用于有害位置的螺线管的制作方法

本申请是要求申请日为2014年4月29日,申请号为14/264,776的美国专利申请的优先权的国际申请。

技术领域

这里所公开的实施方式大体涉及能够在有害区域和环境中安全地操作的螺线管，且具体地涉及可在与现有螺线管相比的较轻重量和较低成本基础上在有害区域和环境中操作的螺线管组件。

背景技术：

例如化学处理设备，燃料存储箱等的危险环境需要广泛的预防来防止意外地点燃液体、气体和其它材料的高度易燃混合物。例如，螺线管通常用于在这些环境中操作阀且易燃材料可聚积在该线圈罩中。当这种情况发生时，在线圈中的机械和/或电接触的火花可点燃易燃材料，导致对人员和财产的潜在灾难结果。因此，总的来说，对用于有害环境中的螺线管来说，能够限制或控制可在线圈罩中发生的任何爆炸来防止该爆炸到达外部环境以及点燃易燃材料是非常重要的。同样，需要相对于环境中存在的灰尘和碎屑而保护螺线管以及其中的电连接。

存在几种安全方式来实现螺线管的防爆。一种安全方式包括使得围绕螺线管的罩或壳体(以及连接至其的电连接)足够坚固，以容纳发生在该罩内的任何爆炸。这表示壳体必须能够承受由该爆炸产生的压力，而不会实体地变形和从爆炸释放热气进入外部环境。承受爆炸的能力需要壳体非常厚和重且通常由金属制成，然而也可使用一些非金属材料。该壳体还必须构造成防止在该壳体内部发生的任何爆炸通过接缝和接头扩散到外部环境。这表示在壳体内的任何接缝或接头，例如来自带法兰或螺纹的接头，必须符合OSHA(职业安全与保健管理总署)或者其它工业“火焰通路(flame path)”要求，以在爆炸气体从壳体内部离开时冷却该爆炸气体，因此防止其点燃在外部大气中的任何易燃材料。该“火焰通路”需要使用特别的部件以及需要对罩的精确加工，这显著增加了螺线管的成本。

另外的安全方式包括使用完全和无空隙封装的螺线管。通常，具有合适电绝缘和电阻特性的封装材料用于填充在螺线管与罩之间的空间。由于该封装在罩中没有给易燃材料在电连接附近的聚积留下空间，所以该填充罩有时称作“零容积”罩。由于没有可爆炸的易燃材料，所以不需要高强度的和重的罩。该方法的缺点是使用的通常为热固性材料或热塑性材料等的罩材料，其基本上对严苛的物理条件及恶劣和腐蚀环境具有较小的抵抗性，且因此在很多有害环境中会更快地损坏，从而牺牲了封装的完整性。

因此，需要一种用于有害环境中的螺线管，其在相对于现有方案的较轻重量和较低成本的基础上提供防止爆炸的改进的保护且实体上更加坚固。

技术实现要素：

这里所公开的实施方式涉及用于有害环境中的螺线管组件，其在相对于现有方案的较轻重量和较低成本的基础上提供防爆的改进保护且实体上更加坚固。所公开的螺线管组件包括容纳在完全填充有封装材料的保护罩或壳体内的螺线管，该封装材料例如传递模塑热固性材料或注模热塑性材料。该封装材料占据罩内的所有或几乎所有空间，在罩内给来自外部环境的以任意可爆炸量聚积的易燃材料留下的容积为零或几乎为零。不存在任意可感知数量的易燃材料允许螺线管组件构造为不具有常规工业标准的火焰通路。此外，该罩可由例如金属等实体上坚固的刚性材料制成，以在有害环境中承受恶劣的和/或腐蚀的条件，但是其不需要是防爆的，因为在罩中没有发生爆炸的风险。与需要防爆的罩相比，这使得该罩的壁可以仅具有一般厚度和重量。实体刚性的外部和零容积内部的组合允许螺线管组件减小尺寸、重量和成本，同时提供优越的环境保护，更高的强度，以及更好的气体组评级。

在一个方面，所公开的与螺线管组件相关的实施方式被配置成在有害环境中操作阀组件。该螺线管组件包括螺线管和包围该螺线管的保护壳体以及其它部件。该保护壳体具有多个壁，其中至少两个壁具有用于接收阀组件的开口。封装材料设置在保护壳体中且围绕所述螺线管，封装材料填充保护壳体且防止来自有害环境的有害材料聚积在保护壳体中。保护壳体的至少一个壁由耐腐蚀材料制成且具有一厚度，其使得保护壳体不符合用于在有害环境中的螺线管组件的一项或多项工业强度要求。

