组合式隔膜活塞致动器的制作方法

相关申请的交叉引用

此申请要求2014年9月12日提交的名称为“nontensiondiaphragm”的共同未决的美国临时申请no.62/049539的优先权和权益，该申请的完整公开在此通过引用而并入本文中。

此申请也是以下申请的继续申请，并且要求以下申请的优先权和权益：2012年11月16日提交的、名称为“combinationdiaphragmpistonactuator”的美国专利申请no.13/679,553，现为美国专利no.8,998,166；名称为“non-risingstemactuator”的美国专利申请no.14/107,589，现为美国专利no.8,991,420，其要求2012年12月31日提交的美国临时专利申请no.61/747,753的优先权和权益；以及名称为“quickconnectvalveactuator”的美国专利申请no.13/832,884，其要求2012年12月31日提交的、名称为“quickconnectvalveactuator”的美国临时专利申请no.61/747,479的优先权和权益；每个申请的完整公开通过引用而并入本文中。

本发明公开大体上涉及用于矿物回收井的阀门，并且具体涉及用来致动阀门的致动器。

背景技术：

闸阀(gatevalve)是具有主体和穿过该主体的孔洞的阀门。闸横向于主体定位，并且线性地移动以阻塞穿过孔洞的流或者允许流通过该孔洞。一些闸具有与孔洞对齐的孔口以允许流动。闸可以是常开的，并且因此闸在被线性地移动来推动孔口与孔洞失准时关闭。备选地，闸可以是常闭的，并且因此闸在被线性地移动来将孔口定位成与孔洞对齐时打开。不管闸是常开还是常闭的，闸由阀门致动器移动或者致动。

致动器可以是液压的、活塞型致动器，或者致动器可以是气动活塞或者隔膜型致动器。在常规隔膜型致动器中，隔膜响应于向闸阀推动隔膜的压力介质(诸如气体或其他流体)而移动。隔膜由支撑板支撑。作为可适用的，当隔膜被用压力介质向下推动时，隔膜向下推动支撑板，支撑板则经由杆将向下的力传递给闸阀的闸，以打开或者关闭该闸阀。

在一些现有的隔膜致动器中，隔膜支撑板的外径不延伸至隔膜定位在其中的壳体的内径，使得隔膜的一部分悬挂在支撑板的边缘上，并且因而没有被支撑。如本领域技术人员将会理解的，隔膜没有被支撑的区域更容易失效，并且需要厚的和增强的隔膜，以便能够承受由压力介质施加的力。

在一些致动器中，指示杆突出穿过典型的阀门致动器的壳体的盖。指示杆是密封螺母组件的一部分，密封螺母组件从阀门致动器壳体内的板向上延伸，或者被通过螺纹连接到板的顶表面上。指示杆密封螺母密封地接合板的孔洞。在指示杆密封螺母和板之间可发生泄漏。在具有隔膜的气动型致动器中，密封螺母必须被去除以更换隔膜。

在一些情况下，致动器可以通过压靠指示杆而手动致动。但是，杆上的力会损坏杆或者致动器的内部部件。期望的是能够从外部致动阀门而不在杆上施加会损坏致动器的力。还期望的是能够去除并更换该杆而不破坏密封螺母和板或隔膜之间的密封件。

技术实现要素：

此申请公开了阀门致动器的实施例，阀门致动器可备选地配置用于用作隔膜致动器、活塞致动器、或者双重或组合隔膜和活塞致动器。在各种实施例中，致动器包括可用在致动器的使用的一个或更多模式中的模块化部件；其可以对于不同尺寸或构造的部件互换；和/或其可以与不同尺寸或构造的部件相对接。本文的实施例提供了显著的性能、制造、组装、成本以及其他的好处，诸如以下所述。

更具体地，在实施例中，阀门致动器是能够用来致动阀门(诸如闸阀)的气动阀门致动器。该阀门致动器可配置成使用隔膜；或者活塞压力；或者隔膜和活塞压力两者。本文的实施例允许制造可用在多个气动致动器应用中的通用致动器零件。另外，实施例给操作者提供了使用隔膜、活塞或者双密封致动器来致动阀门的灵活性。

此当前公开的备选系统和方法提供了无升降杆隔膜或活塞致动器。此类实施例没有穿过致动器的盖突出的顶轴。相反提供了指标轴(indicatorshaft)，其从致动器的无含压部分突出，降低了密封件失效的风险。另外，当前公开的系统和方法包括当致动器用压力介质加压时可以限制致动器的去除的指标轴。

此发明公开的实施例的隔膜将抵抗使用期间不期望的磨损，导致隔膜的使用寿命延长。隔膜可以抵抗磨损，例如通过在致动器内被完全支撑，通过在致动过程期间延伸和收缩而不暴露于充分的张力下来使得隔膜膨胀或者伸展，以及通过在涉及潜在失效的区域中具有附加的材料。

在当前公开的一个实施例中，一种用于致动阀门的装置包括致动器壳体，该致动器壳体具有阀门端、盖端以及限定致动器壳体的内径的侧壁。盖连接到致动器壳体的盖端上。板定位在致动器壳体内，该板具有中心部分和滑动地接合致动器壳体的内径的外径。压力腔室在板和盖之间定位在致动器壳体内，该板响应于注入到压力腔室中的压力介质在延伸位置和收缩位置之间移动。该板在延伸位置比在收缩位置更靠近阀门端。密封螺母连接在该板上，密封螺母可操作成接合隔膜的中心开口。盖密封件流体地密封盖和致动器壳体之间的压力腔室。压力腔室在板处通过第一板密封组件和第二板密封组件中的一个流体地密封。第一板密封组件由固定在密封螺母和板之间的隔膜形成。第二密封组件由外径侧壁密封件和保持密封件形成，外径侧壁密封件位于致动器壳体的内径和板的外径之间，而保持密封件位于密封螺母的外径和板的内径之间。

