汽、水或化学化合物，以补偿载荷扰动，并将所调节的过程变量维持在尽可能接近于期望的 控制点或设置点。一般地，应理解，各种控制阀构造可特定地适用于某些应用。例如，当具有窄控制 范围的快速开启阀为合适时，可使用旋转控制阀，诸如蝶阀。可选地，当需要在大控制范围 上的精确控制时，可使用滑动杆控制阀。在任何构造中，这种控制阀一般耦合到诸如致动器 的控制设备，该控制设备响应于控制信号而控制控制阀的确切打开量。因此，当设计一种过 程时，过程工程师必须考虑很多设计要求和设计限制。例如，设计工程师必须确定所使用的 阀的种类、阀的尺寸、致动器的类型等。在一些系统中，尤其是在气动控制的流体过程系统中，用于任何给定的流体过程 控制设备的致动器可包括膜致动器。典型的膜致动器包括外壳，该外壳容纳弹簧偏置的膜 组件。膜组件经由杆或其他致动器杆操作性地耦合，以控制流体过程控制设备的打开量。一种已知的膜组件包括膜和一个或多个膜板。膜包括由不透流体的纤维、聚合物 或其他合适的材料构成的柔性盘形构件。板邻近膜设置，并适合于由设置在外壳内的一个 或多个弹簧来接合。另外，板提供一种与杆的刚性机械连接。弹簧用于将膜组件偏置在预 定位置，使得致动器可将控制设备偏置在打开构造或关闭构造。在一种已知的组件中，膜用 粘合剂固定到膜板。在另一种已知的组件中，膜板包括中凹部分(dished portion)，膜用 标准蜗轮软管夹(standard worm gear hose-clamp)密封抵靠该中凹部分。在一些已知的 组件中，膜根本不固定到板。然而，一个或多个膜板，如所提到的，被刚性地固定到致动器的 杆。这种固定一般通过螺纹连接来实现。例如，在一种形式中，杆包括带螺纹的端部部分， 该带螺纹的端部部分通过中心孔设置在一个或多个板中。螺母随后被螺纹连接到杆的带螺 纹的端部部分，以将杆连接到板。然而，另外，在外壳内以及膜组件的相对侧之间必须提供 不透流体的密封，以使得能够精确控制气动致动器。在一种根据刚刚描述的内容的已知的 膜致动器中，在杆和板之间设置有一个或多个0形圈。
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这些已知的膜组件中的每个膜组件需要附加的零件，诸如0形圈和/或软管夹，并 因此需要附加的组装步骤。此外，这些附加的零件易于失效，由此降低了总体设备的可靠 性。此外，这些已知的膜致动器一般被构造成以单一方式进行操作，例如，以偏置打开构造 或偏置关闭构造进行操作。因此，如果且当需要改变致动器的偏置构造时，必须安装完全不 同的致动器。

发明内容
本发明的一个实施方式包括一种用于流体过程控制设备的致动器。致动器包括外 壳、杆、凹板、凸板、膜和螺母。外壳包括第一外壳部件和第二外壳部件。杆可滑动地设置在 外壳内，并包括肩。凹板包括内部径向部分和外部径向部分。内部径向部分设置在杆上并界 定中心孔。凸板也包括内部径向部分和外部径向部分。凸板的内部径向部分设置在杆上， 邻近凹板的内部径向部分。在所公开的实施方式中，膜也包括外部径向部分和内部径向部分。膜的外部径向 部分被压缩在第一外壳部件和第二外壳部件之间，且内部径向部分被压缩在板的外部径向 部分之间。螺母被设置成与杆螺纹接合，以便将凹板和凸板的内部径向部分压缩在一起，使 得凹板直接密封接合杆的肩。如此构造之后，所公开的实施方式的致动器有利地压缩和密封膜，同时，同时地提 供与致动器的杆的直接密封接合，并可帮助减少与这些部件相关的零件和组装成本。此外，在一个优选实施方式中，杆的肩包括截头圆锥形表面，且凹板的中心孔包括 与杆的肩密封接合的截头圆锥形表面。在另一个优选实施方式中，杆包括带螺纹的端部部分，所述带螺纹的端部部分设 置成从肩与凹板和凸板相对，其中螺母被螺纹连接到杆的带螺纹的端部部分。然而，在可选的实施方式中，凸板的内部径向部分可界定与杆的带螺纹的端部部 分直接螺纹接合的螺纹孔，由此消除螺母的需要。在另一个优选实施方式中，膜包括界定内部开口并具有圆周压条 (circumferential bead)的内部径向边缘，该圆周压条设置在凹板和凸板之间界定的腔 内，以辅助板之间的膜的保持。


