独立控制旋转阀中的落座力的方法和装置与流程

概括地说，本公开内容涉及旋转阀，并且更具体而言，涉及用于独立地控制旋转阀中的落座力(seatingforce)的方法和装置。

背景技术：

实现阀控制器和双作用致动器的传统的控制阀应用提供了最大致动器力或负载，其相对于操作地耦接到致动器的阀的打开和关闭是大致一致的。在相对于关闭阀所需的落座扭矩、力或负载需要更大的启动扭矩(breakouttorque)、力或负载以打开阀的阀应用中，通过双作用致动器施加一致的开启力和关闭力可能在阀中产生过多的落座力。过多的落座力可能导致阀部件的过早磨损和/或损坏，这可能不利地影响阀在关闭时保持有效密封的能力。

技术实现要素：

描述了独立地控制旋转阀中的落座扭矩、力或负载的示例性方法和装置。示例性装置包括具有流动控制构件的旋转阀。所述示例装置进一步包括操作地耦接到所述旋转阀的双作用致动器。所述双作用致动器具有第一端口和第二端口，以接收加压控制流体，从而改变所述双作用致动器的位置。所述示例性装置进一步包括阀控制器，所述阀控制器操作地耦接到所述双作用致动器，以响应于所述旋转阀的位置来控制所述加压控制流体。所述示例性装置进一步包括压力限制器，所述压力限制器操作地耦接到所述阀控制器并流体地耦接到所述致动器的所述第一端口。所述压力限制器将减小提供给所述致动器的所述第一端口的所述加压流体的压力，以在所述旋转阀处于关闭位置时减小所述流动控制构件的落座力。

附图说明

图1例示了已知的控制阀装置。

图2是图1的控制阀装置的框图。

图3是用于独立地控制旋转阀中的落座力的示例性装置的框图。

图4是例示图3的示例性压力限制器的替换配置的框图。

具体实施方式

在上述附图中示出了某些示例并在下文中中详细地描述这些示例。在描述这些示例时，使用相似或相同的附图标记来标识相同或相似的元件。附图不一定按比例绘制，并且为了清楚和/或简明，可以按比例放大或示意性地示出附图的某些特征和某些视图。

本文所描述的示例方法和装置提供了施加给旋转阀的落座力的独立控制。实施阀控制器和双作用致动器的传统控制阀应用提供了最大致动器力，其相对于操作地耦接到致动器的阀的打开和关闭是基本上一致的。与这些传统的控制阀应用不同，本文所描述的示例性方法和装置提供了被独立地控制的落座力，以使得被施加以关闭阀的落座力可以小于被施加以打开阀的启动力(breakoutforce)。

本文所述的示例性方法和装置在诸如扭矩落座式旋转阀之类的阀应用中是特别有利的，其中打开阀所需的启动扭矩、启动力或启动负载可以基本上大于关闭阀所需的落座扭矩、落座力或落座负载。通过使得落座力能够被独立地控制，以使得所施加的落座力小于所施加的启动力，本文描述的示例性方法和装置减小和/或防止在阀中施加过多的落座力，从而减小和/或防止阀部件的过早磨损和/或损坏的情况。结果，增加了阀在关闭时可以保持有效密封的寿命。

在一些公开的示例中，装置包括具有流动控制构件的旋转阀。在一些公开的示例中，旋转阀是扭矩落座式旋转阀。在一些公开的示例中，装置进一步包括操作地耦接到旋转阀的双作用致动器。在这种公开示例中，双作用致动器具有第一端口和第二端口，以接收加压控制流体，从而改变双作用致动器的位置。在一些公开的示例中，双作用致动器是气动活塞旋转致动器。在一些公开的示例中，装置进一步包括操作地耦接到双作用致动器的阀控制器，以响应于旋转阀的位置来控制加压控制流体。在一些公开的示例中，阀控制器是数字阀控制器。在一些公开的示例中，阀控制器包括继电器，以控制加压控制流体到双作用致动器的第一端口和第二端口的分配。

