专利名称：电磁离合器、机电致动器及涡轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机电致动器的电磁离合器。本发明进一步涉及一种用于阀门的机电致动器，该阀门包括一阀门活塞和一电机。本发明还涉及一种涡轮机，尤其涉及一种具有阀门的蒸汽涡轮机，该阀门用于调节流体流量，并设有一阀门活塞与机电致动器相连接。
背景技术：
涡轮机，特别是蒸汽涡轮机，通常设有很多阀门，这些阀门可被用作一次蒸汽阀、截止阀或者分流阀。各阀门的开启位可实现对相应的进料量或进汽量进行调节的目的，而阀门的开启位通常是借助于一传动元件，特别是阀门致动器中的一个零件来调节的，该传动元件被配置到相应的阀门上。就调节力和调节速度而言，对阀门规格的要求应当特别高。为确保阀门的安全运转或者关闭，尤其是当蒸汽涡轮机紧急停机时能够如此，阀门可采取油压驱动伺服阀的配置形式，从而为其配置的每个致动器中均无一例外地设有一油压装置，该油压装置或是包括一中央式液压供应系统，或是包括如同欧洲专利申请EP0040732A1中所述的分布式液压供应系统。因为电机在稳定性和动量方面得到了改进，所以用来调节介质的注入压力和/或注入量的伺服阀，也可用于涉及诸如原子能工厂、化工厂一类的工厂，例如像德国专利申请DE-OS1937198中所描述的那样。该申请文件中所述的伺服阀具有一推杆，其上固定有阀门座。推杆通过一可绕中心支点旋转的横杆与伺服电机连接。采用这一方式，即可通过阀门来调节介质注入量。推杆由一复位弹簧夹紧。
在申请文件EP0230849A1中描述了一种伺服阀和一种断流阀。该伺服阀设有一可轴向移动的锁定体，还设有一可沿轴向拉伸的活塞。该活塞设置为直齿条结构，该直齿条与另一推杆的纵向传动装置保持接触。将推杆围绕其轴线旋转，即可使锁定体沿轴向移动。而推杆的旋转是通过电机、借助于推杆端部的另一组齿轮啮合来完成的。
在申请文件DE4446605A1中描述了一种用于蒸汽涡轮机的阀门，该阀门具有一阀轴，紧靠该阀轴设置一密封座。该阀轴由一电机驱动，而该电机通过一电磁驱动的联轴节与阀轴连接。为实现阀门的自动伺服关闭，阀门中设置了一个板簧系统。
国际申请WO98/13633A1公开了一种用于涡轮机阀门的致动器，该阀门的开启位可通过连接杆进行调整，从而确保阀门的无干扰运行和极低的火灾危险。该致动器包括一用于驱动连接杆的电机，连接杆通过一齿条齿轮系统以及一电磁齿式联轴节与电机连接。
国际公开文本WO99/49250A1描述了一种用于阀门，尤其是用于蒸汽涡轮机阀门的机电致动器。该致动器设有一连接杆和驱动该连接杆的电机。连接杆通过一传动装置与电机连接，该传动装置产生一扭矩，扭矩的大小可随连接杆的轴向位移量而变化。连接杆与一曲柄盘连接，而曲柄盘自身又通过一齿式联轴节与电机连接。
发明内容
本发明的一个目的是为机电致动器提供一种节省空间、动作快捷并且非常廉价的电磁离合器。本发明的另外一个目的是提供一种机电致动器，用于阀门和涡轮机，尤其是蒸汽涡轮机，该蒸汽涡轮机具有一用以调节流体流量大小的阀门，这种调节是通过一机电致动器来操纵的。
考虑到上述目的和其他目的，本发明提供了一种电磁辐射板离合器，用于机电致动器，尤其是用于阀门的机电致动器。该电磁离合器包括一转子，该转子具有一转轴和一具有至少一凹槽的圆周外表面。一圆筒形元件环绕该转子，且至少一个薄板元件固定在该圆筒形元件上，而薄板元件设有一插入部分以将其置入凹槽内。
