旋转阀位置指示器的制造方法

旋转阀位置指示器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种旋转阀位置指示器。一种示例性装置包括限定防爆外壳边界的致动器壳体。致动器输出轴具有第一轴部和第二轴部。第一轴部部分地设置在防爆外壳边界内，并且第二轴部设置在防爆外壳边界外。可视位置指示器设置在致动器输出轴的第二轴部上并且指示致动器输出轴相对于致动器壳体的旋转位置。
【专利说明】旋转阀位置指示器

【技术领域】
[0001] 本发明涉及流体阀，更具体地，涉及一种旋转流体阀的位置指示器。

【背景技术】
[0002] 过程控制厂或系统经常采用旋转流体阀，例如球阀、蝶阀、偏心盘阀、偏心塞阀等， 以控制过程流体的流动。通常旋转阀包括通过轴设置在流体路径中并且可旋转地耦接至该 旋转阀的主体的流体流动控制部件。通常，轴从旋转阀伸出的部分可操作地耦接至该旋转 阀的致动器（例如气动致动器、电动致动器、液压致动器等）的轴。
[0003] 某些旋转流体阀包括可视位置指示器以显示致动器输出轴或阀轴的角位置，从而 指示该阀体中的流体流动控制部件的位置。可视位置指示器允许过程工程师或仪器技术员 观察阀位置和操作，而无需使任何其它设备，诸如笔记本电脑或者测量仪表，与阀的阀控制 器相连接。
[0004] 可视位置指示器能够是电气的或机械的。电气可视位置指示器利用电子可视显示 器，如LED或IXD显示器，来显示由电子位置传感器指示的阀位置，该电子位置传感器配置 用于产生响应于阀轴的角位置的变化的电信号。因为它们需要额外的功率来运行且可能非 常昂贵，在某些应用中这种电子可视位置指示器可能是不可取的。此外，电子可视位置指示 器可能要求操作员输入或交互以显示位置，这对安装在难以够着的区域中的阀来说可能是 不可取的。
[0005] 机械可视位置指示器直接或间接地耦接至致动器输出轴或阀轴，并且因此不需要 额外的功率来运行。因此，虽有功率损耗，机械可视位置指示器允许过程工程师和仪表技术 人员观察阀位置。相反，电子可视位置指示器仅显示电子位置传感器的输出。因此，如果该 电子传感器失效，轴位置是不能够容易确定的。然而，机械可视位置指示器直接或间接地耦 接至致动器输出轴或阀轴且独立于任何电子位置传感器运行。因此，即使电子传感器失效， 机械可视位置指示器继续显示轴位置。此外，机械可视位置指示器提供除了来自电子位置 传感器的位置信号以外的第二位置指示。该第二位置指示对在设置和校准阶段验证该位置 传感器操作准确可能会有所帮助。
[0006] 在许多应用中，理想的是减小流体阀构件的功耗。许多阀被安装在例如油田的远 程位置，其中外部电源可能不可用。因此，某些阀可以使用由光伏电池捕获的能量运行。光 伏电池的成本通常与其能量输出成比例。因此，流体阀被设计用于减小功率需求以减小驱 动阀所需太阳能系统的尺寸。因此，机械可视位置指示器通常是可取的，因为它们不需要任 何额外的功率地运行。
[0007] 许多流体阀被用在恶劣和/或危险环境中，且与这样的环境有关的行业标准相一 致地推动具体设计要求。在某些应用中，流体阀被用在操作环境中可能包括可燃气体、蒸汽 或者其他化合物的设施中。例如，流体阀通常用在使用氢气的天然气加工厂或设施中。美 国的国家电气规范（NEC)和加拿大电气规范（CEC)要求在危险场所使用的电气装置获得公 认的审批机构的相应的审批。北美的三个主要的审批机构为工厂互助保险协会（FM)和美 国的保险商实验室（UL)以及加拿大的加拿大标准协会（CSA)。审批包括保护的类型和等 级、分工、分组和运行环境的温度。在北美常用的认证包括，例如防爆、本质安全、非易燃和 粉尘防燃。
[0008] 例如，致动器内的电子器件可能会产生火花，该火花具有点燃致动器壳体内或周 围的可燃气体或蒸气的可能性。防爆阀致动器利用外壳，该外壳能够承受其内部的气体或 蒸汽的爆炸以及防止点燃可能围绕其的可燃气体或蒸汽。除了具有足够的强度以遏制爆 炸，将防爆外壳的内部连接到外部环境的所有通道还必须提供火焰通路，以允许燃烧气体 在其在内部爆炸期间膨胀时，但仅仅在其已被充分冷却以防止点燃外部环境中的气体或蒸 汽之后从装置中逸出。限定火焰路径的接口必须被制造成具有非常严格的公差，这可能需 要专门的制造技术。此外，附加的部件，如密封件，可能需要从外部环境的密封火焰路径。因 此，理想的是降低限定通过外壳的火焰路径接口的总数以减少成本和复杂性。
