具有柔性压力转换装置的阀致动器的制作方法

专利名称：具有柔性压力转换装置的阀致动器的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及流体流动控制装置，尤其涉及用于流体流动阀的致动器。
发明的背景各种流体流动控制阀及相应的阀致动器被用于在开/关控制或者节流流体的流动，例如用在一气体或者油类的管线系统中，或者用在其它的过程流体系统中。该流体流动控制阀一般为滑杆控制阀或者旋转动作控制阀，并由一诸如气动活塞或者隔膜(diaphragm)致动器之类的、与一阀定位器或者阀控制器装置的输出相对应的、用于阀的精确节流控制的阀致动器来操纵。
例如，流体控制阀一般安装在管线系统内，其中一气动致动器安装在流体控制阀的顶部，并与诸如滑杆或者转轴之类的阀流体控制件相连。倘若使用流体控制阀，一阀定位器或者阀控制器装置安装至采用适当的安装托架的致动器的侧面或者上方，并将气动管道设置在定位器的气动输出口与阀致动器的气动输入口之间。因此，整个阀、致动器和定位器组件可为相当大和多元件的组合，这些元件延伸在阀上方一些距离，并因此在管线的上方伸出，并伸向管线的侧方，并且可能大大地超出阀本身。
请参考我的第5,487,527号美国专利--“阀致动器”，该专利已转让给了本发明的同一个受让人，该专利提供了一种用于流体控制阀的、具有一可倒置的(reversible)动力组件的阀致动器，该组件具有一固定内构件和一同轴排列的可动外构件，该外构件与一阀流动控制件相连、并可在内构件上滑动。在内构件与外构件的相应端之间形成有一腔室。施加至该腔室的气压驱动可动件，以便驱动位于第一位置上的阀，一弹簧将位于第二位置上的可动件复位。在一实施例中，一汽球型软外壳插入形成在构件的相应端之间的腔室内，以便当适当的流体压力施加到软外壳的输入口时，该可动外构件将通过扩张夹在固定内构件与可动外构件之间的软外壳来进行移动。
虽然在我的上述专利中所揭示的软外壳实施例可在环境温度下令人满意地进行操作，然而又发现该装置无法在各种温度下令人满意地进行操作。另外，需要提供具有这样一种软外壳装置的阀致动器，该软外壳装置具有商业上可接受的可靠性特点，尤其在整个被扩展的操作循环以及较宽的温度和压力范围内。
根据本发明的原理，本发明提供了一种包括一软外壳型装置的致动器，其中该软外壳被预制成一形成在一固定内部致动器构件与一可动外部致动器构件之间的腔室的处于最小的所形成的腔室结构的形状。已发现，为了提供在整个的各种温度条件下进行最可靠的软外壳操作，并减小软外壳的磨损，该软外壳还必须在自然状态中被预制成介于致动器构件之间的最小的腔室尺寸，以便当操作致动器时，位于内径处的软外壳的材料将移至外径。这样往往会将软外壳的材料一直保持在张力状态下，以便当该软外壳在腔室内扩展时，软外壳的圆周将以一种滚动隔膜的动作向外滚动，从而减小软外壳的磨损。
还已发现，为了延长使用寿命，并因此提高软外壳的可靠性，在制成软外壳之后，需要消除应力。软外壳的应力消除是通过将已预制的软外壳放置在一炉子内以大约250°F的温度烘烤大约24小时来获得的。可确信，这种应力消除重新排列了软外壳材料的分子结构，从而延长了软外壳在低温条件下的使用寿命。
软外壳材料较佳地为聚氨酯(polyurethane)，并将该软外壳制成一种两件式的热封结构。已进一步发现，需要提供一种布料加强层，例如一种垫在聚氨酯上的布衬。在被升高的较高的操作温度的条件下，已发现可将诸如Riteflex之类的热聚酯塑性材料用于软外壳。
附图简介本发明被确认为具有新颖性的特征在附加权项中详细地列出。通过结合附图参考下面的描述可最佳地理解本发明，其中在几幅图中，相同部分由相同的标号来表示，其中