在当前公开的备选实施例中，一种用于致动阀门的装置包括致动器壳体，该致动器壳体具有阀门端、盖端以及限定致动器壳体的内径的侧壁。盖连接到致动器壳体的盖端上。板定位在致动器壳体内，该板具有中心部分和滑动地接合致动器壳体的内径的外径。第一压力腔室和第二压力腔室在板和盖之间位于致动器壳体内。第一压力腔室包括由板支撑的隔膜。第二压力腔室由板、致动器壳体和盖限定，第二压力腔室具有板密封组件，该板密封组件包括位于致动器壳体的内径和板的外径之间的外径侧壁密封件。由第一压力腔室和第二压力腔室中的至少一个形成在盖和板之间的流体密封的区域，且板响应于注入该流体密封的区域的压力介质在板升起位置和板放下位置之间移动，板在板放下位置上比在板升起位置上更靠近阀门端。

附图说明

通过参考在附图中图示的本发明的实施例，获得并可以更详细地理解其中本发明的特征、好处和目标以及将变得显而易见的其他内容，可拥有以上简要概述的本发明的更具体的描述，实施例在附图中图示，这些图形成此说明书的一部分。但是，应该注意的是图形仅图示了本发明的优选实施例，并且因此不被认为限制其范围，因为本发明可认可其他同等有效的实施例。

图1是按照此发明公开的实施例的双密封活塞隔膜致动器的实施例的侧截面视图，示出了处于板升起位置的板。

图2是图1的双密封活塞隔膜致动器的放大详细视图。

图3是图1的双密封活塞隔膜致动器的侧截面视图，示出了处于板放下位置的板。

图4是按照此发明公开的实施例的双密封活塞隔膜致动器的侧截面视图，示出了破裂的隔膜和密封压力腔室的外径侧壁密封件，并且还示出了单件支撑板。

图5是图4的双密封活塞隔膜致动器的侧截面视图，示出了密封压力腔室的更换隔膜。

图6是按照此发明公开的实施例的双密封活塞隔膜致动器的侧截面详细视图，旋转接头。

图7是按照此发明公开的实施例的具有未上升杆的双密封活塞隔膜致动器的侧截面视图，以处于板放下位置示出。

图8a是图7的双密封活塞隔膜致动器的快速连接的放大侧截面视图。

图8b是图7的双密封活塞隔膜致动器的旋转锁定系统的透视图。

图9a-9c是按照此发明公开的实施例的隔膜的侧截面视图。

具体实施方式

现在在下文将参考附图更全面地描述本发明公开的系统和方法，附图图示了本发明的实施例。然而，此发明公开的系统和方法可以以许多不同的形式实施并且不应被认为限于本文阐述的图示实施例。相反，提供这些实施例使得此发明公开将是详尽而完整的，并且将全面地向本领域技术人员传达本发明的范围。贯穿全文相似的标号指相似的元件，并且主符号(如果有使用)指示备选实施例中的相似元件。

参考图1，示出了致动器100。致动器100用来开启或者关闭致动器100连接到其上的阀门102。如本领域技术人员将会理解的，阀门102可为闸阀或者由线性构件的延伸致动的任何其他类型的阀门。阀门102例如可与设置在井上的井口组件联系。井口组件可包括井口壳体，壳体上方的采油树和连接到该树或该井口组件上的管线。管线和井口组件可包括本文所述的阀门102的实施例。阀门102也可用来调节指定来进入井口组件的流体。阀门102可用在低温中或者另外用在严苛环境中。阀盖104连接在阀门102的主体上。阀杆106经过阀盖104和填密护圈108。致动器100通过向下朝阀门102推动阀杆106而被用来致动阀门102。阀盖104和阀门102是密封的，以防止流体从阀门102到致动器100的流动。

致动器壳体112包括具有内径表面114的圆柱形主体。壳体112由多种技术(包括例如冲压、挤压以及铸造)的任一个制成。在实施例中，壳体112在诸如内径表面114的内表面上没有焊点或接缝。壳体112可由nace认证材料制成。

在图1的实施例中，致动器壳体112的阀门端通过螺纹116连接到阀盖104上。在图7-8a的备选实施例中，致动器壳体112的阀门端通过阀盖连接器118连接到阀盖104上。壳体112的下端包括由连接器内径120限定的开口。壳体支耳122从连接器内径120向内突出并且围绕连接器内径120隔开，以在其间限定壳体槽缝124。

依然看图7-8a，阀盖104包括从阀盖主体128径向延伸的下凸缘126。下凸缘126包括螺栓孔132。螺栓130可以经过螺栓孔132以将阀盖104连接到阀门102的主体上。在下凸缘126的阀盖104的相对端处，锁定凸缘134从阀盖主体128径向地延伸并且包括顶表面136。锁定凸缘134的外径小于或者大致等于连接器内径120，使得连接器内径120可以安装在锁定凸缘134上。

凹槽138是在锁定凸缘134的外径中的环形凹槽。凹槽138的下侧壁限定面向上的肩部140。凹槽的38的宽度大于或者大致等于壳体支耳122的轴向长度，凹槽138的宽度依据沿着阀盖104的轴线的轴向长度限定。凹槽后壁142的直径小于或者大致等于由壳体支耳122限定的内径，使得壳体支耳122可以安装在凹槽138内。

