РЕГУЛИРУЕМЫЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬ ХОДА ДЛЯ ПОРШНЕВОГО ПРИВОДНОГО МЕХАНИЗМА
ADJUSTABLE STROKE LIMITER FOR PISTON DRIVE MECHANISM

Область техники
[0001] Настоящее изобретение в целом относится к поршневым приводным механизмам, а более конкретно - к регулируемым ограничителям хода для поршневых приводных механизмов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Клапаны управления потоком флюида обычно рассредоточены по всем системам управления технологическим процессом для контроля скорости потока и/или давления различных флюидов (например, жидкостей, газов и т.д.). Клапан управления потоком флюида, как правило, функционально соединен с узлом приводного механизма для того, чтобы перемещение штока клапана обеспечивало функционирование клапана управления потоком флюида. Как правило, движение приводного механизма перемещает шток клапана, чтобы установить в заданное положение в пределах клапана пробку или элемент управления потоком. В случае поршневого приводного механизма перепад давления на поршне приводного механизма перемещает поршень, который, в свою очередь, перемещает или поворачивает шток клапана для обеспечения функционирования клапана. Например, для обеспечения функционирования поворотных клапанов управления со шлицевым валом, таких как: клапаны Vee-Ball™, эксцентриковые дисковые клапаны и двустворчатые клапаны; может использоваться пневматический поршневой поворотный приводной механизм Fisher 1061. Соединение приводной механизм/корпус клапана такого приводного механизма может быть установлено как для способа действия «надавить, чтобы открыть», так и для способа действия «надавить, чтобы закрыть».
[0003] При определенных обстоятельствах может быть желательным ограничить перемещение поршня в пределах приводного механизма, что, в свою очередь, ограничит движение клапана. Однако в типичных поршневых приводных механизмах такое перемещение поршня ограничено с помощью фиксированных ограничителей перемещения в пределах цилиндра приводного механизма. Вследствие этого нет возможности отрегулировать граничное значение величины хода поршня без снятия цилиндра поршневого приводного механизма и либо замены цилиндра поршневого приводного механизма другим цилиндром с фиксированным ограничителем хода другого размера, либо демонтажа установленных в настоящее время неподвижных ограничителей величины хода и замены их на неподвижные ограничители хода другого размера. Следовательно, было бы желательно иметь поршневой приводной механизм, который имел бы ограничитель хода, который можно регулировать на различные значения величины хода поршня без необходимости демонтажа поршневого приводного механизма.
Краткое описание настоящего изобретения
[0004] В соответствии с одним типовым аспектом настоящего изобретения, поршневой приводной механизм содержит узел перемещения и узел приводного механизма, соединенный с узлом перемещения, узел приводного механизма содержит блок цилиндра, содержащий цилиндр, который имеет боковую стенку и торцевую стенку и который устанавливает границы камеры. Поршневой блок расположен в пределах камеры блока цилиндра, а узел винтовой направляющей надежно прикреплен к торцевой стенке блока цилиндра таким образом, что узел винтовой направляющей регулируется для ограничения величины хода поршневого блока.
[0005] В соответствии с любым одним или несколькими из вышеприведенных типовых аспектов настоящего изобретения, поршневой приводной механизм может дополнительно содержать, в любом сочетании, любую одну или несколько из следующих предпочтительных форм.
[0006] В одной предпочтительной форме узел перемещения представляет собой поворотный узел перемещения, который преобразует линейное перемещение узла приводного механизма во вращательное движение поворотного клапана.
[0007] В другой предпочтительной форме узел перемещения представляет собой хомут, который соединяет узел приводного механизма и линейный клапан.
[0008] В другой предпочтительной форме узел винтовой направляющей содержит винтовую направляющую и ограничитель хода. Винтовая направляющая вставлена через отверстие в торцевой стенке цилиндра, надежно прикреплена к цилиндру и содержит резьбовое отверстие, проходящее в продольном направлении через винтовую направляющую. Ограничитель хода имеет резьбовую внешнюю поверхность и ввинчивается в резьбовое отверстие винтовой направляющей.