图1是根据本发明的原理的致动器的侧视图，该致动器操作性地耦合到流体过程 控制设备；图2是通过图1的线II-II截取的图1致动器的横截面侧视图；图3是图1和图2的致动器的分解的横截面侧视图；图4是根据本发明的一个实施方式构建并从图3的线IV-IV的透视取得的膜板和 膜的俯视图；图5是根据本发明的可选实施方式构建并从图3的线IV-IV的透视取得的膜板和 膜的俯视图；图6是与根据本发明的原理构建的致动器结合使用的膜的可选实施方式的横截 面侧视图；以及
图7是根据本发明的原理构建的致动器的杆和膜板的可选实施方式的部分侧视 图。
具体实施例方式图1图解了根据本发明的原理构建并连接到流体过程控制设备12的致动器10。 在图1中所描绘的例子中，控制设备12包括球形阀，该球形阀界定入口 14、出口 16、喉部18 以及流动路径20。流动路径20设置在入口 14和出口 16之间。控制设备12适合于设置在 包括例如诸如精炼厂或化工厂、纸浆厂或造纸厂的制炼厂的流体过程控制系统内。控制设 备12根据一个或多个操作参数来控制通过系统的流体的流量。致动器10包括杆22，该杆22包括阀塞24，该阀塞24被设置成在控制设备12的 喉部18内滑动移位。因此，在操作过程中，致动器12相对于放置在控制设备12的喉部18 内的阀座19移动杆22并从而移动塞24。塞24相对于阀座19的定位控制行进通过流动路 径20的流体的量，如任何给定的过程应用可能期望的。现在参照图2和3，将描述根据本发明的原理构建的致动器10的一个实施方式。 具体地，致动器10包括外壳26、膜组件28以及多个弹簧30。外壳26界定内腔27。膜组 件28放置在外壳26内，以便将内腔27划分为上部腔27a和下部腔27b。膜组件28提供 外壳26的上部腔27a和下部腔27b之间的不透流体的密封。在所公开的实施方式中，弹簧 30相对于图2中所描绘的致动器10的方位向下偏置膜组件28。该向下偏置将塞24(图1 所示)抵靠阀座19定位，以关闭流体通过流动路径20的流动，从而定义偏置关闭的致动器 10。然而，压力可被引入到外壳26的下部腔27b中，以迫使膜组件28向上抵抗弹簧30的 偏置，从而将塞24抬离阀座19，以打开控制阀12的流动路径20。继续参照图2和3，致动器10的外壳26包括上部外壳部件32和下部外壳部件34。 外壳部件32、34中的每个包括板部分32a、34a、壁32b、34b以及凸缘32c、34c。在所公开的 实施方式中，板部分32a、34a —般为圆形的。因此，壁32b、34b和凸缘32c、34c在板部分 32a、34a周围圆周地延伸。径向凸缘32c、34c界定多个孔36，该多个孔36用于接收紧固件 38，以将上部外壳部件32紧固到下部外壳部件34，如图2中所图解的。在所公开的实施方 式中，紧固件38均包括与六角螺栓螺纹接合的六角螺母。此外，上部外壳部件32界定流体口 40，且下部外壳部件34界定流体口 42。流体 口 40、42适合于耦合到相应的流体供应管路，诸如气动供应管路，以便改变外壳26的上部 腔27a和下部腔27b内的压力。