CN102459979A - 一种用于致动器的偏置装置 - Google Patents

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Abstract

在此描述了一种用于致动器的偏置装置。用于活塞式致动器的偏置装置包括第一套筒，其由第二套筒至少部分地围绕，并且可移动地耦接至第二套筒。附加地，所述偏置装置包括止动件，以限制该第一套筒相对于该第二套筒移动的量，以及包括偏置元件，其设置在该相应的第一套筒与第二套筒的第一和第二末端之间，以推动该第一套筒远离该第二套筒。

Description

一种用于致动器的偏置装置
技术领域
本发明一般涉及偏置装置，更具体地，涉及用于致动器的偏置装置。
背景技术
控制阀(例如，线性阀、旋转阀等)通常用于过程控制***中，以控制过程流体的流动。控制阀通常包括致动器(例如，气动式致动器、液压致动器等)以操作控制阀。为了向这些致动器提供偏置功能，在致动器中通常设置弹簧，以在例如***故障期间偏置致动器的活塞和/或将控制阀的流体控制构件返回至故障保险位置(fail-safe position)(例如，打开位置、关闭位置)。虽然弹簧为致动器提供了偏置功能，但是由于由弹簧施加在致动器的不同部件上的力，组装和/或拆卸致动器可能有些困难。
发明内容
用于活塞式致动器的偏置装置包括第一套筒，其由第二套筒至少部分地围绕，并且可移动地耦接至第二套筒。附加地，所述偏置装置包括止动件，以限制该第一套筒相对于该第二套筒移动的量，以及包括偏置元件，其设置在该相应的第一套筒与第二套筒的第一和第二端之间，以推动该第一套筒远离该第二套筒。
附图说明
图1示出了已知的致动器和控制阀。
图2示出了控制阀和包括示例性偏置装置的致动器。
图3示出了控制阀和在不同位置的图2的致动器。
图4示出了图2的示例性偏置装置的放大视图。
图5示出了包括示例性止动件的图2的示例性偏置装置。
图6示出了包括在替代位置上的示例性止动件的图2的示例性偏置装置。
图7示出了包括具有示例性外部可调节的止动件的示例性偏置装置的图2的致动器的一部分。
图8示出了具有替代的示例性外部可调节的止动件的图2的示例性偏置装置。
图9-11示出了生产示例性偏置装置的过程。
图12示出了替代的偏置装置。
具体实施方式
一些例子在上述图中示出并且在下面加以详细描述。在描述这些例子中，相似的或相同的附图标记用于标识相同的或类似的元件。这些图并不一定按比例，并且出于清楚和/或简洁的目的，图的某些特征和某些视图可能会在比例上或在示意图中被夸大地示出。附加地，整个说明书中描述了几个例子。任何例子中的任何特征可以附带、替代其他例子中的其他特征或者与其他例子中的其他特征相结合。
在此所述的例子有关于降低组装和/或拆卸致动器所需要的复杂性和/或时间的偏置装置。具体地，在此所述的例子使得致动器能够被组装和/或拆卸，而无需首先必须压缩和/或减压设置在致动器中的弹簧。
在一些例子中，偏置装置包括预加载的弹簧，其设置在相对的套筒的末端之间，该些相对的套筒可伸缩地耦接在一起。该些套筒可以包括相对的凸缘，其接合和/或互锁，以限制该些套筒相对于彼此的移动的量。附加地，可以为偏置装置提供一个或多个行程止动件(travel stop)，以限制套筒朝彼此移动和/或阻止弹簧变得穿簧(coilbound)。虽然在此所述的示例性偏置装置被示出用于致动器，但是示例性偏置装置可以用于任何其他适合的应用。
图1示出了已知的致动器100，其经由多个紧固件106耦接至控制阀104(例如，球形阀、滑动阀杆阀)的主体102。致动器100包括圆柱体或外壳108，其经由多个轨距杆114和紧固件116耦接在第一板110与第二板112之间。圆柱体108限定腔室118，活塞120、弹簧122和致动器杆或连杆124的一部分设置在腔室118中。在单动式和/或双动式活塞式致动器中，弹簧122为致动器100提供了故障保险偏置功能，以在例如***故障期间，经由活塞120将控制阀104的流体控制元件(例如，阀塞)(未示出)移动至故障保险位置(例如，打开位置或关闭位置)。致动器杆124设置为通过由第二板112限定的孔口126以及由致动器100的轭130限定的孔口128。