[0009] В другой предпочтительной форме винтовая направляющая содержит резьбовую внешнюю поверхность, а узел винтовой направляющей дополнительно содержит гайку, навинченную на резьбовую внешнюю поверхность, для  надежного крепления винтовой направляющей к цилиндру.
[0010] В другой предпочтительной форме винтовая направляющая содержит фланец, расположенный в пределах цилиндра и контактирующий с торцевой стенкой цилиндра, и уплотнительное кольцо, расположенное между фланцем винтовой направляющей и цилиндром для обеспечения герметичного уплотнения между винтовой направляющей и цилиндром.
[0011] В другой предпочтительной форме узел винтовой направляющей дополнительно содержит стопорную гайку, навинченную на резьбовую внешнюю поверхность ограничителя хода, чтобы предотвратить перемещение ограничителя хода.
[0012] В другой предпочтительной форме ограничитель хода содержит первый конец и второй конец. Второй конец выполнен с возможностью контактировать с поршневым блоком при максимальной величине хода поршневого блока, а первый конец выполнен с возможностью обеспечения взаимодействия с инструментом для поворота ограничителя хода.
[0013] В соответствии с другим типовым аспектом настоящего изобретения, узел приводного механизма для поршневого приводного механизма содержит блок цилиндра, содержащий цилиндр, который имеет боковую стенку и торцевую стенку, и который устанавливает границы камеры. Поршневой блок расположен в пределах камеры блока цилиндра, а узел винтовой направляющей надежно прикреплен к торцевой стенке блока цилиндра таким образом, что узел винтовой направляющей регулируется для ограничения величины хода поршневого блока.
[0014] В соответствии с другим типовым аспектом настоящего изобретения, регулируемый узел винтовой направляющей для поршневого приводного механизма содержит винтовую направляющую и ограничитель хода. Винтовая направляющая, предназначенная для того, чтобы ее вставляли через цилиндр и надежно прикрепляли к цилиндру поршневого приводного механизма, содержит резьбовое отверстие, проходящее в продольном направлении через винтовую направляющую. Ограничитель хода имеет резьбовую внешнюю поверхность и ввинчивается в резьбовое отверстие винтовой направляющей.
[0015] В соответствии с любым одним или несколькими из вышеприведенных типовых аспектов настоящего изобретения, узел приводного механизма или регулируемый узел винтовой направляющей может дополнительно содержать любую одну или несколько из следующих предпочтительных форм в любой комбинации.
[0016] В одной предпочтительной форме узел винтовой направляющей содержит винтовую направляющую и ограничитель хода. Винтовая направляющая вставлена через отверстие в торцевой стенке цилиндра, надежно прикреплена к цилиндру и имеет резьбовое отверстие, проходящее в продольном направлении через винтовую направляющую. Ограничитель хода имеет резьбовую внешнюю поверхность и ввинчивается в резьбовое отверстие винтовой направляющей.
[0017] В другой предпочтительной форме винтовая направляющая содержит резьбовую внешнюю поверхность, а узел винтовой направляющей дополнительно содержит гайку, навинченную на резьбовую внешнюю поверхность для того, чтобы надежно прикреплять винтовую направляющую к цилиндру.
[0018] В другой предпочтительной форме винтовая направляющая содержит фланец, расположенный в пределах цилиндра и контактирующий с торцевой стенкой цилиндра, и уплотнительное кольцо, расположенное между фланцем винтовой направляющей и цилиндром для обеспечения герметичного уплотнения между винтовой направляющей и цилиндром.
[0019] В другой предпочтительной форме узел винтовой направляющей дополнительно содержит стопорную гайку, навинченную на резьбовую внешнюю поверхность ограничителя хода, чтобы предотвратить перемещение ограничителя хода.
[0020] В другой предпочтительной форме ограничитель хода содержит первый конец и второй конец. Второй конец выполнен с возможностью контактировать с поршневым блоком при максимальной величине хода поршневого блока, а первый конец выполнен с возможностью обеспечения взаимодействия с инструментом для поворота ограничителя хода.