此外，下部外壳部件34界定用于容纳杆22的开口 44。杆22，如所提到的，操作性地将膜组件28耦合到流体过程控制设备12。杆22 — 般包括具有主体部分22a、带螺纹的端部部分22b以及肩22c的细长杆。主体部分22a的 直径大于带螺纹的端部部分22b的直径。肩22c设置在主体部分22a和带螺纹的端部部分 22b之间。肩22c界定肩表面46，其在图3中示出。在所公开的实施方式中，肩表面46包 括从主体部分22a朝向带螺纹的端部部分22b径向收敛的截头圆锥形表面。继续参照图2和3，杆22的带螺纹的端部部分22b使用螺母48来耦合到膜组件 28。所公开的实施方式的螺母48包括螺纹连接在杆22的带螺纹的端部部分22b上的从肩 部分22c与膜组件28相对的六角螺母。此外，在所公开的实施方式中，螺母48用固定螺母 50保持在杆22上。固定螺母50被螺纹连接在杆22的带螺纹的端部部分22b上，并与螺
6母48接合，以防止螺母48从杆22松开。此外，如下面将讨论的，膜组件28对螺母48施加 力，从而防止螺母48从杆22松开。膜组件28包括一对膜板52、54和膜56。膜56由柔性材料构成，该柔性材料可包 括纤维、聚合物、复合材料和/或能够提供不透流体的密封的任何其他合适的材料。更具体 地，膜56包括外部径向部分56a和内部径向部分56b。外部径向部分56a界定多个孔58， 该多个孔58用于接收紧固件38，该紧固件38将上部外壳部件32和下部外壳部件34的径 向凸缘部分32c、34c固定在一起。如此构造之后，径向凸缘部分32c、34c压缩膜56的外部 径向部分56a。膜56的内部径向部分56b包括内部边缘60，该内部边缘60界定圆形开口 62，如 图3中所描绘的。在所公开的实施方式中，内部边缘60包括延伸开口 62的周边的压条64。 在所公开的实施方式中，压条64包括大致圆形横截面，它的直径大于膜56的厚度。因此， 膜56的内部径向部分56b被设置在一对膜板52、54之间。更具体地，膜板52、54包括外部径向部分52a、54a和内部径向部分52b、54b，如图 3所示。一般地，膜板52、54实质上是相同的，并且因此，公共特征将示以公共参考数字。例 如，膜板52、54的外部径向部分52a、54a均包括界定圆形表面66a的喇叭形边缘(flared edge) 66。外部径向部分52a、54a适合于压缩膜56的内部径向部分56a，以提供不透流体的 密封。在使用过程中，当膜板52、54在外壳26内向上和向下移动时，膜56可间歇地接合喇 叭形边缘66的弯曲表面66a。这些弯曲表面66a有利地提供光滑表面，以便在使用过程中 使膜56靠压在上面，而没有刺穿、撕开、切割或以其他方式损坏膜56。因此，喇叭形边缘66 用于确保致动器10的正确操作并最大化膜56的操作寿命。膜板52、54的内部径向部分52b、54b均包括多个突出部70和中心孔71，如图4所 示。应领会，图4仅描绘了上部膜板52和膜56，因为下部膜板54藏在上部膜板52和膜56 下方。然而，所公开的实施方式的多个突出部70包括两个突出部70，该两个突出部70 — 般为圆形并具有尺寸设计和构造成由弹簧30接收的直径。例如，在一个实施方式中，突出 部70的直径稍微小于弹簧30的内直径，使得突出部相对于膜板52、54保持弹簧30的轴向 位置。在所公开的实施方式中，突出部70与膜板52、54诸如通过冲压、压制或一些其他已 知的工艺而形成整体。因此，如图3所示，膜板52、54的内部径向部分52b、54b还界定凹部 73。凹部73形成在膜板52、54中，与突出部70相对。