槽缝144是在锁定凸缘134的外径中的轴向槽缝，其从顶表面136延伸至凹槽138。多个槽缝144围绕锁定凸缘134的圆周隔开，以在其间限定阀盖支耳146。每个槽缝144的径向深度典型地小于或者等于凹槽138的径向深度，但是可以备选地大于凹槽138的径向深度。每个槽缝144的周向圆弧长度大致等于或者大于每个壳体支耳122的周向圆弧长度。壳体支耳122因而能够轴向地经过槽缝144。

在经过槽缝144后，壳体支耳122在凹槽138中定位在阀盖支耳146下，但是当壳体112处于释放位置上时不与阀盖支耳146轴向地对齐，壳体支耳122接触肩部140，从而进一步停止壳体112相对于阀盖104的向下运动。因为壳体支耳122轴向地在阀盖支耳146下，壳体112可以相对于阀盖104旋转。当壳体112相对于阀盖104旋转到其中阀盖支耳146轴向地在壳体支耳122上方的位置时，壳体112处于锁定位置。在锁定位置上，阀盖支耳146防止壳体支耳118的向上轴向运动。在实施例中，需要壳体112的少于一圈回转来将壳体112从释放位置移动到锁定位置。在某些实施例中，取决于支耳的尺寸和数量，壳体112可移动少至½,1/3,¼,1/6,1/8,1/10或1/16圈回转来从释放位置移动到锁定位置上。

如本领域技术人员将会理解的，没有来自阀门102的流体在阀盖支耳146和壳体支耳122附近，并且因此在壳体112的下端和阀盖104的上端之间可以没有密封件。因此，在实施例中，如果任何流体存在于壳体112的下端内，则该流体的至少一部分可以经过由连接器内径120限定的开口并且流向壳体112外侧和阀盖104外侧的区域。在实施例中，在流体存在于阀门102中时致动器壳体112可以从阀盖104去除，并且没有流体将穿过阀盖104或者以其他方式流出阀门102。在其他备选实施例中，可以使用其他类型的连接器，例如螺栓。

参考图8b，当壳体112处于锁定位置时，旋转锁148可以防止壳体112相对于阀盖104的旋转。旋转锁148包括闩锁主体150，闩锁主体150具有当闩锁主体定位在闩锁孔口154中时由其向内突出的一个或更多个闩锁突舌152。闩锁孔口154是穿过壳体112的侧壁的开口。在实施例中，在孔口154处不要求密封件，因为在壳体112中靠近孔口155处没有加压流体。实际上，在实施例中，在孔口154和闩锁主体150之间没有密封件。闩锁主体150通过销156枢转地连接到壳体112上，销156经过壳体112的侧向孔洞或者交叉钻削的孔。闩锁主体150在销156上在非闭锁位置和闭锁位置之间枢转。棘爪158是从闩锁主体150的一侧或者两侧突出的弹簧加载的柱塞。棘爪158接合壳体112的侧向孔洞160以选择性地防止闩锁主体150相对于壳体112枢转。当闩锁主体150从壳体112径向向外枢转时，在非闭锁位置上，棘爪158接触壳体112的外径表面以防止闩锁主体150向内向闭锁位置枢转。如本领域技术人员将会理解的，可以使用其他机构来将闩锁主体150保持就位。

闩锁突舌152也包括突舌侧壁162。闩锁突舌152在壳体112中定位在壳体支耳122稍上方，使得当壳体112落在阀盖104上时闩锁突舌152的至少一部分与阀盖支耳146处在相同的轴向位置上。

在实施例中，弹簧(未示出)可径向向内偏置闩锁主体150。当壳体112被放置在阀盖104上时，闩锁突舌152的一部分(诸如底部164)接触阀盖支耳146的顶边缘(图8a)，因而径向向外偏转闩锁突舌152。底部164的边缘可具有锥度以便于这样的偏转。在闩锁突舌152从壳体112径向向外定位的情况下，在非闭锁位置上，壳体支耳122落在肩部140上并且壳体112被旋转至锁定位置。棘爪158将闩锁突舌152保持在径向向外、非闭锁位置上。然后操作者按下棘爪158来允许闩锁突舌152向内枢转至闭锁位置。

当闩锁突舌152枢转到棘爪158与侧向孔洞160对齐的位置时，棘爪158的一部分被内部弹簧(未示出)推动到侧向孔洞160中。在此闭锁位置上，棘爪158接合侧向孔洞160，以将闩锁突舌152保持在闭锁位置上，并且因而防止闩锁突舌152移动至非闭锁位置。在该闭锁位置上，闩锁突舌侧壁162接合阀盖支耳146的侧壁166，因此防止壳体112在相对于阀盖104的任一方向上的进一步旋转。闩锁突舌152的外表面168可以是异型的，具有大致匹配壳体112的外径轮廓的半径。备选地，闩锁突舌152的外表面168可以是平面的。可以使用其他类型的旋转锁148。例如，可以穿过壳体112的孔口(未示出)将销(未示出)插入阀盖104的孔洞(未示出)。或者可使用不同类型的闩锁机构。

再次看图1，壳体112的盖端位于壳体112的与阀盖连接器118的相对端处。壳体凸缘170位于壳体112的盖端处。壳体凸缘170从壳体112向外张开。壳体凸缘170具有面向上的表面172，该表面172是用于形成密封的光滑表面。多个螺栓孔174可围绕凸缘170隔开。

盖176被连接到壳体112上。盖176是具有大致等于壳体凸缘170的外径的外径的环形板。面向下的表面178是与壳体凸缘170的面向上的表面172对齐的盖176的大致光滑的、面向下的表面。多个螺栓孔180围绕盖176隔开以与螺栓孔174对齐。盖螺栓182被经过螺栓孔174和螺栓孔180并且用螺母固定。可以使用其他的构造来将盖176固定到壳体112上，诸如插过螺栓孔174以通过螺纹接合螺栓孔180来将盖176固定到壳体112上(未示出)的螺栓，插过螺栓孔180以通过螺纹接合螺栓孔170(未示出)、夹子(未示出)、垫圈(未示出)或者卡口座(未示出)的螺栓。作为示例，在图4的备选实施例中，不是螺栓孔174,180和盖螺栓182，而是一系列盖突舌184和壳体突舌186，它们相互作用，使得盖176可以被定位在致动器壳体112上，且之后盖176可以通过使盖176在释放和锁定位置之间旋转少于一个完整的圈而从释放位置旋转至锁定位置。