[0021] В соответствии с другим типовым аспектом настоящего изобретения, обеспечивается способ для регулирования хода поршня в поршневом приводном механизме, включающий этапы: вставка винтовой направляющей через отверстие в цилиндре поршневого приводного механизма; надежное прикрепление винтовой направляющей к цилиндру; ввинчивание ограничителя хода в резьбовое отверстие винтовой направляющей; вращение ограничителя хода для того, чтобы установить ограничение величины хода для поршня; и надежное закрепление требуемого положения ограничителя хода.
Краткое описание графических материалов
[0022] Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе примера поршневого приводного механизма с клапаном и контроллером;
[0023] Фиг. 2 представляет собой частичный вид в поперечном разрезе поршневого приводного механизма на Фиг. 1 по линии 2-2 на Фиг. 1;
[0024] Фиг. 3 представляет собой частичный вид в поперечном разрезе поршневого приводного механизма на Фиг. 1 по линии 3-3 на Фиг. 1;
[0025] Фиг. 4 представляет собой вид в увеличенном масштабе части поршневого приводного механизма на Фиг. 2;
[0026] Фиг. 5 представляет собой вид в поперечном разрезе цилиндра поршневого приводного механизма на Фиг. 2;
[0027] Фиг. 6 представляет собой вид в поперечном разрезе винтовой направляющей поршневого приводного механизма на Фиг. 2;
[0028] Фиг. 7 представляет собой вид в увеличенном масштабе части винтовой направляющей на Фиг. 7; и
[0029] Фиг. 8 представляет собой вид сбоку ограничителя хода поршневого приводного механизма на Фиг. 2.
Подробное описание СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0030] В приведенных в данном документе примерах поршневой приводной механизм имеет регулируемый ограничитель хода, который исключает возможную проблему чрезмерной нагрузки резьбы ограничителя хода. Нагрузка, возникающая при контакте ограничителя хода с поршнем, распределяется через цилиндр с помощью винтовой направляющей, расположенной в верхней части цилиндра и изготовленной из стали или другого материала, который имеет большую прочность и/или твердость, чем материал цилиндра. Это позволяет использовать более прочный материал для резьбового соединения и усиливает резьбовое зацепление ограничителя хода. В качестве альтернативы, ограничитель хода может быть ввинчен в резьбовое отверстие, образованное в верхней части цилиндра, однако для этого потребуется, чтобы весь цилиндр был изготовлен из материала с более высокой прочностью, чтобы исключить проблему чрезмерной нагрузки резьбы при контакте ограничителя хода с поршнем.
[0031] Согласно Фиг. 1, показан пример поршневого приводного механизма 10, такого как пневматический поршневой приводной механизм Fisher 1061, который содержит типовой регулируемый узел 100 винтовой направляющей. Также показан поршневой приводной механизм 10, функционально соединенный с клапаном 200, таким как Fisher V500, и контроллером 300, таким как цифровой контроллер клапанов Fisher DVC6200 FIELDVIEW ™.
[0032] Согласно Фиг. 2 и 3, поршневой приводной механизм 10 содержит узел 15 перемещения и узел 70 приводного механизма. В показанном примере узел 15 перемещения представляет собой поворотный узел перемещения, который преобразует линейное перемещение узла 70 приводного механизма во вращательное движение поворотного клапана 200. В качестве альтернативы, при использовании с линейным клапаном, узел 15 перемещения может представлять собой хомут, который соединяет узел 70 приводного механизма с линейным клапаном, который хорошо известен специалистам в данной области техники. В этом примере узел 15 перемещения имеет как правило цилиндрический корпус 20, который с одного конца закрыт крышкой 22, а с противоположного конца - монтажным хомутом 30. Крышка 22 надежно прикреплена к корпусу 20 крепёжными болтами 24 и имеет отверстие 26, в которое вставляется втулка 28, которая принимает и на которую опирается шток 40. На внешней стороне крышки 22 для отслеживания и обеспечения указания положения штока 40 и, следовательно, расчетного положения или величины хода клапана 200, может быть расположен индикатор 27 величины хода.