如图2所示，在膜组件28被完全组 装时，相应的膜板52、54的凹部73界定腔75。如图2中进一步所示的，膜板52、54的中心孔71适合于接收杆22，以使杆22能 够连接到膜组件28。尽管膜板52、54两者都界定中心孔71，但是下部膜板54中的中心孔 71包括肩表面72和支承表面74。在所公开的实施方式中，支承表面74 —般为柱状，而肩 表面72 —般为截头圆锥形。更具体地，肩表面72包括大致截头圆锥形表面，该大致截头圆 锥形表面适合于与杆22的肩表面46 (图3中所示)密封接合。例如，在图2中，由下部膜 板54界定的中心孔71的肩表面72直接接合杆22的肩表面46。如此构造之后，以及如将 在下面更详细地描述的，下部膜板54的肩表面72通过提供与杆22的肩表面46的至少完 整、连续以及恒定的接触线而提供与杆22的肩表面46的不透流体的密封。在一个实施方 式中，匹配的截头圆锥形表面36、72优选地包括高精加工表面，由此提供它们之间的完整、 连续以及恒定表面接触。此外，下部膜板54中的中心孔71的支承表面74被设置成邻近杆22的带螺纹的端部部分22b。在组装之前，膜板52、54的内部径向部分52b、54b可一般地类似于碟型弹片 (Belleville washer)，因为它们具有弯曲的横截面，如图3所示。例如，上部膜板52包括 大致凸横截面，而下部膜板54包括大致凹横截面。因此，在组装之前，板52、54中的每个板 类似于空的部分球或球形帽。然而，在组装时，内部径向部分52b、54b被一起拉到杆22的 带螺纹的端部部分22b上，由此实质上弄平板52、54，如图2所示。在一个实施方式中，这样 弄平板52、54还可至少部分地增加板52、54的直径。更具体地，在组装过程中，下部膜板54以凹形方位放置在杆22的带螺纹的端部部 分22b上。如此构造之后，下部膜板54的中心孔71的肩表面72直接接合杆22的肩表面 46，如图2所示。在组装过程的这个阶段，下部膜板54继续类似于具有大致凹横截面的球 形帽。接着，膜56被放置在下部膜板54上，使得膜56的内部径向部分56b搁置在下部膜 板54的外部径向部分54a上。当正确定位之后，膜56的内部边缘60上的压条64位于形 成在下部膜板54中的凹部73内。随着膜56被正确地放置在下部膜板54上，上部膜板52以凸形方位放置在杆22 上，使得其中心孔71被接收在带螺纹的端部部分22b上。此时，膜板52、54的内部径向部 分52b、54b在其之间界定腔(未示出)。最后，螺母48紧固在杆22的带螺纹的端部部分 22b上。紧固螺母48引起螺母48接合上部膜板52，并将膜板52、54轴向压缩在一起。更 具体地，螺母48弄平并压缩膜板52、54的内部径向部分52b、54b，使内部径向部分52b、54b 在螺母48和杆22的肩22c之间彼此接合，如图2所示。在螺母48被牢固地螺纹连接到杆 22的带螺纹的端部部分22b上之后，固定螺母50可被螺纹连接到杆22上并与螺母48接
1=1 o如此构造之后，膜板52、54的外部径向部分52a、54a压缩并密封抵靠膜56的内部 径向部分56b。图4描绘了从图3的线IV-IV所取得的组件的俯视图，为了清楚起见移除 了螺栓48和保持器50，并示出了设置在上部膜板52和下部膜板54之间的膜56。如所示 的，形成在膜56的内部边缘60上的压条64包括设置在形成在膜板52、54中的凹部73之 间的腔75内的部分64a。因此，压条64的这些部分64a至少部分地固定膜56以防从膜板 52、54之间拉出。然而，压条64还包括不设置在腔75内而是在腔75之间圆周设置的部分 64b。