总的来说，在另一方面，所公开的实施方式涉及被配置成在有害环境中操作阀组件的螺线管组件。该螺线管组件包括轭和其它部件，该轭具有连接至两个法兰部分的底座部分，该底座部分和两个法兰部分具有大体U形轮廓。线轴安装在轭上，线轴具有连接至顶板和底板的管状主本体且被配置成在其上保持线圈。螺线管组件还包括容纳轭和线轴的保护壳体，该保护壳体具有多个大体矩形侧壁，大体矩形顶壁，以及大体矩形底壁，各所述大体矩形顶壁和所述大体矩形底壁具有用于接收阀组件的环形开口。封装材料设置在保护壳体中且围绕所述轭和线轴，封装材料填充保护壳体并且防止来自有害环境的有害材料聚积在保护壳体内。保护壳体的至少一个壁由耐腐蚀材料制成且具有一厚度，其使得保护壳体不符合用于有害环境中的螺线管组件的至少一项工业强度要求。

总的来说，在另一方面，所公开的实施方式涉及一种用于制备在有害环境中操作阀组件的螺线管组件的方法。除其它步骤外，该方法包括将线轴安装至轭并且将线轴和轭容纳在保护壳体中，该保护壳体具有整体形成在其上的线管。该方法还包括将管套附接至线管；以及将封装材料注入所述保护壳体中，从而所述封装材料填充所述保护壳体和所述线套以形成零容积罩。所述零容积罩防止来自所述有害环境的有害材料聚积在所述保护壳体中。

附图说明

通过参考以下具体说明以及通过参考附图，所公开的实施方式的以上和其它优点将是明显的，其中：

图1是根据所公开的实施方式的螺线管组件的透视图；

图2是根据所公开的实施方式的螺线管组件的局部剖视图；

图3是根据所公开的实施方式的螺线管组件的平面视图；

图4是对根据所公开的实施方式的螺线管组件进行装配的方法的流程图。

具体实施方式

首先，应理解结合所公开的实施方式的方面的实际、真实商业应用的研发将需要很多应用方面决定来实现研发者对于该商业实施方式的最终目标。一些应用具体决定可包括且不限于符合相关系统，相关商业，相关政府以及其他约束，其可通过具体的应用、位置而不时地改变。尽管研发者的工作在绝对意义上可以是复杂和耗时的，然而该工作将最终是本领域技术人员在本公开教导下所进行的例行工作。

应理解，这里所公开和教导的实施方式容易进行多种和不同修改并且形成可替换形式。因此，所使用的单数形式，例如但不限于“一”等，不意图限制项目的数量。类似地，用于说明书中的任何关系术语，例如但不限于“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上”、“下”、“向下”、“向上”、“侧”等用于清楚地参考附图而不意图限制本发明的范围。

所公开的实施方式涉及用于危险环境的螺线管组件，其提供对爆炸的改进的保护且在更少的重量和成本基础上更加坚固。除其它事项外，所公开的螺线管组件结合了物理刚性的外部和零容积的内部，导致较好的环境保护，更大的强度，紧凑的设计，以及更好的气体组评级(gas group rating)，同时与现有的技术方案相比减轻了重量降低了成本。

现在参看图1，示出了根据这里所公开的实施方式的螺线管组件100的透视图。如该图中所示，该螺线管组件100包括保护罩102，其具有大体矩形的顶部壁或盖104，大体矩形的底部壁或盖106，以及大体矩型的侧壁108a、108b、108c和108d，从而罩102在装配时构成直角棱柱。升高的环形垫110形成于或以另外的方式设置在顶盖104上，用于在将螺线管组件100连接至阀(没有明确地示出)时接收垫片、螺母等(没有明确地示出)。引线112穿过线管114进入罩102以将罩102内的线圈电连接至电气系统。为了降低成本，在一些实施方式中线管114可与罩102集成为单个元件，从而不需要另外的铜焊或焊接来将线管114安装或以另外的方式附接至罩102。

根据所公开的实施方式，罩102可完全填充有封装材料，例如传递模塑热固性材料，注模热塑性材料等。封装材料占据罩102内的所有或者几乎所有容积，从而在罩102内有零或几乎零容积来让来自外部环境的易燃材料以任何可察觉的量(即，可导致爆炸的量)聚积。不具有任何显著量的易燃材料允许螺线管组件100构造为没有火焰通路或者其他通常的OSHA或者工业标准要求。同样，不具有任何足够量的易燃材料允许罩102的壁比防爆罩更轻和更薄，从而节约成本。