[0033] Монтажный хомут 30 надежно прикреплен к корпусу 20 крепёжными болтами 32 и также имеет отверстие 34 для того, чтобы позволить штоку 40 проходить сквозь хомут и соединяться с клапаном 200. Вкладыш 35 расположен внутри отверстия 34, чтобы обеспечить опору штоку 40 и позволить штоку 40 вращаться. Монтажный хомут 30 также имеет один или несколько монтажных кронштейнов 36, которые простираются от внешней поверхности и могут использоваться для установки клапана 200 на поршневой приводной механизм 10. Аналогичным образом, контроллер 300 может быть установлен на поршневом приводном механизме 10 через установочную пластину 38 на корпусе 20.
[0034] Шток 40 представляет собой цилиндрическую деталь и имеет гладкую первую часть 42, которая проходит через отверстие 34 в монтажном хомуте 30, и ребристую вторую часть 44, которая надёжно закреплена во втулке 28 в отверстии 26 крышки 22. Рычаг 46 надежно прикреплен ко второй части 44 штока 40 и имеет плечо 48 рычага, который простирается от штока 40 таким образом, что плечо 48 рычага перемещается, когда шток 40 вращается. Шарнир 50 наконечника тяги соединен с возможностью поворота с дальним концом плеча 48 рычага с помощью крепёжного болта 52 и гайки 54.
[0035] Корпус 20 также имеет стенку 56, выступающую со стороны корпуса 20, и фланец 58, выступающий на дальнем конце стенки 56, который используется, чтобы надежно прикреплять корпус 20 к узлу 70 приводного механизма. Стенка 56 также формирует отверстие 60, которое позволяет штоку поршня 94 проходить от узла 70 приводного механизма в корпус 20 и соединяться с шарниром 50 наконечника тяги с помощью стяжной винтовой муфты 62 и шестигранных гаек 64.
[0036] Узел 70 приводного механизма как правило содержит блок 72 цилиндра, поршневой блок 90 и регулируемый узел 100 винтовой направляющей. Блок 72 цилиндра содержит цилиндр 74 и фланец 76 цилиндра, надежно прикрепленный к цилиндру 74 крепёжными болтами 78 для того, чтобы сформировать камеру 84. Уплотнительное кольцо 79 также может быть расположено между цилиндром 74 и фланцем 76 цилиндра, чтобы обеспечить герметичное уплотнение, а закрепленная нижняя частью ограничителя 75 хода (Фиг. 3) может быть образована фланцем или надежно прикреплена к фланцу 76 цилиндра, чтобы ограничить ход вниз поршневого блока 90. Узел 70 приводного механизма надежно прикреплен к корпусу 20 крепёжными болтами 77, которые проходят через отверстия во фланце 58 и ввинчиваются во фланец 76 цилиндра. Упорная шайба 66 и скользящее уплотнение 68 также могут быть расположены между стенкой 56 и фланцем 76 цилиндра для обеспечения герметичного уплотнения между стенкой 56 и фланцем 76 цилиндра. Уплотнительное кольцо 67 также может быть расположено между скользящим уплотнением 68 и фланцем 76 цилиндра. Скользящее уплотнение 68 предоставляет и обеспечивает герметичное уплотнение штоку 94 поршня и может перемещаться в радиальном направлении при радиальном перемещении штока 94 поршня.
[0037] Как лучше всего показано на Фиг. 5, цилиндр 74 имеет, как правило, цилиндрическую боковую стенку 80 и торцевую стенку 82. Отверстие 86 образовано в торцевой стенке 82 и выполнено с возможностью обеспечения монтажа регулируемого узла 100 винтовой направляющей, как более подробно описано ниже. Первое приёмное отверстие 88 флюида образовано в боковой стенке 80 вблизи торцевой стенки 82, а второе приёмное отверстие 89 флюида выполнено в боковой стенке 80 на противоположном конце боковой стенки 80, чтобы обеспечить подачу флюида, такого как сжатый воздух, в камеру 84 для того, чтобы перемещать поршневой блок 90.