在实际中，致动器100可以耦接至主体102，以控制通过控制阀104的流体的流动。特别地，致动器100可以用于控制流体控制元件的位置，该元件可操作地耦接至控制阀104的主体102内的致动器杆124。在操作中，为了移动控制阀104中的流体控制元件，在第一腔室部分132和第二腔室部分134之间提供了压差。例如，为了将流体控制元件远离孔眼(未示出)移动，以使得流体能够流过控制阀104，通过经由例如端口(未示出)排出流体(例如，空气、液压流体)以降低第一腔室部分132中的压强，活塞120可以朝第一板110移动。当第一腔室部分132中的压强降低时，施加在活塞120的第一表面136上的力也降低(例如，力＝压强×面积)，直至例如经由弹簧122施加在活塞120的第二表面138上的力克服经由第一腔室部分132中的压强施加在第一表面136上的力。因此，活塞120和致动器杆124朝第一板110移动，以在控制阀104内移动流体控制元件。
替代地，为了朝孔眼移动流体控制元件，以实质上阻止通过控制阀104的流体的流动，可以通过泵送流体通过端口，以增加第一腔室部分132中的压强来克服经由弹簧122施加在第二表面138上的力，来使活塞120朝第二板112移动。因此，活塞120和致动器杆124朝第二板112移动，以移动控制阀104内的流体控制元件。
为了组装致动器100，弹簧122设置在邻近于第二板112的腔室118中，并且活塞120和致动器杆124随后被引导通过弹簧122和孔口126与128。然而，因为当弹簧122设置在腔室118中时，弹簧122通常被完全地压缩，所以将第一板110耦接至致动器100可能会困难。在一些例子中，为了使得第一板110能够耦接至致动器100，轨距杆114可以相对较长，以使得当弹簧122被压缩和/或部分地从圆柱体108与活塞120一起延伸时，第一板110的孔口140与轨距杆114对齐。当紧固件116固定在轨距杆114上时，第一板110朝圆柱体108移动，并且压缩弹簧122直至例如第一板110接合圆柱体108的末端142。替代地，为了拆卸致动器100，人可以将紧固件116从轨距杆114松开，以在第一板110可以从致动器100移除之前使得弹簧122实质上解压。在其他例子中，多个轨距杆114可以是不同的长度，以在从轨距杆114移除所有的紧固件116之前，使得弹簧122实质上解压。
图2示出了示例性致动器或阀致动器200(例如，活塞式致动器、单动式活塞式致动器、双动式活塞式致动器)，其经由多个紧固件106耦接至控制阀104的主体102。致动器200包括圆柱体204，其经由多个轨距杆210和紧固件212耦接在第一板206与第二板208之间。与上述已知的致动器100相反，圆柱体204限定腔室214，活塞216和示例性偏置装置218设置在腔室214中。偏置装置218可以被制造和/或生产为独立单元或模块，其放置在腔室214中，来为双动式活塞式致动器提供故障保险偏置功能并且降低组装和/或拆卸该示例性致动器的复杂性。附加地，偏置装置218可以用于单动式活塞式致动器，以偏置可操作地耦接至流体控制元件的活塞。在实际中，偏置装置218可以为单动式活塞式致动器提供故障保险偏置功能以及降低组装和/或拆卸该示例性致动器的复杂性。
如图2中所示，偏置装置218延伸以经由活塞216将流体控制元件设置在例如打开位置和/或故障保险位置(例如，打开位置或关闭位置)。相反地，图3示出了至少部分地压缩的偏置装置218和与第一板206具有距离的活塞216，以实质上阻止流体流过控制阀104。
示例性偏置装置218包括第一套筒220、第二套筒222以及偏置元件224(例如，弹簧)，其设置在相应的套筒220与222的第一和第二末端226和228之间。偏置元件224推动第一套筒220远离第二套筒222，以将例如控制阀104的流体控制构件设置在打开位置。第一套筒220具有直径230，其相对小于第二套筒222的直径232，以便第二套筒222至少部分地围绕第一套筒220。虽然在图2所示的例子中第一末端226邻近于活塞216设置，但是，替代地，第二末端228可以邻近于活塞216设置。
