具有保持带的可调节式失效安全保障旋转式弹簧控制器的制作方法

技术领域

本发明的技术领域涉及旋转式弹簧回位控制器。长期以来，板簧或动力弹簧用作独立的机械式失效安全保障装置。弹簧回位控制器在与各种动力致动器(如，电力致动器、气动式致动器或液压式致动器)结合使用或连接到其上时，还能将双作用致动器转变成失效安全保障单作用致动器，从而可施加扭矩以使轴在需要时旋转，该轴与所述各种动力致动器的轴连接或接合到其上。例如，回位弹簧致动器通常用作失效安全保障装置，如果将空气、水或电力分别供应给气动、液压或电致动器的操作出现中断或失败，该回位弹簧致动器就能使诸如阀等装置旋转至预定“打开”或“关闭”位置上。

背景技术：

弹簧回位控制器用作独立装置时通常可使诸如手动操作阀等装置返回至预定安全状态下。弹簧回位控制器可直接安装到该装置上或可通过联接机构调节。为了将双作用致动器转变成单作用失效安全保障致动器，例如可使弹簧回位控制器与气动致动器连接，施加到气动致动器上的气压将保持装置(通常为阀)处于正常操作位置上。一旦施加给气动致动器的气压减小，旋转弹簧回位式失效安全保障控制器将使该装置旋转至安全状态下，根据特定应用场合，该状态可以是打开位置或关闭位置。

使用旋转式弹簧回位控制器要求最少能量(也称之为弹簧预载)储存在弹簧中，之后可操作地装配致动器以作为更大组件的主要部分而能满足所需目的。如果偶然释放了储存在弹簧中的储能，例如，拆卸期间弹簧突然弹出，就会对人和装置造成严重伤害。因此，为安全起见，需要采取合适的预防措施防止偶然有害地释放出储存在旋转式弹簧致动器的弹簧内的储能。以某种方式设计了下面的优选实施例，以避免各种情况下偶然有害地释放出弹簧的储存张力。

另外，需要(有时必须)现场调节弹簧回位致动器，例如，调节弹簧的预载或调节弹簧回位致动器的输出旋转方向。除了优选实施例的在此所述的安全特征以外，该优选实施例还能让使用者根据要求或需要灵活安全地现场调节旋转式弹簧回位致动器组件。

当卷绕的旋转式弹簧回位控制器与动力致动器以驱动关系接合时，由弹簧所施加的扭矩能有效地使装置(如，阀的轴)旋转，没有通过气动、液压或电控制致动器(其与弹簧回位控制器连接)施加到轴上的反作用力。同样地，使用上述旋转式弹簧回位控制器要求最少能量储存在弹簧中。根据弹簧回位控制器或特定装置(弹簧回位控制器连接到其上)需满足的特定目的，在可操作地安装弹簧之前，需要调节弹簧张力(也称之为弹簧预载)。

以某种方式设计这种弹簧回位控制器，从而，通过将保持带组合在该控制器中，使保持带牢固地环绕或包围弹簧，这样在调节或拆卸期间就能避免各种情况下偶然有害地释放弹簧的储存张力。除了提高安全性能以外，保持带还能便于现场使弹簧回位控制器的输出旋转方向安全和可行地反向。

另外，保持带可让使用者安全方便地将动力弹簧组件从壳体上拆卸下来，从而，例如可让使用者现场调节弹簧预载。传统上，通过使用弹簧盖板上的多孔结构，旋转地调整致动器(如，气动式叶片致动器或液压式叶片致动器)使其在合适时间连接到弹簧壳体上，这样就可调节弹簧预载。这种方法的一个问题是，在调整弹簧壳体的方位时，弹簧轴与致动器轴协调配合，安装孔不再与弹簧轴同步协调配合。通常，弹簧控制器安装在动力致动器和被致动的装置(如，流量控制阀)之间，必须将联接机构制造成能允许上述定时差。因此，如果需要现场改变预载，那么将必须更新联接机构。本发明的一个优选实施例中，通过使用弹簧回位控制器上的多槽式轴，在保持所述轴定位到安装螺栓方位上时可逐渐增加弹簧预载，这样就可避免校时的问题。由于该实施例中使用了用于保持弹簧储能的保持带，这样可容易地拆卸掉弹簧回位控制器，从而可调整轴的方位使其到达正确的启动位置上以获得合适预载，因此该方法是可行的。