电磁离合器还包括一线圈，用于将至少一个薄板元件保持在凹槽内。优选地，电磁离合器包括若干辐射状薄板，该薄板为近乎平面状的单层弹性薄板，设置于圆筒形元件和转子之间。优选地，薄板元件的一端紧固于圆筒形元件内，而另一端设有一插入部分，其在线圈产生的电磁场电磁力的作用下被置于凹槽中。插入部分置于凹槽内时，电磁离合器即处于运行状态，所以通过与电机相联的转子的旋转，即可迫使圆筒形元件随之旋转。圆筒形元件的旋转运动可转换成阀门活塞杆的轴向运动。
根据本发明的另一项技术特征，至少一个薄板元件经过预压，从而将插入部分以机械方式插入凹槽。通过预压薄板元件可使插入部分在通常状态下一直置于凹槽内，并因由线圈产生的电磁力作用于其上而与凹槽紧密相邻。一旦线圈的电路断开时，例如当蒸汽涡轮机随其所需阀门的立即关闭而停止运转时，则将插入部分吸住并保持在凹槽内的电磁力便随之消失。因此通过转子旋转，插入部分被迫脱离凹槽，而转子和圆筒形元件之间的适配连接和压配连接则随之解除。一旦转子的旋转停止下来，插入部分就又会由于薄板元件的预压配置而再次以适配连接方式插入凹槽内。
根据本发明的另一项技术特征，插入部分包含一种磁性材料。线圈的磁通量会因插入部分设有磁性材料而增大，从而使得当作用于插入部分上的电磁力增大时，压配连接的状况也得以改善。插入部分可由磁性材料组成，或者设有磁性材料覆盖层。
根据本发明的另一项技术特征，线圈缠绕于转子之上。
根据本发明的另一项技术特征，前述的凹槽设有一底面和一渐高侧面，插入部分至少部分与底面和渐高侧面相接触。通过对凹槽和插入部分进行几何设计，可使它们紧密适配，从而提高离合器所能传送的动量。渐高侧面的坡度影响着离合器的吸力大小和释放的安全性，坡度值可根据离合器的要求来确定。
根据本发明的另一项技术特征，渐高侧面汇合至外表面区域的顶部，由此优选地，插入部分也至少部分与顶部相接触。这样，在圆周外表面区域间，尤其是凹槽和薄板元件之间的适配状况进一步得到改善。
根据本发明的另一项技术特征，凹槽即是两齿形元件之间的间隔。齿形元件，尤其是若干个齿形元件优选地沿转子的圆周分布，从而形成具有至少一个凹槽的圆周外表面，而转子即会具有齿轮形状。
基于另外一个发明目的，本发明提供了一种用于具有一阀门活塞的阀门的机电致动器，其包括一电机、一电磁辐射板离合器和一推杆，该推杆的一端与离合器的曲柄盘相连，另一端可与阀门的阀门活塞相连。电磁辐射板离合器包括一具有一转轴的转子和一具有至少一凹槽并与电机相连的圆周外表面，还包括环绕在转子外的一圆筒形元件，其上固定有至少一个薄板元件，该薄板元件设有一插入部分以置于凹槽内。另外，电磁离合器还包括一用于将薄板元件保持在凹槽内的线圈，以及一连接在圆筒形元件上的曲柄盘。机电致动器可以根据情况，例如在蒸汽涡轮机突然停止运转的时候，对阀门实施可靠的立即关闭操作，此时，转子和圆筒形元件通过受电磁吸引的辐射板离合器断开联接。转子可与所述电机相连，而圆筒形元件可与阀门活塞相连。前述断开联接是通过中断线圈的电路来实现的，该线圈产生电磁力来吸住薄板元件。通过薄板元件与转子断开联接，圆筒形元件的转速得以大幅度提高，从而作用在薄板上的离心力能够使薄板元件克服其因预压产生的机械力而从凹槽中脱离升起。该断开联接的过程使得阀门到达关闭位。一旦圆筒形元件停止不动，由预压薄板元件而产生的机械力即再次作用，使薄板元件再次与凹槽啮合，与其适配连接。如果阀门突然关闭，圆筒形元件即停止不动，此时阀门到达关闭位，电机被切断。