在一些公开的示例中，装置进一步包括压力限制器，其操作地耦接阀控制器并流体地耦接到致动器的第一端口。在这种公开的示例中，压力限制器将减小提供给致动器的第一端口加压流体的压力，以在旋转阀处于关闭位置时减小流动控制构件的落座力。在一些这种公开示例中，提供给致动器的第二端口的加压流体的压力提供了流体控制构件的开启力，该开启力大于落座力。在一些公开的示例中，压力限制器集成在阀控制器内。在一些公开的示例中，压力限制器是可电子配置的。在一些公开的示例中，压力限制器是压力调节器。在其它公开的示例中，压力限制器是压力释放阀。

在描述用于独立地控制施加到旋转阀的落座力的示例性方法和装置的细节之前，结合图1和图2提供对已知的控制阀装置100的描述。

图1例示了已知的控制阀装置100，其包括旋转阀102、双作用致动器104和阀控制器106。图1的旋转阀102是扭矩落座旋转阀。更具体而言，图1的旋转阀102是扭矩落座式蝶阀。旋转阀102可以是例如8532型蝶阀。旋转阀102包括流动控制构件108、阀体110、定位在阀体110内的阀座(未示出)，和阀杆112。图1的流动控制构件108是阀盘。流动控制构件108操作地耦接到阀杆112。在对阀杆112施加扭矩、旋转负载和/或旋转力时，流动控制构件108相对于阀体110在旋转阀102(如图1中所示)的关闭位置(例如，落座位置)与旋转阀102的打开位置(例如，离座位置)之间进行旋转。

图1的双作用致动器104是气动活塞旋转致动器。双作用致动器104可以是例如1061型气动活塞旋转致动器。双作用致动器104操作地耦接到旋转阀102，并且更具体而言，耦接到旋转阀102的阀杆112。双作用致动器104包括第一端口114和第二端口116以及内部活塞(未示出)。第一端口114和第二端口116分别接收诸如加压空气之类的加压控制流体，其使得活塞沿着双作用致动器104的纵轴在相应的方向上平移。例如，在第一端口114处对加压控制流体的接收可以使得活塞沿着双作用致动器的纵轴在第一方向上平移，而在第二端口116处对加压控制流体的接收可以使得活塞沿着纵轴在与第一方向相反的第二方向上平移。如上所述，由平移活塞所产生的力和/或负载被转换为阀杆112上的扭矩、旋转力和/或旋转负载，这使得流动控制构件108相对于阀体110旋转。活塞操作地耦接到阀杆112和/或流动控制构件108产生了活塞的位置与流动控制构件108的位置之间相关联。因此，可以基于已知的和/或所测量的活塞的位置来确定流动控制构件108的位置，反之亦然。

图1的阀控制器106是数字阀控制器。阀控制器106可以是例如fieldvuedvc6200系列数字阀控制器。阀控制器106操作地耦接到双作用致动器104，以控制加压控制流体到双作用致动器104的供应。阀控制器106包括入口118，其接收加压控制流体，例如来自加压控制流体源的加压空气(未示出)。阀控制器106进一步包括第一出口120和第二出口122，分别用于向双作用致动器104的第一端口114和第二端口116供应加压控制流体。虽然图1中未示出，但是在操作已知的控制阀装置100时，阀控制器106的第一出口120经由第一导管被流体地耦接到双作用致动器104的第一端口114，而阀控制器106的第二出口122经由第二导管被流体地耦接到双作用致动器104的第一端口116。图1的阀控制器106进一步包括压力计124、126、128，用于显示与阀控制器106的入口118、第一出口120和第二出口122中对应的一个相关联的、各自的所测量和/或所感测的压力。下面结合图2描述阀控制器106的附加的部件和/或功能。