入口188是穿过盖176并且向内与面向下的表面178隔开的孔口。入口188被连接到加压介质流体源(未示出)上，流体源可以选择性地穿过入口188提供加压介质流体。加压介质典型地是诸如压缩空气、氮气、井口气或者其他类型的气体或液体的流体。如本领域技术人员将会理解的，在实施例中，可以使用另外的孔口并且将另外的孔口连接到管道或者压力释放装置上。作为示例，孔口190是穿过盖176的第二开口。孔口190中所示的装置192可以是压力释放装置，如果压力超过预定的值，该压力释放装置将开启以释放壳体112中的压力。如本领域技术人员将会理解的，装置192可以是用来减缓超压状况的多种装置的其中一种，诸如泄压阀、防爆膜或者受控阀。备选地，装置192可以是用来选择性地将密封剂引入致动器壳体112的密封剂注入端口。

转向图2，板194是位于壳体112中的环形板。板194通常垂直于壳体112的中心轴线196。板194可以跨越壳体112的内径并且滑动地或者密封地接合壳体112的内径表面114。板194包括中心孔洞198。板194的面向上的表面是板194的压力侧。板194可以是单个、单体的板(图4)，或者可以包括毂200和外板202。中心孔洞198在内径表面上具有内径螺纹204。在包括毂200的实施例中，毂200具有中心孔洞198。毂200还包括在中心孔洞198的内径上的密封表面。毂200的外径包括外径螺纹206和外径密封表面208。

外板202是连接到毂200上的环形环，使得板194包括外板202和毂200。外板202(或者如果没有外板202的话就是板194)的上表面210向下并向外倾斜，具有总体突出的形状，并且之后水平地延伸至内径表面114。在其他实施例中，外板202的上表面210可以在水平地延伸至内径表面114之前向上并向外倾斜，或者可以是平坦表面，或者可以具有组合倾斜和平坦部分的备选形状。板194的表面可以具有异型，使得径向向外的部分轴向地在径向向内部分下方，或者使得径向向外部分轴向地在径向向内部分(未示出)上方。在其他实施例中，板194的表面可以是平坦的。如图1中所示，板的外径区域定位成比板的中心部分轴向地更靠近壳体的阀门端。在实施例中，板194具有面向上的突出表面和面向上的凹陷表面。凹陷表面可以与突出表面径向向外地隔开，或者备选地，与突出表面径向向内地隔开。在其他实施例中，板194可以具有大致平坦的表面，或者可以具有异型的突起、凹陷或平坦部分的组合。

外板202的内径孔洞包括用于通过螺纹接合毂200的外径螺纹206的内径螺纹212。保持密封件214位于外板202的孔洞上的密封凹槽216中，且密封地接合毂200的外径密封表面208。侧壁密封件218位于凹槽220中，凹槽220定位在外板202的外径上，并且因此定位在板194的外径上。侧壁密封件218密封地接合壳体112的内径表面114以提供内径表面114和板194之间的动态密封。在实施例中，可将磨损环(未示出)定位在凹槽220中。如本领域技术人员将会理解的，磨损环将减少板194的外径和壳体112的内径表面114之间的摩擦。磨损环不具有与侧壁密封件218相同的密封属性。

指示器壳体222是包括用于接纳指示杆226的指示器孔224的壳体。指示杆226是穿过盖176突出的圆柱形轴。轴承228是指示器孔224的内径上的用于引导指示杆226的轴承表面。密封组件230是围绕指示杆226动态地密封的密封件。如本领域技术人员将会理解的，密封组件230可以包括卡环232或者其他保持器(未示出)，以将密封组件230在指示器壳体222中保持就位。备选地，密封组件230可以是密封盒、具有o形环的v形唇密封件或者用于围绕轴动态地密封的其他类型的密封件。在备选实施例中，诸如图7的实施例中，盖176没有指示器壳体222并且没有穿过盖176突出的指示杆226。

看图2和图6，密封螺母234被可拆卸地连接到板194的中心上。密封螺母234包括圆柱形主体236。螺纹238在主体236的外径上，并且通过螺纹接合毂200的外径螺纹204。密封螺母234包括密封件240，密封件240轴向地在螺纹238上方定位在主体236的外径表面上的密封凹槽242中，以密封地接合毂200的中心孔洞198。备选地，在主体236和板194的内径之间可以没有密封件。

在图2的示例实施例中，密封螺母234与指示杆226一体地形成。在图6的示例实施例中，指示杆226是单独的构件并且可释放地固定到密封螺母234上。在这样的实施例中，上部主体244是密封螺母234在密封螺母234的与螺纹238相对端上的圆柱形部分。上部主体244具有端表面246。当板194处在较高位置上时，端表面246可靠近或者接合盖176的内表面248。径向锁定环凹槽250可以定位在上部主体244的外径上。

看图2和图6，肩部252是从密封螺母234的主体236的外径径向延伸的肩部。肩部252轴向地位于密封凹槽242上方。肩部252的外径大于孔洞198的内径，使得肩部252径向地重叠板194的面向上的表面的一部分。肩部252包括面向下的表面254，当密封螺母234安装在板194中时，该表面254面向板194。螺母唇156从表面254轴向地向下突出，靠近肩部252的边缘。