根据本发明的另一项技术特征，电机可通过一传动装置，尤其是多级传动装置连接到转子上。
根据本发明的另一项技术特征，机电致动器设有一贮油器，电磁离合器与一阻尼装置连接，其中阻尼装置至少部分浸入贮油器内。阻尼装置可为一与圆筒形元件相连的减振盘，或在一优选实施例中，圆筒形元件本身即形成了阻尼装置，特别地，该圆筒形元件的外表面至少部分浸入贮油器内。减振盘或圆筒形元件可在其外圆周上设置一翅片等元件，用以增加阻尼系数。优选地，电机和曲柄盘设于贮油器外面。该贮油器优选地加装非承压油。阻尼装置提供一阻尼，该阻尼对于在阀门突然关闭的情况下保护阀门座免遭伤害特别有利。由于该阻尼的存在，即使是在阀门突然关闭的情况下，阀门活塞也会在触到阀门座之前，于阀门座附近将运行速度降下来。
根据本发明的另一项技术特征，机电致动器包括一摇臂，摇臂的一边与推杆连接，另一边可与阀门活塞连接。利用摇臂可节省致动器和阀门的布置空间，另外通过选择不同臂长的摇臂杆，只需通过致动器在相应的摇臂杆上施加较小的力，便可使得阀门活塞克服阀门弹簧的较大的弹簧力而移动，该弹簧力是阀门弹簧受压缩而产生的。
根据本发明的另一项技术特征，机电致动器与设有阀门活塞的阀门相连接。由于受阀门弹簧的力作用，阀门处于关闭位，而克服阀门弹簧的弹簧力就可将阀门打开。阀门优选为涡轮机的阀门，尤其是蒸汽涡轮机的阀门。与该阀门连接的致动器对于正常运行以及涡轮机蒸汽供应突然中断两种情况均发挥作用，所述正常运行是指关闭和打开阀门以调节涡轮机正常运行期间的蒸汽流。
根据另一个发明目的，本发明提供一种涡轮机，尤其是设有一调节流体流量阀门的蒸汽涡轮机。其中，阀门设有一阀门活塞，并与上述机电致动器连接。
在图示和所描述的实施例中，本发明包括一电磁辐射板离合器，一用于具有一阀门活塞的阀门的机电致动器，一电机，一特别用于蒸汽涡轮机的电磁辐射板离合器，以及一涡轮机，尤其是蒸汽涡轮机。然而，这并不意味着本发明仅限于所示的具体实施例，因为可对本发明做出各种改进和结构变化，但均不超出本发明的实质，仍然落在权利要求书所公开的保护范围内。
无论如何，根据下面的具体实施例再结合附图，将更加充分地理解本发明的结构，其他的发明目的和其所具有的优点。
图1为开启位状态的电磁辐射板离合器的断面图；图2为关闭位状态的电磁辐射板离合器的断面图；图3为与关闭位阀门连接的机电致动器的局部纵截面示意图；图4示出了图3中的机电致动器以及处于开启位的阀门。
具体实施例方式
在说明书各附图中，不同实施例所示出的同一部件均采用同一附图标记。为了突出本发明的某些技术特征，附图进行了局部简化处理。
现在参照具体附图，首先特别参照其中的图1，图中示出了一个实施例中开启位状态的电磁辐射板离合器10的断面图。电磁离合器10沿转轴12延伸，该转轴垂直于图1所示的平面。离合器10包括一转子11，其上缠有线圈21。缠有线圈21的转子11具有一圆周外表面13。该圆周外表面13由若干齿形元件22形成，该齿形元件均匀分布于转子11的圆周上。在每两个相邻的齿形元件22之间形成一凹槽17，该凹槽17具有一底面18和由齿形元件22的一侧面形成的渐高侧面19。渐高侧面19汇合至齿形元件22的顶面20。转子11被一圆筒形元件14所环绕，该圆筒形元件也绕转轴12旋转。