为了限制第一套筒220相对于第二套筒222移动的量和/或将套筒220和222可移动地耦接在一起，在套筒220和222之间提供了止动件234。在这个例子中，止动件234包括第一和第二相对的凸缘236和238，其接合和/或互锁，以限制套筒220和222的移动和/或将套筒220和222可移动地耦接在一起。第一凸缘236朝第二套筒222的内表面240延伸和/或邻近于第二套筒222的内表面240设置，并且第二凸缘238朝第一套筒220的外表面242延伸和/或邻近于第一套筒220的外表面242设置。
为了组装致动器200，偏置装置218设置在腔室214中，以便第二末端228邻近于第二板208。耦接至活塞216的致动器杆或连杆244随后被引导分别通过由末端226和228限定的、轴向对齐的孔口246和248以及由第二板208和轭254限定的孔口250和252。在上述致动器100中，当弹簧122(图1)最初设置在腔室118(图1)中时，弹簧122完全解压，与上述致动器100相反，偏置元件224受压缩(例如，预加载)，并且包含在偏置装置218内。就其本身而言，一旦偏置装置218、致动器杆244和活塞216设置在腔室214内，则第一板206可以耦接至致动器200，而无需采用任何附加的措施和/或预防措施。为了拆卸致动器200，可以松开紧固件212，并且可以移除第一板206而无需如上所述必须首先减压偏置元件224。
在操作中，为了移动在控制阀104中的流体控制元件，在第一腔室部分256和第二腔室部分258之间提供了压差。具体地，为了朝孔眼移动流体控制元件，泵送流体通过端口(未示出)，以便施加在活塞216的第一表面260上的力克服经由偏置装置218的偏置元件224施加在第二表面262上的力。替代地，为了将流体控制元件远离孔眼移动，通过端口排出流体，直至例如经由偏置装置218施加在第二表面262上的力克服经由第一腔室部分256中的压强施加在第一表面260上的力。
图4示出了示例性偏置装置218的放大视图。偏置装置218可以适于用于具有任何冲程长度的任何适合的致动器。
图5示出了偏置装置218，其包括第二止动件502(例如，行程止动件)，该第二止动件502耦接至第二套筒222的内表面240。第二止动件502可以由第一套筒220的第一凸缘236接合，以限制第一套筒220朝第二套筒222移动的量和/或阻止偏置元件224变得穿簧。在操作中，当施加在活塞216的第一表面260上的力克服经由偏置元件224施加在第二表面262上的力时，偏置装置218可以压缩，并且第一凸缘236可以接合第二止动件502，以限制第一套筒220朝第二套筒222移动的量。为偏置装置218提供第二止动件502的方法使得流体控制元件的行程适应特定的应用，而不论容许的圆柱体的冲程长度如何。
图6示出了偏置装置218，其包括耦接至外表面242的第二止动件602。第二止动件602基本上类似于图5的示例性第二止动件502。然而，示例性第二止动件602可以由第二套筒222的第二凸缘238接合，而不是第一套筒220的第一凸缘236。
图7示出了致动器200的一部分以及设置在腔室214内的偏置装置218。与上述示例相反，偏置装置218包括外部可调节的止动件702(例如，现场可调节的止动件)，其邻近于第二末端228和第二套筒222的内表面240设置。外部可调节的止动件702包括轴704(例如，螺钉)，其延伸穿过第二板208和第二末端228的孔口706和708。附加地，外部可调节的止动件702可以包括止动件或环710，以至少部分地围绕轴704，并且可以由第一凸缘236接合，以限制第一套筒220相对于第二套筒222移动的量。为了调节第一凸缘236接合止动件710和轴704的点，人可以经由末端712旋转轴704，以调节外部可调节的止动件702相对于第一凸缘236的位置。虽然图7的外部可调节的止动件702包括止动件710，但是在其他例子中，外部可调节的止动件702可以不包括止动件710。在该些例子中，第一凸缘236可以接合轴704，以限制套筒220和222相对于彼此移动的量。
