用于旋轉(zhuǎn)閥的閥致動器的制造方法
【專利摘要】用于旋轉(zhuǎn)閥的閥致動器包括活塞和殼體組件，其中所述活塞沿所述殼體的孔的軸向移動使得致動器桿圍繞所述孔的軸線纏繞或旋轉(zhuǎn)。所述致動器桿的旋轉(zhuǎn)運動在一些設(shè)置中由所述活塞沿螺旋狀殼體壁的軸向旋轉(zhuǎn)和/或由接合通過所述活塞的中心孔的所述致動器桿的大致螺旋形狀的軸向旋轉(zhuǎn)來引起。
【專利說明】用于旋轉(zhuǎn)閥的閥致動器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及閥組件和用于旋轉(zhuǎn)閥的閥致動器。
【背景技術(shù)】
[0002]大多數(shù)閥可被歸類于兩種主要常規(guī)類型:線性閥和旋轉(zhuǎn)閥。線性閥具有流動控制部件，該流動控制部件可通過沿著線性通路移動閥軸來打開和閉合，由此在閥體內(nèi)來回移動流動控制部件。旋轉(zhuǎn)閥具有閥軸，其連接到流動控制部件，通過在閥體內(nèi)旋轉(zhuǎn)所述流動控制部件來打開和閉合所述流動控制部件。
[0003]許多閥致動器具有產(chǎn)生直線或軸向運動的驅(qū)動裝置。這些驅(qū)動裝置的典型示例包括液壓或氣動活塞、隔膜致動器和波紋管。因此，為了使用具有直線驅(qū)動裝置的致動器來致動旋轉(zhuǎn)閥，通常包括將致動器的軸向運動轉(zhuǎn)換成打開和閉合所述流動控制部件所需的旋轉(zhuǎn)運動的聯(lián)動裝置。
[0004]如圖1中示意性所示，一個常見的已知的示例性閥致動器是彈簧和隔膜氣動致動器。閥致動器10包括致動器殼體12，其被柔性隔膜組件18分成兩個隔間14、16。剛性的隔膜板20被連接到柔性隔膜和致動器桿22，彈簧24沿著第一方向偏置隔膜板?？諝庀鄬τ趶椈?4選擇地注入隔間14，以沿著與第一方向相反的第二方向軸向移動隔膜18和致動器桿22。為了將致動器桿22的軸向運動轉(zhuǎn)換成打開或閉合旋轉(zhuǎn)閥28的流動控制部件26所需的旋轉(zhuǎn)運動，杠桿聯(lián)動裝置30將閥軸32連接到致動器桿22。杠桿聯(lián)動裝置30將致動器桿22的軸向移動轉(zhuǎn)換成所需的閥軸32的旋轉(zhuǎn)運動。
[0005]如圖2中示意性所示，另一常見的已知的示例性閥致動器40具有位于致動器驅(qū)動裝置(未示出)和閥軸32之間的齒條-齒輪聯(lián)動裝置。由已知的驅(qū)動裝置產(chǎn)生的軸向運動通過齒條42經(jīng)過齒輪44的移動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動，來打開和閉合流動控制部件26。
[0006]盡管上面描述的各個已知的閥致動器10、40能夠打開和閉合旋轉(zhuǎn)閥，但是致動器的殼體通常體積大和/或需要靠近閥的較大空間。然而，在大多的工業(yè)設(shè)置中，例如精煉廠、發(fā)電廠或化工加工廠等，空間是極其有限的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)一個示例性的方面，閥組件包括具有流動控制部件和閥軸的旋轉(zhuǎn)閥，所述流動控制部件和所述閥軸被設(shè)置成使得所述閥軸的旋轉(zhuǎn)打開和/或閉合所述流動控制部件。閥致動器被設(shè)置成旋轉(zhuǎn)所述閥軸。所述閥致動器包括殼體和活塞，所述殼體具有限定穿過所述殼體的孔的內(nèi)殼體壁，所述活塞可滑動地接合所述內(nèi)殼體壁并設(shè)置在所述孔內(nèi)。所述孔具有第一軸線。所述活塞能夠沿著所述第一軸線在第一位置和第二位置之間滑動。所述內(nèi)殼體壁被設(shè)置成在所述活塞沿著所述孔的第一軸線在所述第一位置和所述第二位置之間滑動時控制所述活塞的旋轉(zhuǎn)運動。限定第二軸線的致動器桿被設(shè)置在所述孔內(nèi)。所述致動器桿延伸穿過所述活塞并被耦接到所述閥軸。所述活塞沿所述第一軸線在所述第一位置和所述第二位置之間的軸向移動促使所述致動器桿旋轉(zhuǎn)并打開和/或閉合所述流動控制部件。