本发明的优选实施例涉及一种旋转式弹簧回位控制器，其包括壳体、盖板、可旋转的轴、盘簧以及保持带。壳体具有侧壁，侧壁一端为端壁，侧壁另一端敞开。盖板相对于壳体的开口端以闭合关系布置。可旋转的轴的一端以轴颈结合的方式结合到所述端壁上。所述盘簧插入在所述轴和所述壳体内部之间并相对于两者固定。保持带牢固地包围弹簧。

本发明的另一优选实施例涉及一种旋转式弹簧回位控制器，该控制器包括壳体、盖板、可旋转的多槽式轴和盘簧。壳体具有侧壁，侧壁一端为端壁，侧壁另一端敞开。盖板相对于壳体的开口端以闭合关系布置。可旋转的多槽式轴的一端以轴颈结合的方式结合到所述端壁上。盘簧插入在所述多槽式轴和所述壳体内部之间。该优选实施例还可包括保持带，以保持储存在弹簧中的能量，从而在需要时可便于将弹簧从壳体上拆卸掉。

本发明的另一优选实施例涉及一种旋转式弹簧回位控制器，其包括壳体、盖板、可旋转的多槽式轴、盘簧构件以及保持带。壳体具有侧壁，侧壁一端为端壁，侧壁另一端敞开。盖板相对于壳体的开口端以闭合关系布置。可旋转的多槽式轴的一端以轴颈结合的方式结合到所述侧壁上。盘簧构件插入在所述多槽式轴和所述壳体内部之间并相对于两者固定。保持带包围弹簧并固定到壳体的侧壁上。

本发明的一个实施例也涉及一种用于旋转式弹簧回位控制器中的保持带，该旋转式弹簧回位控制器包括壳体、可旋转地以轴颈结合的方式结合在壳体中的轴、以及弹簧。该弹簧插入在所述轴和壳体之间并相对于两者被固定。其中，保持带包围弹簧，用于将弹簧固定到壳体上。

本发明的另一实施例涉及一种多槽式轴，其被设计成用于旋转式弹簧回位控制器中，该旋转式弹簧回位控制器包括可旋转地容纳轴和弹簧的壳体，弹簧插入在所述轴和壳体之间并相对于两者被固定，其中多槽式轴可用于调节弹簧回位控制器上的预载。

本发明的另一实施例涉及一种使弹簧回位控制器的方向安全反向的方法，该旋转式弹簧回位控制器包括保持在保持带中的盘簧，该保持带容装在弹簧壳体中；该方法包括以下步骤：释放弹簧上的全部张力；拆卸弹簧壳体；将由所述保持带保持的弹簧从壳体上拆卸下来；使弹簧翻转180度；以及，重新组装弹簧壳体。

本发明的另一实施例涉及一种用于安全调节弹簧的弹簧预载的方法，该弹簧保持在保持带中、容装在弹簧壳体中，并被固定到多槽式轴上，该方法包括以下步骤：释放弹簧上的张力；拆卸掉弹簧壳体；去除通过保持带保持的弹簧；根据合适的弹簧预载调节多槽式轴；将弹簧固定到多槽式轴上对应于所需的弹簧预载的竖直槽中；以及重新装配弹簧壳体。

