УСТРОЙСТВО СМЕЩЕНИЯ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ
DISPLACEMENT DEVICE TO BE USED WITH ACTUATORS

Область техники, к которой относится изобретение
Этот патент, в общем случае, относится к устройству смещения и, в частности, к устройству смещения для использования с исполнительными механизмами.
Уровень техники
Клапаны управления (например, линейные клапаны, поворотные клапаны и т.д.) обычно используются в системах управления технологическим процессом для управления потоком технологических текучих сред. В типичном случае клапан управления включает в себя исполнительный механизм (например, поршневой исполнительный механизм, гидравлический исполнительный механизм и т.д.) для запуска клапана управления. Для обеспечения таких исполнительных механизмов функциональной возможностью смещения обычно в исполнительном механизме устанавливается пружина для смещения поршня исполнительного механизма и/или для возврата органа управления текучей средой клапана управления в положение, обеспечивающее безопасность (например, в открытое положение, в закрытое положение) во время, например, отказа системы. Хотя пружина и обеспечивает исполнительный механизм функциональной возможностью смещения, но сборка и/или разборка исполнительного механизма может быть весьма затруднительной за счет воздействия, оказываемого пружиной на различные узлы исполнительного механизма.
Раскрытие изобретения
Устройство смещения для использования с поршневым исполнительным механизмом включает в себя первую втулку, по крайней мере, частично охваченную второй втулкой и подвижно соединенную со второй втулкой. Дополнительно устройство смещения включает упор для ограничения величины перемещения первой втулки относительно второй втулки и элемент для смещения, расположенный между первым и вторым концами, соответственно, первой и второй втулки, чтобы отжимать первую втулку от второй втулки.
Краткое описание чертежей
На ФИГ.1 изображен известный исполнительный механизм и клапан управления.
На ФИГ.2 изображен клапан управления и исполнительный механизм, который включает в себя пример устройства смещения.
На ФИГ.3 изображен клапан управления и исполнительный механизм с ФИГ.2 в другом положении.
На ФИГ.4 изображен увеличенный вид варианта устройства смещения с ФИГ.2.
На ФИГ.5 изображен вариант устройства смещения с ФИГ.2, включая вариант упоров.
На ФИГ.6 изображен вариант устройства смещения с ФИГ.2, включая вариант упоров в альтернативном положении.
На ФИГ.7 изображена часть исполнительного механизма с ФИГ.2, включающая в себя вариант устройства смещения с вариантом наружно регулируемого упора.
На ФИГ.8 изображен вариант устройства смещения ФИГ.2 с альтернативным вариантом наружно регулируемого упора.
На ФИГ.9-11 изображен технологический процесс производства варианта устройства смещения.
На ФИГ.12 изображено альтернативное устройство смещения.
Осуществление изобретения
На перечисленных выше фигурах приведены определенные варианты воплощения, которые подробно описаны ниже. При описании этих вариантов для идентификации одинаковых или похожих элементов используются одинаковые или идентичные номера. Фигуры не обязательно выполнены с соблюдением масштаба, и определенные фигуры и виды на фигурах могут быть показаны увеличенными в масштабе или схематическом изображении для ясности и/или для выразительности. Кроме того, некоторые варианты воплощения уже описаны во всем данном описании. Любые характеристики из любого варианта могут быть включены вместе с другими характеристиками из других вариантов, или заменены последними, или могут сочетаться с ними иным способом.
Описанные здесь варианты воплощения относятся к устройству смещения, которое уменьшает сложность и/или время, необходимое для сборки и/или разборки исполнительных механизмов. В частности, описанные здесь варианты воплощения позволяют обеспечить сборку и/или разборку исполнительных механизмов без необходимости предварительного сжатия и/или распрямления пружины, установленной в исполнительном механизме.
