УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СБОРКА ДЛЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРИВОДА (ВАРИАНТЫ)
ACTUATOR BUSHING HAVING INTEGRAL SEALS (OPTIONS)

[0001] Этот патент относится, в основном, к исполнительным приводам и, в особенности, к изолирующим втулкам исполнительного привода со встроенными уплотнениями.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Распределительные клапаны широко распространены повсюду в системах управления технологическими процессами для контроля расхода и/или давления различных флюидов (например, жидкостей, газов, и т.д.). Сборка распределительного клапана, как правило, содержит корпус клапана, шток и исполнительный привод (например, пневматический привод) для перемещения штока, чтобы задействовать распределительный клапан. Как правило, движение исполнительного привода штока перемещает шток клапана для позиционирования плунжера или элемента управления потоком внутри клапана. В случае мембранного исполнительного привода, входное давление распространяется на камеру исполнительного привода для перемещения мембраны. Шток исполнительного привода, который функционально соединен с мембраной, движется с диафрагмой и вдоль центрального отверстия изолирующей втулки. Изолирующая втулка обеспечивает в исправном состоянии уплотнение между штоком исполнительного привода и упомянутой камерой в то время, как шток скользит внутри изолирующей втулки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Один из примеров описанного устройства содержит изолирующую втулку, имеющую центральное отверстие, чтобы вмещать шток, и кольцевой паз на конце изолирующей втулки. Кольцевой паз окружает отверстие для размещения гибкого кольца для образования уплотнения вокруг штока.
[0004] Другой пример описанного устройства содержит изолирующую втулку, содержащую отверстие для размещения штока, при этом встроенный гибкий элемент, прикреплен к одному концу изолирующей втулки и окружает отверстие и паз вокруг гибкого элемента. Назначение паза состоит в том, чтобы воспринять усилие для отклонения гибкого элемента в направлении штока.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0005] Фиг. 1 иллюстрирует известный мембранный исполнительный привод.
[0006] Фиг. 2 иллюстрирует увеличенный вид поперечного сечения части известной изолирующей втулки и сборки исполнительного привода штока на Фиг. 1.
[0007] Фиг. 3 иллюстрирует вид поперечного сечения примера изолирующей втулки.
[0008] Фиг. 4 иллюстрирует вид поперечного сечения другого примера изолирующей втулки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0009] Упомянутые фигуры приведены не в масштабе. Вместо того, чтобы вносить ясность относительно многочисленных слоев и участков, толщины слоев могут быть на фигурах увеличены. Там, где это возможно, тот же самый номер ссылки будет использоваться по всей фигуре(ам) и сопровождающим их письменным описаниям, относящимся к такой же или подобным деталям. Как используется в данном патенте, констатация, что любая деталь (например, слой, пленка, участок или тарелка) любым образом дислоцированная на (например, дислоцированная на, расположенная на, размещенная на или организованная на и т.д.) другой детали, означает, что деталь, обозначенная позицией, либо находится в соприкосновении с другой деталью, либо деталь, обозначенная позицией, находится над другой деталью, с одной или несколькими промежуточными деталями (деталью), расположенными между ними. Констатация, что любая деталь находится в соприкосновении с другой деталью, означает, что не существует никакой промежуточной детали между упомянутыми двумя деталями.
[0010] Многие известные исполнительные приводы используют изолирующую втулку для направления штока внутри исполнительного привода и отдельное гибкое уплотнение, такое, как уплотнительное кольцо круглого сечения, для обеспечения уплотнения между штоком и внутренней поверхностью изолирующей втулки, по которой скользит шток. Однако, при работе в относительно холодных условиях, уплотнительное кольцо круглого сечения сжимается, и может стать значительно менее гибким. В результате, в таких холодных условиях, уплотнительное кольцо круглого сечения может стать менее эффективным в обеспечении уплотнения. Кроме того, уплотнительные кольца круглого сечения могут быть восприимчивы к постоянной остаточной деформации при сжатии, или могут быть со временем подвержены деградации материалов при относительно высокой температуре окружающей среды.
[0011] Изолирующие втулки из примеров, изложенных в настоящем документе, могут использоваться в качестве направляющей детали и уплотнителя штоков в мембранных исполнительных приводах или любых других устройствах со скользящим штоком или валом. Более конкретно, изолирующие втулки из приведенных примеров устраняют необходимость в отдельном уплотнителе, таком, как уплотнительное кольцо круглого сечения и т.п., тем самым значительно улучшая уплотнение вокруг штока, особенно при работе в довольно холодных условиях или при высокой температуре окружающей среды. Кроме того, сокращение числа деталей может уменьшить сложность конструкции и связанные с этим расходы. В некоторых примерах, изолирующая втулка может быть по сути цельной, и конец изолирующей втулки может иметь паз или желобок для образования встроенной гибкой кольцеобразной структуры вокруг отверстия изолирующей втулки. В частности, паз или желобок могут определить сравнительно тонкий кольцеобразный элемент изолирующей втулки, который может изгибаться в ответ на давление (например, давление жидкости, управляющей исполнительным приводом или другим устройством), чтобы привести гибкие кольца к соприкосновению и осуществить уплотнение вокруг штока со снижением трения по сравнению с уплотнительным кольцом круглого сечения. В целях совершенствования уплотнения, обеспечиваемого изолирующей втулкой, гибкая кольцеобразная структура может быть конической, так что внутренняя поверхность гибкой кольцеобразной структуры осуществляет контакт по кромке вокруг наружной поверхности штока.
