Диафрагма с кольцевым уплотнением
Привод устройства для регулирования технологических параметров текучих сред, содержит: корпус, содержащий первый компонент и второй компонент, диафрагму, содержащую внешнюю радиальную часть и внутреннюю радиальную часть, причем внешняя радиальная часть диафрагмы размещена между первым и вторым компонентами корпуса, а внутренняя радиальная часть имеет круглое отверстие и буртик, расположенный по окружности отверстия, шток, оперативно соединенный с диафрагмой для управления устройством для регулирования технологических параметров текучих сред, и сборку пластин, которая соединяет шток и диафрагму, содержит первую и вторую пластины, прикладывающие сжимающую нагрузку к внутренней радиальной части диафрагмы и к буртику, и образует линию контакта со штоком с обеспечением непроницаемого для текучей среды уплотнения между сборкой пластин и штоком, при этом части буртика сжаты между внешними радиальными частями пластин по существу до той же толщины, что и остальная диафрагма. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится по существу к приводам для устройств для регулирования технологических параметров текучих сред и более конкретно к приводам, содержащим сборки диафрагмы для устройств для регулирования технологических параметров текучих сред.
Уровень техники
Общеизвестно, что перерабатывающие предприятия, такие как нефтеперерабатывающие заводы, химические заводы или целлюлозно-бумажные комбинаты, используют различные контуры управления технологическим процессом, соединенные вместе для производства различных потребительских изделий. Каждый из этих контуров управления технологическим процессом спроектирован для удержания некоторого важного технологического параметра, такого как давление, расход, уровень или температура, в заданных пределах для обеспечения качества конечного изделия. Каждый из этих контуров принимает и создает внутри нарушения нагрузочного режима, которые воздействуют на технологические параметры и управляют контурами управления процессом на заводе. Для уменьшения влияния этих нарушений нагрузочного режима производят обнаружение технологических параметров датчиками или передатчиками и их передачу обрабатывающему контроллеру. Обрабатывающий контроллер обрабатывает эту информацию и осуществляет изменения или модификации в технологическом контуре для возвращения технологического параметра в пределы, в которых он должен находиться после возникновения указанного нарушения нагрузочного режима. Модификации обычно реализуют изменением расхода через исполнительный элемент некоторого типа, такой как регулирующий клапан. Регулирующий клапан управляет расходом текучей среды, такой как газ, пар, вода или химическое соединение, для компенсации указанного нарушения нагрузочного режима и поддержания регулируемого технологического параметра как можно ближе к необходимому контрольному или заданному значению.
Очевидно, что для некоторых случаев могут быть специально разработаны различные конфигурации регулирующего клапана. Например, если необходим быстро открывающийся клапан с узким диапазоном регулирования, может быть использован поворотный регулирующий клапан, такой как дроссельный клапан. В другом случае, если требуется точное управление в широком диапазоне регулирования, может быть использован регулирующий клапан с перемещаемым штоком. В любой конфигурации такие регулирующие клапаны по существу соединены с управляющим устройством, таким как привод, который управляет точной величиной открытия регулирующего клапана в ответ на управляющий сигнал. Таким образом, при проектировании процесса инженер-технолог должен учитывать множество требований к конструкции и налагаемых на нее ограничений. Например, конструктор должен определить тип используемого клапана, его размер, тип привода и т.п.
В некоторых системах, особенно в системах пневматического регулирования технологических параметров текучих сред, привод любого данного устройства для регулирования технологических параметров текучих сред может включать мембранный привод. Типичные мембранные приводы содержат корпус, содержащий подпружиненную сборку диафрагмы. Сборка диафрагмы оперативно связана со штоком или другим активирующим стержнем для управления степенью открытия устройства для регулирования технологических параметров текучих сред.
Одна известная диафрагменная сборка содержит диафрагму и по меньшей мере одну пластину диафрагмы. Диафрагма содержит гибкий дискообразный элемент, выполненный из непроницаемой для текучей среды ткани, полимера или другого подходящего материала. Пластины расположены смежно с диафрагмой и выполнены с возможностью взаимодействия по меньшей мере с одной пружиной, размещенной в корпусе. Дополнительно пластины соединены жестким механическим соединением с штоком. Пружины служат для смещения сборки диафрагмы в заданное положение, так что привод может смещать управляющее устройство в открытую или закрытую конфигурацию. В одной известной сборке диафрагма прикреплена к пластине диафрагмы клеем. В другой известной сборке пластина диафрагмы имеет тарельчатую часть, к которой диафрагму плотно прижимают стандартным винтовым кольцевым зажимом. В других известных сборках диафрагму вообще не прижимают к пластине. Однако по меньшей мере одна диафрагменная пластина, как указано, жестко зафиксирована на штоке привода. Такая фиксация по существу достигается резьбовым соединением. Например, в одной форме шток имеет конец, снабженный резьбой, проходящий через центральное отверстие по меньшей мере в одной пластине. Затем на резьбовой конец штока навинчивают гайку для крепления штока к пластине (пластинам). Дополнительно, внутри корпуса между противоположными сторонами сборки диафрагмы должно быть выполнено уплотнение, непроницаемое для текучей среды, для обеспечения точного управления пневматическим приводом. В одном известном диафрагменном приводе, подобном описанному выше, между штоком и пластиной (пластинами) установлено по меньшей мере одно уплотнительное кольцо.
