УСТРОЙСТВО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРИВОДА С ИНТЕГРИРОВАННОЙ ТРУБКОЙ БУГЕЛЯ
ACTUATOR APPARATUS HAVING INTEGRAL YOKE TUBING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Данное изобретение в целом относится к приводам для применения с гидравлическими клапанами и, в частности, к устройству исполнительного привода, содержащему внутренние гидравлические каналы.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Регулирующие клапаны обычно применяются в системах управления технологическим процессом для регулировки потока технологических текучих сред (например, жидкости или газов). Регулирующий клапан, как правило, содержит устройство исполнительного привода (например, пневматический исполнительный привод, гидравлический исполнительный привод и т. п.), функционально соединенное с регулирующим поток элементом гидравлического клапана для автоматизации регулирующего клапана. При эксплуатации устройство управления часто применяется для подачи управляющей текучей среды (например, воздуха) в исполнительный привод, который, в свою очередь, устанавливает регулирующий поток элемент (например, затвор клапана, пробку, запирающий элемент и т. п.) в требуемое положение по отношению к клапанному седлу для управления или регулировки потока текучей среды сквозь клапан.
[0003] Как проиллюстрировано на фиг. 1, некоторые известные узлы регулирующего клапана 100 используют устройства исполнительного привода 110 с одной пружиной, которые, как правило, имеют исполнительный привод 112, бугель 140, который используется для соединения устройства исполнительного привода 110 с гидравлическим клапаном 170, и устройство 160 управления. Исполнительный привод 112 имеет верхний кожух 116 с вентиляционным узлом 118 и нижний кожух 120, прикрепленный к верхнему кожуху 116 с помощью гаек 122 и болтов 124 и образующий полость 114. Диафрагма 130 закреплена по своему краю между верхним кожухом 116 и нижним кожухом 120 и своей внутренней частью – между верхней тарелкой 136 диафрагмы и нижней тарелкой 138 диафрагмы. Диафрагма 130 расположена в полости 114 для образования верхней камеры 132 и нижней камеры 134. Примеры, рассмотренные в данном документе, относятся к диафрагменным исполнительным приводам, однако, узлы регулирующего клапана могут также содержать поршневые исполнительные приводы или любой другой хорошо известный тип исполнительного привода.
[0004] Бугель 140 имеет корпус 142, который прикреплен к исполнительному приводу 112 на первом конце корпуса 142 и к гидравлическому клапану 170 – на втором конце корпуса 142, расположенном противоположно первому концу. В целом L-образный канал 145 выполнен в корпусе 142 около первого конца и состоит в гидравлическом сообщении с отверстием 121 в нижнем кожухе 120 исполнительного привода 112 для подачи управляющей текучей среды (например, сжатого воздуха) из внешней трубки 162 в нижнюю камеру 134 исполнительного привода 112. Шток 146 исполнительного привода проходит сквозь корпус 142 и содержит седло 148 пружины, расположенное около одного конца, и функционально соединен с диафрагмой 130 посредством верхней тарелки 136 диафрагмы и нижней тарелки 138 диафрагмы, с помощью винта 164 с головкой. Пружина 150 исполнительного привода расположена внутри цилиндрической части 144 корпуса 142 и проходит между первым концом корпуса 142 и седлом 148 пружины для смещения штока 146 исполнительного привода в направлении от исполнительного привода 112 и в направлении к гидравлическому клапану 170. Регулятор 149 пружины навинчен на конец штока 146 исполнительного привода и может быть использован для задания предварительного натяга пружины 150 исполнительного привода. Указатель 152 положения штока установлен на корпусе 142, возле конца штока 146 исполнительного привода и может быть использован для визуального определения положения регулирующего поток элемента 178 в гидравлическом клапане 170.
