CN102203475B - 流体阀驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流体阀驱动机构，具有驱动装置和紧急驱动装置，所述紧急驱动装置包括与驱动装置连接而进行升降的上支承部、与阀芯连结的下支承部、配置于两支撑部之间的弹簧、能将上支承部和下支承部的间隔固定的紧急解除单元，在从阀芯与阀座抵接、弹簧在上支承部和下支承部之间被压缩了预定长度的初始状态起，通过驱动装置使上支承部下降，将弹簧压缩到预定长度之后，通过紧急解除单元来固定上支承部和下支承部的间隔，通过驱动装置在上支承部和下支承部之间保持压缩了弹簧的状态的情况下，使阀芯升降，从而控制阀的开闭，在紧急时，断开紧急解除单元，使弹簧伸长，对该流体阀进行紧急驱动。

Description

流体阀驱动机构

技术领域

本发明涉及阀控制用驱动机构，尤其涉及燃气轮机设备中的燃料供给的流量控制阀的紧急安全装置。

背景技术

燃气轮机技术在因高效率的发电特性而得到迅速发展的LNG复合发电(联合循环(combined cycle))中作为核心技术被采用。近年来，防止地球变暖对策被视做国际上重要的课题，二氧化碳排放量较多的火力发电中的高效发电技术的重要性日益得到认识，燃气轮机温度(燃烧温度)的上升所带来的进一步高效化的技术开发得到发展，近年来，燃气轮机温度1500℃级别的大型高效发电设备也投入使用。因此，提高对于控制向燃气轮机供给的燃料供给的燃料流体阀的控制的可靠性、以及实现紧急时的可靠的故障保护功能正逐渐成为重要的课题。

在图12中示出控制向燃气轮机供给的燃料供给的现有流体阀驱动机构的例子。该装置具有阀箱508、连结框架507、弹簧箱506来作为固定部，在该弹簧箱506的上部固定有作为驱动装置的液压致动器501。阀箱508内的阀芯509经阀杆510、连结杆503、输出轴502而与液压致动器501连结，通过未图示的液压供给单元的液压力来将输出轴502上下驱动以使阀芯509升降，从而调节阀的开度。弹簧箱506内具有其上端固定于弹簧箱上部的螺旋弹簧504，螺旋弹簧504的作为自由端的下端固定于弹簧座505，弹簧座505与连结杆503连结。构成为：在没有作用液压力的初始状态下，螺旋弹簧504成为被压缩预定长度的状态，使得维持阀芯509以预定的按压力按压在阀座上的阀关闭状态。在通常运转时，通过液压致动器501的驱动力，经输出轴502、连结杆503使弹簧座505上升以压缩螺旋弹簧504，从而进行阀的开闭操作。具有紧急阻断机构，该机构在因液压装置的故障而液压力被阻断时，通过螺旋弹簧504的弹簧反作用力，强制恢复为阀关闭状态，不依赖于外部的驱动力地将阀阻断。

此外，关于使阀芯前后移动的类型的流体阀的紧急阻断机构，公开了以下的现有技术。

国际公开第02/35123号公报公开了一种蒸汽阀的操作装置，该操作装置尤其使用于蒸汽轮机，使阀芯前后移动以进行阀的开闭，能够通过释放盘簧(disc spring)21所储存的弹性能量来进行紧急阻断。该装置具有由盘簧21和弹簧夹头19构成的蓄压装置7、与弹簧夹头19卡合的驱动部5的压头49。在该装置的通常使用时，用向压头49内的电磁线圈13通电所产生的电磁力来使弹簧夹头19磁力吸附在压头49上以进行固定，维持在将弹簧夹头19内的盘簧21压缩的状态下，进行阀的开闭操作。具有一种机构，该机构在紧急情况时，停止压头49内的电磁线圈13的通电，弹簧夹头19与压头49的磁力吸附解除，将已蓄压的盘簧21放开，经阀杆3而使阀芯前进，将蒸汽阀紧急阻断。此外，公开了一种蒸汽阀的操作装置，为了缓和在紧急阻断时阀、弹簧的急速前进所导致的对阀芯和阀座施加的冲击能量，该操作装置没有将阀杆3与驱动部5的压头49直接机械固定，而是将阀杆3连接到如下的可动致动器板67上，该可动致动器板67在填充有油等流体的密闭室内配置为能够阀工作的方向上移动的状态，在阀杆3急速移动时，能够通过用可动致动器板67分为两部分的密闭室内的流体移动的阻力来吸收冲击能量。