这些部分64b在膜板52、54的外部径向部分52a、54a之间被压缩成实质上与膜56的 其余部分相同的厚度。因此，压条64的这些部分64b不中断或干涉在板52、54和膜56之 间形成的密封。参考回到图2，当螺栓48被螺纹连接到杆22上以压缩膜板52、54时，膜板52、54 的内部径向部分52b、54b以远离彼此的相反方向推动它们自己。如此构造之后，下部膜板 54的中心孔71的肩表面72相对于图2中所示的致动器10的方位被向下推动，并与杆22 的肩表面46线接触、不透流体的密封接合。此外，上部膜板52的内部径向部分52b相对于 图3中所示的致动器10的方位被向上推动，并与螺母48接合。除了固定螺母50将螺母 48固定在杆22上之外，由上部膜板52施加到螺母48的力在螺母48的螺纹和带螺纹的端 部部分22b的螺纹之间产生足够的摩擦，以防止螺母48在致动器10的长时间操作过程中 从杆22的带螺纹的端部部分22b偶然地松开。因此，杆22的肩部分22c和螺母48将膜板 52,54保持在图2所示的压缩和平坦构造，这同时对杆22的带螺纹的端部部分22b的位于上部膜板52和下部膜板54之间的部分施加拉伸载荷。因此，本文中所描述的膜组件28有利地包括膜板52、54，该膜板52、54设计和构造 成在同时地和直接地密封抵靠杆22的同时，压缩地接合和密封膜56，以在外壳26的上部腔 27a和下部腔27b之间提供不透流体的密封，以及施加力以将螺母48保持在杆22上。应领会，虽然本发明的致动器10迄今被公开为包括将杆22连接到膜组件28的螺 母48，但可选的实施方式可不需要螺母。例如，在一个可选的实施方式中，上部膜板52中 界定的中心孔71可包括内螺纹。中心孔71的内螺纹可被尺寸设计和构造成与杆22的带 螺纹的端部部分22b螺纹接合。如此构造之后，杆22的带螺纹的端部部分22b将被设置成 与上部膜板52的内螺纹直接螺纹接合。将杆22的带螺纹的端部部分22b紧固到上部膜板 52将膜板的内部径向部分52b、54b拉动到一起，如图2所示，例如。在这样的实施方式中， 应领会，固定螺母50可被用于辅助使杆22和上部膜板52保持在一起，然而，通过变形和压 缩膜板52、54而固有地产生的力将在杆22的带螺纹的端部部分22b和中心孔71之间产生 足够的摩擦，以防止杆22从上部膜板52松开。虽然在本文中膜56已经被公开为包括形成在内部边缘60中的具有一般圆形横截 面的压条64，但一个可选的实施方式可不包括压条64。而是，由膜板52、54的外部径向部 分52a、54a产生的压缩力将足以将膜56保持于膜板52、54之间。在另一个可选的实施方式 中，膜56可包括形成在内部边缘60上的多个压条部分。例如，在图4所示的实施方式中， 膜56可仅包括设置在腔75内的压条部分64a，而不是压条部分64b。这样的实施方式将需 要组装致动器10的技术人员在组装过程中确保压条部分64a在腔75内的正确定位。本领 域普通技术人员将领会，压条64可被构建成具有不同于圆形的横截面。例如，可选的实施 方式可包括具有正方形、矩形、三角形、菱形或其他形状的横截面的压条64。此外，在另一个可选的实施方式中，压条64可被构建成包括例如内部加强环285， 诸如图6中所示的。图6中所示的内部加强环285设置膜56内，并界定过压成型的压条 (overmolded bead) 264。过压成型的压条264由与形成膜56的其余部分的材料一致的外 部材料形成。内部加强环285可由金属、热塑性塑料、高硬度聚合物、聚合物或能符合本发 明的原理的任何其他材料构成。