[0008]根據(jù)另一個示例性方面，閥致動器包括氣缸，所述氣缸具有限定穿過所述氣缸的孔的內(nèi)殼體壁。所述孔限定第一縱向軸線?？苫瑒拥亟雍纤鰞?nèi)殼體壁的活塞設(shè)置在所述孔內(nèi)。所述活塞能夠沿著所述第一縱向軸線在第一位置和第二位置之間滑動。所述內(nèi)殼體壁被設(shè)置成在所述活塞沿著所述第一縱向軸線在所述第一位置和所述第二位置之間滑動時控制所述活塞的旋轉(zhuǎn)運動。致動器桿被設(shè)置在所述孔內(nèi)。所述致動器桿具有第二縱向軸線。所述致動器桿延伸穿過所述活塞并被設(shè)置成耦接到旋轉(zhuǎn)閥的閥軸。所述活塞被設(shè)置成沿著所述致動器桿在所述第一位置和所述第二位置之間滑動。所述活塞沿著所述孔在所述第一位置和所述第二位置之間的軸向移動促使所述致動器桿圍繞所述第二縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
[0009]根據(jù)另一個示例性方面，公開了一種打開和/或閉合旋轉(zhuǎn)閥的流動控制部件的方法。所述旋轉(zhuǎn)閥具有流動控制部件和閥軸，所述流動控制部件和所述閥軸被設(shè)置成使得具有閥致動器的所述閥軸的旋轉(zhuǎn)打開和/或閉合所述流動控制部件。所述閥致動器包括殼體、活塞和致動器桿，所述殼體形成圍繞軸線的孔，所述孔具有非圓形的軸向橫截面周邊，所述活塞與所述孔互補并被設(shè)置在所述孔內(nèi)，所述活塞沿著所述孔的所述軸線從第一位置平移到第二位置，所述致動器桿設(shè)置在所述孔內(nèi)并延伸穿過所述活塞，所述致動器桿可操作地耦接到所述閥軸。所述孔和所述致動器桿中的至少一個具有螺旋形狀，其被設(shè)置成促使所述致動器桿響應(yīng)于所述活塞沿著所述軸線的軸向移動而旋轉(zhuǎn)。所述方法包括步驟:沿著所述軸線在第一方向上推動所述活塞，響應(yīng)于所述活塞在所述第一方向上的移動來在第一角度方向上旋轉(zhuǎn)所述致動器桿和所述閥軸，響應(yīng)于所述閥軸在所述第一角度方向上的旋轉(zhuǎn)來打開所述流動控制部件，沿著所述軸線在與所述第一方向相反的第二方向上推動所述活塞，響應(yīng)于所述活塞在所述第二方向上的運動來在第二角度方向上旋轉(zhuǎn)所述致動器桿和所述閥軸，以及響應(yīng)于所述閥軸在所述第二角度方向上的旋轉(zhuǎn)來閉合所述流動控制部件。
[0010]根據(jù)前述一個或多個示例性方面，閥組件、閥致動器和/或方法還可選擇性地包括一個或多個下面的優(yōu)選形式。
[0011]在一些優(yōu)選的形式中，所述孔可具有管狀。所述活塞可沿著所述第一縱向軸線平移而不旋轉(zhuǎn)。當所述活塞沿著所述第一縱向軸線平移時，所述致動器桿可關(guān)于所述活塞旋轉(zhuǎn)。所述致動器桿可具有螺旋形狀。所述致動器桿可延伸穿過所述活塞上的開口，所述開口具有在所述活塞的第一側(cè)上的第一徑向角度位置和在所述活塞的第二側(cè)上的第二徑向角度位置。當所述活塞在所述第一位置和所述第二位置之間滑動時，所述開口可旋轉(zhuǎn)所述桿。
[0012]在一些優(yōu)選的形式中，管狀孔可在正交于所述第一縱向軸線的平面內(nèi)具有非圓形的外周邊。所述孔的外周邊可具有三個角部并可大致呈三角形。在其它優(yōu)選的形式中，所述孔的外周邊可具有四個角部，并可大致呈矩形或方形。所述活塞可具有大致三角形、矩形或方形的環(huán)邊緣，其與所述管狀孔的所述外周邊互補。
[0013]在一些優(yōu)選的形式中，所述致動器桿可具有非圓形的桿橫截面。所述活塞的開口可以成形為與所述桿橫截面互補。所述開口可以在所述活塞的第一側(cè)上相對于所述第二縱向軸線在第一角度定向上對準。所述開口可在所述活塞的第二側(cè)上相對于所述第二縱向軸線在第二角度定向上對準。
[0014]在一些優(yōu)選的形式中，所述孔可具有螺旋形狀。所述活塞可沿著所述縱向軸線平移和旋轉(zhuǎn)。當所述活塞沿著所述致動器桿移動使得所述桿隨著所述活塞旋轉(zhuǎn)時，所述致動器桿關(guān)于所述活塞可旋轉(zhuǎn)地固定。所述內(nèi)殼體壁可具有非圓形的軸向橫截面內(nèi)周邊，其被成形為限定所述孔沿著所述縱向軸線的螺旋形狀。
[0015]在一些優(yōu)選的形式中，所述活塞將所述孔分成在所述活塞的第一側(cè)上的第一腔室和在與第一側(cè)相對的所述活塞的第二側(cè)上的第二腔室。當所述活塞沿著行程移動時，所述第一腔室和第二腔室中的每一個都被封閉并且改變體積。第一流體端口可敞開到所述第一腔室。第二流體端口可敞開到所述第二腔室。所述流體端口可被設(shè)置成可操作地連接到至少一個壓縮氣體源，以選擇性地將氣體注入所述第一腔室和/或所述第二腔室，從而選擇性地沿著所述致動器桿在相反的方向上移動所述活塞。彈簧可設(shè)置在所述第二腔室內(nèi)。所述彈簧可被設(shè)置成朝著所述第一腔室推動所述活塞，以及所述第一流體端口可操作地耦接到壓縮氣體源，以將氣體注入所述第一腔室中來朝著所述第二腔室移動所述活塞。