В каждой из этих известных сборок диафрагмы необходимо использование дополнительных частей, таких как уплотнительные кольца и/или кольцевые зажимы, и таким образом необходимы дополнительные этапы сборки. Кроме того, эти дополнительные части подвержены отказам, что приводит к уменьшению надежности всего устройства. Кроме того, такие известные диафрагменные приводы по существу спроектированы для триггерной работы, например, смещены либо в открытое положение, либо в закрытое положение. Таким образом, при необходимости изменения степени смещения привода должен быть использован привод совершено другого типа.
Раскрытие изобретения
Один вариант реализации настоящего изобретения содержит привод устройства для регулирования технологических параметров текучих сред. Привод содержит корпус, шток, вогнутую пластину, выпуклую пластину, диафрагму и гайку. Корпус содержит первый компонент и второй компонент. Шток расположен в корпусе с возможностью перемещения и содержит заплечик. Вогнутая пластина имеет внутреннюю радиальную часть и внешнюю радиальную часть. Внутренняя радиальная часть установлена на штоке, и в ней образовано центральное отверстие. Выпуклая пластина также содержит внутреннюю радиальную часть и внешнюю радиальную часть. Внутренняя радиальная часть выпуклой пластины установлена на штоке рядом с внутренней радиальной частью вогнутой пластины.
В раскрытых вариантах реализации изобретения диафрагма также содержит внешнюю радиальную часть и внутреннюю радиальную часть. Внешняя радиальная часть диафрагмы сжата между первым и вторым компонентами корпуса, и внутренняя радиальная часть сжата между внешними радиальными частями пластин. Гайка находится в резьбовом взаимодействии со штоком, например, для сжатия внутренних радиальных частей вогнутой и выпуклой пластин вместе, так что вогнутая пластина непосредственно герметично взаимодействует с заплечиком штока.
Выполненный таким образом привод согласно раскрытого здесь варианта реализации изобретения предпочтительно сжимает и уплотняет диафрагму при одновременном обеспечении прямого уплотняющего взаимодействия со штоком привода и может помочь уменьшить связанную с такими компонентами стоимость частей и сборки.
Дополнительно, в одном предпочтительном варианте реализации изобретения заплечик штока содержит усеченно-коническую поверхность, а центральное отверстие вогнутой пластины содержит усеченно-коническую поверхность, находящуюся в уплотняющем взаимодействии с заплечиком штока.
В другом предпочтительном варианте реализации изобретения шток содержит снабженный резьбой конец, расположенный с противоположной стороны вогнутой и выпуклой пластины от заплечика, причем гайка установлена на резьбе на резьбовом конце штока.
Однако внутренняя радиальная часть выпуклой пластины может также иметь снабженное резьбой отверстие, находящееся в прямом резьбовом взаимодействии с резьбовым концом штока, и таким образом устранять необходимость в гайке.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения диафрагма содержит внутренний радиальный край, задающий внутреннее отверстие с круговым буртиком, расположенном в полости, заданной между вогнутой и выпуклой пластинами, для обеспечения удержания диафрагмы между ними.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 показывает вид сбоку привода в соответствии с принципами настоящего изобретения, оперативно соединенного с устройством для регулирования технологических параметров текучих сред.
Фиг.2 показывает сечение вида сбоку привода, показанного на фиг.1, по линии II-II на фиг.1.
Фиг.3 показывает разобранное поперечное сечение вида сбоку привода, показанного на фиг.1 и 2.
Фиг.4 показывает вид сверху сечения по линии IV-IV, показанной на фиг.3, пластины диафрагмы и диафрагмы, выполненных в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.5 показывает вид сверху сечения по линии IV-IV, показанной на фиг.3, пластины диафрагмы и диафрагмы, выполненных в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.6 показывает сечение вида сбоку дополнительного варианта выполнения диафрагмы, используемой в соединении с приводом, выполненным в соответствии с принципами настоящего изобретения.