在圆筒形元件14的内表面均匀分布着固定在其上的若干弹性薄板元件15。各薄板元件15设有一插入部分16，该插入部分的几何形状能够接合在凹槽17内。特别是，各插入部分16的形状能够与底面18、渐高侧面19和顶面20适配相接。在图1所示的实施例中，电磁辐射板离合器10为开启位状态，其中圆筒形元件14按箭头23所示的顺时针方向旋转。由于旋转，同时线圈21又未通电，插入部分16就不会受到电磁力的吸引，此时插入部分16受离心力作用和旋转中的齿形元件22作用从凹槽17中脱离出来。因此，电磁辐射板离合器10也就不再传送动量和旋转位移。
图2示出了与图1相同的电磁辐射板离合器10处于关闭位或接触位状态下的断面图，其中各薄板元件15的插入部分16接合于转子11的凹槽17内。插入部分16与底面18和渐高侧面19适配相接。在此关闭位或接触位状态中，离合器10能够将作用在转子11上的扭矩或动量传送至圆筒形元件14上。受线圈21产生的电磁力作用，插入部分16被保持在凹槽17内，处于接触位。为了增加线圈21的磁通量，插入部分16含有一种磁力材料，预压各薄板元件15，从而既便没有电磁力作用在该薄板元件上，它也可在机械力的作用下被置于凹槽17内。
图3中示出了与阀门50相连的机电致动器30的局部断面示意图。优选地，阀门50是蒸汽涡轮机(图中未示出)的控制阀、紧急关闭阀，或控制关闭组合阀，用以调节导入蒸汽涡轮机的一次蒸汽。阀门50包括蒸汽入口54和蒸汽出口55，二者之间设置蒸汽座53。阀门50还包括阀门活塞52，受阀门弹簧5 1的弹簧力作用，其一端安置于阀门座53上以关闭阀门50。这意味着，阀门入口54和阀门出口55之间的流体连接被阻断。利用施加于阀门活塞52上的一作用力，可克服由阀门弹簧51施加的力，这使得阀门活塞52以受控方式沿轴向运动，直至阀门50的开启位，从而调节通过阀门50的蒸汽量。
为了使阀门活塞52以受控方式进行运动，将其与机电致动器30连接。机电致动器30包括具有电机轴32的电机31和多级传动装置33。该多级传动装置33设有传动轴34，该传动轴与图1和2所示电磁放射板离合器10的转子11以刚性方式连接。在图示实施例中，转子1 1和传动轴34这二者实际上形成了一个轴。在转子11上均匀分布着若干沿转轴12延伸的齿形元件22。转轴12为转子11和传动轴34的对称轴。转子11由内表面载有薄板元件15的圆筒形元件14环绕。该圆筒形元件14至少部分浸入贮油器35中，其外表面可设置一些翅片或其他阻尼元件(图中未示出)。圆筒形元件14与具有曲柄翅片39的曲柄盘37采取压配方式，尤其是刚性方式进行连接。在此曲柄翅片39上，推杆38的一端40(即曲柄所在端)与曲柄盘37相连，而其另一端41(即阀门所在端)与摇臂42相连。摇臂42的一边与推杆38相连，而另一边与阀门活塞52相连。与推杆38相连的摇臂杆的臂长大于与阀门活塞52相连的摇臂杆的臂长。由于摇臂杆的作用，作用于推杆38上的较小的力产生了一个作用于阀门活塞52上的较大的力，以克服关闭位阀门弹簧51的弹簧力。因此为了调节蒸汽量——实际上是指移动阀门活塞52——离合器11只须传送比不设摇臂42时小一些的动量，这使得能够制造出节省空间的电磁离合器11和致动器30。电机31以及线圈21均由控制器43控制，该控制器包括名义阀门入口45和实际阀门入口46。这些阀门入口45和46指的是阀门活塞52名义上的位置和实际上的位置。为确定阀门活塞52的实际位置，在阀门活塞52上，例如在摇臂42和阀门50之间安装一位置传感器44。当阀门弹簧51对阀门活塞52施加弹簧力，使阀门50保持在关闭位时，致动器30就不再向阀门活塞52施加动量或力以关闭阀门50。因此在图3所示的实施例中，电机31和线圈21均为不运行状态。由于薄板元件15经过预压处理，因此即使插入部分16上没有电磁力作用，当转子11不旋转时，各插入部分16仍咬合在相应的凹槽17内。