[0012] В некоторых примерах упомянутый паз изолирующей втулки может содержать пружину или иной, оказывающий давление, элемент, побуждающий гибкую кольцеобразную структуру к взаимодействию со штоком. Подобная пружина может быть использована в дополнение к или вместо находящейся под давлением жидкости для создания достаточной уплотняющей силы между гибкой кольцеобразной структурой и штоком. В некоторых примерах, изолирующая втулка может дополнительно содержать приподнятый кольцевой элемент на наружной поверхности изолирующей втулки для образования уплотнения вокруг отверстия, в которое изолирующая втулка запрессована. Например, приподнятый кольцевой элемент может быть сформирован заодно с телом изолирующей втулки, и может быть такого размера, чтобы обеспечить посадку с натягом в отверстие (например, отверстие в хомуте исполнительного привода), в которое изолирующая втулка запрессована.
[0013] Прежде чем описывать, например, упомянутые выше изолирующие втулки, ниже приводится краткое описание известного уплотнительного устройства в связи с Фиг. 1 и 2. Обратимся к Фиг. 1, где проиллюстрирован вид поперечного сечения мембранного исполнительного привода 100. Упомянутый исполнительный привод 100 содержит верхнюю крышку корпуса 102, прикрепленную к нижней крышке корпуса 104 с использованием некоторого количества крепежных деталей 108, 110, расположенных традиционным способом с промежутками вдоль наружного края корпуса 102 и 104. Мембрана 112 захватывается между крышками корпуса 102 и 104 и разделяет пространство внутри крышек корпуса 102 и 104 на камеру управляющего избыточного давления 114 и камеру атмосферного давления 116. Впускное отверстие 117 доставляет жидкость под давлением в камеру управляющего избыточного давления 114. Верхняя тарелка мембраны 118 и нижняя тарелка мембраны 120 присоединяют мембрану 112 к штоку исполнительного привода 122 крепежной деталью 124. Хомут 125 присоединяется к нижней крышке корпуса 104 с помощью некоторого количества крепежных деталей 126, 128. Пружина 130 удерживается между нижним упором пружины 132 и верхним упором пружины 133. Шток исполнительного привода 122 присоединяется к нижнему упору пружины 132 через пружинный регулятор 134 и, как это более подробно обсуждается в связи с Фиг. 2, уплотняется для предотвращения утечки из камеры управляющего избыточного давления 114 через уплотнительную сборку 150.
[0014] Фиг. 2 иллюстрирует вид увеличенного поперечного сечения уплотняющей сборки 150 мембранного исполнительного привода 100 на Фиг. 1. Как изображено на Фиг. 2, изолирующая втулка 200 остается внутри отверстия 201 от хомута 125 с помощью пружинного стопорного кольца 202. Шток исполнительного привода 122 ограничен в скольжении центральным отверстием 204 в изолирующей втулке 200. В то время как шток исполнительного привода 122 движется вдоль оси центрального отверстия 204, смазанные уплотнительные кольца круглого сечения 206, 208, удерживаемые в соответствующих кольцевых углублениях 210, 212 изолирующей втулки 200, сдавливаются и обеспечивают уплотнение вокруг штока исполнительного привода 122. Кроме того, изолирующая втулка 200 обеспечивает уплотнение вокруг хомута 125 путем сжатия другого уплотнительного кольца круглого сечения 214, удерживаемого в другом кольцевом углублении 216 изолирующей втулки 200.
[0015] Фиг. 3 иллюстрирует вид поперечного сечения примера изолирующей втулки 300, который устраняет необходимость в использовании отдельных уплотнителей, таких как уплотнительные кольца круглого сечения, приведенных в известной уплотняющей сборке 150, изображенной на Фиг. 1 и 2. Со ссылкой на Фиг. 3, указанная изолирующая втулка 300 содержит центральное отверстие 302 для размещения штока исполнительного привода 122, который ограничен в скольжении вдоль оси центрального отверстия изолирующей втулки 302. Указанная изолирующая втулка 300 удерживается в хомуте 125 на поверхностях 304, 306 и 307. Верхняя поверхность 308 изолирующей втулки 300 удерживается с помощью пружинного стопорного кольца 202.