[0009] -种已知的可视位置指示器包括安装在阀门致动器外壳外部的、在阀轴对面的旋 转定位轮。旋转定位轮通常通过附加轴、齿轮、凸轮和/或其他类型的耦接部件间接地耦接 至致动器输出轴以显示轴位置。指示器通常包括聚碳酸酯的壳或盖，以从外部环境保护该 旋转定位轮。虽然这种类型的位置指示器提供了可视位置显示，而不需要电力，但是它在阀 门致动器的外壳外部的位置需要外壳中的附加开口。对于防爆外壳，这需要严格公差的加 工孔和制造零件并且需要额外的密封件以从外部环境密封该接口。


【发明内容】

[0010] 一种示例性装置包括限定防爆外壳边界的致动器壳体。致动器输出轴具有第一轴 部和第二轴部，该第一轴部部分地设置在防爆外壳边界内，并且该第二轴部设置在防爆外 壳边界之外。可视位置指示器设置在致动器输出轴的第二轴部上并且用于指示该致动器输 出轴相对于致动器壳体的旋转位置。
[0011] 另一种示例性装置包括具有颈部的旋转阀致动器壳体，并且该颈部具有指示器窗 口。安装支架耦接至颈部以支承旋转流体阀。致动器输出轴至少部分地设置在颈部内并设 置用于支承旋转流体阀的轴。可视位置指示器耦接至致动器输出轴，以指示致动器输出轴 的旋转位置。可视位置指示器通过指示器窗口是可见的。
[0012] 另一种示例性装置包括具有由通道连接的第一隔室和第二隔室的致动器壳体。致 动器输出轴具有第一部分和第二部分。该第一部分至少部分地设置在该第一隔室和该通道 内，并且该第二部分至少部分地设置在该第二隔室内和设置用于支承旋转流体阀的轴。可 视位置指示器设置在致动器输出轴的第二部分上以指示致动器输出轴的旋转位置。可视位 置指示器从外部是可见的。

【专利附图】

【附图说明】
[0013] 图1是一种已知的流体控制阀的分解图；
[0014] 图2是一种示例性的流体控制阀的剖视图；
[0015] 图3是一种示例性的致动器输出轴的视图，其包括示例性的可视位置指示器；
[0016] 图4是一种示例性的致动器壳体的剖视图，其表明防爆边界；
[0017] 图5是图4的示例的性致动器壳体的剖视图，其包括示例性的致动器输出轴；
[0018] 图6是一种示例性的控制阀致动器的视图，其包括示例性的可视位置指示器； [0019] 图7A是一种示例性的控制阀致动器的视图，其包括示例性的可视位置指示器；以 及
[0020] 图7B是图7A的示例性的控制阀致动器的致动器输出轴。

【具体实施方式】
[0021] 流体控制阀可包括可视位置指示器以显示阀轴的位置。这允许过程工程师或仪器 技术员观察阀位置和操作，而无需将任何附加的设备，诸如笔记本电脑或测量仪表与电子 位置传感器相连接。已知的可视位置指示器可能需要额外的功率来运行和/或可能需要进 入防爆致动器壳体中的附加开口。
[0022] 通常，根据本发明的示例性旋转阀位置指示器提供了一种旋转阀的位置的可视指 示，而不需要外部电源、操作员输入、专用装备或进入防爆致动器壳体中的附加开口。
[0023] 在描述上述示例性旋转阀位置指示器之前，结合图1提供一种已知的可视位置指 示器的简要说明。
[0024] 转向图1，示出了已知的流体控制阀100。流体控制阀100包括阀体102和在阀体 102内的流体控制部件104,该流体控制部件104控制其中的流体流动。流体控制部件104 耦接至阀轴106,其穿过阀体102并耦接至致动器110的致动器输出轴108。安装支架114 将致动器110与阀体102耦接。致动器110控制流体控制部件104经由致动器输出轴108 和阀轴106的旋转运动，从而控制通过阀体102的流体流动。
[0025] 该致动器输出轴108具有第一端116和第二端118。该第一端116耦接至阀轴106。 该第二端118与第一端116相对并穿过致动器110。致动器输出轴108可以是单一的，使 得第一端116和第二端118直接耦接，或致动器输出轴108可以包括分离的部分，使得第一 端116和第二端118间接耦接。在任一情况下，第一端116和第二端118与阀轴106同步 转动。
[0026] 阀控制器120通过安装支架122耦接至致动器110。阀控制器120产生控制致动 器输出轴108的旋转位置的控制信号。编码器轴124伸出阀控制器120的壳体126并耦接 至致动器输出轴108,使得编码器轴124和致动器输出轴108同步转动。壳体126内的编码 器（未示出）产生对应于编码器轴124的旋转位置的电输出信号。这提供了闭环反馈，通 过该闭环反馈阀控制器120可以产生旋转致动器输出轴108的控制信号，而通过编码器轴 124同时监测致动器输出轴108的实际位置。阀控制器120可以改变控制信号来实现致动 器输出轴108的所需角位置。