国际公开第2004/076899号公报涉及阀的移位装置，其公开了一种阀的移位装置，该装置能够进行基于通过驱动装置2、3的旋转进行的阀杆4的前后移动的通常旋转时的阀的开闭操作、和通过释放存储于螺旋弹簧14的弹性能量进行的紧急阻断。在该装置中，具有与驱动装置连接的螺纹构造的轴与伸张杆式筒体16的后端螺纹连接，在伸张杆式筒体16内具有其后端在筒体16内固定的弹簧14，弹簧14的前端与凸缘连接，该凸缘与阀杆连接，该阀杆与阀芯23连接。移位装置的通常使用时，凸缘后退而成为将弹簧14压缩的状态，在凸缘前端和筒体16前端之间存在触发(toggle)机构10、11，通过由插销18维持为伸长状态的触发连杆来维持将弹簧14压缩的状态。在通常运转时，在弹簧14保持为压缩的状态下，通过驱动装置使轴2、3旋转来使筒体16前后移动，将阀开闭。在紧急情况时，将通往电磁线圈27的电源阻断，通过拉回弹簧将插销18拉回，触发机构10、11弯曲而使弹簧14伸长，通过弹性能量使阀芯移动到阀阻断位置。

日本特开平08-232607号公报公开了能够在紧急阻断时快速向关闭方向动作的蒸汽轮机用阀。在该阀中，使阀芯24动作的驱动机构14包括电动机16、电磁联结器18、滚珠螺杆20、蓄力器(accumulator)28。构成滚珠螺杆20的衬套20a经电磁联结器18与电动机16连接，构成滚珠螺杆20的杆20b的前端部与阀杆22的基部连接。在该杆20b的前端的凸缘部26和衬套20a之间组装有由弹簧构成的蓄力器28。驱动电动机16以经电磁联结器18使衬套20a旋转，通过一边使蓄电器28蓄压、一边使杆20c上升来使阀打开，在紧急时，通过断开电磁联结器18，来一边通蓄压了的蓄力器28使衬套20a旋转、一边使杆20c下降，将阀快速阻断。

本发明涉及一种流体阀驱动机构，该机构具有在燃气轮机的燃料控制阀中难以受到来自与在燃料控制阀内流动的高温流体(燃料)接触的阀芯的热影响的构造，且在具有紧凑的简单构造的同时具有能在紧急时用强力的按压力将阀芯紧急阻断的可靠性高的故障保护功能。