在图6的示例实施例中，锁定环凹槽250是在上部主体244的外径表面上的环形凹槽，在肩部252上。工具插座258是用于接纳内六角扳手的六边形凹陷，并且可以位于端表面246上。可以使用其他技术来上紧密封螺母234。孔洞260是在主体236的下端中的面向下的圆柱形凹陷。指示杆226是可拆除地连接到密封螺母234上。指示杆226包括连接到基部264上的轴262。轴262是向上延伸穿过盖176的圆柱形轴，并且被密封组件230密封地接合。基部264是具有大于轴262的外径的外径的圆柱形基部。基部凹陷266是在基部264的下端中与轴262相对的圆柱形孔洞。斜切274是在凹陷266的嘴部处向内并面向下的锥形的表面。凹陷266的内径大于或者大致等于上部主体244的外径。基部264因而可以同心地定位在上部主体244上，使得上部主体244接合凹陷266。

凹槽268是围绕凹陷266的内径表面延伸的环形凹槽。孔口270是穿过基部264的侧壁径向地延伸并且与凹槽268的底部相交的孔口。一个或更多个孔口270围绕基部264的圆周隔开。锁定环272是弹性锁定环，其定位成占据每个锁定环凹槽250和凹槽268的至少一部分。锁定环272例如可以是c形环。在其放松状态下，锁定环272具有小于上部主体244的外径的内径，以及大于上部主体244的外径的外径。限定为环状环的轴向长度的锁定环272的宽度小于或者大致等于每个凹槽250和268的宽度。

在用于操作的组件的示例中，锁定环272快速咬合到凹槽250上。指示杆226然后通过使基部264滑动到上部主体244上而连接到密封螺母234上。随着凹陷266滑入上部主体244，斜切274向内将锁定环272压入凹槽250。当凹槽268与凹槽250轴向地对齐时，锁定环272能够向外膨胀并且接合凹槽250和凹槽268的每一个。锁定环272因而防止指示杆226相对于密封螺母234的轴向移动。为了从密封螺母234去除指示杆226，将工具或多个工具穿过孔口270插入并且用来将锁定环272压入凹槽250。当锁定环272被压至锁定环272的外径小于凹槽268的内径的点时，指示杆226可以滑出上部主体244。

在图7的示例实施例中，没有指示杆226。盖176包括围绕中心轴线196定心并且不穿过盖176延伸的盖凹陷276。当板194处在板升起位置上时，上部主体244的端表面246可以位于盖凹陷276内。如果图7中所示的盖176用包括指示器壳体222的盖176替代，密封螺母234依然可以具有凹槽250，使得可以添加指示杆226。在备选实施例中，孔口(未示出)可位于盖176的中心中。孔口(未示出)可用插塞(未示出)塞住，以防止加压介质穿过该孔口(未示出)逸出。在操作者希望使用向上上升(其例如可以用来向下推动板194)的指示杆的情况下，可以去除插塞(未示出)并且可以将指示杆壳体(未示出)插入盖176中的孔口(未示出)。指示杆可以诸如借助凹槽250通过将杆(未示出)连接到密封螺母234上而连接到板194上。指示杆壳体(未示出)可以滑动且密封地接合杆(未示出)。

看图7和图8b的示例实施例，没有指示板194的位置的指示杆226，而是指示器组件278可以指示板194的位置。指示器壳体280是位于指示器孔口282中的圆柱形壳体。指示器孔口282是在致动器壳体112的面向下的表面中的开口，轴向地在板194的一部分下。指示器壳体280具有大致圆柱形的形状，在外径表面上具有诸如螺纹的连接器。指示器壳体280也包括穿过其中的圆柱形孔洞。在指示器壳体280的下端处的环形肩部限定了减小的内径。

位置指示杆284是从由指示器壳体280的肩部限定的孔口突出的圆柱形轴。作为从位置指示器284的外径突出的环形肩部的肋具有与指示器壳体280的圆柱形孔洞的内径大致相同或者稍小的外径，但是肋的外径大于由在指示器壳体280的下端处的环形肩部限定的孔口的内径。位置指示杆284在肋上方的部分被限定为连接器端286。连接器端286可以是光滑的，具有螺纹，或者具有便于连接到另一构件的其他特征。

指示器轴288是从位置指示杆284延伸至板194的面向下的表面的圆柱形轴。板194的面向下的表面是板194的指示器侧的一部分，其与板194的压力侧相对并且面向壳体112的阀门端。指示器轴288的上端可与板194的面向下的表面接触，但是不连接到板194上。当板194处在板升起位置上时，指示器杆288的上端在板194下并且不接触板194。

弹簧可以与位置指示杆284的一部分同心。弹簧的下端与肩部在指示器壳体280的下端处接触。弹簧的上端与从位置指示杆284的外径突出的肋接触。弹簧向上推动位置指示杆284，位置指示杆284继而向上推动指示器轴288，直至轴288接触板194的面向下的表面。当致动器100被致动并且板194从板升起位置移动至板放下位置时，位置指示杆284通过指示器轴188被向下推动。位置指示杆284在板放下位置比在板升起位置从壳体112突出更多。当板194向上移回板升起位置时，弹簧向上推动指示器杆284，到与板194接触的指示器杆288允许的程度。

如图7中所示，当板194处于板放下位置并且位置指示杆284从致动器壳体112突出时，位置指示杆284的一部分可以从旋转锁148径向地向外定位并且与旋转锁148轴向地对齐。在这样的位置上，位置指示杆284防止旋转锁148移动到非闭锁位置。当向外枢转时，闩锁主体150将撞入位置指示杆284，从而防止闩锁主体150处于非闭锁位置。备选地，当板194不在板升起位置上时，位置指示杆284阻碍接近旋转锁148。因此，当板194处在板放下位置上时，位置指示杆284可用来防止或者阻止打开旋转锁148。在板升起位置上，位置指示器284不防止接近或者阻碍旋转锁148。当板194在板升起位置上时，位置指示杆284的下端轴向地在旋转锁148上方。