Фиг.7 показывает вырез вида сбоку дополнительного варианта выполнения штока и пластины диафрагмы привода, выполненных в соответствии с принципами настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг.1 проиллюстрирован привод 10, выполненный в соответствии с принципами настоящего изобретения и соединенный с устройством 12 для регулирования технологических параметров текучих сред. В примере, изображенном на фиг.1, управляющее устройство 12 содержит шаровой клапан, задающий впускное отверстие 14, выпускное отверстие 16, горловину 18 и проточный канал 20. Проточный канал 20 сформирован между впускным отверстием 14 и выпускным отверстием 16. Управляющее устройство 12 выполнено с возможностью расположения в системе управления процессом текучей среды, включая, например, перерабатывающее предприятие, такое как нефтеперерабатывающий завод или химический, целлюлозный или бумажный комбинат. Управляющее устройство 12 управляет расходом текучей среды через систему в соответствии по меньшей мере с одним рабочим параметром.
Привод 10 содержит шток 22, содержащий затвор 24 клапана, расположенный с возможностью перемещения в горловине 18 управляющего устройства 12. Таким образом, при работе привод 12 перемещает шток 22 и таким образом затвор 24 относительно седла 19 клапана, расположенного внутри горловины 18 управляющего устройства 12. Положение затвора 24 относительно седла 19 управляет количеством текучей среды, перемещаемой через проточный канал 20, как может быть желательно для любого конкретного прикладного процесса.
Далее со ссылкой на фиг.2 и 3 описан один вариант выполнения привода 10 в соответствии с принципами настоящего изобретения. В частности, привод 10 содержит корпус 26, сборку 28 диафрагмы и несколько пружин 30. Корпус 26 формирует внутреннюю полость 27. Сборка 28 размещена в корпусе 26 так, что разделяет внутреннюю полость 27 на верхнюю полость 27a и нижнюю полость 27b. Сборка 28 обеспечивает непроницаемое для текучей среды уплотнение между верхней и нижней полостями 27a, 27b корпуса 26. В раскрытом варианте реализации изобретения пружины 30 смещают сборку 28 вниз относительно ориентации привода 10, изображенного на фиг.2. Это направленное вниз смещение прижимает затвор 24 (показанный на фиг.1) к седлу 19 для закрытия потока текучей среды через проточный канал 20, тем самым переводя привод 10 в смещенное закрытое положение. Однако в нижнюю полость 27b корпуса 26 может быть подано давление для перемещения сборки 28 вверх против смещения пружин 30 и таким образом подъема затвора 24 над седлом клапана 19 для открытия проточного канала 20 в регулирующем клапане 12.
Как показано на фиг.2 и 3, корпус 26 привода 10 содержит верхний компонент 32 и нижний компонент 34. Каждый компонент 32, 34 корпуса содержит плоскую часть 32a, 34a, стенку 32b, 34b и фланец 32c, 34c. В раскрытом варианте реализации изобретения плоские части 32a, 34a имеют по существу круглую форму. Таким образом, стенки 32b, 34b и фланцы 32c, 34c проходят по окружности вокруг плоских частей 32а, 34а. Радиальные фланцы 32c, 34c имеют ряд отверстий 36 для приема соединительных элементов 38 для соединения верхнего компонента 32 с нижним компонентом 34, как проиллюстрировано на фиг.2. В раскрытом варианте реализации изобретения каждый соединительный элемент 38 содержит шестигранную гайку, находящуюся в резьбовом взаимодействии с болтом, имеющим шестигранную головку.
Кроме того, верхний компонент 32 содержит отверстие 40 для текучей среды, и нижний компонент 34 содержит отверстие 42 для текучей среды. Отверстия 40, 42 выполнены с возможностью соединения с соответствующими подающими трубопроводами для текучей среды, такими как линии подачи воздуха, для изменения давления внутри верхней и нижней полостей 27a, 27b корпуса 26. Также дополнительно, нижний компонент 34 имеет отверстие 44 для размещения штока 22.
Шток 22, как указано, оперативно соединяет сборку 28 с устройством 12. Шток 22 по существу представляет собой удлиненный стержень, имеющий ствол 22a, резьбовой конец 22b и заплечик 22c. Ствол 22a имеет диаметр, который больше диаметра резьбового конца 22b. Заплечик 22c расположен между стволом 22a и резьбовым концом 22b. Заплечик 22c имеет поверхность 46, которая показана на фиг.3. В раскрытом варианте реализации изобретения поверхность 46 заплечика имеет форму усеченного конуса, который радиально переходит от ствола 22a к резьбовому концу 22b.