[0038] Поршневой блок 90 содержит поршень 92 и шток 94 поршня, который прикреплен к поршню 92 крепёжным болтом 96. Уплотнительное кольцо 98 может быть расположено между поршнем 92 и головкой крепёжного болта 96 для обеспечения герметичного уплотнения. Поршень 92 проходит по камере 84 таким образом, что кромки поршня 92 прилегают к боковой стенке 80 цилиндра 74, что делит полость 84 на первую часть 83 и вторую часть 85. В канавку, образованную на кромке поршня 92, для обеспечения герметичного уплотнения между поршнем 92 и боковой стенкой 80 также может быть помещено уплотнительное кольцо 99. Первый конец штока 94 поршня прилегает к поршню 92 и имеет резьбовое отверстие для приема крепёжного болта 96. Второй конец штока 94 поршня, противоположный первому концу, проходит через скользящее уплотнение 68 и имеет резьбовую часть для функционального соединения штока 94 поршня с рычагом 46 через стяжную винтовую муфту 62 и шестигранные гайки 64.
[0039] Согласно Фиг. 2, 4 и 6-8, регулируемый узел 100 винтовой направляющей, как правило, содержит винтовую направляющую 102, ограничитель 114 хода, гайку 122 и стопорную гайку 124. Винтовая направляющая 102 представляет собой, как правило, цилиндрическую деталь, расположенную в отверстии 86 торцевой стенки 82. На резьбовую внешнюю поверхность 104 накручивается гайка 122, резьбовое отверстие 106 проходит в продольном направлении через винтовую направляющую 102, чтобы принимать ограничитель 114 хода, а фланец 108 на конце винтовой направляющей 102 контактирует с внутренней поверхностью торцевой стенки 82 цилиндра 74. Когда устройство собрано, фланец 108 контактирует с внутренней поверхностью торцевой стенки 82, а гайка 122 навинчивается на резьбовую внешнюю поверхность 104 винтовой направляющей 102, чтобы надежно прикреплять винтовую направляющую 102 к цилиндру 74. В качестве альтернативы, вместо гайки 122, винтовая направляющая 102 может быть надежно прикреплена к цилиндру 74 с помощью пружинного стопорного кольца, фиксатора или любым другим известным способом. Уплотнительное кольцо 112 также может быть расположено в канавке 110, образованной во фланце 108 винтовой направляющей 102 для обеспечения герметичного уплотнения между винтовой направляющей 102 и цилиндром 74. Винтовая направляющая 102 предпочтительно выполнена из стали или другого материала, который является более твердым, чем материал, используемый для цилиндра 74, так что резьба в резьбовом отверстии 106 может выдерживать нагрузки, действующие на нее при контакте поршневого блока 90 с ограничителем 114 хода.
[0040] Ограничитель 114 хода представляет собой, как правило, цилиндрический стержень, имеющий внешнюю поверхность 116, которая выполнена с резьбой для резьбового зацепления с резьбовым отверстием 106 винтовой направляющей 102. Первый конец 118 ограничителя хода приспособлен для вхождения в зацепление с инструментом, который может использоваться для регулировки ограничителя 114 хода путем вращения ограничителя 114 хода в винтовой направляющей 102. Например, первый конец 118 может иметь прорезь или другой вырез для зацепления с отверткой с обычным наконечником или наконечником Филипс, шестигранный вырез для зацепления с универсальным гаечным ключом, шестигранную наружную поверхностью для зацепления с гаечным ключом и т.д. В качестве альтернативы, первый конец 118 может иметь определенную форму или иметь удлинитель или рукоятку, которые позволяют вращать и регулировать ограничитель 114 хода вручную. Второй конец 120 ограничителя хода является, как правило, плоским и выполнен с возможностью контактировать с поршневым блоком 90 для ограничения величины хода поршневого блока в направлении вверх, используя ориентацию, показанную на Фиг. 2. В показанном примере вращение ограничителя 114 хода по часовой стрелке перемещает ограничитель 114 хода вниз и сокращает величину хода поршневого блока 90 вверх, в то время как вращение ограничителя 114 хода против часовой стрелки перемещает ограничитель 114 хода вверх и увеличивает величину хода поршневого блока 90.