[0005] Устройство 160 управления подает управляющую текучую среду (например, сжатый воздух) в нижнюю камеру 134 сквозь внешнюю трубку 162 и канал 145 в бугеле 140 и может быть установлено на бугель 140 или может быть расположено в другом месте вблизи исполнительного привода 112. Невзирая на установку или размещение устройства 160 управления, внешняя трубка 162 используется, чтобы гидравлически соединить устройство 160 управления и нижнюю напорную камеру 134 исполнительного привода 112. Тем не менее, внешняя трубка 162 может быть повреждена или отсоединена, что повлияет на точность устройства исполнительного привода 110 и, следовательно, на необходимый поток текучей среды сквозь гидравлический клапан 170.
[0006] Гидравлический клапан 170, как правило, имеет корпус 172, который образует путь потока текучей среды от входного отверстия 174 к выходному отверстию 176. Клапанное седло 180 расположено в пути потока текучей среды, и регулирующий поток элемент 178 может быть перемещен в и из плотного контакта с клапанным седлом 180 для регулирования потока текучей среды сквозь гидравлический клапан 170. Шток 182 клапана проходит от регулирующего поток элемента 178, сквозь корпус 172, и соединяется со штоком 146 исполнительного привода посредством узла 154 соединения штоков.
[0007] При работе устройство 160 управления подает управляющую текучую среду сквозь внешнюю трубку 162 и канал 145 в бугеле 140 в нижнюю камеру 134 исполнительного привода 112, чтобы создать перепад давления на диафрагме 130. Перепад давления заставляет диафрагму 130 двигать шток 146 исполнительного привода, и, следовательно, шток 182 клапана, таким образом, что регулирующий поток элемент 178 перемещается по прямолинейной траектории относительно клапанного седла 180, чтобы регулировать поток текучей среды сквозь гидравлический клапан 170.
[0008] Однако, внешняя трубка 162 может быть повреждена или отсоединена, что ограничит или предотвратит поток управляющей текучей среды между устройством 160 управления и нижней камерой 134. Например, технологическая текучая среда, протекающая сквозь гидравлический клапан 170, может сообщать некоторую частоту узлу регулирующего клапана 100, которая по существу равна резонансной частоте исполнительного привода 112 и/или узла регулирующего клапана 100, заставляя исполнительный привод 112 и/или узел регулирующего клапана 100 и, таким образом, внешнюю трубку 162 вибрировать, что может привести к отсоединению или повреждению внешней трубки 162, тем самым влияя на работу исполнительного привода 112 и, таким образом, на точность положения регулирующего поток элемента 178 относительно клапанного седла 180.
[0009] Для решения этих проблем некоторые известные компактные, многопружинные устройства исполнительного привода могут исключить необходимость применения внешней трубки для гидравлического соединения устройства управления и камеры исполнительного привода путем внедрения внутренних каналов в бугель, вместо внешней трубки. Узлы регулирующего клапана, использующие компактные устройства исполнительного привода, как правило, имеют пружину(ы) исполнительного привода, расположенную внутри верхнего кожуха, а не в бугеле. Благодаря удалению пружин(ы) исполнительного привода из бугеля, бугель может быть выполнен меньшего размера, и внутренний канал может быть просверлен или выфрезерован продольно сквозь корпус бугеля для гидравлического соединения устройства управления с нижней камерой исполнительного привода. Однако, многопружинное устройство исполнительного привода имеет недостаток, заключающийся в том, что предварительный натяг пружин задается размером корпуса исполнительного привода и не может быть отрегулирован. С другой стороны, предварительный натяг исполнительного привода с одной пружиной может быть отрегулирован или откалиброван.
[0010] Как проиллюстрировано на фиг. 2, узлы регулирующего клапана 200, содержащие компактное многопружинное устройство исполнительного привода 210, как правило, имеют исполнительный привод 212, бугель 240, который используется для соединения устройства исполнительного привода 210 с гидравлическим клапаном 270, и устройство 260 управления. Подобно исполнительному приводу 112, проиллюстрированному на фиг. 1, исполнительный привод 212 имеет верхний кожух 216 с вентиляционным узлом 218, и нижний кожух 220, прикрепленный к верхнему кожуху 216 с помощью гаек 222 и болтов 224 и образующий полость 214. Диафрагма 230 закреплена по своему краю между верхним кожухом 216 и нижним кожухом 220 и своей внутренней частью прилегает к верхней тарелки 236 диафрагмы. Диафрагма 230 расположена в полости 214 для образования верхней камеры 232 и нижней камеры 234. В отличие от исполнительного привода 112, проиллюстрировано на фиг. 1, исполнительный привод 212 также содержит одну или более пружин 251 исполнительного привода, расположенных внутри верхней камеры 232, между верхним кожухом 216 и верхней тарелкой 236 диафрагмы, для смещения диафрагмы 230, и штока 246 исполнительного привода в направлении гидравлического клапана 270.