本发明的优选实施例也涉及一种用于安全松开弹簧回位控制器的弹簧的方法，该方法也用于使通过保持带保持的弹簧的方向反向，该保持带用于连接到叶片式致动器上的旋转式弹簧回位组件中，该方法包括以下步骤：让弹簧使叶片式致动器的叶片在第一方向上充分旋转；(1)使用保持装置锁定弹簧回位控制器；(2)使弹簧回位控制器与叶片式致动器分离；(3)施加作用力以使叶片式致动器的叶片在与第一方向相反的第二方向上充分旋转；(4)使弹簧回位控制器和叶片式致动器重新接合；(5)在第二方向上将作用力施加到叶片式致动器的叶片上，直到弹簧和致动器扭矩达到平衡为止；(6)松开所述保持装置；(7)消除施加到叶片上的作用力，从而弹簧可使叶片式致动器在第一方向上充分旋转；重复步骤(1)至(7)，直到释放全部弹簧张力为止；拆卸掉旋转式弹簧回位组件；使被保持的弹簧翻转180度；以及，重新装配该旋转式弹簧回位控制器。

最后，优选实施例包括一种方法，用于在弹簧翻转或进行任何合适的预载调节之后安全地卷绕弹簧，该方法包括以下步骤：使叶片式致动器的叶片在第二方向上充分运动；(1)使弹簧回位控制器和叶片式致动器重新接合；(2)施加作用力以使叶片在第一方向上充分旋转；(3)使用保持装置锁定弹簧回位控制器；(4)使弹簧回位控制器与叶片式致动器分离；(5)施加作用力以使叶片在与第一方向相反的第二方向上充分旋转；(6)使弹簧回位控制器和叶片式致动器重新接合；(7)在第一方向上施加作用力给叶片式致动器的叶片，直到弹簧和致动器扭矩达到平衡为止；(8)松开所述保持装置；(9)施加作用力给叶片以使叶片在第二方向上充分旋转；以及，重复执行步骤(1)至(9)，直到弹簧根据需要卷绕为止。在优选实施例中，可重复执行步骤(1)至(9)，直到使弹簧和致动器达到平衡的作用力等于所供应气压的二分之一为止(供应气压上限为80psi)。

附图说明

结合下面的附图考虑下面对优选实施例的描述，能透彻理解本发明，附图如下：

图1A是动力致动机构的透视图，这种情况下该动力致动机构为气动式叶片致动器，其可操作地与旋转式弹簧回位控制器连接，旋转式弹簧回位控制器进而可操作地与传统阀组件连接；

图1B是动力致动机构的分解图；

图2A从一定角度示出了旋转式弹簧回位控制器的分解透视图；

图2B是旋转式弹簧回位控制器的侧部分解透视图；

图3是弹簧组件的顶视图，示出了盘簧容纳在保持带中，保持带通过使用锚固螺母保持在弹簧周围；

图4A从一定角度示出了弹簧壳体组件的侧视图，该弹簧壳体组件包括弹簧壳体，弹簧壳体容装弹簧组件，通过使锚固螺母36接收螺栓62，从而将弹簧组件固定到弹簧壳体上，弹簧壳体通过其上的中央孔接收轴40，轴40也固定到弹簧组件上；

图4B是弹簧壳体组件的侧视图；

图5A从一定角度示出了位于弹簧壳体侧部上的旋转式弹簧回位控制器的顶视图；

图5B从一定角度示出了旋转式弹簧回位控制器的顶视图，但是，弹簧保持装置80插入壳体的中央孔中以将轴40锁定在合适位置上，从而将弹簧锁定在合适位置上；

图6A至6E是图3的弹簧壳体组件的顶视图，示出了使用多槽式轴40的五个槽实现的五种不同弹簧预载配置结构；

图7是可用于卷绕或松开弹簧回位控制器的弹簧的装置的侧视图。

具体实施方式

文中公开了本发明的设备和方法的详细实施例，但是，应该理解为，这些公开的实施例仅用于阐释能够以各种形式实施的设备和方法。同样地，文中公开的具体结构和功能细节不应解释为是限制性或限定性的，仅是用于教导本领域的普通技术人员以各种形式使用本发明的代表性基础。