[0016]通過閱讀下面的詳細描述，其它方面和形式將變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)閥和閥致動器的剖視圖；
[0018]圖2是另一現(xiàn)有技術(shù)的用于旋轉(zhuǎn)閥的閥致動器的剖視圖；
[0019]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些方面的具有閥致動器的旋轉(zhuǎn)閥的局部立體剖視圖；
[0020]圖4是沿著圖3的線4-4的根據(jù)本發(fā)明的原理的閥和閥致動器的局部橫截面的側(cè)視圖；
[0021]圖5是圖3的閥致動器的分解組裝圖；
[0022]圖6是根據(jù)本發(fā)明的其它方面的另一閥致動器和旋轉(zhuǎn)閥的局部橫截面的側(cè)視圖；以及
[0023]圖7A-7B示出了圖6的閥致動器沿線7_7的局部剖視圖，活塞在圖7A中處于第一位置，在圖7B中處于第二位置。
【具體實施方式】
[0024]現(xiàn)在參見圖3-5，閥組件50包括旋轉(zhuǎn)閥52和閥致動器54，閥致動器54可操作地耦接到旋轉(zhuǎn)閥并被設(shè)置成在打開位置和閉合位置之間旋轉(zhuǎn)所述閥。旋轉(zhuǎn)閥52包括設(shè)置在閥體58中的流動控制裝置56，例如閥盤、閥球等，其以本領(lǐng)域內(nèi)熟知的方式限定在閥入口和閥出口之間的流動通道。閥軸60連接到流動控制裝置56并穿過適當?shù)拈y填料、閥蓋等向上延伸出閥體58。(所有的方向修飾語，例如上、下、左、右等都用來便于參照附圖理解，并非用來限制本公開的范圍)。閥軸60是細長軸的形式，例如直桿，其具有軸線、連接到流動控制裝置56的第一端和延伸出閥填料的第二端。因此，在閥體58中的流動通道可通過圍繞閥軸60的軸線沿第一方向(例如，順時針)旋轉(zhuǎn)閥軸60和流動控制裝置56來打開，并且流動通道可通過圍繞所述軸線沿相反的方向?qū)㈤y軸60和流動控制裝置56通常旋轉(zhuǎn)90°來閉合，這在本領(lǐng)域內(nèi)是已知的。
[0025]閥致動器54包括活塞70，活塞70設(shè)置在致動器殼體74的孔72中，并被設(shè)置成沿軸向方向穿過所述孔上下平移滑動。閥致動器54被設(shè)置成將活塞70的線性軸向運動轉(zhuǎn)換成閥軸60的旋轉(zhuǎn)運動。螺旋狀致動器桿76沿著孔72的軸線78延伸并穿過通過活塞70的中心布置的開口 80。螺旋狀致動器桿76以足以允許致動器桿旋轉(zhuǎn)的任何已知的方式耦接到閥軸60，來旋轉(zhuǎn)閥軸60和/或打開和/或閉合流動控制裝置56。優(yōu)選地，螺旋狀致動器桿76的軸線79與孔的軸線78對準和/或同軸。活塞70還被設(shè)置成沿著孔72滑動的同時沿著螺旋狀致動器桿76上下軸向滑動。優(yōu)選地，活塞70、孔72和螺旋狀致動器桿76被設(shè)置成使得活塞70沿孔72的軸向移動促使螺旋狀致動器桿76圍繞軸線79和/或軸線78旋轉(zhuǎn)，并由此打開和/或閉合流動控制裝置56。
[0026]致動器殼體74具有限定孔72的殼體壁82。殼體壁82和孔72以足以控制活塞70的軸向旋轉(zhuǎn)的任何方式成形，以根據(jù)需要在活塞70沿著軸線78和/或79平移時或者旋轉(zhuǎn)或者不旋轉(zhuǎn)。在一優(yōu)選的設(shè)置中，孔72具有非圓形的橫截面84。在圖3-5所示的實施例中，殼體壁82限定了細長的方形或矩形的管狀孔；但是，根據(jù)本公開的原理，也可使用其它的非圓形孔，例如，三角形、橢圓形、月形、三葉草形、星形等，只要殼體壁82能夠控制活塞70圍繞軸線78和/或79的旋轉(zhuǎn)運動，這將在下面進行更詳細地描述。
[0027]活塞70具有與孔72的橫截面形狀互補的外圍邊緣86。在所示的設(shè)置中，活塞70具有矩形的外圍邊緣86，使得活塞70完全橫穿孔72，外圍邊緣86密封接合殼體壁82的整個內(nèi)橫截面周邊。