[0011] Бугель 240 имеет корпус 242, который меньше, чем корпус 142 бугеля 140, проиллюстрированного на фиг. 1, который прикреплен к исполнительному приводу 212 на первом конце корпуса 242 и к гидравлическому клапану 270 на втором конце корпуса 242, расположенном противоположно первому концу. Благодаря меньшему размеру корпуса 242, внутренний канал 256 может быть выфрезерован, просверлен или иным образом выполнен продольно сквозь корпус 242 бугеля 240 от первого конца к области, расположенной вблизи указателя 252 положения штока. Внутренний канал 256 состоит в гидравлическом сообщении с нижней камерой 234 и может быть применен для подачи управляющей текучей среды (например, сжатого газа) из устройства 260 управления в нижнюю камеру 234 исполнительного привода 212. Шток 246 исполнительного привода проходит сквозь корпус 242 и функционально соединен с диафрагмой 230 посредством верхней тарелки 236 диафрагмы, с помощью винта 264 с головкой. Указатель 252 положения штока установлен на корпус 242 возле конца штока 246 исполнительного привода и может быть использован для визуального определения положения регулирующего поток элемента 278 в гидравлическом клапане 270.
[0012] Устройство 260 управления подает управляющую текучую среду (например, сжатый газ) в нижнюю камеру 234 сквозь внутренний канал 256 в бугеле 240 и может быть установлено на бугель 240 для гидравлического соединения устройства 260 управления и нижней напорной камеры 234 исполнительного привода 212.
[0013] Гидравлический клапан 270, как правило, имеет корпус 272, который образует путь потока текучей среды от входного отверстия 274 к выходному отверстию 276. Клапанное седло 280 расположено в пути потока текучей среды, и регулирующий поток элемент 278 может быть перемещен в и из плотного контакта с клапанным седлом 280 для регулирования потока текучей среды сквозь гидравлический клапан 270. Шток 282 клапана проходит от регулирующего поток элемента 278, сквозь корпус 272, и соединен со штоком 246 исполнительного привода посредством узла соединения штоков (не показан).
[0014] При работе устройство 260 управления подает управляющую текучую среду сквозь внутренний канал 256 в бугеле 240 в нижнюю камеру 234 исполнительного привода 212, чтобы создать перепад давления на диафрагме 230. Перепад давления заставляет диафрагму 230 двигать шток 246 исполнительного привода, и, следовательно, шток 282 клапана, таким образом, что регулирующий поток элемент 278 перемещается по прямолинейной траектории относительно клапанного седла 280, чтобы регулировать поток текучей среды сквозь гидравлический клапан 270.
[0015] Для гидравлического соединения устройства 260 управления с нижней камерой 234, устройство 260 управления может быть соединено или установлено на бугель 240 и внутренний канал 256, выполненный в бугеле 240 для гидравлического соединения выпускного отверстия устройства 260 управления с нижней камерой 234 исполнительного привода 212. Исключение внешней трубки таким образом значительно уменьшает или исключает вероятность повреждения внешней трубки, которое в противном случае может иметь место, тем самым увеличивая точность и надежность исполнительного привода 212 и гидравлического клапана 270.