图1是根据本发明原理示出了一阀致动器、一阀定位装置、一反馈联接机构和关于一阀致动器与阀定位器的组合的一罩盖的分解立体图；图2是示出了本发明具有一可倒置的动力组件与轭架构件的致动器的分解立体图；图3是图1所示具有一软外壳型装置的致动器的局部剖视图，其中一致动器的可动外构件相对于一固定内构件被弹簧驱动地向下移动；图4是图1所示阀致动器的局部剖视图，其中该致动器的可动外构件相对于一固定件被向上移动；图5是沿着图6的线5-5剖切的剖视图，示出了一预制软外壳定位在可动外构件与固定内构件之间；图6是图5所示软外壳的平面图，示出了两个软外壳输入口；图7是示出了一软外壳输入口与一致动器的流体输入口相连的断开的剖视图；以及图8是示出了一用于在固定内构件与可动外构件之间可滑动的引导接合的引导环的断开的剖视图。
详述请先参阅图1和图2，将就一阀致动器10来描述本发明，该阀致动器包括一呈环状、用于安装一阀定位器装置14的安装基座12。一反馈联接机构16互连着致动器10和阀定位器装置14。一罩盖18可拆卸地安装在致动器10上，以便该罩盖18较佳地完全覆盖住反馈联接件16。
位于阀定位器14上的一气动输出口20与位于安装基座12上、在一装置安装位置24处的输入口22对准安装，其间具有一O形环26。然后，通过适当的、诸如一对有头螺钉(图中未示出)之类的螺纹装置，将该阀定位器14牢牢地安装在安装基座12上、于安装位置24处。
致动器10包括一动力组件28，它通过螺纹螺钉(图中未示出)安装至一轭架30。如图所示，阀致动器10连接至一用于控制例如一流体控制阀34例如安装在一管线36中的一滑动阀杆的阀杆32之类的机械控制件。被组合的致动器与装置安装至控制阀34的一阀盖帽38，其中致动器轭架30由一适当的锁紧螺帽保持在位，该锁紧螺帽螺纹啮合在阀盖帽38上，并被拧入直对着轭架底部凸缘40锁紧。
阀定位装置14可为一种数字式阀控制器，例如一种通过基于微处理器的电流与气动装置相连通的数字式阀控制器。该采用一种通信协议的数字式阀控制器除了具有将输入的电流信号转换成为气动输出压力的标准功能之外，它能十分方便地利用对于处理作业较为关键的信息。因此，采用一控制阀或者一场(field)接线盒处的相兼容的通信设备、或者利用一台个人电脑或者位于一控制室内的操作员控制台可从这种处理方法的主要构件、即控制阀34中获得信息。另外，该装置可为一种模拟装置或者一种气动定位器。
反馈联接件16包括与位于定位器14上的枢转支架44相啮合的一端42，另一反馈连接端46牢牢地安装至一致动器的可动件48。由于该致动器的可动件48与阀杆或者控制件32互连，所以阀杆的位置由定位器14通过反馈联接机构16来感应。
现在请参阅图3-8，图中示出了一种阀致动器的进一步的细节，它具有本发明的一种预制的软外壳，以便在整个扩展的温度与流体压力条件下提供可靠的阀致动器操作。动力组件28包括一具有与环形安装基座12整体形成的横向延伸部52、54的固定内构件50，其中安装基座包括相应的装置安装位置24、25。该安装基座12由一系列适当的有头螺钉57装配在轭架30的安装凸缘56上。
动力组件28的固定内构件50采用一种具有一如图3所示的开口底端58和一由一端壁60所提供的相对的封闭顶端的固定活塞的形式。固定内构件50的端壁60在圆筒形圆周侧壁62上的相对点之间延伸，即，该端壁60如图3所示自参考点60a延伸至点60b。如图3所示，该端壁60的横截面呈阶梯状，它具有三个大致平行、水平的端壁部分64、66、68，这三个部分由相应连接的倾斜的或者垂直的端壁部分相连。