В некоторых вариантах воплощения устройство смещения включает в себя предварительно нагруженную пружину, расположенную между концами противолежащих втулок, телескопически соединенных вместе. Втулки могут включать в себя противолежащие фланцы, которые входят в зацепление и/или соединение для ограничения величины перемещения втулок друг относительно друга. Дополнительно устройство смещения может быть снабжено одним или большим количеством упоров ограничения хода для ограничения величины перемещения втулок друг относительно друга и/или для предотвращения сворачивания пружины в кольцо. Хотя описанный здесь вариант устройства смещения изображен используемым с исполнительными механизмами, вариант устройства смещения может использоваться в любом другом подходящем применении.
На ФИГ.1 приведен известный исполнительный механизм 100, соединенный с корпусом 102 клапана управления 104 (например, шарового клапана, клапана с поступательным движением штока) с помощью нескольких крепежных деталей 106. Исполнительный механизм 100 включает в себя цилиндр или корпус 108, присоединенный между первой пластиной 110 и второй пластиной 112 с помощью нескольких соединительных тяг 114 и крепежных деталей 116. Цилиндром 108 представлена камера 118, в которой располагаются поршень 120, пружина 122 и часть штока или стержня 124 исполнительного механизма. В поршневых исполнительных механизмах одностороннего действия и/или двойного действия пружина 122 обеспечивает исполнительный механизм 100 функциональной возможностью смещения с целью обеспечения безопасности для перемещения элемента управления текучей средой (например, стержня) (не показан) клапана управления 104 через поршень 120 в положение обеспечения безопасности (например, в открытое положение или в закрытое положение), например, во время отказа системы. Шток исполнительного механизма 124 позиционируется через диафрагму 126, определяемую второй пластиной 112, и диафрагму 128, определяемую обоймой 130 исполнительного механизма 100.
На практике исполнительный механизм 100 может быть присоединен к корпусу 102 для управления потоком текучей среды через клапан управления 104. В частности, исполнительный механизм 100 может использоваться для управления положением элемента управления текучей средой, оперативно соединенного со штоком исполнительного механизма 124 внутри корпуса 102 клапана управления 104. В рабочем процессе для перемещения элемента управления внутри клапана управления 104 используется перепад давлений между первой частью камеры 132 и второй частью камеры 134. Например, для перемещения элемента управления текучей средой от диафрагмы (не показано), чтобы пропустить текучую среду через клапан управления 104, поршень 120 может быть перемещен в направлении первой пластины 110 за счет выпускаемой текучей среды (например, воздуха, гидравлической жидкости), например, через отверстие (не показано) для уменьшения давления в первой части камеры 132. По мере уменьшения давления в первой части камеры 132 усилие, действующее на первую поверхность 136 поршня 120, также уменьшается (например, усилие = давление*площадь) до тех пор, пока, например, усилие, действующее на вторую поверхность 138 поршня 120 за счет пружины 122, не превысит усилие, действующее на первую поверхность 136 за счет давления в первой части камеры 132. В результате поршень 120 и шток исполнительного механизма124 перемещаются в направлении первой пластины 110 для перемещения элемента управления текучей средой в пределах клапана управления 104.
В качестве альтернативы для перемещения элемента управления текучей средой в направлении диафрагмы для прекращения потока текучей среды через клапан управления 104, поршень 120 может быть перемещен в направлении второй пластины 112 путем накачивания текучей среды через отверстие для увеличения давления в первой части камеры 132 для преодоления усилия, действующего на вторую поверхность 138 за счет пружины 122. В результате поршень 120 и шток исполнительного механизма 124 перемещаются в направлении второй пластины 112 для перемещения элемента управления текучей средой в пределах клапана управления 104.