图2示出了根据这里所公开的实施方式的罩102的横剖视图。该图示出了螺线管组件100的罩102容纳具有大体管状本体200a的线轴200，导线可围绕该管状本体200a以形成线圈(没有明确地示出)。大体圆形顶板200b和大体圆型底板200c附接至管状本体200a的两端以帮助将线圈保持在管状本体200a上。顶和底板200b和200c还允许线轴200安装至轭210，从而对线轴200提供结构支撑。在这里所示的实施方式中，轭210具有大体U形轮廓，该U形轮廓具有形成U形的底部的底座部分210a和形成U形的两侧的两个法兰部分210b和210c。形成U形的两侧的两个法兰部分210b和210c接着可分别附接至线轴200的顶板和底板200b和200c，以将轭210连接至线轴200。在一些实施方式中，例如还可在底座部分210a上为轭210设置接地端子212，以提供接地连接。为了节约成本，在一些实施方式中接地端子212可与轭210整体形成从而不需要额外的附接装置。

在一些实施方式中，可在线管114中设置管状管套204，用于接收引线112(参见图1)。该管套204可分别经由线管114中的开口206和208与罩102的侧壁108c而压配合至罩102。在线管114上的内螺纹116允许其连接至类似的带螺纹的外部构件。在轭210的底座部分210a中形成的开口212和214允许来自管套204的引线112穿过轭210的底座部分，用于连接至线轴200上的线圈。

将螺线管组件100连接至阀涉及将阀芯组件(没有具体地示出)穿过螺线管组件100中的通道。该通道通过在罩102的顶盖和底盖104和106中形成开口220a和220b，在轭210的两个法兰部分210b和210c中形成开口222a和222b，在线轴200的顶板和底板200b和200c中形成开口224a和224b，以及在线轴200的管状本体200a中形成通道226而形成。在一些实施方式中，O形环228可设置在罩102的顶盖和底盖104和106中的开口220a和220b中的一个或者二者中，以帮助为螺线管组件100提供液密和气密密封。

根据所公开的实施方式，罩102的容积和管套204的容积填充有大体以230指示的封装材料，从而在罩102中以及在管套204中的没有被构件或导线另外地占据的容积为零或基本零空间(参见图1)。该结果是“零容积”罩102，其中不可聚积来自外部环境的足够量的易燃材料。这避免了对特别设计以抵抗爆炸的螺线管组件100的需要。这样，尽管用于螺线管组件100的线轴200、轭210以及其它构件的目的是用于有害环境，然而其可以是标准构件，或者在很多情况下没有具体设计为用于有害环境的构件。例如，在管状管套204与罩102之间的压配合以及在螺线管组件100内的其它接缝和接头不需要以及在一些情况下实际上不符合工业火焰通路要求，这允许其与需要符合工业火焰通路要求的罩相比以较低的精度加工。类似地，罩102的侧壁以及顶盖和底盖不需要且实际上在一些情况下并不符合工业防爆要求，这允许其与需要符和工业防爆要求的罩相比具有一般标准的厚度。这为螺线管组件100提供改进的环境保护，更大的强度，更紧凑的设计，以及更好的气体组评级(gas group rating)，同时与现有的螺线管组件相比减轻了重量降低了成本。

现参考图3，示出了螺线管组件100的平面视图，其中为了便于观察而将顶盖104从罩102移除。如这里所示，在一些实施方式中，轭210的两个法兰部分210b和210c中的一个或两个可变窄为延伸朝向轭210的底座部分的颈部300。如所示的，在一些实施方式中，在轭210的底座部分与罩102的相应侧壁108c之间的距离可以为一英寸的约3/8(在±百分之10内)，以302指示。在一些实施方式中，在罩102的其它侧壁108a、108b和108d与两个法兰部分210b和210c之间的距离可以为约1毫米(在±百分之10内)，以304指示。该侧壁可具有一厚度，例如约0.06英寸(在±百分之10内)，以306指示，其足以提供坚固的保护而不需要是防爆的。类似地，在一些实施方式中，顶盖和底盖104和106可具有0.06英寸的厚度。该侧壁以及顶盖和底盖优选由高强度防腐材料制成，例如316L级不锈钢等。罩102本身可以是熔模铸造外壳102，从而不需要将另外的材料挖空来形成罩102。其它的制造技术，例如3D打印，也可用于生产罩102和这里所述的其它构件，而不偏离所公开的实施方式的范围。无论所使用的具体制造技术，对本领域技术人员很清楚，上述实施方式允许螺线管组件100以相对于现有方案的轻的重量和低的成本而提供对用于有害环境的改进的保护。

在图4中以流程图400的形式示出了根据这里所公开的实施方式组装或以另外的方式准备螺线管组件100的大致指导。首先，应理解尽管图4的流程图100示出了多个分离的框，然而这些框中的一个或多个可分为几个组成框，且这些框中的两个或多个可结合为单个框，而不偏离所公开的实施方式的范围。此外，尽管所示的框为特定的序列，然而应理解可将一个或多个框拿到所示的序列以外，或者一起省略，而不偏离所公开的实施方式的范围。