附图说明

图1是实施例1涉及的流体阀驱动机构的正视概要图。

图2是实施例1涉及的流体阀驱动机构的侧视概要图。

图3是表示实施例1涉及的流体阀驱动机构的初始状态(紧急阻断后的状态)的概要图，是从图2的剖面3-3观察得到的正视概要剖视图。

图4是表示弹簧保持机构的局部放大图。

图5是表示在实施例1涉及的流体阀驱动机构中驱动轴下降到预定位置、电磁离合器关闭的状态的图。

图6是表示在实施例1涉及的流体阀驱动机构中电磁离合器工作的通常阀操作的状态的概要图。

图7是表示冲击缓冲机构的局部放大剖视图。

图8表示线性导引机构，是从图2的剖面8-8观察得到的放大剖视图。

图9是实施例2涉及的流体阀驱动机构的正视概要剖视图。

图10是实施例2涉及的流体阀驱动机构的驱动轴的支承轴承、上弹簧箱部分的放大剖视图。

图11是实施例2涉及的流体阀驱动机构的累积载荷检测单元的概要构成图。

图12是表示在现有的燃气轮机中使用的流体控制阀的一个例子的概要图。

具体实施方式

本发明是一种流体阀驱动机构，使流体阀的阀芯12相对于阀座前后移动，所述流体阀驱动机构具有驱动装置1和紧急驱动装置，所述紧急驱动装置包括弹簧单元(弹簧装置)和紧急解除单元(弹簧保持装置)100，所述弹簧单元包括弹簧6、弹簧上支承部(上弹簧箱)4、弹簧下支承部(下弹簧箱)5以及配置在所述弹簧上支承部4与所述弹簧下支承部5之间的弹簧6，所述弹簧上支承部4与驱动装置1连接，所述弹簧下支承部5与阀芯12连接，所述紧急解除单元100能将所述弹簧上支承部4和所述弹簧下支承部5之间的间隔固定，所述驱动装置1使所述弹簧上支承部4升降，在从所述阀芯12与阀座抵接、所述弹簧6在所述弹簧上支承部4和所述弹簧下支承部5之间被从自由长度压缩了预定长度的初始状态起，通过缩小所述弹簧上支承部4和所述弹簧下支承部5的间隔来将所述弹簧6压缩到预定长度之后，通过所述紧急解除单元来固定所述弹簧上支承部4和所述弹簧下支承部5的间隔，通过驱动所述驱动装置1，在所述弹簧上支承部4和所述弹簧下支承部5之间保持压缩了所述弹簧6的状态的情况下，使所述阀芯12升降，从而控制阀的开闭，在紧急情况时，进行紧急驱动，以使得解除通过所述紧急解除单元100进行的所述弹簧上支承部4和所述弹簧下支承部5的间隔的固定，所述弹簧6从压缩状态伸长，经所述弹簧下支承部5使所述阀芯12下降，将所述阀芯12按压于所述阀座，由此进行紧急驱动，使得将所述流体阀关闭。

在本发明的流体阀驱动机构的进一步的实施方式中，特征在于，所述紧急解除单元100包括：紧急解除单元轴104，其贯穿固定于所述弹簧上支承部4的轴上支承部和固定于所述弹簧下支承部5的轴下支承部而延伸；和弹簧支承部间隔固定装置101，其能将所述轴上支承部、所述轴下支承部和所述紧急解除单元轴104的相互间的相对位置固定。

在本发明的流体阀驱动机构的进一步的实施方式中，特征在于，所述紧急解除单元轴104是具有螺纹构造的轴104，所述轴上支承部和所述轴下支承部中的一方是螺母111，且与所述轴104螺合，所述轴上支承部和所述轴下支承部中的另一方是支承轴承107，在能使所述轴104转动的状态下，在所述轴104的轴向上相对于所述轴上支承部和所述轴下支承部中的所述另一方而固定，所述弹簧支承部间隔固定装置101是能否转动控制部101，该能否转动控制部101对能够进行所述轴104和所述螺母111之间的相对转动的状态和不能进行所述轴104和所述螺母111之间的相对转动的状态进行切换，通过所述轴104和所述螺母111的相对转动，能改变所述弹簧上支承部4和所述弹簧下支承部5的间隔，在所述轴104能转动的状态下，通过作用于所述弹簧上支承部4和所述弹簧下支承部5之间的、由所述驱动装置1产生的按压力或所述弹簧的弹簧反作用力，使所述轴104和所述螺母111相对转动，在所述弹簧上支承部4和所述弹簧下支承部5的可动范围内，使所述弹簧上支承部4和所述弹簧下支承部5的间隔变化。

在本发明的流体阀驱动机构的进一步的实施方式中，特征在于，所述具有螺纹构造的轴104是滚珠螺杆轴104，所述螺母111是滚珠螺母111。

在本发明的流体阀驱动机构的进一步的实施方式中，特征在于，所述能否转动控制部101是电磁离合器101。

在本发明的流体阀驱动机构的进一步的实施方式中，特征在于，所述紧急驱动装置还包括直动引导装置(线性导引装置)200，该直动引导装置200进行引导以使所述弹簧上支承部4和所述弹簧下支承部5相对于所述阀芯12前后移动的方向而流畅地滑动。

在本发明的流体阀驱动机构的进一步的实施方式中，特征在于，所述紧急驱动装置在所述弹簧下支承部5和所述阀芯12之间具有冲击缓冲装置300，通过所述冲击缓冲装置300所含的流体301的流体阻力来缓和所述阀芯12的急速的升降。

在本发明的流体阀驱动机构的进一步的实施方式中，特征在于，具有：主框架3，其固定所述驱动装置1，且在内部具有所述紧急驱动装置；和隔热框架8，其设置在包括阀芯12的阀箱和所述主框架3之间，具有中空构造，在所述隔热框架8和所述主框架3之间还具有隔热连接部7。

在本发明的流体阀驱动机构的进一步的实施方式中，特征在于，所述驱动装置1是直动驱动装置(液压线性伺服电机)。

在本发明的流体阀驱动机构的进一步的实施方式中，特征在于，所述驱动装置1是旋转驱动装置(电动致动器、电动伺服电机)24，在通过所述旋转驱动装置的驱动力进行旋转的驱动轴2和所述弹簧上支承部4的连接部具有旋转直动转换机构(驱动轴升降螺母)23，所述旋转直动转换机构23通过驱动轴2的旋转而使所述弹簧上支承部4升降。