Для сборки исполнительного механизма 100 пружина122 позиционируется в камере 118 рядом со второй пластиной 112, а затем поршень 120 и шток исполнительного механизма 124 направляются через пружину 122 и диафрагмы 126 и 128. Однако, поскольку пружина 122 в типичном случае полностью распрямлена при размещении пружины 122 в камеру 118, присоединение первой пластины к исполнительному механизму 100 может быть затруднено. В некоторых вариантах воплощения для обеспечения соединения первой пластины 110 с исполнительным механизмом 100 соединительные тяги 114 могут быть относительно длинными для выравнивания диафрагм 140 первой пластины 110 с соединительными тягами 114, когда пружина 122 разжата и/или частично выступает из цилиндра 108 вместе с поршнем 120. При затягивании крепежных деталей 116 на соединительных тягах 114 первая пластина 110 перемещается в направлении цилиндра 108 и сжимает пружину 122 до тех пор, пока, например, первая пластина 110 не войдет в зацепление с концом 142 цилиндра 108. С другой стороны, для разборки исполнительного механизма 100 можно отсоединить крепежные детали 116 от соединительных тяг 114, чтобы обеспечить существенное распрямление пружины 122 перед тем, как первая пластина 110 может быть снята с исполнительного механизма 100. В других вариантах воплощения несколько соединительных тяг могут иметь изменяющиеся длины, чтобы обеспечить существенное распрямление пружины 122 перед снятием всех крепежных деталей 116 с соединительных тяг 114.
На ФИГ.2 приведен вариант исполнительного механизма или исполнительного механизма клапана 200 (например, поршневого исполнительного механизма, исполнительного механизма одностороннего действия, исполнительного механизма двойного действия), присоединенного к корпусу 102 клапана управления 104 с помощью нескольких крепежных деталей 106. Исполнительный механизм 200 включает в себя цилиндр 204, присоединенный между первой пластиной 206 и второй пластиной 208 с помощью нескольких соединительных тяг 210 и крепежных деталей 212. В отличие от известного исполнительного механизма 100, описанного выше, цилиндр 204 определяет камеру 214, в которой размещаются поршень 216 и вариант устройства смещения 218. Устройство смещения 218 может быть изготовлено и/или произведено как автономный узел или модуль, который располагается в камере 214 для обеспечения исполнительного механизма двойного действия функциональной возможностью смещения с целью обеспечения безопасности и уменьшения сложности сборки и/или разборки варианта исполнительного механизма. Кроме того, устройство смещения 218 может использоваться с поршневым исполнительным механизмом одностороннего действия для смещения поршня, оперативно соединенного с элементом управления текучей средой. На практике устройство смещения 218 может обеспечивать поршневой исполнительный механизм одностороннего действия функциональной возможностью смещения для обеспечения безопасности, а также уменьшать сложность сборки и/или разборки варианта исполнительного механизма.
Как показано на ФИГ.2, устройство смещения 218 выдвигается для установки элемента управления текучей средой посредством поршня 216, например, в открытое положение и/или в положение, обеспечивающее безопасность (например, в открытое или в закрытое положения). В отличие от этого, на ФИГ.3 показано устройство смещения 218, сжатое, по крайней мере, частично, и поршень 216 на расстоянии от первой пластины 206 для существенного уменьшения потока текучей среды через клапан управления 104.
Вариант устройства смещения 218 включает в себя первую втулку 220, вторую втулку 222 и элемент для смещения 224 (например, пружину), расположенный между первым и вторым концами 226 и 228 соответствующих втулок 220 и 222. Элемент для смещения 224 отжимает первую втулку 220 от второй втулки 222 в положение, например, рабочего органа клапана управления 104 в открытом положении. Первая втулка 220 имеет диаметр 230, который относительно меньше, чем диаметр 232 второй втулки 222, так что вторая втулка 222, по крайней мере, частично охватывает первую втулку 220. В то время в варианте, приведенном на ФИГ.2, рядом с поршнем 216 расположен первый конец 226, в качестве альтернативы рядом с поршнем 216 может быть расположен второй конец 228.