图2是图1的已知的控制阀装置100的框图，控制阀装置100包括旋转阀102、双作用致动器104和其阀控制器106。除了上面结合图1描述的部件之外，已知的控制阀装置100的双作用致动器104进一步包括位置指示器202。位置指示器202操作地耦接到双作用致动器104的活塞，以使得活塞的运动引起位置指示器202的相应的运动。如上所讨论的，在活塞的位置与流动控制构件108的位置之间存在相关性。因此，位置指示器202可以提供对活塞的位置的指示和/或对流动控制构件108的位置的指示。

除了以上结合图1描述的部件之外，已知的控制阀装置100的阀控制器106进一步包括控制电路204、电流-压力(i/p)转换器206和继电器208。控制电路204包括和/或操作地耦接到处理器210、存储器212、入口压力传感器214、第一出口压力传感器216、第二出口压力传感器218以及位置传感器220。入口压力传感器214测量和/或确定由控制流体源224供应的、到阀控制器106的入口118的加压控制流体222的压力。第一出口压力传感器216测量和/或确定由继电器208供应的、到阀控制器106的第一出口120的加压控制流体222的压力。第二出口压力传感器218测量和/或确定由继电器208供应的、到阀控制器106的第二出口122的加压控制流体222的压力。虽然在图2中未示出，但是入口压力传感器214、第一出口压力传感器216和/或第二出口压力传感器218可以被操作地耦接到上面结合图1描述的压力计124、126、128中的相应的一个。

位置传感器220被操作地耦接到双作用致动器104的位置指示器202。位置传感器220基于由位置指示器202提供的指示来测量和/或确定旋转阀102的流动控制构件108的位置和/或双作用致动器104的活塞的位置。在一些示例中，位置传感器220与位置指示器202之间的操作的耦接可以采用将位置指示器202连接到位置传感器220的机械联动件的形式。在其它的示例中，操作的耦接可以是电子的。在一些这种其它的示例中，操作的耦接可以经由磁铁阵列和一个或多个霍尔效应传感器来实施。

从入口压力传感器214、第一出口压力传感器216、第二出口压力传感器218和/或位置传感器220中的任何一个所获得的数据和/或信息可以存储在存储器212中。处理器210可以从存储器212中访问这些数据和/或信息，或者可以可替换地从入口压力传感器214、第一出口压力传感器216、第二出口压力传感器218和/或位置传感器220中的任何一个直接接收这些数据和/或信息。

控制电路204接收输入信号226，该输入信号226对应于旋转阀102的流动控制构件108的期望位置和/或条件。例如，输入信号226可以指示流动控制构件108相对于旋转阀102的阀体110打开百分之零(0％)(即，关闭)。响应于接收输入信号226，控制电路204经由处理器210确定与入口压力传感器214、第一出口压力传感器216和第二出口压力传感器218相关联的当前压力，并进一步基于与位置传感器220相关联的当前位置来确定流动控制构件108的当前位置。基于这样的数据和/或信息，控制电路204经由处理器210产生驱动信号228，以将流动控制构件108放置在由输入信号226指示的期望的位置，该驱动信号228对应于双作用致动器104的活塞的位置的变化和/或旋转阀102的流动控制构件108的位置的变化。驱动信号228是可变电流，其基于从入口压力传感器214、第一输出口压力传感器216、第二出口压力传感器218和/或位置传感器220所获得的连续反馈和/或由入口压力传感器214、第一输出口压力传感器216、第二出口压力传感器218和/或位置传感器220所提供的连续反馈而变化。

由控制电路204产生的可变电流驱动信号228被传输到i/p转换器206。i/p转换器206是在市售的阀控制器中(例如，在fieldvuedvc6200系列数字阀控制器中)实现的常规设计。除了接收驱动信号228之外，i/p转换器206还接收通过阀控制器106的入口118供应的加压控制流体222。响应于接收驱动信号228和加压控制流体222，i/p转换器206产生与可变电流驱动信号228相对应的可变压力230。

