CN101449092A - 方法和回转阀致动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于在接近阀的打开或闭合位置时施加增大的转矩的方法和回转阀致动器。一种示例性回转阀致动器包括伸长的致动器构件(122)和被构造为承接与阀相关联的轴(137)的杠杆(131)，所述杠杆具有与所述致动器构件的端部能旋转地连接的杠杆臂，从而当所述杠杆连接至所述阀的轴时，所述伸长的致动器构件在所述阀接近完全闭合或完全打开位置时向所述轴施加最大转矩。

Description

方法和回转阀致动器

技术领域

本公开大体上涉及一种用于在接近阀的打开或闭合位置时施加增大的转矩的方法和回转阀致动器，更具体而言，涉及一种方法和回转阀致动器，其具有设置在旋转位置处的杠杆，以在接近阀的完全打开或完全闭合位置时施加最大转矩。

背景技术

过程控制厂或系统经常使用回转阀，例如球阀、蝶阀、偏心盘阀、偏心塞阀等，以控制过程流体的流动。一般而言，回转阀典型地包括流体流动阀构件，该流体流动阀构件设置在流体路径中并经由轴能旋转地连接至回转阀的主体。典型地，从回转阀延伸的轴的一部分用作阀杆，且该轴或阀杆的端部可操作地连接至回转阀的致动器(例如气动致动器、电动致动器、液压致动器等)。该致动器可包括与轴相连的杠杆，且该杠杆可通过诸如致动器杆等致动器构件移动，致动器杆的线性位移由此被转化为杠杆、轴和阀构件的旋转位移。

在操作中，控制器可致使致动器旋转杠杆和轴，由此使阀构件旋转至所希望的角位置，从而改变流过回转阀的流体量。当阀构件被闭合时，该阀构件典型地被构造为接合围绕通过回转阀的流动路径的环形或圆周密封件，从而阻止流体的流动(例如沿一个或两个方向)。

典型地，回转阀致动器，特别是具有约90度旋转位移的直角回转阀致动器，在接近阀构件的旋转中点(即距完全打开或完全闭合位置约45度)时向阀构件施加最大量的转矩。然而，当阀构件接近该阀构件的完全闭合或完全打开位置时，回转阀的最高转矩需求经常出现。从而，当典型回转阀的阀构件接近完全闭合或完全打开位置时，最大量的力矩不会施加到该阀构件。

发明内容

根据一个实例，一种回转阀致动器包括：伸长的致动器构件，该致动器构件被构造为响应控制信号而移动；和杠杆，其被构造为承接与阀相关联的轴。所述回转阀致动器还可包括杠杆臂，该杠杆臂能旋转地连接至所述致动器构件的端部，从而当所述杠杆被连接至所述阀的轴时，所述伸长的致动器构件在所述阀接近完全闭合或完全打开位置时向所述轴施加最大转矩。

根据另一实例，一种用于在接近回转阀致动器的阀的完全打开或完全闭合位置时施加最大转矩的方法，其中该回转阀致动器具有能旋转地与杠杆相连的伸长的致动器构件，其中该杠杆被构造为承载所述阀的轴，所述方法包括：定位所述杠杆，使得当所述杠杆的纵向轴线在第一旋转位置时，所述阀处于完全打开位置或完全闭合位置，其中所述第一旋转位置距第二旋转位置基本小于或基本大于45度，所述致动器构件在该第二旋转位置基本垂直于所述杠杆的纵向轴线；以及移动所述致动器构件，使得当所述杠杆旋转至所述致动器构件基本垂直于该杠杆的纵向轴线的旋转位置时，最大转矩在接近所述阀的完全打开或完全闭合位置时施加至该阀。