Для ограничения величины перемещения первой втулки 220 относительно второй втулки 222 и/или подвижного соединения вместе втулок 220 и 222 между ними предусмотрен упор 234. В этом варианте упор 234 включает первый 236 и второй 238 противолежащие фланцы, которые входят в зацепление и/или соединение для ограничения перемещения и/или подвижного соединения между собой втулок 220 и 222. Первый фланец 236 выдвигается в направлении внутренней поверхности 240 второй втулки 222 и/или располагается рядом с этой поверхностью, а второй фланец 238 выдвигается в направлении наружной поверхности 242 первой втулки 220 и/или располагается рядом с этой поверхностью.
Для сборки исполнительного механизма 200 устройство смещения 218 располагается в камере 214 таким образом, что второй конец 228 примыкает ко второй пластине 208. Затем шток или стержень исполнительного механизма 244, соединенный с поршнем 216, направляется сквозь коаксиально совмещенные диафрагмы 246 и 248, определяемые концами 226 и 228, и сквозь диафрагмы 250 и 252, определяемые второй пластиной 208 и обоймой 254, соответственно. В отличие от исполнительного механизма 100, описанного выше, в котором пружина 122 (ФИГ.1) полностью выпрямлена, когда пружина 122 (ФИГ.1) первоначально размещается в камере 118 (ФИГ.1), элемент для смещения 224 сжимается (например, предварительно нагружается) и содержится внутри устройства смещения 218. По существу, когда устройство смещения 218, шток исполнительного механизма 244 и поршень 216 располагаются внутри камеры 214, первая пластина 206 может быть присоединена к исполнительному механизму 200 без выполнения каких-либо дополнительных мероприятий и/или мер предосторожности. Для разборки исполнительного механизма 200 крепежные детали 212 могут быть отсоединены, а первая пластина 206 может быть снята без необходимости предварительного снятия нагрузки с элемента для смещения 224, как указывалось выше.
При эксплуатации для перемещения элемента управления текучей средой внутри клапана управления 104 используется перепад давлений между первой частью камеры 256 и второй частью камеры 258. В частности, для перемещения элемента управления текучей средой в направлении к диафрагме через отверстие (не показано) накачивается текучая среда таким образом, что усилие, действующее на первую поверхность 260 поршня 216, превосходит усилие, действующее на вторую поверхность 262 через элемент для смещения 224 устройства смещения 218. И наоборот, для перемещения элемента управления текучей средой в направлении от диафрагмы текучая среда выпускается через отверстие до тех пор, пока, например, усилие, действующее на вторую поверхность 262 через устройство смещения 218, не превосходит усилие, действующее на первую поверхность 260 за счет давления в первой части камеры 256.
На ФИГ.4 приведен увеличенный вид варианта устройства смещения 218. Устройство смещения 218 может быть адаптировано для использования с любым подходящим исполнительным механизмом, имеющим любую длину хода.
На ФИГ.5 приведено устройство смещения 218, включающее в себя дополнительные упоры 502 (например, упоры ограничения хода), соединенные с внутренней поверхностью 240 второй втулки 222. Дополнительные упоры 502 могут входить в зацепление за счет первого фланца 236 первой втулки 220 для ограничения величины перемещения первой втулки 220 в направлении второй втулки 222 и/или для предотвращения скручивания в кольцо элемента для смещения 224. В рабочем состоянии, когда усилие, действующее на первую поверхность 260 поршня 216, превосходит усилие, действующее на вторую поверхность 262 через элемент для смещения 224, устройство смещения 218 может сжиматься, а первый фланец 236 может входить в зацепление с дополнительными упорами 502 для ограничения величины перемещения первой втулки 220 в направлении второй втулки 222. Такой подход с комплектацией устройства смещения 218 дополнительными упорами 502 обеспечивает подгонку перемещения элемента управления движением текучей среды под конкретное применение, независимо от допустимой длины хода цилиндра.