[0016] Изолирующая втулка 300 также содержит кольцевой паз 310 на одном конце для размещения гибкого кольца 312 вокруг отверстия 302 и формирования уплотнения вокруг штока исполнительного привода 122. Кольцевой паз 310 может вместить оказывающие давление элементы и/или силы, такие, как жидкость под давлением, чтобы отклонить гибкие кольца 312 в направлении штока исполнительного привода 122. Это отклонение способствует созданию участка уплотнения 313, который в этом примере является неотъемлемой частью изолирующей втулки 300, чтобы с уплотнением задействовать шток исполнительного привода 122 и, тем самым по существу, устранить утечку между изолирующей втулкой 300 и штоком исполнительного привода 122. Гибкое кольцо 312 может иметь конусность 314, как проиллюстрировано на Фиг. 3 так, что уплотнительная часть 313 гибкого кольца 312 создает контакт по кромке со штоком исполнительного привода 122. Гибкое кольцо 312 может также содержать дополнительный рельефный уступ 316 для повышения гибкости гибкого кольца 312. В некоторых примерах, как, например, при использовании мембранного исполнительного привода, входное давление, приложенное к впускному отверстию 117 для смещения мембраны, может также использоваться одновременно с этим для смещения гибкого кольца 312 с образованием (или содействием формированию) уплотнения между штоком исполнительного привода 122 и участком уплотнения 313 гибкого кольца 312 во время работы исполнительного привода 100.
[0017] Упомянутая уплотнительная втулка 300 также обеспечивает уплотнение вокруг хомута 125. В одном примере, приподнятый кольцевой элемент 318 может быть предусмотрен для уплотнения вокруг отверстия 201 в хомуте 125 посредством посадки с натягом. В другом примере, глубина кольцевого паза 310 может быть увеличена, чтобы кольцевой паз 310 был размещен в непосредственной близости от приподнятого кольцевого элемента 318, для приложения дополнительной уплотняющей силы в случае применения жидкости под давлением или другого оказывающего давление элемента в кольцевом пазе 310. Упомянутая изолирующая втулка 300 может быть изготовлена из многих материалов, включая, но не ограничиваясь, металл, пластик или любой другой соответствующий материал.
[0018] Фиг.4 иллюстрирует вид поперечного сечения другого примера изолирующей втулки 400. Как изображено на Фиг. 4, упомянутая изолирующая втулка 400 имеет центральное отверстие 402 для размещения штока исполнительного привода 122 и кольцевой паз 404, окружающий центральное отверстие 402, для размещения гибкого кольца 406. Кольцевой паз 404 вмещает пружину 408, которая остается в углублении 410. Пружина 408 подогнана по величине так, чтобы направить усилие упомянутого гибкого кольца 406 внутрь к штоку исполнительного привода 122 с силой, достаточной, чтобы сформировать уплотнение между гибким кольцом 406 и штоком исполнительного привода 122 Упомянутая пружина 408 может быть любой из подходящего вида пружин, в том числе, но не ограничиваясь: катушечной пружиной или пружиной чашечного типа. В противном случае, пружина 408 может быть заменена на уплотнительное кольцо круглого сечения. Пример, приведенный на Фиг. 4, изображает наружное кольцевое углубление 412 на наружной поверхности 414 для удержания уплотнительного кольца круглого сечения между внешней поверхностью 414 и хомутом 125. Впрочем, вместо этого могут использоваться другие методы уплотнения, в том числе пример приподнятого кольцевого элемента 318, описанного в связи с примером изолирующей втулки 300 на Фиг. 3.
[0019] Как отмечалось выше, упомянутая пружина 408 удерживается углублением 410 в кольцевом пазе 404 таким образом, что побуждает пружину 408 растягиваться и, следовательно, сохраняет пружину 408 в натяжении. Сила натяжения пружины 408 вытесняет гибкое кольцо 406 в направлении штока исполнительного привода 122 для форсирования уплотняющего элемента 416, который в данном примере составляет неотъемлемую часть изолирующей втулки 400, вокруг штока исполнительного привода 122, и, тем самым, существенно исключая утечку между изолирующей втулкой 400 и штоком исполнительного привода 122, когда шток исполнительного привода 122 скользит вдоль центрального отверстия 402. В одном примере, упомянутое гибкое кольцо 406 также может иметь конусность 418 для размещения уплотнительной части 416 для осуществления контакта по кромке со штоком исполнительного привода 122. В другом примере, гибкое кольцо 406 может также содержать рельефный уступ 420 для повышения гибкости гибкого кольца 406.
[0020] Хотя некоторые примеры устройства были описаны в настоящем документе, сфера охвата этого патента не ограничивается только ними. Напротив, этот патент охватывает все способы, устройства и изделия производства, вполне попадающие в объем измененной формулы, либо буквально, либо в рамках доктрины эквивалентов.