图8示出了偏置装置218，其包括外部可调节的止动件802，其基本上类似于图7的外部可调节的止动件702。然而，图8的外部可调节的止动件802的轴806的末端804邻近于第二末端228设置，而不是邻近于第二板208(图2)设置。
图9-11示出了制造和/或生产示例性偏置装置900(图11)的过程。第二套筒902可以设置在从组件906(例如圆柱体组件)延伸的轴904上，以便第二套筒902的第二凸缘908邻近于组件906的板910设置。随后，第一套筒916的第一末端914的孔口912可以围绕轴904设置，以便第一末端914邻近于板910设置，并且第一套筒916的第一凸缘917相对于第二套筒902的第二凸缘908设置。接着，偏置元件918可以围绕轴904设置，并且部分地设置在由第一套筒916限定的腔室920内。随后，第二末端922可以设置在轴904上，以便偏置元件918设置在末端914与922之间。随后，另一板926可以设置在轴904上，并且紧固件928可以螺纹地连接至轴904，以使得套筒902和916、第二末端922和偏置元件918相对于彼此固定。
如图10中所示，通过减少轴904的长度以及以受控的方式压缩偏置元件918，组件906可以随后以大致由箭头1002所表示的方向朝板910移动另一板926。在偏置元件918压缩了预定的量之后，人可以抓紧第二套筒902，并且朝第二末端922移动第二套筒902，以便第二套筒902的末端930接合第二末端922的部分932。随后，人可以通过任何适合的方法，诸如焊接、粘合剂等将第二套筒902耦接至第二末端922。
一旦第二套筒902耦接至第二末端922，则可以预加载偏置元件918，并且偏置元件918被完全包含在由套筒902和916限定的腔室934内。附加地，一旦第二套筒902耦接至第二末端922，则可以不拆卸偏置装置900，并且偏置装置900实质上是防止乱摆弄的(tamper proof)。紧固件928和偏置装置900可以随后从轴904移除。此时，偏置装置900准备好被设置在例如圆柱体204(图2)的腔室214中。
图12示出了可选的偏置装置1200，其包括第一套筒1202、第二套筒1204以及偏置元件1206(例如，弹簧)，该偏置元件1206设置在相应的套筒1202与1204的第一与第二端盖1208和1210之间。在一些例子中，套筒1202和1204可以由合成材料制成，并且端盖1208和1210可以由金属材料制成。
为了限制第一套筒1202相对于第二套筒1204移动的量，第一套筒1202包括耦接至外表面1214的第一环1212，并且第二套筒1204包括耦接至内表面1218的第二环1216。附加地，在一些例子中，为了限制第一套筒1202相对于第二套筒1204移动的量，第一端盖1208可以至少部分地围绕第一套筒1202的外表面1214，并且尺寸适于使得当偏置装置1200受压缩时，第二环1216接合第一端盖1208的部分1217。附加地或替代地，在一些例子中，为了限制第一套筒1202相对于第二套筒1204移动的量，第二端盖1210可以由第二套筒1204的内表面1218围绕，并且尺寸适于使得当偏置装置1200受压缩时，第一环1212接合第二端盖1210的部分1219。环1212和/或1214可以由任何适合的材料制成，例如金属材料。
为了将第一套筒1202可移动地耦接至第二套筒1204，通过邻近于外表面1214设置第一环1212，并且将粘合剂通过端口1220注入至由例如第一环1212限定的凹部1222，第一环1212可以耦接至外表面1214。类似地，通过邻近于内表面1218设置第二环1216，并且将粘合剂通过端口1224注入至由第二环1216限定的凹部1226，第二环1216可以耦接至内表面1218。第一套筒1202的末端1228随后可以被引导通过第二套筒1204的开口1230。