На ФИГ.6 показано устройство смещения 218, включающее в себя дополнительные упоры 602, связанные с наружной поверхностью 242. Дополнительные упоры 602, в основном, подобны дополнительным упорам 502 в варианте на ФИГ.5. Однако дополнительные упоры 602 в варианте могут зацепляться вторым фланцем 238 второй втулки 222 вместо первого фланца 236 первой втулки 220.
На ФИГ.7 показана часть исполнительного механизма 200 и устройство смещения 218, расположенное в камере 214. В отличие от вариантов, описанных выше, устройство смещения 218 включает в себя упор с внешней регулировкой 702 (например, упор с регулировкой в эксплуатационных условиях), расположенный рядом со вторым концом 228 и внутренней поверхностью 240 второй втулки 222. Упор с внешней регулировкой 702 включает в себя вал 704 (например, червяк), который проходит через диафрагмы 706 и 708 второй пластины 208 и второго конца 228. Дополнительно упор с внешней регулировкой 702 может включать в себя упор или кольцо 710, которое, по крайней мере, частично охватывает вал 704 и может входить в зацепление за счет первого фланца 236 для ограничения величины перемещения первой втулки 220 относительно второй втулки 222. Для регулировки точки, в которой первый фланец 236 входит в зацепление с упором 710 и/или валом 704, можно вращать вал 704 на конце 712 для регулировки положения упора с внешней регулировкой 702 относительно первого фланца 236. В то время как упор с внешней регулировкой 702 на ФИГ.7 включает в себя упор 710, в других вариантах упор с внешней регулировкой 702 может не включать в себя упор 710. В этих вариантах первый фланец 236 может входить в зацепление с валом 704 для ограничения величины перемещения втулок 220 и 222 друг относительно друга.
На ФИГ.8 показано устройство смещения 218, включающее в себя упор с внешней регулировкой 802, который, в основном, подобен упору с внешней регулировкой 702 на ФИГ.7. Однако конец 804 вала 806 упора с внешней регулировкой 802 на ФИГ.8 расположен рядом со вторым концом 228, а не со второй пластиной 208 (ФИГ.2).
На ФИГ.9-11 показан процесс производства и/или изготовления варианта устройства смещения 900 (ФИГ.11). Вторая втулка 902 может располагаться на валу 904, выдвигаясь из сборки 906 (например, из цилиндра сборки) таким образом, что второй фланец 908 второй втулки 902 располагается рядом с пластиной 910 сборки 906. Затем диафрагма 912 первого конца 914 первой втулки 916 может располагаться вокруг вала 904 таким образом, что первый конец 914 располагается рядом с пластиной 910, а первый фланец 917 первой втулки 916 располагается напротив второго фланца 908 второй втулки 902. Далее элемент для смещения 918 может быть размещен вокруг вала 904 и частично внутри камеры 920, определяемой первой втулкой 916. Затем второй конец 922 может быть расположен на валу 904 таким образом, что элемент для смещения 918 размещается между концами 914 и 922. Затем можно расположить на валу 904 другую пластину 926, а крепежная деталь 928 может быть завинчена на валу 904 для крепления втулок 902 и 916, второго конца 922 и элемента для смещения 918 друг относительно друга.
Затем, как показано на ФИГ.10, сборка 906 может перемещать другую пластину 926 к пластине 910 в направлении, в общем случае представленном стрелками 1002, за счет уменьшения длины вала 904 и регулируемого сжатия элемента для смещения 918. После сжатия элемента для смещения 918 на заранее установленную величину можно захватить вторую втулку 902 и перемещать ее в направлении второго конца 922 таким образом, что конец 930 второй втулки 902 зацепляет часть 932 второго конца 922. Затем можно присоединить вторую втулку 902 ко второму концу 922 с помощью подходящего способа, такого, например, как сварка, соединение склеиванием и т.д.