附图说明

图1为示例性回转阀致动器的剖视图。

图2为示出回转阀和阀构件的图1中的示例性回转阀致动器的剖视图。

图3为图1的示例性回转阀致动器的一部分的放大剖视图。

图3A为致动器构件与杠杆以及杠杆与回转阀致动器的致动器轴的可替换联接的示意图。

图4为用于在接近回转阀致动器的阀的完全打开或完全闭合位置时施加最大转矩的示例性过程的流程图。

具体实施方式

在此公开的示例性方法和回转阀致动器在接近阀的打开或闭合位置时施加增大的转矩。与典型的在接近阀构件的旋转范围的中点(即大约在完全打开位置与完全闭合位置之间的中间)施加最大量转矩的回转阀致动器相比，该示例性方法和回转阀致动器在接近阀构件的完全打开或完全闭合位置时施加最大量的转矩。

图1为示例性回转阀致动器100的剖视图。回转阀致动器100包括：致动器主体101，其具有包含入口103的隔膜外壳102；以及与连接至隔膜杆108的隔膜板106相邻定位的隔膜104。隔膜板106接合分别设置在隔膜板106与主体肩部116、118和120之间的三个致动器弹簧110、112和114。隔膜杆108被连接至致动器杆或者伸长的致动器构件122，该致动器构件122(例如经由螺纹)与具有杆端轴承126的杆端部123相连。杆端轴承126在杠杆臂131处被连接至致动器杠杆130，并且杠杆130可绕轴线137旋转。致动器杠杆130被连接至致动器轴136，该致动器轴136与回转阀139的阀构件138相连(见图2)。尽管回转阀致动器100在图1中被示为气动回转阀致动器，但可替换地，回转阀致动器100可为若干类型的致动器的任一种，例如，电动致动器或者液压致动器。同样，阀构件138可为任何阀，例如蝶阀、偏心盘阀或者偏心塞阀，其可通过例如回转阀致动器100等回转阀致动器而旋转。

在操作中，回转阀致动器100在入口103接收诸如压缩空气等控制信号，从而使隔膜104和隔膜板106移动抵抗弹簧110、112和114。在图1中，隔膜板106沿箭头200的方向的位移引起致动器构件122相应的位移，从而绕轴线137旋转致动器杠杆130和致动器轴136，并旋转阀构件138以改变或者控制通过回转阀139的流体流动。

参见图3，图1和图2所示的示例性回转阀致动器100的放大部分被示出。致动器构件122沿箭头300的方向移动，以旋转致动器杠杆130。由致动器构件122施加的力在图3中被示为矢量或力A。诸如图3中的力A等的力矩可被定义为由距旋转轴线一定距离处的力产生的转动效果。可替换地，力矩可被定义为力使主体绕特定点或轴线(即力矩中心)旋转的趋势的度量。这样，在图1和图3中，由致动器构件122向致动器杠杆130施加的力A的力矩根据下述公式1确定。

M＝Fd                 (公式1)

其中

M为力矩

F为力

d为力矩臂的距离

在图1和图3中，由致动器构件122向致动器杠杆130施加的力A的力矩为，当力A垂直于力矩臂B时，力A与力矩臂B从轴线137(即力矩的中心)到杠杆130上的点C的长度d的乘积。回转阀致动器100的操作的类似度量为由杠杆130向旋转轴136和阀构件138施加的转矩。转矩可被定义为作用在一物体上的力使该物体旋转多少的度量。转矩根据下述公式2确定。

T＝rFsin(θ)            (公式2)