因为孔口282穿过壳体112的下端，孔口282与致动器100的压力腔室隔开并且不与其连通。板194下方的壳体112的下端例如可以处在大气压力下，并且可以具有当板194向下移动时排出空气的端口(未示出)。因此，位置指示杆284不产生泄漏路径，其中压力介质可以从致动器100逸出。用来保持致动器100中的压力介质的动态密封件数量的减少，或者动态密封件的消除，意味着泄漏较少可能发生。

看图1，下止动件290是用来传递板194和阀杆106之间的轴向力的圆柱形构件。下止动件290包括圆柱形主体292和由其延伸的肩部294。肩部294的面向上的表面接触板194的面向下的表面。短节296从下止动件290的上端轴向地延伸。当致动器100被组装时，短节296可定位在孔洞260中(图6)，从而使两个构件同心地对准。

下止动件290的下端包括螺纹孔洞298，其在内径表面上具有螺纹，用于通过螺纹接合阀杆106的螺纹端。如本领域技术人员将会理解的，下止动件290和阀杆106之间的连接可以是任何类型的连接并且不限于螺纹连接。下止动件290的下端的外径包括螺纹垫圈300并且可包括任何数量的间隔环302。螺纹垫圈300接触位于壳体112的下端处的另一构件(诸如密封护圈108)，以停止下止动件290的进一步向下行进。调整螺纹垫圈300使得其停止向下移动，并且因而阀杆106处在适当的位置以完全打开或者完全关闭阀门102。可以添加或者去除间隔环302，使得闸阀102的闸(未示出)的开启与闸阀102的通道(未示出)正确地对准。可以使用固定螺钉来将螺纹垫圈300保持就位。

弹簧304包围下止动件290和阀杆106的至少一部分，并且通常从阀盖104的顶部延伸至肩部294的面向下的表面。弹簧304随着板194从上方位置移向下方位置而压缩。当来自入口188的流体压力减小时，弹簧向上远离阀门102推动板194。如本领域技术人员将会理解的，阀门102内的流体力可以作用在阀门102内的阀杆106上，以向上推动阀杆106。弹簧304和阀杆106上的向上的力可以一起作用或者独立地作用以将板194向上移动。

看图1，隔膜306是至少从内径表面114延伸至密封螺母234的柔性隔膜。隔膜306位于板194和盖176之间。看图9a-9c，隔膜306具有主体部分308，主体部分308通常由具有多个折叠310的圆柱形构件构成。折叠310可以是大致s形的(图9b)，大致侧面v形的(图9a)，具有扁平的内环或外环的大致s形的(图9c)，或者具有其他的环形形状。折叠310布置成在主体部分308的内径处形成内环312并在主体部分308的外径处形成外环314的波纹管。在图9a-9c的示例中，隔膜306示出为具有两个内环312和两个外环314。然而，此发明公开的隔膜306的实施例可以备选地具有多于或少于两个内环312以及多于或少于两个外环314。内环312和外环314的数量将部分地依赖于将在其中使用隔膜306的致动器100的尺寸，其中内环312和外环314的数量通常随着致动器100的增大的尺寸而增加。在备选示例中，隔膜306例如可以有零到六个内环312。

隔膜306形成为使得在放松状态下，隔膜306成形为如图9a-9c中所示，具有主体部分308中的折叠310。当板194在板升起位置(图1)和板放下位置(图3)之间移动时，隔膜306可不伸展或膨胀。在此背景下，伸展或膨胀指其中隔膜306的材料的厚度将由于材料的表面积增大而减小或变薄的状态。隔膜306在放松位置(图9a-9c)和膨胀位置(图3)之间通过伸直折叠310以使隔膜306的波纹管形状膨胀并且延伸且轴向地伸长而移动。在处于延伸位置并且返回放松位置之后，隔膜可以通过形成折叠310而轴向地缩短，并且将恢复图9a-9c中所示的形状。隔膜306可以例如通过模制工艺形成图9a-9c的示例中所示的形状。当板194处在板升起位置上时，隔膜306可以处在缩短位置上。在缩短位置上，隔膜306可以处在放松状态，或者可以处在收缩状态，其中隔膜与处在放松状态时相比轴向上更短。当板194处在板放下位置时，隔膜306处在延伸的位置。

在图7中所示的备选实施例中，隔膜306可为刚性较小的构件，使得折叠310可以围绕隔膜306形成在任何位置，诸如在隔膜306的底部324中。在这样的实施例中，隔膜306在放松状态下可不保持单一特定形状。

在图9c中所示的另一个备选实施例中，主体部分308可具有形成在隔膜306的内表面上、外表面上、或者内表面和外表面两者上的凹窝316。凹窝316可以在表面上随机地或者成图案地隔开。每个凹窝316例如都可以成形为部分球体、部分锥体或者其他的三维形状。凹窝316将在主体部分308上产生不均匀的表面，并减小隔膜316的表面粘在一起的可能性。

在隔膜306的上端处是顶环318。顶环318是环形形状的，并且从主体部分308径向向外地延伸。顶环318径向向外地延伸经过折叠310的最外径向直径。在遇到主体部分308的最上面的折叠310之前，顶环318可以向下在致动器壳体112的内半径上弯曲(图1-2)。