在本发明的流体阀驱动机构的进一步的实施方式中，特征在于，所述旋转驱动装置是电动伺服电机24，所述流体阀驱动机构还具有累积载荷评价装置400，所述累积载荷评价装置400具有检测所述电动伺服电机24的旋转的旋转检测装置(编码器)401和检测驱动所述电动伺服电机24的电流的驱动电流传感器404，算出由所述驱动电流传感器404检测出的电机推力和该转速的积并进行累积，在累积值比预定值大的情况下发出警报。

下面参照附图来说明本发明涉及的流体阀驱动机构。

(实施例1)

图1、图2是本发明涉及的流体阀驱动机构的实施例1的正视概要图、侧视概要图，图3示出从图2的剖面A-A观察得到的正视概要剖视图。

实施例1的流体阀驱动机构具有以下主要构成部：驱动部1、主框架3、隔热框架8、阀箱13、螺旋弹簧6、上弹簧箱4、下弹簧箱5以及弹簧保持单元100。

在主框架3的上部固定有驱动部1，驱动部1供给用于在阀箱13内在上下方向(使阀芯相对于阀座前后移动的方向)上驱动阀芯12的驱动力。主框架3的下部经隔热连接部7与隔热框架8连接，隔热框架8的下部与阀箱13连接。在主框架3内具有上弹簧箱4和下弹簧箱5，在上弹簧箱4和下弹簧箱5之间设置有螺旋弹簧6。下弹簧箱5经连接杆10与阀杆11连接，阀杆11与阀箱13内的阀芯12连接。驱动部1经驱动轴2与上弹簧箱4连接。

上弹簧箱4和下弹簧箱5除了螺旋弹簧6之外还通过在上弹簧箱4和下弹簧箱5的外周以180度对称的位置关系配置的两个弹簧保持单元100来连接。

图4表示弹簧保持单元(紧急解除单元)100的放大剖视图。弹簧保持单元100各自包括经上支架(bracket)106而固定于上弹簧箱4的支承轴承107，支承轴承107能够旋转地保持滚珠螺杆轴104。在支承轴承107的上部具备电磁离合器101，滚珠螺杆轴104的上端112固定于电磁离合器101的衔铁(armature)103。电磁离合器101固定于上支架106，所述上支架106固定于上弹簧箱4。弹簧保持单元100各自包括经下支架110而固定于下弹簧箱5的滚珠螺母111，该螺母111与分别对应的滚珠螺杆轴104的螺纹部105螺合。

下面根据流体阀的动作来说明本发明涉及的流体阀驱动机构的实施例1的特征构成。

在初始状态(图3)，不施加由驱动部1产生的驱动力，不对电磁离合器101通电，该离合器101为断开状态，滚珠螺杆轴104为能够相对于滚珠螺母111旋转的状态。此外，螺旋弹簧6是主框架内的上弹簧箱4和下弹簧箱5的可动范围内的最大长度的状态(上弹簧箱4和下弹簧箱5的间隔是图3所示的长度L1的状态)。此外，阀芯12为由螺旋弹簧6以预定的压力按压在阀座上的阀关闭状态。

从该初始状态对驱动部1进行驱动，使驱动轴2向下方向移动，将下弹簧箱4压下。阀芯12与阀座接触，下弹簧箱5无法下降，因此下弹簧箱5、连接杆10、阀杆11的位置不会变化，上弹簧箱4一边压缩螺旋弹簧6，一边边下降到预定位置(图5)。滚珠螺杆轴104由支承轴承107部分在能够相对于上弹簧箱4旋转的状态下相对于上下方向(滚珠螺杆轴的轴方向)固定，因此在上弹簧箱4一边下降、一边压缩螺旋弹簧6的期间，通过与固定于下支架110的滚珠螺母111啮合的螺纹部105，一边使滚珠螺杆轴104旋转，一边缩小上弹簧箱4和下弹簧箱5的间隔。

在上弹簧箱4下降到预定位置时，使通过驱动部1进行的上弹簧箱4的下降停止，向电磁离合器101的定子102的内部的电磁体通电，通过电磁力将衔铁103固定于定子102，限制滚珠螺杆轴104的旋转，从而保持螺旋弹簧6的压缩反作用力，将上弹簧箱4和下弹簧箱5的间隔固定为长度L2(＜L1)(图5)。