如图4所示，组装和准备螺线管组件100大体从框402开始，其中具有线圈缠绕在其上的线轴被安装至螺线管组件的轭。接着，在框404处，线轴和轭被设置在内侧，且接着封闭在螺线管组件的罩内。在框406处，管套附接(例如，压配合)至罩，具体地压配合至罩的整体形成的线管。接着，在框408处，封装材料或者密封材料被注入罩中，例如经由通常由底盖106所覆盖的开口。封装材料优选地以液体或流体状态并且以一定速度、压力和/或温度注入，使得材料占据罩内的所有或者几乎所有空间，为来自外部环境的易燃材料的任意可爆炸量聚积留下零容积或几乎为零的容积。

尽管已经示出和说明了本公开的具体方面、实现和应用，然而应理解本公开不限于这里所公开的精确结构和组成。例如，在一些实施方式中，代替构成直角棱柱的螺线管的是具有某种圆柱形状等的螺线管组件。因此，根据以上说明，多种修改、改变和变化是明显的且不偏离所附权利要求中限定的公开的实施方式的实质和范围。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种螺线管组件，其被配置成在有害环境中操作阀组件，包括：

螺线管；

容纳螺线管的保护壳体，该保护壳体具有多个壁，至少两个壁上具有用于接收所述阀组件的开口，至少两个壁在其中具有开口用于接收所述阀组件；和

封装材料，其设置在所述保护壳体内且包围所述螺线管，该封装材料填充所述保护壳体且防止来自有害环境的有害材料聚积在所述保护壳体内；

其中所述保护壳体由金属制成。

2.如权利要求1所述的螺线管组件，其中在该螺线管组件内不具有符合用于有害环境的工业火焰通路要求的接缝或接头。

3.如权利要求1所述的螺线管组件，其中所述金属是316L级不锈钢。

4.如权利要求2所述的螺线管组件，其中所述保护壳体的所述一个或多个壁的厚度为约0.06英寸。

5.如权利要求1所述的螺线管组件，其中所述封装材料是传递模塑热固性材料或注模热塑性材料中的一种。

6.如权利要求1所述的螺线管组件，其中所述保护壳体是熔模铸造保护壳体。

7.如权利要求1所述的螺线管组件，其中所述有害环境是化学处理设施或燃料存储箱中的一个。

8.一种螺线管组件，其被配置成在有害环境中操作阀组件，包括：

轭，其具有连接至两个法兰部分的底座部分，所述底座部分和所述两个法兰部分具有大体U形轮廓；

安装在所述轭上的线轴，该线轴具有管状主本体，其连接至顶板和底板且被配置成在其上保持线圈；

容纳所述轭和所述线轴的保护壳体，所述保护壳体具有多个大体矩形的侧壁，大体矩形的顶壁，和大体矩形的底壁，各大体矩形的顶壁和大体矩形的底壁在其中具有环形开口用于接收所述阀组件；和

设置在所述保护壳体内且包围所述轭和所述线轴的封装材料，所述封装材料填充所述保护壳体且防止来自有害环境的有害材料聚积在所述保护壳体内；

其中所述保护壳体由金属制成。

9.如权利要求8所述的螺线管组件，还包括与所述保护壳体整体形成的线管。

10.如权利要求9所述的螺线管组件，还包括压配合在所述线管和所述保护壳体内的管套。

11.如权利要求8所述的螺线管组件，还包括O形环，其设置在大体矩形的顶壁和大体矩形的底壁中的一个或多个环形开口内。

12.如权利要求8所述的螺线管组件，还包括与所述轭整体形成的接地端子。

13.一种制备用于在有害环境中操作阀组件的螺线管组件的方法，包括：

将线轴安装至轭；

将所述线轴和所述轭容纳在保护壳体内，所述保护壳体具有在其上整体形成的线管；

将管套附接至所述线管；以及

将封装材料注入所述保护壳体内，使得所述封装材料填充所述保护壳体和所述线套以形成零容积罩；

其中所述零容积罩防止来自有害环境的有害材料聚积在所述保护壳体内。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述线轴具有管状主本体，其连接至顶板和底板且被配置成在其上保持线圈。

15.如权利要求13所述的方法，其中所述轭具有连接至两个法兰部分的底座部分，所述底座部分和所述两个法兰部分具有大体U形轮廓。

16.如权利要求13所述的方法，其中所述保护壳体具有多个大体矩形的侧壁，大体矩形的顶壁，和大体矩形的底壁，各大体矩形的顶壁和大体矩形的底壁在其上具有环形开口用于接收所述阀组件。

17.如权利要求13所述的方法，其中所述保护壳体的一个或多个壁由耐腐蚀材料制成且具有一厚度，该厚度使得所述保护壳体不符合对于有害环境中的螺线管组件的至少一项工业强度要求。