如图1A和1B所示，旋转式弹簧回位控制器10可释放地固定、紧固或连接到动力致动器12的壳体上，在该实例中，动力致动器是气动式叶片致动器。本发明涉及旋转式弹簧回位控制器10，文中阐释了该旋转式弹簧回位控制器的优选实施例，本发明不受动力致动器12或阀构件14的具体结构细节限制、不与上述细节相关，也不涉及上述细节。但是，美国专利No.6,289,787中阐释了气动式叶片致动器12的结构细节，该美国专利的发明人为Underwood等，专利权人为K-Tork国际有限公司，该美国专利引入文中作为参考。

在该优选实施例中，根据需要，通过使用耦合适配器16和托架15，可将旋转式弹簧回位控制器10可释放地固定、紧固或连接到传统阀构件14的塞轴17上。如果塞轴17可与旋转式弹簧回位控制器10的轴40直接协调地配合或装配在一起，那么，可以不使用耦合适配器16和托架15就能将旋转式弹簧回位控制器10可释放地固定、紧固或连接到塞轴17上，从而将该旋转式弹簧回位控制器可释放地固定、紧固或连接到阀构件14上。旋转式弹簧回位控制器10和动力致动器12可相互驱动地布置，并与传统阀构件14的塞轴17配置在一起。例如，气动式叶片致动器12利用通过叶片式致动器的气孔19所接收的气压，在与弹簧回位控制器的输出力相反的方向上施加等于或大于该输出力的作用力，从而可保持阀构件14处于正常操作状态。如果供送给动力致动器的动力减小，这种情况下，即，如果供送给气动式叶片致动器的气压减小，那么，根据气动式叶片致动器的定位销钉18的位置，旋转式弹簧回位控制器10使阀构件旋转90度或少于90度，以到达安全状态；根据具体应用场合，该安全状态可以是打开或关闭位置。

如图2所示，旋转式弹簧回位控制器10主要包括弹簧壳体20、动力弹簧组件30、轴40和弹簧盖板50。图3进一步示出了动力弹簧组件30，其中，保持带32通过使用支撑板35和锚固螺母36而环绕、包围盘簧34、或绕盘簧34被紧固，从而可保持储存在弹簧中的能量，其中，制成保持带32的材料能承受得住储存在弹簧34中的最大可能作用力，从而可保持该最大可能作用力。在优选实施例中，保持带可由钢制成。弹簧38的内弯曲端被设计成可滑动地牢固容纳在轴40的竖直槽42中，可便于传递弹簧储能，从而根据弹簧的输出作用力的旋转方向使轴40绕Y轴在顺时针或逆时针方向上旋转。

进一步如图2、4A和4B所示，弹簧壳体20可基本上为U形壳体，其具有环形侧壁22、位于侧壁22一端处的端壁24，其中，侧壁22的另一端或相对端敞开以接收动力弹簧组件30。本发明的一个实施例包括凸缘26和垫圈23，凸缘26可界定侧壁22的下部开口端，垫圈23可插入在弹簧盖板50的相应表面和侧壁22的外端之间。在端壁24上可设置中央孔29，该中央孔可容纳轴承64以滑动配合地接收轴的下端44。在优选实施例中，O形环66可容纳在中央孔29的O形环容纳槽中，从而可在轴40的一端和弹簧壳体20之间形成气密或液密密封配合。

如图2A、2B、4A和4B所示，轴40可滑动地接收在弹簧34的内部分中，其中，弹簧的内端38可容纳在轴40的竖直槽42中，从而，可释放地连接或固定动力弹簧组件30和轴40。连接或固定在一起的动力弹簧组件30和轴40进而设置在弹簧壳体20内，使弹簧34容纳在端壁24的内表面上，轴的下端44容纳在端壁的中央孔29中。在该优选实施例中，轴的下端44可滑动配合地容纳在装设于端壁的中央孔29中的轴承64中。锚固螺母36可滑动地容纳在弹簧壳体环形侧壁22的竖直槽21内，穿过侧壁孔25而可触及到该锚固螺母。螺栓62穿过侧壁孔25而与保持带32上的锚固螺母36相配合，从而将弹簧壳体20和动力弹簧组件30固定在一起。图4A和4B所示的组件示出轴40可释放地固定到动力弹簧组件30上，而该动力弹簧组件进而通过螺栓62固定到弹簧壳体20上，该组件在文中称之为弹簧壳体组件。