在这样将螺旋弹簧6压缩以保持弹簧的弹性能量较高的状态下，使驱动部1工作，在将上弹簧箱4和下弹簧箱5的间隔固定为长度L2的状态下，使阀芯12升降以控制流体阀的开度(图6)。

(通过电磁离合器形成的螺旋弹簧压缩维持机构)

在本发明中，通过弹簧保持机构100来维持将螺旋弹簧6压缩状态下的上弹簧箱4和下弹簧箱5的间隔。螺旋弹簧6的弹簧反作用力在例如口径250mm的阀芯的情况下有时会成为8吨的强大的力。在克服作用在上下方向上的该弹簧反作用力的本发明弹簧保持机构100中，在将螺纹部105的螺距设为10mm，将螺纹的效率设为1的情况下，通过滚珠螺杆轴104的螺纹部105能以12.7kg·m的小转矩来保持8吨的弹簧反作用力，具有能够使保持弹簧反作用力所需的装置简单化、紧凑化的优点。

在驱动部1发生异常、无法进行驱动部1的流体阀的控制的情况下，需要紧急阻断流体阀。该情况下，停止对电磁离合器101通电以断开电磁离合器。由此，滚珠螺杆轴104能够旋转。在正常运转中，螺旋弹簧6保持在被压缩的状态，因此在紧急时，不论阀芯12的位置如何，螺旋弹簧6迅速伸长，一边使滚珠螺杆轴104旋转，一边扩大上弹簧箱4和下弹簧箱5间隔，将阀芯11按压于阀座，从而将阀紧急阻断(图3)。

图12所示的现有的流体阀驱动机构中，需要用与作用于阀芯的流体力和远远大于该力的弹簧反作用力之和相当的力来操作驱动部，一边使螺旋弹簧伸缩，一边进行通常运转中的阀的开闭操作。但是，通过采用本发明的构成，能够仅用与作用于阀芯的流体力相当的力来操作驱动部以进行通常运转中的阀的开闭操作，因此具有能减轻阀的通常运转时所需的驱动部的定常载荷、使驱动部紧凑化的效果。

虽然在本实施例例示的流体阀驱动机构中例示了具有滚珠螺杆轴104和滚珠螺母111的弹簧保持单元(紧急解除单元)100，但本发明不限于此，值得注意的是，即使通过辊螺纹轴和辊螺母、或者梯形螺纹轴和梯形螺母等具有所谓的螺纹构造的轴和螺母也能实现同样的效果。

虽然在本实施例例示的流体阀驱动机构中例示了具有螺旋弹簧6的紧急驱动装置，但本发明不限于此，值得注意的是，即使通过盘簧、板簧、气垫等能储存所谓的弹性能量的弹簧元件也能实现同样的效果。

此外，虽然在本实施例中例示了弹簧保持单元100具有在上弹簧箱4固定有电磁离合器101、在下弹簧箱5侧固定有滚珠螺母111的构造，但本发明不限于该构成，即使是在下弹簧箱5侧具有电磁离合器101、在上弹簧箱侧具有滚珠螺母111的上下方向与本实施例颠倒的弹簧保持单元100中，也可得到同样的效果。

(冲击缓冲机构)

在紧急阻断时，电磁离合器101断开，螺旋弹簧6快速伸长，阀芯12碰撞阀座时，有可能使阀芯12和阀座损伤、破损。为将该情况防患于未然，本发明的流体阀驱动机构具备冲击缓冲机构300(图7)。冲击缓冲机构300是油阻尼器(damper)，具有固定于主框架3或隔热框架8的冲击缓冲罐体305，在冲击缓冲罐体305的内部填充油301(粘性流体)，连结杆10经O形环304(密封部件)而相对于冲击缓冲罐体305可滑动地连接。在位于冲击缓冲罐体305内的连结杆10的部分固定有具有节流孔303的板302。在阀的开闭、即通过连结杆10的升降使板302在冲击缓冲罐体305内升降时，板302承受油301通过节流孔303的流体阻力。流体阻力与通过节流孔的流体的流速的平方成比例，因此通过固定于连接杆10的板302来缓和阀紧急阻断时的阀芯12的快速下降速度，能够减小给阀带来的损伤、破损的危险。