Когда вторая втулка 902 соединяется со вторым концом 922, элемент для смещения 918 может быть предварительно нагружен и полностью помещен внутри камеры 934, определяемой втулками 902 и 916. Дополнительно, когда вторая втулка 902 соединена со вторым концом 922, устройство смещения 900 не может быть разобрано и, в основном, защищено от несанкционированного доступа. Крепежная деталь 928 и устройство смещения 900 затем могут быть сняты с вала. На этом этапе устройство смещения 900 готово для размещения, например, в камере 214 (ФИГ.2) цилиндра 204 (ФИГ.2).
На ФИГ.12 приведено альтернативное устройство смещения 1200, включающее в себя первую втулку 1202, вторую втулку 1204 и элемент для смещения 1206 (например, пружину), расположенный между первой и второй торцевыми заглушками 1208 и 1210 соответствующих втулок 1202 и 1204. В некоторых вариантах воплощения втулки 1202 и 1204 могут быть изготовлены из композиционного материала, а торцевые заглушки 1208 и 1210 могут быть изготовлены из металлического материала.
Для ограничения величины перемещения первой втулки 1202 относительно второй втулки 1204 первая втулка 1202 включает в себя первое кольцо 1212, соединенное с наружной поверхностью 1214, а вторая втулка 1204 включает в себя второе кольцо 1216, соединенное с внутренней поверхностью 1218. Дополнительно, в некоторых вариантах воплощения для ограничения величины перемещения первой втулки 1202 относительно второй втулки 1204 первая торцевая заглушка может, по крайней мере, частично охватывать наружную поверхность 1214 первой втулки 1202 и иметь размеры, позволяющие второму кольцу 1216 входить в зацепление с частью 1217 первой торцевой заглушки 1208 при сжатии устройства смещения 1200. Дополнительно или в качестве альтернативы в некоторых вариантах воплощения для ограничения величины перемещения первой втулки 1202 относительно второй втулки 1204 вторая торцевая заглушка 1210 может быть охвачена внутренней поверхностью1218 второй втулки 1204 и иметь размеры, позволяющие первому кольцу 1212 входить в зацепление с частью 1219 второй торцевой заглушки 1210 при сжатии устройства смещения 1200. Кольца 1212 и/или 1214 могут быть изготовлены из любого подходящего материала, такого как, например, металлический материал.
Для подвижного присоединения первой втулки 1202 ко второй втулке 1204 первое кольцо 1212 может быть соединено с наружной поверхностью 1214 путем расположения первого кольца 1212 рядом с наружной поверхностью 1214 и впрыскивания клея через отверстие 1220 и в паз 1222, определяемый, например, первым кольцом 1212. Аналогично, второе кольцо 1216 может быть соединено с внутренней поверхностью 1218 путем расположения второго кольца 1216 рядом с внутренней поверхностью 1218 и впрыскивания клея через отверстие 1224 и в паз 1226, определяемый, например, вторым кольцом 1216. Конец 1228 первой втулки 1202 затем может быть направлен через отверстие 1230 второй втулки 1204.
Для присоединения второй торцевой заглушки 1210 ко второй втулке 1204 вторая торцевая заглушка 1210 может быть, по крайней мере, частично вставлена в камеру 1232, определяемую втулками 1202 и 1204, а затем через отверстие 1234 и в паз 1236 может быть впрыснут клей. Затем элемент для смещения 1206 может быть размещен в камере 1232, а первая торцевая заглушка 1208 может быть, по крайней мере, частично размещена рядом с наружной поверхностью 1214 первой втулки 1202 для крепления элемента для смещения 1206 внутри камеры 1232. Как указывалось выше, для присоединения первой торцевой заглушки 1208 к первой втулке 1202 через отверстие 1238 и в паз 1240 может быть впрыснут клей.
Хотя здесь и были описаны некоторые варианты воплощения способов, устройств и готовых изделий, они не ограничивают область охвата этого патента. Напротив, этот патент охватывает все способы, устройства и готовые изделия, явно попадающие в объем заявленной формулы изобретения как буквально, так и по пункту доктриной эквивалентов.