弹簧盖板50可界定弹簧回位控制器10的可移动顶部部分。中央孔52可设置在盖板50上以接收轴46的上端。优选实施例还可包括O型环58，O型环58可容纳在盖板50的下端上的O型环接收槽中，使弹簧壳体20和盖板50之间形成气密或液密密封配合，从而使弹簧回位控制器10总体上实现气密或液密密封。通过使用螺栓90，盖板上的孔54可用于将盖板和动力致动器固定或紧固在一起，从而可将弹簧回位控制器10与动力致动器(如图1B所示的气动式叶片致动器12)固定和接合在一起。螺栓60穿过外围凸缘27上的孔和盖板56下端上的孔，与螺母68配合或固定在一起，从而牢固固定图4的弹簧壳体组件。

如图5所示，保持装置80可滑动地与轴的底侧44配合、装配或连接在一起，通过使螺栓82嵌入弹簧壳体的端壁24的螺纹孔28中，可将保持装置80牢固地拧紧到或固定到弹簧壳体20上。在保持装置与轴的底侧44装配或配合在一起的情况下，保持装置就与轴40本身装配在一起，从而保持装置固定到弹簧壳体上，轴40可合适地锁定在弹簧壳体20内，从而固定到轴40上的弹簧34就合适地锁定在弹簧壳体20内。通过松开并移动螺母68和螺栓60，可将弹簧壳体组件从盖板50上松开、拆卸或分离下来，从而可将弹簧壳体组件与动力致动器12分开。

由于能使用保持装置锁定弹簧，因此可安全地现场手动卷绕或松开弹簧回位动力致动器10。为了示出如何相对于图1A和1B所示的组件(其作为一个实例)松开弹簧，图中示出弹簧回位控制器10与叶片式气动致动器12和阀构件14连接在一起；为了松开弹簧34，轴40绕弹簧回位控制器10和示出的气动式叶片致动器12的Y轴在逆时针输出方向上旋转。一旦弹簧松开，通过松开或拆卸掉用于将弹簧回位控制器固定或接合到阀构件14的塞轴15上的所有构件，被连接或接合的气动式叶片致动器12和弹簧回位控制器10就可从阀构件14上松开、拆卸或分离下来。通过消除施加到气动式叶片致动器的气孔19中的气压，弹簧回位控制器可使气动式叶片致动器12的轴和叶片在定位销钉18容许的程度范围内逆时针旋转，从而可局部或完全松开弹簧34。如图5所示并如上所述，弹簧保持装置可用于将轴40锁定在合适位置上，从而将弹簧34锁定在合适位置上。由于弹簧被锁定，通过松开螺母68和螺栓60，从而，弹簧壳体组件可从盖板50和气动式叶片致动器12上松开、分离或拆卸下来。由于壳体组件被松开、分离或拆卸下来，因此，经过气动式叶片致动器的气孔19的气压可用于使气动式叶片致动器的叶片在顺时针方向上充分旋转，从而使叶片远离所述气孔19和定位销钉18。通过使用螺栓60和螺母68，壳体组件然后可与气动式叶片致动器12重新接合并紧固到盖板上，从而使弹簧回位控制器10和气动式叶片致动器12重新接合。之后，气压可施加到气孔19中，直到弹簧和致动器扭矩达到平衡为止。由于弹簧和致动器扭矩达到平衡，因此，弹簧保持螺栓82可松开，从而可将弹簧保持装置80从轴40上松开、分离或拆卸下来。然后可消除通过气孔19施加的气压，从而，弹簧34可使轴40在定位销钉18容许的程度范围内在逆时针方向上旋转，这样就可使气动式叶片致动器的叶片在定位销钉容许的程度范围内在逆时针方向上旋转。可重复上述步骤，以释放弹簧34的全部张力。前面的描述内容仅是用于通过使用叶片式气压致动器释放弹簧张力的一个实例，同样地，本发明的实施例可使用其他致动器或装置来释放弹簧张力。