[0028]如圖5中最佳所示，活塞70在一個實施例中包括密封接合殼體壁82的外密封件90、限定開口 80并密封圍繞致動器桿76的內(nèi)密封件92、收容內(nèi)密封件92和外密封件90的芯部94、以及連接到活塞芯部并將外密封件90和內(nèi)密封件92保持在活塞芯部94上適當位置處的蓋板96。外密封件90形成活塞70和殼體壁82之間的流體密封，以控制下面描述的上腔室120和/或下腔室122中的壓強。外密封件90圍繞活塞的外圍邊緣86。外密封件90可以是例如0形環(huán)，并選擇性地具有扁平條或帶的形式。蓋板96限定活塞的第一側(cè)98，活塞芯部94限定與第一側(cè)相對的活塞的第二側(cè)100，外密封件90和內(nèi)密封件92被夾持在兩側(cè)之間，例如通過夾緊或機械緊固件。出于下面解釋的原因，開口 80優(yōu)選限定延伸穿過活塞70并包括沿著軸線78和/或79纏繞的螺旋形狀的孔，使得開口 80具有相對于穿過活塞的第一側(cè)98的軸線79的第一徑向角度對準和相對于穿過活塞的第二側(cè)100的軸線79的第二徑向角度對準，其中，第二徑向角度對準在垂直于軸線79的平面內(nèi)有角度地偏離第一徑向角度對準。優(yōu)選地，開口 80是細長槽的形式，例如，矩形槽，其具有從第一側(cè)98到第二側(cè)100大約1°?15°的螺旋扭角。蓋板96可通過任何方便的裝置連接到活塞芯部94，例如，通過螺釘、螺栓、焊接、粘水等。
[0029]螺旋狀致動器桿76具有沿著軸線78扭曲的形狀，優(yōu)選是盤旋形狀。在所示設(shè)置中，螺旋狀致動器桿76是矩形桿的形式，包括具有寬度、厚度和沿著軸線78的長度的矩形軸向橫截面，其中桿的矩形橫截面沿著其長度在桿相對的上端和下端之間扭曲大約90°，由此形成盤旋形或螺旋形。優(yōu)選是圓柱形部分的凸柱102、104從螺旋狀致動器桿76的相對兩端突出。凸柱102可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在覆蓋致動器殼體74的頂端的上板106的軸向孔105a中，凸柱104可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在布置于致動器殼體74的底端處的下板108的軸向孔105b中。如果需要，為了便于致動器桿76圍繞軸線78的順暢旋轉(zhuǎn)，軸襯和/或軸承可由凸柱102、104支撐和/或支撐在軸向孔105a、105b中。凸柱102、104與致動器桿76的軸線79對準，并優(yōu)選與孔72的軸線78對準。凸柱104優(yōu)選包括用來直接連接到閥軸60的連接器，例如，方形插座110 (如圖4中最佳所示)，其收容閥軸60的方形末端，使得閥軸60通過螺旋狀致動器桿76的旋轉(zhuǎn)來旋轉(zhuǎn)。然而，螺旋狀致動器桿76可通過其它和/或附加的連接器可操作地連接到閥軸60。
[0030]上板106和下板108完全覆蓋孔72的上端和下端，優(yōu)選在其上形成壓力密封。上板106和下板108可以與殼體壁82 —體形成，或者通過諸如螺栓等緊固件、焊接和/或粘合劑可移除地連接到殼體壁82。
[0031]活塞70將孔72分成上腔室120和下腔室122。當活塞70沿著軸線78根據(jù)其行程順著螺旋狀致動器桿76滑動時，各個腔室120、122改變體積并優(yōu)選基本密封來允許流體壓強積累并作用于活塞70上。上腔室120鄰近活塞的第一側(cè)98并由第一側(cè)98部分限定，下腔室122鄰近活塞的第二側(cè)100并由第二側(cè)100部分限定。當活塞70向上移動到鄰近上板106的第一位置時,上腔室120的體積減小，而下腔室122的體積增加。當活塞70向下移動到鄰近下板108的第二位置時，下腔室122的體積減小，而上腔室120的體積增加。
[0032]為了促使活塞70沿軸線78的向上和/或向下運動，流體端口 124與上腔室120流體連通，例如穿過上板106，并且流體端口 126與下腔室122流體連通，例如穿過殼體壁82。各個流體端口 124、126可操作地連接到壓縮供給管道128a、128b，例如由現(xiàn)場裝置提供的氣動供給管道，該現(xiàn)場裝置可以是例如愛荷華州費希爾控制設(shè)備國際有限公司(FisherControls International LLC of Marshalltown, 1wa)提供的FIELDVUE?數(shù)字閥控制器(未示出)。供給管道128a、128b將例如壓縮氣體等壓縮流體驅(qū)動到各個上腔室120和下腔室122。為了將活塞70向上移動到第一位置，供給管道128b將壓縮流體注入下腔室122，而上腔室120中的流體通過流體端口 124排出，由此迫使活塞70朝著上板106向上移動。為了將活塞70向下移動到鄰近下板108的第二位置，供給管道128a將壓縮流體通過流體端口 124注入上腔室120，而流體同時排出流體端口 126，由此迫使活塞70朝著下板108向下移動。