[0027] 可视位置指示器128从与编码器轴124相对的阀控制器120的壳体126中伸出。 可视位置指示器128包括固定于壳体126的透明的聚碳酸酯盖130,和在盖130内的指示 滚筒132。滚筒132直接或间接地耦接至编码器轴124并且与编码器轴124、致动器输出轴 108、和阀轴106同步旋转。滚筒132包括标记134以指示阀轴106的位置并且，因此指示 该流体控制部件104的位置。例如，滚筒132可以包括表示"开"或"关"的标记134以指示 流体控制部件104是处于打开还是关闭位置。替换地或附加地，滚筒132上的标记134可 以包括各种颜色或颜色梯度，如绿色和红色，以指示流体控制部件104处于打开、关闭、还 是中间位置。
[0028] 在如图1所示的该示例性流体阀100中，致动器110和控制器120是分开的构件。 在其它已知的流体阀中，致动器110和控制器120可以集成在单个构件内。这样的流体阀 可以具有设置在与阀端相反的且可通过在致动器壳体中的开口操作的致动器壳体的外表 面上的可视位置指示器。
[0029] 现在转向图2,根据本发明的教导示出了示例性流体控制阀200的剖视图。虽然结 合示例性流体控制阀200描述下面的装置和方法，该示例性流体控制阀200是旋转蝶阀，但 是该示例性的装置和方法也可以与任何其它类型的旋转阀一起使用，例如，全径球阀（full bore ball valve)、分段式球阀、V切口球阀、蝶阀、偏心盘阀、偏心塞阀或其它类型的旋转 阀。另外，虽然下面的装置和方法是结合电致动器（例如，Fisher l;_ easy-Drive? 电致动 器）来描述，但是该示例性装置和方法也可以与任何类型的旋转致动器一起使用，例如，气 动致动器、液压致动器、电动液压致动器、手动致动器等。
[0030] 该示例性流体控制阀200包括阀体202和在该阀体202内的流体控制部件204,其 控制流过其中的流体流动。流体控制部件204耦接至阀轴206,其穿过阀体202并耦接至致 动器210的致动器输出轴208。安装支架212将致动器210与阀体202耦接。致动器210 通过致动器输出轴208和阀轴206来控制流体控制部件204的旋转运动，从而控制流过阀 体202的流体流动。
[0031] 致动器210包括致动器壳体214,其包围电子控制器216、电动机218和齿轮箱 220。电子控制器216电耦接至电动机218,电动机218可为无刷直流电动机。电动机218 可操作地耦接至齿轮箱220,齿轮箱220可操作地耦接至致动器输出轴208。在操作过程中， 电子控制器216发送控制信号给电动机218以控制其操作。相应地，电动机218旋转齿轮 箱220内的齿轮组222,以产生致动器输出轴208期望的输出速度和扭矩。致动器输出轴 208和阀轴206同步旋转，使得致动器210运行以控制流体控制部件204的旋转位置，从而 控制流过阀体202的流体流动。耦接至致动器壳体214的行程限位部件224可接合致动器 输出轴208的切口部226以限制其旋转行程。行程限位部件可以包括，例如，螺栓或销。
[0032] 现在转向图3,示出了示例性致动器输出轴208的视图。致动器输出轴208具有第 一轴部228和第二轴部230,第二轴部230具有大于第一轴部228的直径。可视位置指示 器232固定地布置在第二轴部230上并具有记号234以提供参考致动器输出轴208的固定 点。通过在致动器输出轴208具有较大直径的部分上设置可视位置指示器232,可视位置指 示器232更大且更易于目视观察。
[0033] 现在转向图4,示出了示例性致动器壳体214的剖视图。致动器壳体214包括底 座236和盖238,盖238接合底座236以包围致动器壳体214的第一内部隔室240。更具体 地说，底座236具有唇242,盖238配合在其上直至盖238的法兰244接合底座236的法兰 246,从而压缩密封件248。底座236和盖238的这种耦接限定了它们之间的第一火焰路径 250。底座236和盖238被制造使得第一火焰路径250保持非常严格的公差，以满足上面所 讨论的严格的认证标准，如防爆、本质安全、非易燃和粉尘防燃标准。为求清楚和简洁，在此 致动器壳体被描述为"防爆"。但是，如本文所用的"防爆"一词意在包括与运行在恶劣和/ 或危险的环境相关的，包括但不限于防爆、本质安全、非易燃和粉尘防燃的所有行业标准。