此外，驱动部1异常时，在通过紧急切断电力而断开了电磁离合器101的情况下，通过螺旋弹簧6的弹簧反作用力使上弹簧箱4也快速上升移动，但在主框架3具有冲击缓冲体9，使得上弹簧箱4的上端不会碰撞主框架3而对装置产生损伤。

(隔热构造)

在有时燃气轮机的燃料温度最高达到280℃的环境下，为了防止在高温下易于劣化的润滑脂类的早期劣化，抑制阀驱动机构的温度上升这一手段，由于能改善装置的维护性、且能维持紧急时的可靠的故障保护功能的可靠性，因而是极其重要的。因此，在现有的燃气轮机燃料用的流体控制阀的阀箱13中，经常装备用于冷却阀芯的风扇511(图12)。因此，存在控制阀装置整体的高度增高而大型化的问题。在本发明中，构成为具有中空构造的隔热框架8介于主框架3和阀箱13之间，采用了难以从阀箱13向主框架3侧传热的构造。进一步，在主框架3和隔热框架8的连结部，为减小导热截面积而具备隔热连结部7以提高热阻，难以从阀箱13向主框架3侧传热(图1、图2)，通过提高隔热效果，能够进一步提高装置的功能可靠性。

(基于线性导引的可靠性高的故障保护机构)

为了在因驱动部1的异常等某一理由而需要将流体阀紧急关闭时、和/或在两个电磁离合器101装置的某一个发生了异常的情况下，都能够进行可靠的阀的阻断操作，本发明的流体阀驱动机构具备线性导引(直动引导机构)机构200。图8(图2中B-B剖面)是表示线性导引机构200的配置和构造的剖视图。线性导引机构200包括：设置于主框架3、在驱动轴2的轴向(上下方向)上延伸的导轨201；设置于上弹簧箱4的上滑动体202；和设置于下弹簧箱5的下滑动体203。滑动体与导轨卡合，通常，在导轨和滑动体的槽部具有钢球204，上弹簧箱4和下弹簧箱5各自能够在主框架3内在上下方向(使该阀芯12前后移动的方向)上流畅滑动地进行直动引导。虽然在电磁离合器101的某一个发生了异常的情况下，由单侧的弹簧保持机构100保持螺旋弹簧6的弹簧反作用力，但线性导引机构200的导轨201固定于牢固的主框架3，所以即使弹簧反作用力有时为8吨，与使用圆筒形的支柱所形成的衬套等的导引机构的情况相比，变形也较小，并且即使作用仅由单侧的支撑所产生的力矩载荷，上弹簧箱4和下弹簧箱5也不会相对于主框架3倾斜预定的角度，能够通过线性导引机构200实现可靠性高的紧急阻断。

进一步，本发明的流体阀驱动机构在将螺旋弹簧6压缩的状态下，在通过弹簧保持机构100将上弹簧箱4和下弹簧箱5的间隔固定的状态下进行通常运转。因此，即使在单侧的弹簧保持机构100发生了异常的情况下，也能够仅用正常工作的另一个弹簧保持机构100来可靠地将螺旋弹簧6维持为压缩状态，也具有能够将必要时以外的阀的阻断操作防患于未然的效果。

(实施例2)

在图12所示的现有型的燃气轮机的流体阀驱动机构中，如实施例1中记载那样，在通常运转时，必须用与作用于阀芯的流体力和远远大于该力的弹簧的压缩反作用力之和相当的力来进行阀的开闭操作，因此，驱动部在通常运转时需要稳态较大的驱动力。从驱动装置的液压致动器向电动致动器的变更，具有如下这样的应用上和设计上的较大优点：能够避免潜在的漏油问题，能够避免配设液压配管的繁杂度。但是，为了通过电动致动器来得到克服上述那样强大的螺旋弹簧的压缩反作用力的所需驱动力，电动致动器自身会变得巨大，因此特别是在应用于大型阀时是不现实的，难以实现。但是，在本发明中，在通常运转时，能够仅用与作用于阀芯的流体力相当的力来进行阀的开闭操作，因此稳态所需的阀的开度调整用的驱动力变小，具有能够实现用电动致动器设计驱动部这一特别的效果。

图9示出本发明实施例2的流体阀驱动机构的正视概要剖视图。在图19中，对于与在实施例1中说明的部件相同的部件使用相同的标记来进行记载，并省略详细的说明。

在本实施例中，驱动部1使用作为旋转驱动装置的电动致动器24，驱动部1的驱动轴2不是上下移动而是进行旋转。此外，驱动轴2通过固定于主框架3的主支承轴承21和螺母22而相对于主框架3在上下方向上不能移动、且能够旋转地被固定。图10示出驱动轴2的支承部分的放大剖视图。驱动轴2具有螺纹部20，与固定于上弹簧箱4的驱动轴升降螺母23螺合。