在图4的阀门50和机电致动器30的布置图中所示出的阀门50位于开启位。在这种情况下，电机31和线圈21均为运行状态，因此曲柄盘37转至导致推杆38沿轴向运动的位置。通过将推杆38的轴向运动经摇臂42转换为阀门活塞52的轴向运动，阀门活塞52从阀门座53上脱离，从而阀门入口54和阀门出口55之间的流体得以连通，使得一次蒸汽流入蒸汽涡轮机。利用多级传动装置33，转子11与圆筒形元件14相联，曲柄盘37与推杆38相连，而推杆则通过摇臂42与阀门活塞52相连，电机31产生的扭矩转换成力，该力作用于阀门活塞52上，以克服阀门弹簧51施加于阀门活塞52上的弹簧力。
如果阀门50紧急关闭，电机31和线圈21都不再运行。电机31一旦运转，阀门弹簧51施加于阀门活塞52上的弹簧力就会立即启动关闭位状态下的阀门活塞52的运动。阀门活塞52的这种运动将转换成离合器10的圆筒形元件14的旋转运动。由于线圈21不运行，而圆筒形元件14又要旋转，薄板元件15的插入部分16被迫脱离出凹槽17，使得圆筒形元件14能够进行旋转。当圆筒形元件14至少部分浸入贮油器35时，圆筒形元件14的旋转运动产生一阻尼。该阻尼确保阀门活塞52不会撞到或损坏到阀门座53。因此由于圆筒形元件14所具有的阻尼，如果阀门活塞52紧急关闭，阀门座53可免遭伤害。
权利要求
1.一种电磁辐射板离合器(10)，其用于机电致动器(30)，尤其是用于阀门(50)的机电致动器，包括-一转子(11)，其具有一转轴(12)和一具有至少一个凹槽(17)的圆周外表面(13)；-一圆筒形元件(14)，其环绕在所述转子(11)周围；-至少一个薄板元件(15)，其固定于所述圆筒形元件(14)上，并设有一插入部分(16)，以置入所述凹槽(17)内；-一线圈(21)，其用于将所述薄板元件(15)保持在所述凹槽(17)内。
2.根据权利要求1所述的电磁离合器(10)，其中，所述至少一薄板元件(15)被预压，以便将所述插入部分(16)以机械方式插入所述凹槽(17)内。
3.根据权利要求1或2所述的电磁离合器(10)，其中，所述插入部分(16)包含一种磁性材料。
4.根据上述权利要求之一所述的电磁离合器(10)，其中，所述线圈(21)缠绕在所述转子(11)周围。
5.根据上述权利要求之一所述的电磁离合器(10)，其中，所述凹槽(17)具有一底面(18)和一渐高侧面(19)，所述插入部分(16)至少部分与所述底面(18)和所述渐高侧面(19)相接触。
6.根据权利要求5所述的电磁离合器(10)，其中，所述渐高侧面(19)止于所述圆周外表面(13)的顶部(20)，所述插入部分(16)至少部分与所述顶面(20)相接触。
7.根据上述权利要求之一所述的电磁离合器(10)，其中，所述凹槽(17)为两个齿形元件(22)之间的间距。