在图9a-9c的示例实施例中，隔膜306包括在顶环318的外边缘上的密封唇320。上密封唇部分从顶环318的顶部向上突出，且下密封唇部分从顶环318的底部向下突出。密封唇320可以具有上密封唇部分或下密封唇部分，或者上密封唇部分和下密封唇部分两者。在图9a-9c的示例中，密封唇320显示为具有上密封唇部分和下密封唇部分两者。密封唇320在横截面上可以是椭圆形的、o形的、三角形的、矩形的或者其他的形状。在图9a-9c的示例中，密封唇320在横截面上是椭圆形的，其中较长尺寸的轴线大致上平行于隔膜306的中心轴线。此椭圆形密封唇320可以压缩在致动器100中的大致方形的密封唇凹槽322内(图1-2)。

在某些实施例中，诸如图7中所示，顶环318可以具有孔，诸如盖螺栓182的连接构件将延伸穿过孔。在备选实施例中，诸如图1-2中所示，顶环318可以没有孔，并且致动器壳体112和盖176可以通过连接装置固定在一起，连接装置从顶环318径向向外。

看图9a-9c，在主体部分308与顶环相对的一端是隔膜306的底部324。隔膜306的底部324是大致盘形的，并且从主体部分308向内延伸。底部324可以在弯曲的过渡区段处与隔膜306的主体部分308相遇。在图9a-9c的示例中，底部324在放松位置上可以是平坦的。当定位在致动器100中时，底部324可以大致遵循板194的形状，或者可以比板194保持得更平坦。

底部324具有在隔膜306的中心轴线上定心的中心开口326。开口唇328可以外接中心开口326，并且可以包括向上突出的上开口唇或者向下突出的下开口唇，或者上开口唇和下开口唇两者。图9a-9c的示例实施例包括上开口唇。

隔膜306例如可以由丁腈橡胶或硅胶形成。在隔膜306可能经历磨损的区域中，隔膜306可用附加的材料支撑。这样的材料可以是与形成全部隔膜306相同的材料，或者可以是支撑性织物或纤维。附加的材料可以例如添加在隔膜的底部324上，在底部324遇到主体部分308的位置，在顶环318遇到主体部分308的位置，或者沿着顶环318。以这种方式，也可以在隔膜306中建造预定的失效点。例如，可以在隔膜306中建造脆弱点，使得可以保持形成密封件的隔膜306的区域，即使是在隔膜306失效的情况下。隔膜可以设计成在另一个非密封位置失效，诸如沿着主体部分308的中心区域。主体部分308的中心区域可以保持没有附加的材料来增加隔膜306的失效发生在主体部分308的这样的中心区域中的可能性。

看图1，致动器100包括在板194和盖176之间位于致动器壳体112内的压力腔室330。注入压力腔室330的压力介质将促使板914在收缩或板升起位置以及延伸或板放下位置之间移动(图3)。在延伸位置上，板194比板194在收缩位置上时更靠近致动器100的阀门端。

多个密封件可以防止压力介质从压力腔室330逸出。盖密封件334可以流体地密封盖176和致动器壳体112之间的压力腔室330。盖密封件334可以包括位于壳体凸缘170的面向上的表面172和盖176的面向下的表面178之间的隔膜306的外径部分。将隔膜306的一部分夹在致动器壳体112和盖176之间可以既将隔膜306保持就位又形成盖密封件334。在图1-3的示例实施例中，盖密封件334由接合密封唇凹槽322的密封唇320形成。密封唇凹槽322是限定在壳体凸缘170的面向上的表面172和盖176的面向下的表面178之间的周向凹陷。密封唇凹槽322的一部分可以形成在壳体凸缘170中而密封唇凹槽322的一部分可以形成在盖176中。在备选实施例中，密封唇凹槽322可以完全形成在壳体凸缘170或盖176中的一个中。密封唇凹槽可以是横截面上为三角形的、椭圆形的、方形的，或者可以具有备选的横截面形状。密封唇320可以压缩在密封唇凹槽322中。

在备选示例实施例中，诸如图7中所示，可没有密封唇320和密封唇凹槽322并且可通过将顶环318定位在壳体凸缘170的面向上的表面172和盖176的面向下的表面178之间而形成盖密封件。盖螺栓182可以施加扭矩来将壳体凸缘170的面向上的表面172和盖176的面向下的表面178两者推向隔膜306。隔膜306密封地接合壳体凸缘170的面向上的表面172和盖176的面向下的表面178两者来形成盖密封件334。

板密封组件密封了压力腔室330中的其他泄漏路径。板密封组件可以是由固定在密封螺母234和板194之间的隔膜306形成的第一板密封组件336。看图6，第一板密封组件336可以由捕获开口唇328的螺母唇256形成。中心开口326可以容纳密封螺母234的下部。密封螺母234经过中心开口326，使得密封螺母螺纹238可以接合板194的内径螺纹204。密封螺母234的孔洞260可以接合下止动件290的短节296。在密封螺母234通过螺纹连接到板194时，螺母唇256可以捕获开口唇328以形成第一板密封组件336并通过抵抗隔膜306相对于板194的径向运动而将隔膜306保持就位。

在备选实施例中，诸如图7中所示，隔膜的底表面没有开口唇328。外接中心开口326的隔膜306的底表面位于密封螺母234的肩部252和板194之间。板194的面向上的表面密封地接合隔膜306的下表面，并且肩部252的面向下的表面密封地接合隔膜306的上表面。当密封螺母234向板194拧紧时，隔膜306压在板194和肩部252之间。