[0033]彈簧130被選擇性地用來沿至少一個方向，例如，如圖4所示，朝著上板106偏置活塞70。彈簧130優(yōu)選設(shè)置在孔72內(nèi)，例如，在下腔室122中，并壓靠活塞70和相對的氣缸頭部，例如，下板108。在其它設(shè)置中，彈簧130被設(shè)置來提供收縮力，而不是壓縮力。根據(jù)本公開的一般原理也可使用彈簧130的其它偏置設(shè)置。
[0034]當活塞70按照其滑動行程沿著孔72的軸線78平移時，由于開口 80和螺旋狀致動器桿76的螺旋形狀之間的接合，螺旋狀致動器桿76被驅(qū)使來圍繞軸線78和/或79旋轉(zhuǎn)。當活塞70朝著下板106移動時，螺旋狀致動器桿76、閥桿60以及流動控制裝置56將全部沿第一方向旋轉(zhuǎn)，當活塞70沿著孔72的軸線78按照其行程朝著氣缸頭部108移動或滑動時，螺旋狀致動器桿76、閥桿60以及流動控制裝置56將沿著相反的方向旋轉(zhuǎn)。因此，閥致動器54將致動器的線性運動(活塞70沿致動器殼體74的行程的形式)轉(zhuǎn)換成打開和/或閉合流動控制裝置56所需的旋轉(zhuǎn)運動，而不需要現(xiàn)有技術(shù)中的杠桿聯(lián)動裝置或齒輪聯(lián)動裝置，并能夠因此節(jié)省寶貴的空間。
[0035]現(xiàn)在參見圖6-7B，示出了結(jié)合本公開的其它原理的另一閥組件150。閥組件150包括可操作地耦接到閥致動器154的旋轉(zhuǎn)閥152，其中閥致動器154被設(shè)置來打開和閉合旋轉(zhuǎn)閥152。旋轉(zhuǎn)閥152包括流動控制裝置156，例如，閥盤或閥球，以及連接到流動控制裝置156并向上延伸穿過閥填料158的閥軸157。旋轉(zhuǎn)閥152還包括閥體160，閥體160限定在入口 164和出口 166之間延伸的流動通道162，其中，流動控制裝置156橫越流動通道162設(shè)置，并通過在流動通道162中的旋轉(zhuǎn)來打開和/或閉合。在一個設(shè)置中，閥152與閥52基本相同。
[0036]閥致動器154直接位于閥填料158和閥軸157的上方。閥致動器154包括布置在殼體172中的活塞170，殼體172通過法蘭174連接到閥填料158，法蘭174連接到殼體172的底部并通過例如螺栓等緊固件176連接到閥填料。閥致動器154被設(shè)置成將活塞170的線性軸向運動轉(zhuǎn)換成閥軸157的旋轉(zhuǎn)運動。殼體172還包括環(huán)形壁形式的殼體壁178，其沿著軸線180從法蘭174向上延伸到覆蓋殼體壁178的頂端的上殼體板182。殼體壁178限定與軸線180同軸對準的孔184，其中活塞170在孔184中沿著軸線180上下平移滑動一行程長度，該行程長度在鄰近氣缸頭部182的頂部位置和鄰近法蘭174的底部位置或橫越殼體壁178的底端設(shè)置的可選的下殼體板186之間。
[0037]與閥致動器54相似，活塞170將孔184分成上腔室190和下腔室192，其中活塞的第一側(cè)194朝向上腔室190和上殼體板182，活塞的第二側(cè)196朝向下腔室192和下殼體板186。當活塞170在行程中在孔內(nèi)朝著氣缸頭部182或氣缸頭部186移動時，上腔室190和下腔室192的每一個的體積都改變。在優(yōu)選的設(shè)置中，活塞170包括密封接合殼體壁178的外密封件和密封接合致動器桿200的內(nèi)密封件，致動器桿200沿著軸線180在孔184中延伸，外密封件和內(nèi)密封件夾持在蓋板和活塞芯部之間，所有這些與前面描述的活塞70基本相似。