其中

T为转矩

r为力矩臂

F为力

θ为F相对于r的角度

根据公式2容易得知，当力F垂直于力矩臂r(例如sin90°＝1)时产生最大转矩T，从而T＝rF。

在图3中，致动器杠杆130通过致动器构件122移动或旋转通过大约90度的弧，如弧D所示。典型地，在已知的直角回转致动器中，杠杆130可初始定位，以使其纵向轴线或中心线位置E距致动器构件122被设置为垂直于杠杆130时的纵向轴线或中心线位置F的位置为45度。在回转阀致动器中，中心线位置F可被视为杠杆130的力矩臂位置F。对于已知的回转阀致动器，当杠杆130沿中心线位置E定位时，可操作地连接的阀构件138常常位于完全闭合或完全打开位置，从而杠杆130通过近90度至纵向轴线或中心线位置E’的旋转可在接近旋转中点(即当致动器构件122在中心线位置F垂直于杠杆130时旋转45度)时向阀构件138施加最大量的转矩。然而，对于诸如示例性回转阀致动器100等回转阀致动器而言，最大转矩需求在相关联的阀构件138的完全打开或完全闭合位置处。这样，已知的回转阀致动器在接近阀构件的完全打开或完全闭合位置之间的中点时到达力矩臂位置F，不能在接近阀构件的完全打开或完全闭合位置时向阀构件施加最大量的转矩。

在此公开的示例性方法和回转阀致动器100在接近阀构件138的完全打开或完全闭合位置时向阀构件138施加最大转矩。参见图3，示例性回转阀致动器100可包括致动器杠杆130，其定位在靠近或接近阀构件138的完全打开或完全闭合位置用于施加最大转矩的初始角或旋转位置处。图3示出杠杆130在沿中心线位置H的初始旋转位置，其中杠杆130被设置为距杠杆130的力矩臂位置F小于45度。当杠杆130被设置在中心线位置H处时，阀构件138处于闭合位置(例如完全闭合位置)。当致动器构件122沿图3中箭头300的方向移动时，杠杆130旋转经过约90度至中心线位置H’。杠杆130在中心线位置H处的初始旋转位置与中心线位置E成角度地偏移一预定量的角度，如弧G所示，并且该角偏移量优选但不必需在十至二十度的范围内。在杠杆130的旋转结束时的对应的角偏移量由具有十至二十度对应范围的弧G’示出。这样，当杠杆130从中心线位置H旋转至中心线位置H’时，由于杠杆130使阀构件138从完全闭合位置旋转，杠杆130在接近阀构件138的完全闭合位置时到达力矩臂位置F。杠杆130在中心线位置H的初始旋转位置处的定位使致动器100能够在接近阀构件138的完全打开位置时向阀构件138施加最大量的转矩。

再次参见图3，杠杆130可被设置在沿其纵向轴线或中心线位置J的初始旋转位置，其中杠杆130被设置为距杠杆130的力矩臂位置F大于45度。当杠杆130被设置在中心线位置J时，阀构件138可处于完全闭合位置。当致动器构件122沿图3中箭头300的方向移动时，杠杆130旋转经过约90度至纵向轴线或中心线位置J’。杠杆130在中心线位置J的初始旋转位置与中心线位置E成角度地偏移一预定量的角度，如弧I所示，并且该角偏移量优选但不必需地在十至二十度的范围内。在杠杆130的旋转结束时的对应的角偏移量由具有十至二十度范围的弧I’示出。这样，随着杠杆130从中心线位置J旋转至中心线位置J’，杠杆130在中心线位置J’接近阀构件138的完全打开位置时到达力矩臂位置F。杠杆130在中心线位置J的初始旋转位置处的定位使致动器100能够在接近阀构件138的完全打开位置时向阀构件138施加最大量的转矩。

通过使用致动器构件122至杠杆130或杠杆130至致动器轴136的不同联接，致动器杠杆130可被设置在中心线H或J的初始旋转位置处，或例如被设置在十至二十度的优选角偏移量范围内的其他初始旋转位置处。参见图3A，回转致动器100的致动器构件122(以假想线示出)与杠杆130以及杠杆130与致动器轴136的可替换联接被示出。在杠杆臂131处，致动器杠杆130可包括多个开口132、133和134，用于通过紧固件(未示出)将致动器构件122连接至杠杆130。开口132、133和134相对于彼此和轴线137成角度地隔开。开口132、133和134被定位，以使当致动器构件122通过紧固件与杠杆130连接时，杠杆130可定位在不同的初始旋转位置处，该不同的初始旋转位置小于或大于距力矩臂位置F为45度的位置(例如中心线E)，并在距该45度的位置十至二十度范围内。