在某些应用中，加强环285可防止压条264的挤出。虽然 内部加强环285在图6中被描述为具有圆形横截面，但加强环285的可选实施方式可具有 一般任何形状的横截面。此外，虽然在本文中下部膜板54已经被公开为包括中心孔71，该中心孔71包括适 合于与杆22的对应的截头圆锥形肩表面46直接密封接合的大致截头圆锥形肩表面72，但 膜组件28的可选实施方式可包括可选的构造。例如，一个可选实施方式可包括具有中心孔 71的下部膜板54，其中该中心孔71具有适合于与形成在杆22上的阶梯状表面直接密封接 合的阶梯状表面。在另一个可选的实施方式中，中心孔71和杆22可简单地包括适合于直 接密封接合的平坦表面。在另一个实施方式中，杆22和中心孔71中的一个可包括套环，而 另一个可包括适合于以搭扣配合的密封接合方式接收该套环的环形凹部。在另一个可选的 实施方式中，肩表面46、72中的任一个或两者可包括公牛鼻表面(bull-nosed surface) 0 例如，图7描绘了一个可选的实施方式，其中杆22上的肩表面46包括公牛鼻表面，且下部 膜板54中的中心孔71的表面72包括截头圆锥形表面。如此构造之后，即使例如杆22和 板54变得不对齐，公牛鼻表面46也帮助维持提供杆22和下部膜板54之间的不透流体的
9密封的接触线。在另一个可选的实施方式中，肩表面46可以是截头圆锥形的，而下部膜板 54上的表面72可以是公牛鼻状的；或可选地，两个表面46、72都可以是公牛鼻状的。在任 何情况下，应领会，本发明不被限制于本文中所特定地公开的表面72、46的几何构造，而是 意图包括本领域普通技术人员将认为在本权利要求的范围和条件内的所有几何构造。此外，虽然在本文中参照图4将膜板52、54公开为包括起到一对弹簧30的弹簧座 的作用的一对突出部70，但可选的实施方式可包括任何数量的弹簧30和起到弹簧座的作 用的突出部70。此外，虽然在本文中膜板52、54已经被公开为包括一对突出部70，其中该对突出 部70圆周地间隔开，由此适合于容纳圆周地间隔开的弹簧30，但可选的实施方式可被构造 成容纳与膜板52、54同心布置的一个或多个弹簧。例如，图5描绘了包括圆周突出部170 的膜板152、154的可选的实施方式。应领会，图5仅描绘了上部膜板152和膜56，因为下部 膜板154藏在上部膜板152和膜56的下方。然而，图5中所公开的实施方式的膜板152、154还包括圆周凹部173，在被组装到 致动器10的杆22上时，该圆周凹部173界定圆周腔175。因此，图5中所示的实施方式的 腔175的横截面将被图解为与图2中所示的多个腔75的横截面相等。然而，图4中所示的 构造和图5中所示的构造之间的区别在于，圆周腔175接收或容纳膜56的内部边缘60上 的整个压条64。此外，膜板152、154的圆周突出部170适合于起到弹簧座的作用，以容纳与 膜板152、154同心布置的一个或多个弹簧。例如，在一个实施方式中，直径稍微小于突出部 170的内直径的第一弹簧可在突出部170内被放置在上部膜板152上。突出部170将因此 防止弹簧相对于上部膜板152径向移位。另一个实施方式可以可选地或补充地包括直径稍微大于突出部170的外直径的 另一个弹簧。如此构造之后，该弹簧可被放置在上部膜板152上，使得它接收突出部170，以 由此限制它的径向移位。因此，应领会，膜板和弹簧构造的其他变化可在本发明的范围内。此外，虽然在本文中形成弹簧座的突出部70已经被公开为与膜板52、54形成一 体，但可选的实施方式可包括不与膜板52、54形成一体的弹簧座。