[0038]致動器桿200被設(shè)置成隨著活塞170在孔184中沿著其行程移動(例如，沿著軸線180向上和/或向下)時圍繞軸線180旋轉(zhuǎn)。如圖7A-7B中最佳所示，孔184具有非圓形的軸向橫截面形狀，即，在垂直于軸線180的橫截面中的形狀，例如，具有大致三角形的外周邊202，其具有三個圓角或尖角204a、204b和204c，如圖中所示，或者任何其它非圓形的外圓周，例如，如上所述的?；钊?70具有與孔184的外周邊202互補的外圍邊緣206，并優(yōu)選圍繞活塞170的整個周邊在活塞170和殼體壁178之間形成流體密封。但是，與閥致動器54不同，殼體壁178加有來復線(rifled)，角部204a、204b、204c以及外周邊202的整個橫截面形狀在氣缸頭部182和氣缸頭部186之間沿著殼體壁178的長度圍繞軸線180纏繞，由此形成螺旋狀的孔184，例如，盤旋狀。在這種設(shè)置中，角部204a-c形成沿著殼體壁178的徑向內(nèi)表面延伸的螺旋狀凹槽。該凹槽還可具有斜角飛行(angled flight)的形式。該螺旋狀優(yōu)選在殼體壁178的相對兩端之間圍繞軸線180擺動大約90°角。因此，當活塞170在孔184中沿著軸線180向上或向下移動時，活塞170還沿著殼體壁178的螺旋形狀圍繞軸線180旋轉(zhuǎn)。
[0039]致動器桿200具有非圓形的軸向橫截面形狀，例如，如圖中所示的三角形，活塞170具有穿過內(nèi)密封件的中心部分的開口 210，例如，三角形，其與致動器桿200的橫截面形狀互補。活塞170被設(shè)置成沿著致動器桿200軸向滑動。因此，當活塞170在孔184中向上或向下軸向移動并圍繞軸線180旋轉(zhuǎn)時，活塞170還圍繞軸線180旋轉(zhuǎn)致動器桿200。在一種設(shè)置中，致動器桿200的底端可操作地耦接到閥軸157，例如，通過這里前面描述的插頭和插座連接或者任何其它合適的連接器，使得致動器桿200的旋轉(zhuǎn)還旋轉(zhuǎn)閥軸157并因此在打開位置和閉合位置之間旋轉(zhuǎn)流動控制裝置156。例如，如圖7A中所示，在鄰近氣缸頭部182的行程頂端，活塞170處于相對于軸線180的第一角度位置，在行程底端，如圖7B所示，活塞處于相對于軸線180的第二角度位置，優(yōu)選從第一角度位置旋轉(zhuǎn)90°。[0040]活塞170可在孔184中以任何足夠的方式軸向來回推進，例如，通過氣動或液壓壓力或彈簧。在圖6的設(shè)置中，閥致動器154被設(shè)置成由壓縮流體來致動，例如，由施加到上腔室190或下腔室192的氣動壓力或液壓壓力。因此，例如噴嘴等流體端口 212a、212b分別被引向上腔室190和下腔室192。流體端口 212a被引向上腔室190，并適于如上所述連接到壓縮流體，使得壓縮流體可通過流體端口 212a注入上腔室190，以迫使活塞170朝著下殼體板186沿著軸線180向下。相似地，流體端口 212b被連接到下腔室192，并適于連接到壓縮流體源，例如，壓縮機，并被設(shè)置成使得通過流體端口 212b注入的壓縮流體進入下腔室192，并朝著上殼體板182沿著軸線180向上推動活塞170。由此，活塞170可以通過選擇性地經(jīng)由流體端口 212a或流體端口 212b注入壓縮流體來沿著軸線180在任一方向上選擇性地致動，并由此旋轉(zhuǎn)流動控制裝置156來打開和/或閉合旋轉(zhuǎn)閥152。
[0041]這里詳細描述的每個閥致動器54、154是如所附權(quán)利要求所限定的本公開的一個或多個原理的示例。閥致動器54和154在一些設(shè)置中選擇性地取消了以前用在旋轉(zhuǎn)閥的致動器中的齒輪或杠桿聯(lián)動裝置，并由此可以在一些設(shè)置中比先前已知的閥致動器更簡單并且更緊湊。在一些設(shè)置中，相比其它類型的閥致動器，該閥致動器可有利地提供更緊湊的用于旋轉(zhuǎn)閥的閥致動器和/或需要更少的空間。當然，根據(jù)下面進一步詳細描述的裝置還可實現(xiàn)其它的用處、好處以及優(yōu)點，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。
[0042]根據(jù)前面的描述，關(guān)于這里公開的閥及其閥致動器的不同改進對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，該描述僅僅用作說明，便于本領(lǐng)域技術(shù)人員來制作并使用本發(fā)明，并教導實施本發(fā)明的最佳模式。本發(fā)明保留對于落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有改進的專有權(quán)利。
【權(quán)利要求】