8.一种机电致动器(30)，其用于具有一阀门活塞(52)的阀门(50)，包括a)一电机(31)；b)一电磁辐射板离合器(10)，其设有b1)一转子(11)，其具有一转轴(12)，以及一设有至少一凹槽(17)的圆周外表面(13)，所述转子可与所述电机(31)相连接；b2)一圆筒形元件(14)，其围绕所述转子(11)设置；b3)至少一薄板元件(15)，其固定于所述圆筒形元件(14)上，并具有一插入部分(16)以置于所述凹槽(17)内；b4)一线圈(21)，其用于将所述薄板元件(15)保持在所述凹槽(17)内；b5)一曲柄盘(37)，其与所述圆筒形元件(14)相连接；c)一推杆(38)，其一端(40)与所述曲柄盘(37)相连接，另一端(41)与所述阀门活塞(52)相连接。
9.根据权利要求8所述的机电致动器(30)，其中，所述电机(31)可通过一传动装置(33)，尤其是一多级传动装置与所述转子(11)相连接。
10.根据权利要求8或9所述的机电致动器(30)，还包括一贮油器(35)和一与所述离合器(10)连接的阻尼装置(14)，其中，所述阻尼装置(14)至少部分浸入所述贮油器(35)内。
11.根据权利要求8-10之一所述的致动器(30)，包括一摇臂(42)，其一边与所述推杆(38)的另一端(41)相连接，其另一边可与所述阀门活塞(52)相连接。
12.根据权利要求8-11之一所述的机电致动器(30)，与一具有阀门活塞(52)的阀门(50)相连接，所述阀门活塞受一阀门弹簧(51)的力作用而置于关闭位，克服所述阀门弹簧(51)的弹簧力则可将其开启。
13.一种涡轮机，尤其是蒸汽涡轮机，设有一调节流体流量的阀门(50)，所述阀门(50)设有一阀门活塞(52)，该阀门活塞与一机电致动器(30)相连，所述机电致动器(30)包括a)一电机(31)；b)一电磁辐射板离合器(10)，设有b1)一转子(11)，其具有一转轴(12)以及一设有至少一凹槽(17)的圆周外表面(13)，所述转子可与所述电机(31)相连接；b2)一圆筒形元件(14)，其围绕所述转子(11)设置；b3)至少一薄板元件(15)，其固定于所述圆筒形元件(14)上，并具有一插入部分(16)以置入所述凹槽(17)内；b4)一线圈(21)，其用于将所述薄板元件(15)保持在所述凹槽(17)内；b5)一曲柄盘(37)，其与所述圆筒形元件(14)相连接；c)一推杆(38)，其一端(40)与所述曲柄盘(37)相连，另一端(41)与所述阀门活塞(52)相连。
全文摘要
本发明涉及一种电磁辐射板离合器(10)，其用于机电致动器(30)，尤其是用于阀门(50)的机电致动器。该电磁离合器(10)包括一转子(11)，该转子具有一转轴(12)，以及一设有至少一个凹槽(17)的圆周外表面(13)。转子(11)由一圆筒形元件(14)环绕，其中至少一个薄板元件(15)固定于所述圆筒形元件(14)上。薄板元件(15)设有一插入部分(16)用以将其置入所述凹槽(17)内，其中一线圈(21)将所述薄板元件(15)保持在所述凹槽(17)内。本发明还涉及一种机电致动器(30)以及一种具有一阀门(50)的涡轮机，该阀门由所述机电致动器(30)操纵。
文档编号F16D27/102GK1481480SQ02803324
公开日2004年3月10日 申请日期2002年9月25日 优先权日2001年10月1日
发明者理查德·斯坦博恩, 理查德 斯坦博恩 申请人:西门子公司