[0016] Однако, из-за размера и высоты бугеля 140 в устройстве исполнительного привода 110 с одной пружиной, продольный внутренний канал не может быть выполнен сквозь бугель 140 от первого конца по всей длине до области вблизи указателя 152 положения штока. Пружина 150 исполнительного привода в устройстве исполнительного привода 110 с одной пружиной является большой в диаметре, длинной и расположенной внутри бугеля 140, тогда как устройство 160 управления расположено низко на бугеле 140. Вследствие увеличенной длины и малого диаметра, которые потребовались бы для продольного внутреннего канала в устройстве исполнительного привода 110 с одной пружиной, процессы стандартного сверления или фрезерования не могут быть применены. Кроме того, вставка не может быть использована для отливки продольного внутреннего канала в бугель 140 в процессе литья. Опять-таки, вследствие увеличенной длины и малого диаметра, любая используемая вставка будет непрочной, при этом она либо сломается во время процесса изготовления, либо ее будет невозможно удалить.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017] В соответствии с одним приведенным в качестве примера аспектом настоящего изобретения, устройство исполнительного привода содержит исполнительный привод и бугель. Исполнительный привод содержит верхний кожух и нижний кожух, образующие полость, и исполнительное устройство, расположенное по меньшей мере частично внутри полости, разделяя полость на верхнюю камеру и нижнюю камеру. Бугель соединен с исполнительным приводом и содержит пружину исполнительного привода, расположенную внутри корпуса бугеля, и трубку бугеля, проходящую продольно сквозь корпус бугеля. Трубка бугеля проходит от отверстия в нижнем кожухе исполнительного привода, обеспечивая воздушный канал, который гидравлически соединяет нижнюю камеру исполнительного привода и устройство управления.
[0018] В соответствии с другим приведенным в качестве примера аспектом настоящего изобретения, узел регулирующего клапана содержит устройство исполнительного привода и гидравлический клапан. Устройство исполнительного привода содержит исполнительный привод, бугель и устройство управления. Исполнительный привод содержит верхний кожух и нижний кожух, образующие полость, и исполнительное устройство, расположенное по меньшей мере частично внутри полости, разделяя полость на верхнюю камеру и нижнюю камеру. Бугель соединен с исполнительным приводом и содержит пружину исполнительного привода, расположенную внутри корпуса бугеля, и трубку бугеля, проходящую продольно сквозь корпус бугеля. Устройство управления установлено на корпусе бугеля и имеет выпускное отверстие. Трубка бугеля проходит от отверстия в нижнем кожухе исполнительного привода к выпускному отверстию устройства управления, обеспечивая воздушный канал, который гидравлически соединяет нижнюю камеру исполнительного привода и устройство управления. Гидравлический клапан соединен с бугелем исполнительного привода и функционально соединен с исполнительным устройством.
[0019] Кроме того, в соответствии с любым одним или более из вышеупомянутых в качестве примера аспектов настоящего изобретения, устройство исполнительного привода и узел регулирующего клапана могут дополнительно содержать, в любой комбинации, любую одну или более из следующих предпочтительных форм.
[0020] В одной предпочтительной форме верхний кожух исполнительного привода содержит вентиляционный узел.
[0021] В другой предпочтительной форме исполнительное устройство представляет собой диафрагму.
[0022] В другой предпочтительной форме устройство исполнительного привода содержит тарелку диафрагмы, прилегающую к диафрагме, и шток исполнительного привода, проходящий по меньшей мере частично сквозь корпус бугеля и соединенный с тарелкой диафрагмы, чтобы функционально соединить диафрагму со штоком исполнительного привода.
[0023] В другой предпочтительной форме устройство исполнительного привода содержит седло пружины, установленное на штоке исполнительного привода, и регулятор пружины, навинченный на шток исполнительного привода для регулировки положения седла пружины и предварительного натяга пружины исполнительного привода.
[0024] В другой предпочтительной форме устройство исполнительного привода содержит вторую тарелку диафрагмы, прилегающую к диафрагме с противоположной стороны от указанной тарелки диафрагмы.
[0025] В другой предпочтительной форме устройство исполнительного привода содержит указатель положения штока, установленный на корпус бугеля и функционально соединенный со штоком исполнительного привода.
[0026] В другой предпочтительной форме первый конец трубки бугеля примыкает к отверстию в нижнем кожухе исполнительного привода, а второй конец трубки бугеля примыкает к указателю положения штока.