在实施例1的流体阀的动作中，在从初始状态对驱动部1进行驱动时，驱动轴2下降以使上弹簧箱4下降，但在实施例2中，电动致动器1进行驱动而使驱动轴2旋转。通过驱动轴2的旋转，与驱动轴2的螺纹部20螺合的驱动轴升降螺母23被压下，使上弹簧箱4下降。其他的基本动作与实施例1是同样的，能够得到与实施例1同样的发明效果。进一步，在实施例2中，特别地通过在驱动部1使用电动伺服电机24，能够通过检测转子的角度来控制为总是最合适的驱动电流，能进行没有失调的高精度定位，所以能高精度地控制流体阀的开度。

(螺纹部和轴承部的累积载荷检测)

进一步，在驱动部1使用电动伺服电机24的实施例2中，利用电动伺服电机的特征，能够检测螺纹部和轴承部的机械性的累积载荷。参照图11所示的累积载荷检测单元的概要构成图来对累积载荷检测进行说明。

如本实施例2，在驱动部1使用电动致动器的情况下，将流体阀的开闭动作所使用的螺纹部20和主支承轴承21维持为能够正常发挥功能的状态对于维持装置的可靠性来说是非常重要的。

电动伺服电机24的转子的旋转角度由内装的编码器(旋转检测构件)401检测。电动伺服电机24具有驱动器402，驱动器402根据从编码器401反馈的位置信号来向电动伺服电机24供给电流，以使在定子产生根据电动伺服电机的转子的旋转角度来产生最大转矩的最适当的旋转磁场。作为驱动器402的上位的上位控制器403一边监视来自线性位置传感器406的阀芯12的上下位置信号，一边控制阀芯12的上下位置，控制为适当的流体流量。驱动器402内置电机驱动电流传感器404，监视电机的驱动电流。

通常，向螺纹部20和主支承轴承21施加的机械性的累积载荷能够由推力和转速的积来进行推定。由于推力与电机电流成比例，所以在内置于上位控制器403的累积载荷运算部405中，根据分别由电机电流和编码器401算出的推力和转速，运算并累积作为其积的机械性的累积载荷。在累积载荷运算值超过预定的值的情况下，通过在警报显示部407显示警报，即使各装置在工作状态下具有波动的情况下，也能获知与装置的实际工作相应的适当的维护时间。

虽然实施例中例示的流体阀驱动机构具有两个弹簧保持机构100，但是本发明不限于此，值得注意的是，通过具有三个以上弹簧保持机构也能起到同样的效果。该情况下，优选三个以上的弹簧保持机构相对于驱动轴2的中心轴对称地配置。此外，在增加弹簧保持机构的数量时，对于一个弹簧保持机构所需的螺旋弹簧6的反作用力的保持力减小，因此具有能够实现电磁离合器、支承轴承等的紧凑化的优点。

进一步，虽然实施例中例示的流体阀驱动机构具有两个线性导引机构200，但本发明不限于此，值得注意的是，通过具有三个以上线性导引机构也能实现同样的效果。该情况下，优选三个以上线性导引机构相对于驱动轴2的中心轴对称地配置。

另外，虽然实施例中例示的流体阀驱动机构以在紧急情况时进行将阀关闭的动作为前提进行了记载，但是本发明不限于此，值得注意的是，也可适用于在紧急情况时进行将流体阀打开的动作的用途。在紧急情况时将阀紧急打开的情况下，能够通过冲击缓冲机构，将阀芯在打开极限位置处对阀箱的碰撞等所导致的阀的损伤、破损防患于未然，能起到与实施例同样的效果。

在说明书中的本发明的说明中，通过上下左右等的表述来指定方向以说明本发明，但值得注意的是，这只是为了便于根据说明书所附的附图的记载来进行说明，并不是规定设置本发明的装置的方向。

本申请要求2008年10月31日申请的日本专利申请第2008-281612的优先权，引用其内容来作为本申请的一部分。

Claims (9)