由i/p转换器206产生的可变压力230被传输到继电器208。图2的继电器208是在市售的阀控制器中(例如，在fieldvuedvc6200系列数字阀控制器中)实现的常规设计的气动继电器。继电器208和/或更一般地，阀控制器106可以结合设置过程而被校准。例如，在设置过程期间，继电器208和/或更一般地，阀控制器106可以接收对应于用户校准输入的指令和/或信号，该用户校准输入识别、限定和/或确定对应一压力的落座力，继电器208在该压力下控制给双作用致动器104的加压控制流体222的供应。在这样的示例中，用户校准输入可以涉及用户在阀控制器106的存储器212中所存储的阀类型和/或阀尺寸的一个或多个预配置列表中作出的一个或多个选择，其中由用户选择的阀类型和/或阀尺寸对应于与旋转阀102相关联的阀类型和/或阀尺寸。

除了接收可变压力230之外，继电器208还接收通过阀控制器106的入口118供应的加压控制流体222。基于可变压力230和加压控制流体222，继电器208控制加压控制流体222到阀控制器106的第一出口120和/或阀控制器106的第二出口122的分配。因此，加压控制流体222由继电器208分别供应到阀控制器106的第一出口120和第二出口122，并依次供应到双作用致动器104的第一端口114和/或第二端口116。

由阀控制器106的继电器208控制的、加压控制流体222被供应到第一端口114和/或第二端口116的各自的压力引起双作用致动器104的活塞的相应的平移运动。通过平移活塞所产生的力和/或负载被转换为阀杆112上的扭矩、旋转力和/或旋转负载，这引起了旋转阀102的流动控制构件108相对于阀体110旋转。如上所述，活塞和/或流动控制构件108的相对运动由双作用致动器104传递到阀控制器106的位置传感器220，从而提供连续的反馈环路，其可以用于更新和/或调节可变电流驱动信号228。

在上面结合图1和图2描述的常规控制阀装置100中，继电器208被配置为当旋转阀102的流动控制构件108达到由位置指示器202和位置传感器220所确定的、完全关闭的约百分之五(5％)以内时，典型地将阀控制器106的第一出口120打开至尽可能最大的程度(即完全打开)。当第一出口120完全打开时，继电器208基于在控制流体源224处所产生的供应压力，以最大可用压力将加压控制流体222提供给第一出口120。结果，最大落座力和/或负载被施加给完全关闭的流动控制构件108和/或更一般地，给完全关闭的旋转阀102。类似地，当旋转阀102的流动控制构件108达到由位置指示器202和位置传感器220所确定的、完全打开的约百分之五(5％)以内时，继电器208典型地将阀控制器106的第二出口122打开至尽可能最大的程度(即完全打开)。当第二出口122完全打开时，继电器208基于在控制流体源224处所产生的供应压力以最大可用压力将加压控制流体222提供给第二出口122。结果，最大的力和/或负载被施加给完全打开的流动控制构件108和/或更一般地，给完全打开旋转阀102。

上述常规控制阀装置100提供了最大的力或负载，其相对于旋转阀102的流动控制构件108的打开和关闭是大致一致的。在打开阀所需的相对于关闭阀所需的落座扭矩、力或负载更大的脱困扭矩、力或负载的阀应用中，施加这种最大扭矩、力或负载的均匀性导致了过多的落座力施加在流动控制构件108上和/或更一般地在旋转阀102上。常规的控制阀装置100不提供减小与落座和/或关闭阀102相关联地施加的最大扭矩、力或负载而无需同时减小与打开旋转阀102相关联地施加的最大扭矩、力或负载的能力。与上面结合图1和图2所述的已知的控制阀装置100相比，本文结合图3-4所描述的每个示例性控制阀装置提供了独立地减小与落座和/或关闭旋转阀102相关联地施加的最大扭矩、力或负载而无需同时减小与打开旋转阀102相关联地施加的最大扭矩，力或负载的能力。