在又其他的备选实施例中，密封螺母234不延伸穿过隔膜306的底部324，并且隔膜306可以没有中心开口。

看图1，当隔膜306处在位置上并且盖密封件334和第一板密封组件336两者都流体地密封时，压力腔室330由隔膜306、密封螺母234和盖176限定，从而限定第一压力腔室338。在一个实施例中，隔膜306由板194和致动器壳体112完全支撑。特别是，实心构件与基本上全部隔膜306接触，使得实心构件防止隔膜306响应于压力介质而向外膨胀。板194跨越壳体112的整个内径在板194的凸起和凹陷的表面两者上支撑隔膜306的下侧。壳体112的内径表面114支撑隔膜306的侧面。

当压力介质被注入第一压力腔室338时，压力介质对隔膜306施加力，并且板194被移动到板放下位置。在板放下位置上，没有隔膜306的未支撑区域。当板194处在板升起位置上时，或者当板194处在板放下位置上时，隔膜306不轴向地延伸经过板194。隔膜306从内径表面114向内的部分被板194支撑。因为隔膜306被完全支撑，与未支撑的隔膜可以承受的相比，其可以承受第一压力腔室338中更高的压力。此实施例因此可以具有比常规未支撑隔膜更高的致动器操作压力，常规未支撑隔膜的操作压力可限于150psig。另外，隔膜306可以没有纤维增强并且可以比一些常规隔膜更薄。

压力腔室330在板194处由第一板密封组件336和第二板密封组件340中的一个流体地密封。第二板密封组件340可以由侧壁密封件218和保持密封件214形成，侧壁密封件218密封地接合壳体112的内径表面112以提供内径表面114和板194之间的动态密封,保持密封件214在密封地接合板194的中心孔洞198的圆柱形主体236的外径表面上。保持密封件214外接密封螺母234的外径并且与隔膜306轴向地隔开。

本申请的实施例提供第二压力腔室342。第二压力腔室342可以是冗余的辅助压力腔室，其将提供流体密封的压力腔室330，从而如果第一压力腔室338失效允许致动器100继续以全负荷继续操作(图4)。看图4，第二压力腔室342可由板194、致动器壳体112以及盖176限定。第二压力腔室342可以包括第二板密封组件340，第二板密封组件340由侧壁密封件218和保持密封件214形成，侧壁密封件218密封地接合壳体112的内径表面112以提供内径表面114和板194之间的动态密封,保持密封件214在密封地接合板194的中心孔洞198的圆柱形主体236的外径表面上。第二压力腔室342也将具有盖密封件334。盖密封件334可以由隔膜306的外径部分形成，隔膜306的外径部分位于壳体凸缘170的面向上的表面172和盖176的面向下的表面178之间,即使隔膜306破裂。如果第一板密封组件336保持完整，则保持密封件214将是冗余的。取决于第一压力腔室338的失效的特性，第一板密封组件336或者保持密封件214都可以提供第二压力腔室342的密封螺母234和板194之间的密封。

第二压力腔室342可以替代地被有意使用而不使用第一压力腔室338。使用如之前所述的相同部件，致动器100可以组装成没有隔膜306。组件的双重特性允许操作者将致动器作为活塞致动器操作而不保持第二套阀门和零件。为了操作没有隔膜306的致动器100，可以将密封环(未示出)定位在壳体112和盖176之间。板194的侧壁密封件218形成对内径表面114的密封件，从而不使用隔膜而限定压力腔室。穿过入口188注入的压力介质向下推动板194，因此促使阀杆106向下移动。

为了改变由致动器100施加的向下的力，外板202可以从毂200拆除，并且具有相同内径但是不同外径的外板202可以安装在毂200上。致动器壳体112可以用具有对应于新安装的外板202的外径的内径的壳体替代。盖176类似地被具有对应于新安装的壳体112的尺寸的盖176替代。最后，隔膜306可以用新的隔膜306替代，新的隔膜306的尺寸对于新的外板202、壳体112和盖176而适当的设置。当从一个尺寸切换到另一个尺寸时，其他的部件(诸如密封螺母234、杆226以及阀盖104)可以不用替换。

另一个备选的阀门致动器系统包括第一和第二致动器组件(未示出)。第二致动器组件可以与第一致动器组件轴向地对准。每个致动器组件都包括致动器壳体112、板194、盖176和入口188。第一致动器组件可以轴向地位于第二致动器组件上方并且具有比第二致动器组件更小的直径。具体地，致动器壳体112、板194和盖176可以每个都具有比第二致动器组件中相同类型的部件更小的直径。在备选实施例中，第一和第二致动器组件可以具有基本类似的直径。

在操作中，加压介质穿过入口188引入压力腔室330。在图1的实施例中，加压介质进入第一压力腔室338并在隔膜306和板194上施加向下的力，这向下推动板194、下止动件290以及阀杆106以致动阀门102。

看图4，如果隔膜306失效，诸如破裂，则第二压力腔室342可替代第一压力腔室338并且致动器100可以继续以负荷操作。备选地，如果隔膜306泄漏但是大体上依然完整，并且盖密封件334和第一活塞密封组件336在起作用，则操作者可以穿过装置192的密封剂注入端口来注入密封剂，使得密封剂形成与隔膜306的损坏区域的密封接触而第一压力腔室338恢复至工作状态。

看图5，如果隔膜306失效，操作者可以备选地安装管状隔膜344来提供并替代第一压力腔室338。管状隔膜344是具有阀杆346的环形管状构件。管状隔膜可在板194和盖176之间定位在致动器壳体112内，并且可以外接密封螺母234和指示杆226。阀杆346可以延伸穿过入口188，以用于将压力介质注入管状隔膜344。通过将压力介质添加到管状隔膜344中，作用为第一压力腔室338，管状隔膜344将膨胀并且在隔膜306和板194上施加向下的力。

虽然本发明已经仅用其形式中的一些示出并描述，但对于本领域技术人员将显而易见的是其并非如此受限，而是容许各种变化而不背离本发明的范围。