动力组件28还包括可动外构件48，该外构件采用一种与固定内构件50轴向对齐并环绕该内构件的圆筒的形式。该可动外构件48包括相对的中空/圆顶形帽件70、72，其中顶帽件70形成一圆顶形端壁74，该端壁与固定内构件50的端壁60的形状基本匹配。该外构件48还包括一圆筒形侧壁73，该侧壁邻近并环绕内构件侧壁62，以便在其间形成一环状圆周间隙75。一阀杆联接件板76被焊至底帽件72，该板包括一用于容纳阀杆32的中心孔。
一引导环78被安装在位于固定内构件50的外表面之中、底端58处的环形空腔80内，以便对着可动外构件48的内表面82滑动接合。在图8中可以最清楚地看到，该引导环78包括一用于可滑动地接合外构件的内表面82的平坦的滑动表面83。为了低滑动摩擦，该引导环78较佳地由一种弹性树脂制成，例如Delron。该引导环的目的在于使得可动外构件48可相对于固定内构件50、并在如图3和图4所示的两个极端位置之间被引导地运动。在图3中可见，该可动外构件48大致位于最低的向下位置上，此时一凸缘84抵靠着一螺纹止动件86。与此相反，在图4中，该可动外构件48已被驱动，并在引导环78的引导配合下向上滑动，直到一凸缘88与螺纹止动件86相接合为止。
形成在固定内构件端壁60与可动外构件端壁74之间的腔室90中存在着一密封的预制的软外壳92，该软外壳由通过在接合处94进行热封而连接在一起的两件组成。软外壳的上件92a被预制成圆顶形顶端壁74的形状，而软外壳的下件92b被预制成阶梯状底端壁60的形状。该软外壳由具有一布料垫层95的聚氨酯制成。在温度较低的使用情况下，不需要使用该布料垫层95。该布料垫层95包围着整个软外壳92，并且当使用在较高的操作温度的情况下，它用于加强该软外壳的材料。在极端高温的使用情况下，可将一种诸如Riteflex之类的热聚酯塑性材料用于软外壳，布料加强层可有可无。
将软外壳92较佳地在自然状态中预制成介于致动器构件之间的最小的腔室尺寸，如图3所示。从图3中可知，一软外壳的环形圆周部分93被制成为延伸在该环形圆周间隙75之中，并延伸在接合处94与参考点60a、60b之间。布料加强层95可通过在形成软外壳的注模期间的插入而放置到软外壳92的外表面上。或者，在注模软外壳之后，该布料可通过适当的压力和温度条件施加到外表面上。在热粘接至软外壳之前，一尿烷层可在大约330°F(166℃)的温度、50psi(磅/平方英寸)(345 Kpa(千帕))的条件下大约1-1/2小时被采用到斜切布料上。该布料可仅仅施加到环形圆周部分93上(参阅图7)，而不将布料层95施加到整个软外壳的外部。
然后，将该布料加强的预制的软外壳放在一炉子中烘烤，以便消除材料的应力。已发现，这种在一炉子中所进行的软外壳92的应力消除可在大约250°F(121℃)的温度烘烤大约24小时的条件下完成。
为了在致动器操作期间使软外壳保持在适当位置上，在将该软外壳装配到致动器中时，可将粘接珠(bead)施加在接合处94的上方及下方、致动器可动件48处。类似地，软外壳可由一种适当的粘接剂粘接至端壁60的顶部。
该软外壳92包括两个相应的输入口96、98。固定内构件50包括一内构件壁100，该壁包括一通过一位于横向延伸部52中的连接通道104与位于安装基座12上的输入口22相通的通道102。在动力组件28的相对侧上具有穿过致动器的类似的多个通道，它们穿过引导至一位于装置安装位置25处的输入口106的横向延伸部54(参阅图2)。图7示出了一较大的孔塞108，当装置14安装在安装位置24上时，该孔塞被插入到通道104中。在这种结构中，在位于横向延伸部54内的一通道(类似于通道104)内插入一较小的孔塞(图中未示出)，以防止流体从位于未被使用的装置安装位置25处的那通道经过输入口逸出。