可替换地，杆端部123(以假想线示出)被螺纹连接至致动器构件122，并包括与杠杆130相连的杆端轴承126。杆端部123能相对于致动器构件122旋转，以改变杆端部123从致动器构件122延伸的距离。回转阀致动器100将致动器构件122保持在如图1所示的致动器构件122的初始或静止位置。然而，通过改变杆端部123从致动器构件122延伸的距离，杠杆130可被设置在小于或大于距力矩臂F为45度的中心线E位置的不同初始旋转位置。

图3A还示出用于将杠杆130定位在不同初始旋转位置处的另一可替换连接组件。致动器轴136可包括其中的开口140、141和142(以假想线示出)，以使杠杆130能够通过紧固件143被连接在相对于致动器轴136的不同角位置处。在图3A中，紧固件143(例如销)被示出为定位在开口141处。通过选择开口140、141或142的其中一个以承接紧固件143，从而将杠杆130连接至致动器轴136，杠杆130可被设置在小于或大于距力矩臂F为45度的中心线E位置的不同初始旋转位置。可替换地，通过其他已知连接组件，例如在杠杆130与轴136之间的键可被承接在多个槽的其中一个中，杠杆130可被连接至轴136。

图4为用于在接近由回转阀致动器操作的阀的完全打开或完全闭合位置时施加最大转矩的示例性过程或方法400的流程图。起初，在块402时，该示例性方法400包括提供具有致动器构件(例如致动器构件122)的回转阀致动器(例如图1-3A中的回转阀致动器100)，所述致动器构件旋转杠杆(例如致动器杠杆130)至少约90度，并且该杠杆可操作地与阀(例如图2中的阀138)相连。其次，在块404时，所述杠杆被这样定位：所述阀被设置在完全打开或完全闭合位置(例如见图2中的完全闭合的阀138)，并且该杠杆在初始旋转位置(例如杠杆130被定位在例如图3中的中心线H的初始旋转位置)，该初始旋转位置小于(例如中心线H)或大于(例如中心线J)距致动器构件垂直于杠杆的位置(例如，当致动器构件122垂直于杠杆130时的中心线或力矩臂位置F)为45度的位置(例如中心线E)。所述杠杆被定位为，所述初始旋转位置(例如杠杆130被定位在图3中的中心线H或中心线J)比所述45度的位置(例如中心线E)小或大十至二十度，块406。然后，在块408时，致动器构件(例如图3中的致动器构件122)被移动，以将所述杠杆(例如致动器杠杆130)旋转至该致动器构件垂直于该杠杆的位置(例如图3中的中心线或力矩臂位置F)，从而在接近所述阀的完全打开或完全闭合位置(例如图2中的阀构件138的完全闭合位置)时施加最大转矩。这样，杠杆在初始旋转位置与已知回转阀致动器中的杠杆的典型初始旋转位置有角度地偏移的定位，使该回转阀致动器能够在接近阀的完全打开或完全闭合位置时向该阀施加最大量的转矩。

参见图4所示的流程图，其中描述用于在接近阀的打开或闭合时施加转矩的示例性装置和方法。然而，本领域技术人员易于理解的是，也可替换地使用实现所述示例性方法的其他方法。例如，所述块的执行顺序可改变，和/或所描述块中的一些块可改变、取消或合并。

尽管在此描述了特定示例性方法和装置，但是本专利覆盖的范围并不限于此。相反，本专利覆盖字面上或等同原则下属于所附权利要求书的范围内的所有方法、装置和制造品。

Claims (20)

1、一种回转阀致动器，包括：

伸长的致动器构件，其被构造为响应控制信号而移动；和

杠杆，其被构造为承接与阀相关联的轴并具有杠杆臂，该杠杆臂能旋转地连接至所述致动器构件的端部，从而当所述杠杆连接至所述阀的轴时，所述伸长的致动器构件在该阀接近完全闭合或完全打开位置时向所述轴施加最大转矩。