一旦如上所述那样释放弹簧张力，当螺栓62从锚固螺母36上松开时，保持带32就可用于将弹簧组件从轴40和弹簧壳体20上安全地拆卸下来。同样地，仅通过使弹簧34沿X轴旋转180度，弹簧输出旋转方向就可反向。因此，保持带能让使用者现场使弹簧回位致动器10的输出方向反向。

如图6A-6F所示，优选实施例的多槽式轴40能让使用者调节弹簧预载以适应供送给弹簧回位控制器10的不同供气压力。图6A示出了弹簧的弯曲形端部38固定到槽1上，此时表示组件的弹簧预载减少0％。松开螺栓62，保持在保持带32中的弹簧34可滑动地从轴40上松开、分离或拆卸下来。然后可旋转轴40以让弹簧的弯曲形端部38如图6B所示那样滑动地固定到槽2上。如图6B所示，槽2对应于轴顺时针转动18度的重新定位，如轴内的正方形腔98的方位所示，此仅用于阐释目的。通过这样调节可将弹簧预载减小4％。如图6C-6E进一步所示，将弹簧的弯曲形端部38固定到轴40的槽3、4或5上，分别会使弹簧预载减小8％、12％或16％。

一旦弹簧方向被翻转或弹簧被固定到轴的合适槽中(对应于所需的弹簧预载)，就可通过使用类似方法卷绕弹簧。为了示出如何卷绕弹簧，再次采用图1所示的组件作为实例，弹簧回位控制器与气动式叶片致动器12和阀构件14连接，同样认为逆时针输出方向是绕弹簧回位控制器10和气动式叶片致动器12的Y轴的。通过使气动式叶片致动器12充分地逆时针旋转，从而可使弹簧回位控制器10与气动式叶片致动器12连接或接合。可采用经过与所述气孔19相对的气动式叶片致动器的气孔的气压，以使气动式叶片致动器的叶片充分地顺时针旋转，从而使叶片远离所述气孔19和定位销钉18。如图5所示及如上所述，弹簧保持装置可用于将轴40锁定在合适位置上，从而可将弹簧34锁定在合适位置上。由于弹簧被锁定，可松开螺母68和螺栓60，从而可将弹簧壳体组件从盖板50和气动式叶片致动器12上松开、分离或拆卸下来。由于壳体组件被松开、分离或拆卸下来，因此，可采用经过与气孔19相对的气动式叶片致动器气孔的气压，以使气动式叶片致动器的叶片朝气孔19和定位销钉18充分地逆时针旋转。然后通过使用螺栓60和螺母68，壳体组件可与气动式叶片致动器12重新接合并牢固固定到盖板上，从而可使弹簧回位控制器10和叶片式致动器12重新接合。然后可将气压施加到与气孔19相对的所述气孔中，直到弹簧和致动器扭矩达到平衡为止。由于弹簧和致动器扭矩达到平衡，因此，弹簧保持螺栓82可被除去，使弹簧保持装置80从轴40上松开、分离或拆卸下来。然后采用经过气孔19的气压，使叶片充分地顺时针运动，从而卷绕弹簧34。可重复前述步骤以将弹簧34卷绕至合适程度。在优选实施例中，卷绕弹簧，直到使弹簧和致动器达到平衡的气压等于供应气压的二分之一(供应气压上限为80psi)为止。

前面对本发明的各种实施例的公开描述内容是阐释性和解释性的，在不脱离本发明的范围的情况下，可对所述的弹簧回位致动器的细节部分及其使用方法进行各种改进。例如，不要求气动式叶片致动器卷绕或松开弹簧回位控制器10的弹簧34。如图7所示，可使用被具体设计成用于测量和调节弹簧张力的装置90，其中，通过使用适配器92可将控制器10固定到该装置90上，致动器94可用于引入或释放控制器10的弹簧张力，该张力通过力矩测量负荷传感器96测量。