例如，在一个可选的实施 方式中，膜组件28可包括焊接到、螺栓连接到或以其他方式连接到膜板52、54的弹簧座。在 另一个可选的实施方式中，膜板52、54可根本不包括弹簧座，而是上部和/或下部外壳部件 32,34可包括弹簧座。鉴于前述内容，所公开的致动器10提供了一种膜组件28，该膜组件28需要最少量 的零件和组装步骤。此外，膜组件28有利地提供了弹簧加载的膜板52、54，在组装时，该弹 簧加载的膜板52、54直接地并强迫地接合杆22，以及膜56，以在外壳26的上部腔27a和下 部腔27b之间提供不透流体的密封。本文中所公开的膜组件28不需要包括0形圈、橡胶垫 圈或任何其他类型的密封件，这些密封件在长时间使用之后倾向于需要更换。因此，膜组件 28提供了一种有效且可靠的致动器10。此外，由被压缩的膜板52、54产生的力使本文中所公开的膜组件28能够有利地仅 需要单个螺母48，该单个螺母48用于将膜板52、54连接到杆22。如上面所公开的，当螺母 48压缩膜板52、54时，上部膜板52对螺母48施加轴向载荷，该轴向载荷在螺母48和杆22 的螺纹之间产生足够的摩擦。此外，应领会，本文中所公开的膜56的环形设计有利地降低 了致动器10的成本。特别地，膜组件28的设计使膜56能够与内部开口 62 —起构建，这极大地减少了所需的膜材料的量。此外，膜板52、54的相同本质提供了这样一种致动器10，该致动器10在偏置打开 构造和本文中所公开的偏置关闭构造之间容易可逆。例如，为了将致动器转换到偏置打开 构造，技术人员或其他工程师仅必须打开致动器10的外壳26，并将弹簧30重新定位在膜组 件28下方，并使之与形成在下部膜板54中的突出部70接合。鉴于前述内容，本公开内容的描述应被理解成仅提供本发明的实例，并且因此，不 背离本发明的要点的变化被意图为属于本权利要求的范围内。
权利要求
一种用于流体过程控制设备的致动器，包括外壳，其包括第一外壳部件和第二外壳部件；膜，其包括外部径向部分和内部径向部分，所述膜的所述外部径向部分被承载在所述第一外壳部件和所述第二外壳部件之间；杆，其操作性地耦合到所述膜，以便控制所述流体过程控制设备；以及板组件，其连接所述杆和所述膜，所述板组件对所述膜的所述内部径向部分施加压缩载荷，并提供与所述杆的接触线，以在所述板组件和所述杆之间提供不透流体的密封。
2.如权利要求1所述的致动器，其中，所述板组件包括第一板和第二板，所述第一板和 所述第二板压缩位于其间的所述膜。
3.如权利要求2所述的致动器，其中，所述第一板包括凹板，且所述第二板包括凸板。
4.如权利要求3所述的致动器，其中，所述凹板和所述凸板中的至少一个的变形在所 述凹板和所述凸板之间的位置处产生施加到所述杆的拉伸载荷。
5.如权利要求2所述的致动器，其中，所述杆包括肩表面，所述肩表面与所述板组件的 所述第一板和所述第二板中的一个密封接合。
6.如权利要求5所述的致动器，其中，所述肩表面包括截头圆锥形表面，且所述第一板 界定中心孔，所述中心孔包括接合所述肩的所述截头圆锥形表面的截头圆锥形表面。
7.如权利要求5所述的致动器，其中，所述第一板界定中心孔，且所述中心孔和所述杆 的所述肩表面中的至少一个包括公牛鼻表面。
8.如权利要求5所述的致动器，其中，所述杆还包括带螺纹的端部部分。
9.如权利要求7所述的致动器，还包括螺母，所述螺母螺纹连接到所述杆的所述带螺 纹的端部部分，由此在所述肩和所述螺母之间将所述第一板和所述第二板的所述内部径向 部分压缩在一起。
10.如权利要求8所述的致动器，其中，所述第二板界定与所述杆的所述带螺纹的端部 部分螺纹接合的螺纹孔。