1.一種閥組件，包括:旋轉(zhuǎn)閥，其包括流動控制部件和閥軸，所述流動控制部件和所述閥軸被設(shè)置成使得所述閥軸的旋轉(zhuǎn)打開和/或閉合所述流動控制部件；以及閥致動器，其被設(shè)置成旋轉(zhuǎn)所述閥軸，所述閥致動器包括:殼體，其具有限定穿過所述殼體的孔的內(nèi)殼體壁，所述孔具有第一軸線；活塞，其可滑動地接合所述內(nèi)殼體壁并設(shè)置在所述孔內(nèi)，所述活塞能夠沿著所述第一軸線在第一位置和第二位置之間滑動，其中，所述內(nèi)殼體壁被設(shè)置成在所述活塞沿著所述第一軸線在所述第一位置和所述第二位置之間滑動時控制所述活塞的旋轉(zhuǎn)運動；以及致動器桿，其限定第二軸線并被設(shè)置在所述孔內(nèi)，所述致動器桿延伸穿過所述活塞并被耦接到所述閥軸；其中，所述活塞沿所述第一軸線在所述第一位置和所述第二位置之間的軸向移動促使所述致動器桿旋轉(zhuǎn)并打開和/或閉合所述流動控制部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述孔具有管狀，所述活塞沿著所述第一軸線平移而不旋轉(zhuǎn)，所述致動器桿關(guān)于所述活塞旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥組件，其特征在于，所述致動器桿具有螺旋形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥組件，其特征在于，所述致動器桿延伸穿過所述活塞上的開口，所述開口具有在所述活塞的第一側(cè)上的第一徑向角度位置和在所述活塞的第二側(cè)上的第二徑向角度位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述孔具有螺旋形狀，所述活塞沿著所述第一軸線平移和旋轉(zhuǎn)，所述桿隨著所述活塞旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閥組`件，其特征在于，當所述活塞沿著所述致動器桿移動時，所述致動器桿關(guān)于所述活塞可轉(zhuǎn)動地固定，其中所述內(nèi)殼體壁具有非圓形的軸向橫截面內(nèi)周邊，并被成形為使得所述孔具有沿所述第一軸線的螺旋形狀。
7.—種閥致動器，其包括:氣缸，其具有限定穿過所述氣缸的孔的內(nèi)殼體壁，所述孔限定第一縱向軸線；活塞，其可滑動地接合所述內(nèi)殼體壁并設(shè)置在所述孔內(nèi)，所述活塞能夠沿著所述第一縱向軸線在第一位置和第二位置之間滑動，其中所述內(nèi)殼體壁被設(shè)置成在所述活塞沿著所述第一縱向軸線在所述第一位置和第二位置之間滑動時控制所述活塞的旋轉(zhuǎn)運動；以及致動器桿，其具有第二縱向軸線并設(shè)置在所述孔內(nèi)，所述致動器桿延伸穿過所述活塞并被設(shè)置成耦接到旋轉(zhuǎn)閥的閥軸，所述活塞被設(shè)置成沿著所述致動器桿在所述第一位置和所述第二位置之間滑動；其中，所述活塞和所述致動器桿被設(shè)置成使得所述活塞沿著所述孔在所述第一位置和所述第二位置之間的軸向移動促使所述致動器桿圍繞所述第二縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥致動器，其特征在于，當所述活塞沿著所述第一縱向軸線平移時，所述致動器桿關(guān)于所述活塞旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閥致動器，其特征在于，所述致動器桿具有螺旋形狀，其中所述活塞限定收容所述螺旋形狀的開口并在所述活塞在所述第一位置和所述第二位置之間滑動時旋轉(zhuǎn)所述致動器桿。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的閥致動器，其特征在于，所述致動器桿具有桿橫截面，所述活塞的開口被成形為與所述桿橫截面互補，其中所述開口在所述活塞的第一側(cè)上相對于所述第二縱向軸線在第一角度定向上對準，以及所述開口在所述活塞的第二側(cè)上相對于所述第二縱向軸線在第二角度定向上對準。