为了将第二端盖1210耦接至第二套筒1204，第二端盖1210可以至少部分地***由套筒1202和1204限定的腔室1232，并且随后可以将粘合剂通过端口1234注入至凹部1236。随后，偏置元件1206可以被设置在腔室1232中，并且第一端盖1208可以至少部分地围绕第一套筒1202的外表面1214设置，以确保偏置元件1206固定在腔室1232内。如上所述，为了将第一端盖1208耦接至第一套筒1202，可以将粘合剂通过端口1238注入至凹部1240。
尽管本文描述了某种示例性方法、装置和制造品，但是，本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖在字面上或在等同原则下合理地落入所附权利要求的范围的所有方法、装置和制造品。

Claims (20)

1.一种用于活塞式致动器的偏置装置，包括：
第一套筒，其由第二套筒至少部分地围绕，并且可移动地耦接至所述第二套筒；
止动件，用于限制所述第一套筒相对于所述第二套筒移动的量；以及
偏置元件，其设置在所述相应的第一套筒与第二套筒的第一和第二末端之间，以推动所述第一套筒远离所述第二套筒。
2.根据权利要求1所述的偏置装置，其特征在于，所述偏置装置设置在所述活塞式致动器的腔室中，以朝故障保险位置推动活塞。
3.根据权利要求2所述的偏置装置，其特征在于，所述第一和第二末端中的至少一个邻近于所述活塞设置，以朝所述故障保险位置推动所述活塞。
4.根据权利要求1所述的偏置装置，其特征在于，所述止动件设置在所述第一套筒与所述第二套筒之间。
5.根据权利要求1所述的偏置装置，其特征在于，所述止动件包括所述相应的第一套筒与第二套筒的第一和第二相对凸缘。
6.根据权利要求5所述的偏置装置，其特征在于，所述第一凸缘邻近于所述第二套筒的内表面，并且所述第二凸缘邻近于所述第一套筒的外表面。
7.根据权利要求1所述的偏置装置，其特征在于，还包括第二止动件，用于限制所述第一套筒朝所述第二套筒移动的量。
8.根据权利要求7所述的偏置装置，其特征在于，所述第二止动件耦接至所述第二套筒的内表面。
9.根据权利要求7所述的偏置装置，其特征在于，所述第二止动件耦接至所述第一套筒的外表面。
10.根据权利要求7所述的偏置装置，其特征在于，所述第二止动件是外部可调节的。
11.根据权利要求1所述的偏置装置，其特征在于，所述第一和第二末端限定轴向对齐的孔口，以接收阀杆。
12.根据权利要求1所述的偏置装置，其特征在于，所述第一套筒的直径相对小于所述第二套筒的直径。
13.一种阀致动器，包括：
外壳，其限定腔室；
活塞，其设置在所述腔室中，以被可操作地耦接至流体阀的流体控制构件；以及
独立模块，其设置在所述腔室中，以偏置所述活塞，所述独立模块包括：
第一套筒，其由第二套筒至少部分地围绕；
偏置元件，其设置在所述相应的第一套筒与第二套筒的第一和第二末端之间，以推动所述第一套筒远离所述第二套筒；以及
用于限制所述第一套筒相对于所述第二套筒移动的量的装置。
14.根据权利要求13所述的阀致动器，其特征在于，所述用于限制所述第一套筒相对于所述第二套筒移动的量的装置包括止动件。
15.根据权利要求14所述的阀致动器，其特征在于，所述止动件包括所述相应的第一套筒与第二套筒的第一和第二相对凸缘。
16.根据权利要求13所述的阀致动器，其特征在于，还包括用于限制所述第一套筒朝所述第二套筒移动的量的装置。
17.根据权利要求16所述的阀致动器，其特征在于，所述用于限制所述第一套筒朝所述第二套筒移动的量的装置包括止动件，以被所述第一套筒的末端或所述第二套筒的末端接合。
18.根据权利要求17所述的阀致动器，其特征在于，所述止动件耦接至所述第二套筒的内表面。
19.根据权利要求17所述的阀致动器，其特征在于，所述止动件耦接至所述第一套筒的外表面。
20.根据权利要求13所述的阀致动器，其特征在于，所述第一和第二末端限定轴向对齐的孔口，以接收所述活塞式致动器的阀杆。
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