如图7所示，软外壳的输入口96与使用一延伸的引导管110的通道102相连。这样可在阀控制器装置14的气动输出口20与输入口22之间形成流体相通，流体通过通道104、102进入到形成在软外壳92中的腔室90内。以一种类似的方式，软外壳的输入口98通过与图7中所示的装置安装位置24相类似的内构件壁和横向延伸部的相应通道与位于相对的装置安装位置25上的输入口106相连。
一弹簧112安装在固定内构件与相应的致动器构件的端壁之中，即，安装在固定内构件的顶端壁60与可动外构件的底部圆顶状帽件72之间。因此，图3示出了一标准的未操作的致动器位置，其中弹簧112将外构件48移至一底部位置，图4所示为操作阀致动器从而将外构件48移至顶部位置，由此压缩弹簧112。
在致动器10的操作中，处于压力、例如由阀控制器装置14施加给输入口20的气动压力下的流体与通道104、102相连，并通过软外壳的输入口96进入到位于软外壳92中的腔室90内，该腔室以滚动隔膜作用扩展该软外壳，该作用迫使可动外构件48自图3所示的位置向上移动，用它带动相连的机械控制件，该机械控制件可为一阀杆或者运动转换联接件(倘若与一转轴阀一起使用的话)。在任何情况下，可动外构件48的被驱动的移动压缩弹簧112，以便该可动外构件相对于固定内构件50在一向上的方向上移动至图4中的位置。在一简单的动作结构中，位于装置安装位置25处的输入口将由适当的孔塞封闭。通过阀控制器装置14的作用来消除软外壳90中的压力，从而允许在图4所示的结构中的被压缩的弹簧112向下推动可动外构件48。
根据本发明，在扩展软外壳期间，软外壳92可在软外壳的圆周部分93上进行滚动隔膜运动，而不是进行不想要的汽球型运动。这可以参阅图3和图4，其中软外壳的圆周部分93与内构件50相接触--如图3中的瘪掉的软外壳的状态所示，该圆周部分沿着固定内构件的侧壁62从参考点60a附近延伸至参考点114。当通过将流体通入软外壳的腔室90来操作阀致动器时，与侧壁62相接触的软外壳的圆周部分93仅仅滚动脱离与固定内构件的侧壁62的接合，同时增加与可动外构件的侧壁73的接合，如图4所示。
因此，根据本发明，软外壳的圆周部分93从图3所示的状态扩展至图4所示的状态，其中软外壳的圆周部分仅仅以一种在张力作用下放置软外壳材料的滚动形式从软外壳的内径移动至软外壳的外径。这样大大减小了软外壳的磨损，延长了软外壳的使用寿命，并可将致动器重复操作在被增加的诸操作循环以及较宽的温度与压力范围之中。
本发明还提供了无论是在阀的出故障时自动关闭的或者在出故障时自动打开的状态中使用该阀致动器10的能力，其中的条件将取决于致动器操作压力的损失。在本发明的此方面中，动力组件28如图2所示从轭架30上拆下之后是可倒置的。
由于变型对于本技术领域中的熟练人员而言是显而易见的，因此上述详细的描述仅仅是为了便于清楚地理解，而不存在不必要的限制。
权利要求