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的閥致動器，其特征在于，所述內(nèi)殼體壁限定管狀孔，所述管狀孔具有在與所述第一縱向軸線正交的平面內(nèi)的外周邊，所述外周邊是非圓形的，所述活塞沿著所述第一縱向軸線平移而不旋轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的閥致動器，其特征在于，所述內(nèi)殼體壁形成矩形的管狀孔，所述活塞具有與所述矩形的管狀孔互補的矩形環(huán)邊緣。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥致動器，其特征在于，所述活塞將所述孔分成在所述活塞的第一側(cè)上的第一腔室和在與所述第一側(cè)相對的所述活塞的第二側(cè)上的第二腔室，當所述活塞沿著行程行進時，所述第一腔室和所述第二腔室中的每一個被封閉并改變體積，還包括敞開到所述第一腔室的第一流體端口和敞開到所述第二腔室的第二流體端口，所述流體端口被設(shè)置成可操作地連接到至少一個壓縮氣體源，以選擇性地將氣體注入所述第一腔室或所述第二腔室，來選擇性地沿著所述致動器桿在相反方向上移動所述活塞。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥致動器，其特征在于，所述活塞將所述孔分成在所述活塞的第一側(cè)上的第一腔室和在與所述第一側(cè)相對的所述活塞的第二側(cè)上的第二腔室，當所述活塞沿著所述第一縱向軸線行進時，所述第一腔室和所述第二腔室中的每一個被封閉并改變體積，還包括敞開到所述第一腔室的第一流體端口和設(shè)置在所述第二腔室中的彈簧，其中所述彈簧被設(shè)置成朝 著所述第一腔室推動所述活塞，所述第一流體端口被設(shè)置成可操作地連接到壓縮氣體源，以將氣體注入所述第一腔室來朝著所述第二腔室移動所述活塞。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥致動器，其特征在于，當所述活塞沿著所述第一縱向軸線行進時，所述活塞關(guān)于所述氣缸旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的閥致動器，其特征在于，當所述活塞沿著所述第一縱向軸線行進時，所述致動器桿關(guān)于所述活塞可旋轉(zhuǎn)地固定。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的閥致動器，其特征在于，所述內(nèi)殼體壁具有非圓形的軸向橫截面內(nèi)周邊，并被成形為使得所述孔具有沿著所述第一縱向軸線的螺旋形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的閥致動器，其特征在于，所述孔的外周邊具有三個角部。
19.一種打開和/或閉合旋轉(zhuǎn)閥的流動控制部件的方法，所述旋轉(zhuǎn)閥具有流動控制部件和閥軸，所述流動控制部件和所述閥軸被設(shè)置成使得具有閥致動器的所述閥軸的旋轉(zhuǎn)打開和/或閉合所述流動控制部件，所述閥致動器包括殼體、活塞和致動器桿，所述殼體形成圍繞軸線的孔，所述孔具有非圓形的軸向橫截面周邊，所述活塞與所述孔互補并被設(shè)置在所述孔內(nèi)，所述活塞沿著所述孔的所述軸線從第一位置平移到第二位置，所述致動器桿設(shè)置在所述孔內(nèi)并延伸穿過所述活塞，所述致動器桿可操作地耦接到所述閥軸，所述孔和所述致動器桿中的至少一個具有螺旋形狀，其被設(shè)置成促使所述致動器桿響應(yīng)于所述活塞沿著所述軸線的軸向移動而旋轉(zhuǎn)，所述方法包括步驟:沿著所述軸線在第一方向上推動所述活塞；響應(yīng)于所述活塞在所述第一方向上的移動來在第一角度方向上旋轉(zhuǎn)所述致動器桿和所述閥軸；響應(yīng)于所述閥軸在所述第一角度方向上的旋轉(zhuǎn)來打開所述流動控制部件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括步驟:沿著所述軸線在與所述第一方向相反的第二方向上推動所述活塞；響應(yīng)于所述活塞在所述第二方向上的移動來在第二角度方向上旋轉(zhuǎn)所述致動器桿和所述閥軸；以及響應(yīng)于所述閥軸在所述第二角度方向上的旋轉(zhuǎn)來閉合所述流動控制部件。
【文檔編號】F16K5/08GK103629389SQ201310312205
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月31日
【發(fā)明者】T·F·杰克遜 申請人:費希爾控制國際公司