[0027] В другой предпочтительной форме трубка бугеля замоноличена с  корпусом бугеля.
[0028] В другой предпочтительной форме корпус бугеля отливается из чугуна, а трубка бугеля выполнена из нержавеющей стали.
[0029] В другой предпочтительной форме узел регулирующего клапана содержит шток клапана, соединенный со штоком исполнительного привода для функционального соединения регулирующего поток элемента гидравлического клапана с диафрагмой.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0030] На фиг. 1 проиллюстрирован вид спереди в частичном поперечном разрезе известного устройства исполнительного привода с одной пружиной и регулирующего клапана, имеющего внешнюю трубку;
[0031] На фиг. 2 проиллюстрирован вид спереди в частичном поперечном разрезе известного компактного многопружинного устройства исполнительного привода и регулирующего клапана, имеющего внутренний канал;
[0032] На фиг. 3 проиллюстрирован вид спереди в частичном поперечном разрезе приведенного в качестве примера устройства исполнительного привода с одной пружиной и регулирующего клапана, имеющего встроенную трубку;
[0033] На фиг. 4 проиллюстрирован увеличенный вид части, проиллюстрированной на фиг. 3; и
[0034] На фиг. 5 проиллюстрирован вид сбоку трубки бугеля, проиллюстрированной на фиг. 4.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0035] Приведенный в качестве примера узла регулирующего клапана, содержащий устройство исполнительного привода с одной пружиной, которая не применяет внешнюю трубку для соединения устройства управления и исполнительного привода, проиллюстрированный на фиг. 3-5. Приведенный в качестве примера привод с одной пружиной содержит трубку бугеля, сформованную внутри корпуса бугеля, чтобы создавать продольный канал сквозь корпус от исполнительного привода к области вблизи указателя положения штока, установленного на бугель. Этот внутренний канал позволяет устройству управления быть установленным на бугель и состоять в гидравлическом сообщении с нижней камерой исполнительного привода без необходимости во внешней трубке, которая может быть повреждена или отсоединена во время эксплуатации узла регулирующего клапана.
[0036] Как проиллюстрировано на фиг. 3, приведенный в качестве примера узел регулирующего клапана 300 содержит устройство исполнительного привода 310 с одной пружиной, соединенное с гидравлическим клапаном 370. Устройство исполнительного привода 310 содержит исполнительный привод 312, бугель 340, который используется для сопряжения устройства исполнительного привода 310 с гидравлическим клапаном 370, и устройство 360 управления. Исполнительный привод 312 имеет верхний кожух 316 с вентиляционным узлом 318 и нижний кожух 320, прикрепленный к верхнему кожуху 316 с помощью гаек 322 и болтов 324 и образующую полость 314. Диафрагма 330 закреплена по своему краю между верхним кожухом 316 и нижним кожухом 320 и своей внутренней частью – между верхней тарелкой 336 диафрагмы и нижней тарелкой 338 диафрагмы. Диафрагма 330 расположена в полости 314 для образования верхней камеры 332 и нижней камеры 334. Несмотря на то, что приведенный в качестве примера узел регулирующего клапана 300, описанный в данном документе, содержит диафрагму 330, узел регулирующего клапана 300 с тем же успехом вместо диафрагмы 330 может применять любой другой тип хорошо известного исполнительного устройства, например, поршень.