[0034] 致动器壳体214的底座236限定了将第一内部隔室240与第二内部隔室254流动 地耦接的通道252。结合图5进一步描述通道252和第二内部隔室254,图5示出了与图4 的致动器壳体214连接的致动器输出轴208。如图5中所示，致动器输出轴208的第一部分 228从致动器壳体214的第一内部隔室240伸出，穿过通道252,并且部分地进入第二内部 隔室254中。致动器输出轴208的第二部分230从第二内部隔室254内的第一部分228中 伸出。通路252稍微大于致动器输出轴208的第一部分228,使得第一部分228和通路252 之间的间隙限定了延伸到O型环密封件257的第二火焰路径256。
[0035] 第一和第二火焰路径250, 256限定防爆边界258,该防爆边界258包括第一内部 隔室240和致动器壳体214延伸至0型环密封件257的通道252。如果在致动器壳体214 的防爆边界258内发生了爆炸，第一和第二火焰路径250、256允许在防爆边界258内的燃 烧气体从致动器壳体214溢出，但仅仅在其已经充分冷却以防止点燃可能围绕在防爆边界 258周围的气体或蒸汽之后。防爆边界258还密封了内部隔室240和从外部环境到0形密 封件257的通道252。此外，防爆边界258以外的构件的尺寸公差不必像限定第一和第二火 焰路径250, 256的构件的尺寸公差一样严格。
[0036] 现在转向图6,示出了包括示例性可视位置指示器232的致动器210的视图。致动 器壳体214的第二内部隔室254布置在致动器壳体214的颈部260内。包括第二内部隔室 254的颈部260的部分位于防爆边界258以外并且包括窗口 262,通过该窗口 262可以看见 该可视位置指示器232。窗口 262可包括透明材料如透明的聚碳酸酯、玻璃、或其他材料， 通过这些材料可以看见可视位置指示器232。通过将窗口 262设置在防爆边界258之外， 该窗口 262的材料和窗口 262与颈部260的耦接不需要设计为符合防爆标准。因此，窗口 262和与之相关的构件的设计、制造、材料显然比起如果其被设计为符合防爆标准来说更便 宜和简单。窗口 262可以通过紧固件264(例如螺钉、螺栓或销）耦接至致动器壳体214的 颈部260。可替换地，窗口 262可以通过粘合剂耦接至颈部260。垫圈（未示出）可以布置 在窗口 262和颈部260之间以密封第二内部隔室254来防止异物进入其中。
[0037] 标尺266固定于与可视位置指示器232相邻的颈部260并且可以通过窗口 262看 见。在一个示例中，标尺266设置在颈部260的凹表面上，其尺寸容纳标尺266。标尺266 包括表示致动器输出轴208的角位置的标记，其可包括，例如，角度测量、行程的百分比和/ 或不同颜色或颜色梯度。在操作过程中，标尺266对齐可视位置指示器232的记号234的 标记表示致动器输出轴208的旋转位置，并且因此表示流体控制部件204的位置。
[0038] 图7A是包括示例性可视位置指示器270的另一个示例性致动器268的视图。如 图7B所示，可视位置指示器270的标尺272设置在致动器输出轴274上。返回参考图7A， 记号276可以设置在颈部278或致动器268的窗口 280上。在操作过程中，记号276维持 静止且可视位置指示器270的标尺272与致动器输出轴274 -起旋转。因此，如在前面的 不例中一样，标尺272对齐记号276的标记表不致动器输出轴274的旋转位置，并且因此表 示流体流动控制部件204的位置。在这个示例中，较小的窗口 280可以用作比较图6的窗 口 262,因为整个标尺272不需要一直显示。可视位置指示器270的标尺272与致动器输出 轴274 -起旋转，因此仅需要观察标尺272与记号276对齐的部分。在由于窗口 280的更 小的尺寸要求需要致动器壳体268的更大的结构强度的应用中，该结构能够是最好的。 [0039] 虽然某些方法、装置和制造物品已在本发明中描述，本专利的保护范围不限于此。 相反，本专利涵盖落入所附权利要求书要么字面上要么等同原则下的范围内的所有装置、 方法和制造物品。
【权利要求】