[0041] После того, как задано нужное положение ограничителя 114 хода, стопорная гайка 124 также может быть навинчена на внешнюю поверхность 116 ограничителя 114 хода до тех пор, пока она не коснется винтовой направляющей 102, чтобы надежно зафиксировать ограничитель 114 хода и предотвратить перемещение ограничителя 114 хода вследствие контакта с поршневым блоком 90. Кроме того, уплотнительное кольцо 126 может быть расположено между стопорной гайкой 124 и винтовой направляющей 102 для обеспечения герметичного уплотнения между стопорной гайкой 124 и винтовой направляющей 102.
[0042] В процессе эксплуатации контроллер 300 может контролировать положение клапана 200 и, на основании полученного сигнала или команды, регулировать положение клапана 200 за счет подачи флюида, такого как сжатый воздух, в первое приёмное отверстие 88 флюида или второе приёмное отверстие 89 флюида узла 70 приводного механизма. В показанном примере контроллер 300 может подавать сжатый воздух в первое приёмное отверстие 88 флюида или удалять сжатый воздух из второго приёмного отверстия 89 флюида до тех пор, пока давление флюида в первой части 83 полости 84 не станет больше, чем давление флюида во второй части 85 полости 84. Такой перепад давления будет перемещать поршневой блок 90 вниз, используя ориентацию, показанную на Фиг. 2, что, в свою очередь, будет поворачивать рычаг 46 и шток 40, что приведет к перемещению клапана 200 в открытое положение. И наоборот, контроллер 300 может подавать сжатый воздух во второе приёмное отверстие 89 флюида или удалять сжатый воздух из первого приёмного отверстия 88 флюида до тех пор, пока давление флюида во второй части 85 полости 84 не станет больше, чем давление флюида в первой части 83 полости 84. Такой перепад давления будет перемещать поршневой блок 90 вверх, что, в свою очередь, будет поворачивать рычаг 46 и шток 40, что приведет к перемещению клапана 200 в закрытое положение. В качестве альтернативы, в зависимости от конструкции, перемещение поршневого блока 90 вверх может перемещать клапан 200 в закрытое положение, а перемещение поршневого блока 90 вниз может перемещать клапан 200 в открытое положение.
[0043] Для ограничения величины хода поршневого блока 90 вверх также может использоваться регулируемый узел 100 винтовой направляющей. Как только будет определена требуемая максимальная величина хода поршневого блока 90 вверх, ограничитель 114 хода может быть ввинчен в резьбовое отверстие 106 винтовой направляющей 102. Вращение ограничителя 114 хода в одном направлении (например, по часовой стрелке) перемещает ограничитель 114 хода дальше в камеру 84, в то время как вращение ограничителя хода в противоположном направлении (например, против часовой стрелки) будет втягивать ограничитель 114 хода. Следовательно, ограничитель 114 хода можно вращать до тех пор, пока второй конец 120 не окажется на требуемой максимальной величине хода поршневого блока 90 вверх. Затем зажимную гайку 124 можно навинтить на ограничитель 114 хода, пока она не коснется винтовой направляющей 102, чтобы зафиксировать положение ограничителя 114 хода. Когда поршневой блок 90 перемещается вверх и достигает требуемого хода вверх, часть поршневого блока 90, как например крепёжный болт 96, соприкасается с ограничителем 114 хода и препятствует дальнейшему перемещению поршневого блока 90 вверх. В зависимости от конкретного применения, ограничитель 114 хода может быть отрегулирован и сдвинут для обеспечения различной величины хода поршневого блока без необходимости замены цилиндра 74, который обычно имеет фиксированный ограничитель хода вверх. Кроме того, поскольку винтовая направляющая 102 выполнена из более твердого материала, чем цилиндр 74, менее вероятно, что удар от поршневого блока 90, контактирующего с ограничителем 114 хода, деформирует или иным образом повредит резьбу, используемую для управления положением ограничителя 114 хода.
[0044] Хотя различные варианты реализации изобретения были описаны выше, это описание не предназначено для ограничения изобретения. В описанные варианты реализации изобретения могут быть внесены изменения, что по-прежнему будет включаться в объем прилагаемой формулы изобретения.