[0037] Бугель 340 имеет корпус 342, который прикреплен к исполнительному приводу 312 на первом конце корпуса 342 и к гидравлическому клапану 370 – на втором конце корпуса 342, расположенном противоположно первому концу. Трубка бугеля 390 замоноличена с корпусом 342 бугеля 340 во время процесса литья и проходит от первого конца корпуса 342 к области вблизи указателя положения штока. Первая часть 392 трубки бугеля 390 проходит продольно сквозь корпус 342 бугеля 340 от первого конца корпуса 342, сквозь цилиндрическую часть 344, и в область вблизи указателя положения штока и гидравлически сообщается с нижней камерой 334 сквозь отверстие 321 в нижнем кожухе 320 исполнительного привода 312. Вторая часть 394 трубки бугеля 390 проходит перпендикулярно из первой части 392, обеспечивая гидравлическое сообщение между первой частью 392 и выпускным отверстием устройства 360 управления. Первая и вторая части 392, 394 трубки бугеля 390 создают воздушный канал 396 между устройством 360 управления и нижней камерой 334 исполнительного привода 312. Поэтому трубка бугеля 390 может быть использована для подачи управляющей текучей среды (например, сжатого газа) из устройства 360 управления в нижнюю камеру 334 исполнительного привода 312 без необходимости во внешней трубке. В одном примере корпус 342 бугеля 340 может отливаться из чугуна, а трубка бугеля 390 может быть выполнена из нержавеющей стали. Однако, могут быть использованы и другие комбинации материалов при условии, что температура плавления для трубки бугеля 390 будет выше, чем температура плавления материала для корпуса 342 бугеля 340. Шток 346 исполнительного привода проходит сквозь корпус 342 и содержит седло 348 пружины, расположенное около одного конца, и функционально соединен с диафрагмой 330 посредством верхней тарелки 336 диафрагмы и нижней тарелки 338 диафрагмы, с помощью винта 364 с головкой. Пружина 350 исполнительного привода расположена внутри цилиндрической части 344 корпуса 342 и проходит между первым концом корпуса 342 и седлом 348 пружины для смещения штока 346 исполнительного привода в направлении от исполнительного привода 312 и в направлении к гидравлическому клапану 370. Регулятор 349 пружины навинчен на конец штока 346 исполнительного привода и может быть использован для задания предварительного натяга пружины 350 исполнительного привода. Указатель 352 положения штока установлен на корпус 342, возле конца штока 346 исполнительного привода и может быть использован для визуального определения положения регулирующего поток элемента 378 в гидравлическом клапане 370.
[0038] Устройство 360 управления подает управляющую текучую среду (например, сжатый газ) в нижнюю камеру 334 сквозь трубку бугеля 390 и отверстие 321 в нижнем кожухе 320 и может быть установлено на бугель 340 для гидравлического соединения устройства 360 управления и нижней напорной камеры 334 исполнительного привода 312.
[0039] Гидравлический клапан 370, как правило, имеет корпус 372, который образует путь потока текучей среды от входного отверстия 374 к выходному отверстию 376. Клапанное седло 380 расположено в пути потока текучей среды, и регулирующий поток элемент 378 может быть перемещен в и из плотного контакта с клапанным седлом 380 для регулирования потока текучей среды сквозь гидравлический клапан 370. Шток 382 клапана проходит от регулирующего поток элемента 378, сквозь корпус 372, и соединяется со штоком 346 исполнительного привода посредством узла 354 соединения штоков.
[0040] При работе устройство 360 управления подает управляющую текучую среду сквозь трубку бугеля 390 в нижнюю камеру 334 исполнительного привода 312, чтобы создать перепад давления на диафрагме 330. Перепад давления заставляет диафрагму 330 двигать шток 346 исполнительного привода, и, следовательно, шток 382 клапана, таким образом, что регулирующий поток элемент 378 перемещается по прямолинейной траектории относительно клапанного седла 380, чтобы регулировать поток текучей среды сквозь гидравлический клапан 370.
[0041] Для гидравлического соединения устройства 360 управления с нижней камерой 334, устройство 360 управления может быть соединено или установлено на бугель 340 и трубку бугеля 390, которая замоноличена с корпусом бугеля 340  для гидравлического соединения выпускного отверстия устройства 360 управления с нижней камерой 334 исполнительного привода 312. Это опять же исключает необходимость во внешней трубке, что значительно уменьшает или исключает вероятность повреждения внешней трубки, которое в противном случае может иметь место, тем самым увеличивая точность и надежность исполнительного привода 312 и гидравлического клапана 370.
[0042] Несмотря на то, что выше были описаны различные варианты реализации изобретения, это изобретение не должно ограничиваться ими. В описанные варианты реализации изобретения могут быть внесены изменения, которые все еще находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.