11.如权利要求2所述的致动器，其中，所述膜包括界定内部开口的内部径向边缘。
12.如权利要求11所述的致动器，其中，所述膜的所述内部径向边缘包括圆周压条。
13.如权利要求12所述的致动器，其中，所述膜的所述内部径向边缘包括过压成型的 内部加强环。
14.如权利要求12所述的致动器，其中，所述压条包括为圆形、三角形、矩形以及菱形 形状中的一个的横截面。
15.如权利要求12所述的致动器，其中，所述板组件界定至少一个腔，所述至少一个腔 接收所述膜的所述圆周压条的至少一部分。
16.一种用于流体过程控制设备的致动器，包括外壳，其包括第一外壳部件和第二外壳部件；杆，其可滑动地设置在所述外壳内，并包括肩；凹板，其包括外部径向部分和设置在所述杆上的内部径向部分，所述凹板的所述内部 径向部分界定中心孔；凸板，其包括外部径向部分和内部径向部分，所述凸板的所述内部径向部分设置在所 述杆上，邻近所述凹板的所述内部径向部分；膜，其包括外部径向部分和内部径向部分，所述膜的所述外部径向部分被压缩在所述 第一外壳部件和所述第二外壳部件之间，且所述内部径向部分被压缩在所述凹板和所述凸 板的所述外部径向部分之间；以及螺母，其与所述杆螺纹接合，并将所述凹板和所述凸板的所述内部径向部分压缩在一 起，使得所述凹板直接密封接合所述杆的所述肩。
17.如权利要求16所述的致动器，其中，所述凹板提供与所述杆的接触线，以提供与所 述杆的不透流体的密封。
18.如权利要求17所述的致动器，其中，所述凹板的所述中心孔包括截头圆锥形表面， 所述截头圆锥形表面与所述杆的所述肩的截头圆锥形表面密封接合。
19.如权利要求17所述的致动器，其中，所述凹板的所述中心孔和所述杆的所述肩中 的至少一个包括公牛鼻表面。
20.如权利要求16所述的致动器，其中，所述杆包括带螺纹的端部部分，所述带螺纹的 端部部分设置成从所述肩与所述凹板和所述凸板相对。
21.如权利要求20所述的致动器，其中，所述螺母螺纹连接到所述杆的所述带螺纹的 端部部分上。
22.如权利要求20所述的致动器，其中，所述凸板的所述内部径向部分界定与所述杆 的所述带螺纹的端部部分螺纹接合的螺纹孔。
23.如权利要求16所述的致动器，其中，所述膜包括界定内部开口的内部径向边缘。
24.如权利要求23所述的致动器，其中，所述膜的所述内部径向边缘包括圆周压条。
25.如权利要求23所述的致动器，还包括设置在所述凹板和所述凸板之间的腔，所述 腔接收所述圆周压条的至少一部分。
26.如权利要求24所述的致动器，其中，所述膜的所述内部径向边缘包括过压成型的 内部加强环。
27.如权利要求24所述的致动器，其中，所述压条包括为圆形、三角形、矩形以及菱形 形状中的一个的横截面。
全文摘要
一种用于流体过程控制设备的膜致动器(10)包括外壳(26)、膜(56)、杆(22)以及板组件。板组件包括凹板(54)和凸板(52)，凹板(54)和凸板(52)均具有内部径向部分和外部径向部分。外部径向部分压缩地接合并保持膜。内部径向部分在杆的肩(72)和螺纹连接到杆上的螺母(48)之间一起压缩到杆上。因此，凹板强迫地接合杆的肩并提供直接与杆的肩的不透流体的密封，而不需要O形圈或任何其他额外的密封部件。此外，凹板和凸板在结构上是等同的，使得致动器可容易在偏置打开构造和偏置关闭构造之间转换。
文档编号F16K31/126GK101855482SQ200880115652
公开日2010年10月6日 申请日期2008年11月25日 优先权日2007年12月7日
发明者大卫·A·阿诺德, 罗丝·A·谢德, 道格拉斯·保罗·盖斯曼 申请人:费希尔控制产品国际有限公司