1．在一种用于运行根据一控制阀定位装置来调整流过一流体控制阀的流体流动的控制件的致动器中，所述致动器包括一对同轴排列的构件，其中之一为相对于另一个固定内构件外侧安装的可动外构件，所述可动外构件相对于所述固定内构件轴向移动，所述构件具有相邻端，其中在所述相邻端之间形成有一用于在所述致动器运行期间、将所述一可动外构件以离开所述固定内构件的的方向移动的腔室，用于将所述控制件连接至所述可动外构件的装置，并且其中所述腔室当受到处于压力下的流体时操作所述致动器，并将所述可动外构件以离开所述固定内构件的方向从一第一阀致动器位置移至一第二阀致动器位置，所述改进之处包括一具有相应的相对的软外壳端和一连接着所述软外壳端的软外壳的圆周部分的预制软外壳，所述预制的软外壳插入在形成于所述可动外构件与所述固定内构件的相邻端之间的所述腔室内，其中所述相应的相对的软外壳端与所述构件的所述相应的相邻端相接触，并且所述软外壳的圆周部分位于所述构件的中间、并与所述构件相接触，当所述相应的相邻端位于它们相互相对最近的位置上时，所述预制的软外壳具有一种与所述腔室的形状相匹配的未扩展的最初结构，当所述相应的相邻端位于它们相互相对最远的位置上时，所述预制的软外壳具有一种与所述腔室的形状相匹配的已扩展的第二结构，以及所述预制的软外壳响应于所述处于压力下的流体，从所述最初的结构扩展至所述第二结构，其中所述软外壳的圆周部分减少与所述固定内构件的接触，于此同时增加与所述可动外构件的接触。
2．如权利要求1所述的用于一流体控制阀的致动器，其特征在于，所述外构件与所述内构件具有相互邻近的相应的侧壁，并在其间构成一圆周间隙，并且所述软外壳的圆周部分适于插入到所述圆周间隙之中。
3．如权利要求2所述的用于一流体控制阀的致动器，其特征在于，在所述未扩展的最初结构中，一第一软外壳的圆周部分倚靠着所述内构件的侧壁，并且其中，在移动至已扩展的软外壳的结构中，所述第一软外壳的圆周部分自邻接的内构件的侧壁滚动地脱离，并滚动地定位于邻接的所述外构件的侧壁，其中所述软外壳被维持着张力状态。
4．如权利要求1所述的用于一流体控制阀的致动器，其特征在于，包括一位于所述预制的软外壳上的布料加强层。
5．如权利要求1所述的用于一流体控制阀的致动器，其特征在于，所述预制的软外壳由聚氨酯材料制成。
6．如权利要求5所述的用于一流体控制阀的致动器，其特征在于，所述预制的软外壳包括一位于所述聚氨酯材料上的布料加强层。
7．如权利要求1所述的用于一流体控制阀的致动器，其特征在于，包括一安装在所述内构件的侧壁与所述外构件的侧壁之间、用于滑动引导所述外构件相对于所述内构件的所述轴向移动的引导环。
8．如权利要求7所述的用于一流体控制阀的致动器，其特征在于，所述引导环由一种具有低摩擦特性的弹性树脂制成。
9．如权利要求1所述的用于一流体控制阀的致动器，其特征在于，所述预制的软外壳由热聚酯塑性材料制成。
10．如权利要求9所述的用于一流体控制阀的致动器，其特征在于，所述预制的软外壳包括一位于所述热聚酯塑性材料上的布料加强层。
11．如权利要求7所述的用于一流体控制阀的致动器，其特征在于，所述预制的软外壳由聚氨酯制成。
12．如权利要求7所述的用于一流体控制阀的致动器，其特征在于，所述预制的软外壳由热聚酯塑性材料制成。
全文摘要
一种用于流体控制阀、具有一可倒置的动力组件的致动器,该组件具有一固定内构件(50)和一同轴排列的可动外构件(48),该外构件于阀流动控制件相连、并可在内构件上滑动。一形成在相应的构件端之间的腔室(90)包括一预制的软外壳(93)。施加给软外壳的气动压力驱动可动构件,以便驱动位于第一位置上的阀。一弹簧(112)将位于第二位置上的可动构件复位。预制的软外壳由包括一互连的圆周部分(94)的件组成。在软外壳驱动期间,该软外壳的圆周部分自软外壳的内径移动至软外壳的外径,其中软外壳的材料处于张力状态之下,从而延长了软外壳的使用寿命。
文档编号F16K31/126GK1215465SQ97193696
公开日1999年4月28日 申请日期1997年3月31日 优先权日1996年4月10日
发明者菲利普·韦恩·埃格尔斯顿 申请人:费希尔控制国际公司