1. 一种装置，其包括： 致动器壳体，其限定防爆外壳边界； 致动器输出轴，其具有第一轴部和第二轴部，所述第一轴部部分地设置在所述防爆外 壳边界内，并且所述第二轴部设置在所述防爆外壳边界外；以及 可视位置指示器，其用于指示所述致动器输出轴相对于所述致动器壳体的旋转位置， 所述可视位置指示器设置在所述致动器输出轴的所述第二轴部上。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述可视位置指示器通过所述致动器壳体上的 窗口是可见的。
3. 根据权利要求2所述的装置，其进一步包括连接所述致动器壳体的标尺，所述标尺 对齐所述可视位置指示器以指示所述致动器输出轴的所述旋转位置。
4. 根据权利要求2所述的装置，其中，所述可视位置指示器包括标尺，并且进一步包括 设置在所述致动器壳体上的记号，所述标尺对齐所述记号以指示所述致动器输出轴的所述 旋转位置。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述致动器壳体包括防爆外壳。
6. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述防爆外壳具有不超过两个火焰路径。
7. -种装置，包括： 旋转控制阀致动器壳体，其具有颈部，所述颈部具有指示器窗口； 安装支架，其耦接至所述颈部以支承旋转控制阀； 致动器输出轴，其至少部分地设置在所述颈部内，所述致动器输出轴设置用于支承所 述旋转控制阀的轴；以及 可视位置指示器，其耦接至所述致动器输出轴以指示所述致动器输出轴的旋转位置， 所述可视位置指示器通过所述指示窗口是可见的。
8. 根据权利要求7所述的装置，其中，所述致动器壳体包括防爆外壳。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中，所述颈部至少部分地处于所述防爆外壳之外。
10. 根据权利要求9所述的装置，其中，所述可视位置指示器设置在所述颈部处于所述 防爆外壳以外的部分中。
11. 根据权利要求8所述的装置，其中所述防爆外壳具有不超过两个火焰路径。
12. 根据权利要求7所述的装置，其进一步包括设置在所述致动器壳体上并且通过所 述致动器壳体上的窗口可见的标尺，所述标尺对齐所述可视位置指示器以指示所述致动器 输出轴的所述旋转位置。
13. -种装置，包括： 致动器壳体，其具有由通道连接的第一隔室和第二隔室； 致动器输出轴，其具有第一部分和第二部分，所述第一部分至少部分地设置在所述第 一隔室和所述通道内，并且所述第二部分至少部分地设置在所述第二隔室内和设置用于支 承旋转控制阀的轴；以及 可视位置指示器，其设置在所述致动器输出轴的所述第二部分上以指示所述致动器输 出轴的旋转位置，所述可视位置指示器从外部是可见的。
14. 根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一隔室限定设置用于承受所述第一隔 室内的气体或蒸汽的爆炸以及用于防止点燃所述第一隔室周围的爆炸性气体或蒸汽的防 爆外壳。
15. 根据权利要求14所述的装置，其中，所述第一隔室包括耦接至耦接接口处的基座 的盖，所述耦接至接口限定足够长度的第二火焰路径以冷却在所述第一隔室内点燃的所述 燃气或蒸汽，从而所述第二火焰路径防止点燃所述第一隔室周围的爆炸性气体和蒸汽。
16. 根据权利要求13所述的装置，其中，所述致动器输出轴的所述第一部分和所述通 道之间的间隙限定足够长度的第一火焰路径以冷却在所述第一隔室内点燃的气体和蒸汽， 从而所述第一火焰路径防止点燃所述第一隔室周围的爆炸性气体和蒸汽。
17. 根据权利要求16所述的装置，其中，所述第一隔室具有不超过两个火焰路径。
18. 根据权利要求13所述的装置，其中，所述致动器输出轴的所述第二部分具有大于 所述第一部分的直径。
19. 根据权利要求13所述的装置，其中，所述致动器输出轴的所述第二部分包括行程 限位器以限制所述致动器输出轴的角旋转。
20. 根据权利要求19所述的装置，其进一步包括耦接至所述第二隔室的凸起以以所述 致动器输出轴的角旋转的预定限制接合所述行程限位器。
【文档编号】F16K37/00GK104455691SQ201410469436
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】B·W·贝尔 申请人:费希尔控制国际公司