图3是独立地控制旋转阀中的落座力的示例性的控制阀装置300的框图。在图3的例示示例中，示例控制阀装置300包括上面结合图1和图2描述的常规控制阀装置100的部件，并进一步包括示例性的压力限制器302。压力限制器302操作地耦接到阀控制器106并流体地耦接到双作用致动器104的第一端口114。在图3的例示示例中，压力限制器302集成在阀控制器106内。压力限制器302具有可配置的设定点，其限定加压控制流体222离开压力限制器302的最大压力。在一些示例中，压力限制器302是具有可配置的设定点的压力调节器。在其它示例中，压力限制器302是具有可配置的设定点的压力释放阀。

在一些示例中，压力限制器302的设定点是可以手动配置的。例如，压力限制器302的设定点可以通过手动旋转和/或操作螺钉、旋钮、曲柄、手柄或轮(未示出)来调节和/或配置，其中螺钉、旋钮、曲柄、手柄或轮的位置对应于设定点的值。在其它示例中，压力限制器302的设定点是可以电子配置的。例如，可以响应于压力限制器302接收与用户输入相对应的指令和/或信号(未示出)来调节和/或配置压力限制器302的设定点，该用户输入识别、限定和/或确定最大压力，在该最大压力下，加压控制流体222将被提供给双作用致动器104的、与落座和/或关闭旋转阀102的流动控制构件108相关联的第一端口114。在这样的示例中，可电子配置的压力限制器302可以包括电流-到-电压(i/p)转换器(未示出)，其将接收到的对应于用户输入的电子信号与最大压力相关联，加压控制流体222在该最大压力下被提供给第一端口114。

基于可配置的设定点，压力限制器302减小、限制和/或限定压力，加压控制流体222在该压力下被提供给双作用致动器104的第一端口114。例如，在压力限制器302是压力调节器的情况下，如果压力限制器302以30磅/平方英寸的压力供给加压控制流体222并且压力限制器302的设定点被配置为20磅/平方英寸，则压力限制器302降低加压控制流体222的出口压力至20磅/平方英寸。结果，加压控制流体222被以20磅/平方英寸的压力提供给双作用致动器104的第一端口114。作为另一个示例，在压力限制器302是压力释放阀的情况下，如果压力限制器302检测到加压控制流体222正在以30磅/平方英寸的压力进入压力限制器302并且压力限制器302的设定点被配置为20磅/平方英寸，则压力限制器302将排出加压控制流体222的一部分以防止加压控制流体222离开压力限制器302的压力超过20磅/平方英寸。结果，加压控制流体222以20磅/平方英寸的压力提供给双作用致动器104的第一端口114。

作为由压力限制器302提供的压力的减小、限制和/或限定的结果，在流动控制构件108和/或旋转阀102处于关闭位置时施加到旋转阀102的流动控制构件108的落座力相对于以其它方式由图1和图2的常规控制阀装置100施加的落座力被减小。作为由压力限制器302提供的压力的减小、限制和/或限定的进一步结果，在流动控制构件108和/或旋转阀102处于完全打开位置时，加压控制流体222被提供给双作用致动器104的第二端口116的压力对旋转阀102的流动控制构件108施加了开启力，该开启力大于当流动控制构件108和/或旋转阀102处于完全关闭位置时、施加给旋转阀102的流动控制构件108的落座力。压力限制器302的可配置属性为图3的示例性控制阀装置300提供了在流动控制构件108和/或旋转阀102处于完全关闭位置时独立地控制和/或调节施加到旋转阀102的流动控制构件108的落座扭矩、力或负载的能力。

图4是图3的示例性压力限制器302的可替换的配置400的框图。与示出集成在阀控制器106内的压力限制器302的图3的例示示例相比，在图4中所例示的示例性压力限制器302位于阀控制器106的外面或外部。如结合图4所例示的压力限制器302的结构、功能和操作在其他方面上与上面结合图3所描述的相同。

虽然本文已经描述了某些示例性的方法和装置，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖了字面上或者在等同原则下完全落入所附权利要求的范围内的所有方法和装置。