1.一种流体阀驱动机构，使流体阀的阀芯相对于阀座前后移动，

所述流体阀驱动机构具有驱动装置和紧急驱动装置，

所述紧急驱动装置包括弹簧单元和紧急解除单元，

所述弹簧单元包括弹簧上支承部、弹簧下支承部以及配置在所述弹簧上支承部与所述弹簧下支承部之间的弹簧，所述弹簧上支承部与所述驱动装置连接，所述弹簧下支承部与阀芯连接，

所述紧急解除单元包括固定于所述弹簧上支承部的轴上支承部、固定于所述弹簧下支承部的轴下支承部、贯穿所述轴上支承部和所述轴下支承部而延伸且具有螺纹构造的紧急解除单元轴、以及弹簧支承部间隔固定装置，

所述轴上支承部和所述轴下支承部中的一方是与所述紧急解除单元轴螺合的螺母，所述轴上支承部和所述轴下支承部中的另一方是在能使所述紧急解除单元轴转动的状态下在所述紧急解除单元轴的轴向上固定的轴承，

所述弹簧支承部间隔固定装置，能够通过约束所述紧急解除单元轴和所述螺母之间的相对转动来固定所述轴上支承部与所述轴下支承部的间隔而固定所述弹簧上支承部与所述弹簧下支承部之间的间隔，以及，能够通过使所述紧急解除单元轴与所述螺母之间能够相对转动来使所述轴上支承部与所述轴下支承部的间隔能够改变而使所述弹簧上支承部与所述弹簧下支承部之间的间隔能够改变，

在从所述阀芯与阀座抵接、所述弹簧在所述弹簧上支承部和所述弹簧下支承部之间被从自由长度压缩了预定长度的初始状态起，通过缩小所述弹簧上支承部和所述弹簧下支承部的间隔来将所述弹簧压缩到预定长度之后，通过所述紧急解除单元来固定所述弹簧上支承部和所述弹簧下支承部的间隔，通过驱动所述驱动装置，在所述弹簧上支承部和所述弹簧下支承部之间保持压缩了所述弹簧的状态的情况下，使所述阀芯升降，从而控制阀的开闭，

在紧急情况时，进行紧急驱动，以使得解除通过所述紧急解除单元进行的所述弹簧上支承部和所述弹簧下支承部的间隔的固定，所述弹簧从压缩状态伸长，经所述弹簧下支承部使所述阀芯下降，将所述阀芯按压于所述阀座，由此将所述流体阀关闭。

2.根据权利要求1所述的流体阀驱动机构，其中，

所述紧急解除单元轴是滚珠螺杆轴，所述螺母是滚珠螺母。

3.根据权利要求1所述的流体阀驱动机构，其中，

所述弹簧支承部间隔固定装置是电磁离合器。

4.根据权利要求1所述的流体阀驱动机构，其中，

所述紧急驱动装置还包括直动引导装置，该直动引导装置进行引导以使所述弹簧上支承部和所述弹簧下支承部在所述阀芯的前后移动方向上流畅地滑动。

5.根据权利要求1所述的流体阀驱动机构，其中，

所述紧急驱动装置在所述弹簧下支承部和所述阀芯之间具有冲击缓冲装置，

通过所述冲击缓冲装置所含的流体的流体阻力来缓和所述阀芯的急速的升降。

6.根据权利要求1所述的流体阀驱动机构，其中，具有：

主框架，其固定所述驱动装置，且在内部具有所述紧急驱动装置；

隔热框架，其设置在包括所述阀芯的阀箱和所述主框架之间，具有中空构造；以及

隔热连接部，其设置在所述隔热框架和所述主框架之间。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的流体阀驱动机构，其中，

所述驱动装置是直动驱动装置。

8.根据权利要求1至6中的任一项所述的流体阀驱动机构，其中，

所述驱动装置是旋转驱动装置，

在通过所述旋转驱动装置的驱动力进行旋转的驱动轴和所述弹簧上支承部的连接部具有旋转直动转换机构，

所述旋转直动转换机构通过驱动轴的旋转而使所述弹簧上支承部升降。

9.根据权利要求8所述的流体阀驱动机构，其中，

所述旋转驱动装置是电动伺服电机，

所述流体阀驱动机构还具有累积载荷评价装置，

所述累积载荷评价装置具有检测所述电动伺服电机的转子的旋转角度的编码器和检测驱动所述电动伺服电机的电机电流的驱动电流传感器，算出分别由所述电机电流和所述编码器算出的电机推力和转速的积并进行累积，在累积值比预定值大的情况下发出警报。

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