2、如权利要求1所述的回转阀致动器，其中所述致动器构件的端部包括杆端部，该杆端部与所述致动器构件能调节地接合，以改变所述致动器构件的有效长度。

3、如权利要求2所述的回转阀致动器，其中所述杆端部与所述致动器构件的端部螺纹接合。

4、如权利要求3所述的回转阀致动器，其中所述杆端部包括杆端轴承。

5、如权利要求1所述的回转阀致动器，其中所述杠杆臂包括多个开口，以调节所述杠杆相对于所述阀的完全闭合或完全打开位置的旋转位置。

6、如权利要求1所述的回转阀致动器，其中所述阀的轴包括多个开口，以调节所述杠杆相对于所述阀的完全闭合或完全打开位置的旋转位置。

7、如权利要求1所述的回转阀致动器，其中所述杠杆被连接至所述阀的轴，以使所述杠杆臂处于第一旋转位置，该第一旋转位置距第二旋转位置基本小于或基本大于45度，所述杠杆臂的纵向轴线在该第二旋转位置基本垂直于所述致动器构件。

8、如权利要求7所述的回转阀致动器，其中所述第一旋转位置处于与所述杠杆臂的纵向轴线距所述第二旋转位置为45度的旋转位置相距十至二十度的范围内。

9、如权利要求1所述的回转阀致动器，其中所述致动器构件被可操作地连接至隔膜。

10、如权利要求1所述的回转阀致动器，其中所述致动器构件被可操作地连接至至少一个弹簧。

11、一种回转阀致动器，包括：

伸长的致动器构件；和

杠杆，其被构造为承接阀的轴并具有杠杆臂，该杠杆臂被能旋转地连接至所述致动器构件的端部，从而当所述杠杆被连接至完全打开状态或完全闭合状态下时所述阀的轴时，所述杠杆臂的纵向轴线在第一旋转位置，该第一旋转位置距所述致动器构件基本垂直于该杠杆臂的纵向轴线的旋转位置基本小于或基本大于45度。

12、如权利要求11所述的回转阀致动器，其中所述杠杆臂包括多个开口，以调节所述杠杆相对于所述阀的完全闭合或完全打开状态的旋转位置。

13、如权利要求11所述的回转阀致动器，其中所述阀的轴包括多个开口，以调节所述杠杆相对于所述阀的完全闭合或完全打开状态的旋转位置。

14、如权利要求11所述的回转阀致动器，其中所述致动器构件的端部包括杆端部，该杆端部与所述致动器构件能调节地接合，以改变所述致动器构件的有效长度。

15、如权利要求14所述的回转阀致动器，其中所述杆端部与所述致动器构件螺纹接合。

16、如权利要求14所述的回转阀致动器，其中所述杆端部包括杆端轴承。

17、一种用于在接近回转阀致动器的阀的完全打开或完全闭合位置时施加最大转矩的方法，该回转阀致动器具有能旋转地与杠杆相连的伸长的致动器构件，其中该杠杆被构造为承接所述阀的轴，所述方法包括：

定位所述杠杆，使得当所述杠杆的纵向轴线在第一旋转位置时，所述阀处于完全打开位置或完全闭合位置，其中所述第一旋转位置距第二旋转位置基本小于或基本大于45度，所述致动器构件在该第二旋转位置基本垂直于所述杠杆的纵向轴线，以及

移动所述致动器构件，使得当所述杠杆旋转至所述致动器构件基本垂直于该杠杆的纵向轴线的旋转位置时，最大转矩被施加至接近完全打开或完全闭合位置的所述阀。

18、如权利要求15所述的方法，其中所述杠杆的定位包括将所述杠杆连接至所述轴。

19、如权利要求15所述的方法，其中所述杠杆的定位包括将所述致动器连接至所述杠杆。

20、如权利要求15所述的方法，进一步包括将所述杠杆定位在所述第一旋转位置，该第一旋转位置处于比距所述第二旋转位置为45度的位置小或大十至二十度的范围内。

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