Как показано на фиг.2 и 3, резьбовой конец 22b штока 22 соединен со сборкой 28 посредством гайки 48. Гайка 48 согласно раскрытому здесь варианту реализации настоящего изобретения представляет собой шестигранную гайку, навинченную на резьбовой конец 22b штока 22 с другой стороны сборки 28, противоположной заплечику 22c. Дополнительно, в раскрытом варианте реализации изобретения гайка 48 фиксируется на штоке 22 посредством контргайки 50. Контргайка 50 навинчена на резьбовой конец 22b штока 22 и взаимодействует с гайкой 48 для предотвращения свинчивания гайки 48 с штока 22. Дополнительно, как описано ниже, сборка 28 прикладывает к гайке 48 усилие и таким образом предотвращает свинчивание гайки 48 с штока 22.
Сборка 28 содержит две пластины 52, 54 диафрагмы и диафрагму 56. Диафрагма 56 выполнена из гибкого материала, который может включать ткань, полимер, композит и/или любой другой подходящий материал, выполненный с возможностью создания уплотнения, непроницаемого для текучей среды. Более конкретно, диафрагма 56 имеет внешнюю радиальную часть 56a и внутреннюю радиальную часть 56b. Внешняя радиальная часть 56а имеет ряд отверстий 58 для приема соединительных элементов 38, которые соединяют радиальные фланцы 32c, 34c верхнего и нижнего компонентов 32, 34 вместе. Сформированные таким образом, радиальные фланцы 32c, 34c сжимают внешнюю радиальную часть 56a диафрагмы 56.
Внутренняя радиальная часть 56b диафрагмы 56 имеет внутренний край 60, формирующий круглое отверстие 62, как изображено на фиг.3. В раскрытом варианте реализации изобретения внутренний край 60 имеет буртик 64, который проходит по окружности отверстия 62. В раскрытом варианте реализации изобретения буртик 64 имеет по существу круглое сечение с диаметром, который больше толщины диафрагмы 56. Соответственно, внутренняя радиальная часть 56b диафрагмы 56 расположена между двумя пластинами 52, 54.
Более конкретно, пластины 52, 54 имеют внешние радиальные части 52a, 54a и внутренние радиальные части 52b, 54b, как показано на фиг.3. По существу, пластины 52, 54 по существу идентичны, и таким образом, одинаковые отличительные особенности будут обозначены одинаковыми позиционными номерами. Например, каждая из внешних радиальных частей 52a, 54a пластин 52, 54 содержит расширенный на конус край 66, формирующий скругленную поверхность 66a. Внешние радиальные части 52a, 54a выполнены с возможностью сжатия внутренней радиальной части 56a диафрагмы 56 для создания уплотнения, непроницаемого для текучей среды. При работе при перемещении пластин 52, 54 вверх и вниз внутри корпуса 26 диафрагма 56 может периодически взаимодействовать с искривленными поверхностями 66a расширенных на конус краев 66. Эти искривленные поверхности 66a предпочтительно имеют гладкую поверхность, взаимодействующую с диафрагмой 56 во время использования без пробоя, прорыва, выреза или иного повреждения диафрагмы 56. Соответственно, расширенные на конус края 66 служат для обеспечения надлежащей эксплуатации привода 10 и максимизации срока службы диафрагмы 56.
Каждая из внутренних радиальных частей 52b, 54b пластин 52, 54 содержит выступы 70 и центральное отверстие 71, как показано на фиг.4. Следует отметить, что на фиг.4 показана лишь верхняя пластина 52 и диафрагма 56, поскольку нижняя пластина 54 скрыта под верхней пластиной 52 и диафрагмой 56. Однако выступы 70 согласно раскрытому здесь варианту реализации изобретения включают два выступа 70, которые являются по существу круглыми и имеют размер диаметров и форму, подходящие для приема пружин 30. Например, в одном варианте реализации изобретения выступы 70 имеют диаметр, который немного меньше внутреннего диаметра пружин 30, так что выступы поддерживают осевое положение пружин 30 относительно пластин 52, 54. В раскрытом варианте реализации изобретения выступы 70 сформированы за одно целое с пластинами 52, 54 таким способом, как штамповка или прессование, или другим известным способом. Таким образом, как изображено на фиг.3, внутренние радиальные части 52b, 54b пластин 52, 54 дополнительно имеют выемки 73. Выемки 73 сформированы в пластинах 52, 54 напротив выступов 70. Как изображено на фиг.2, выемки 73 соответствующих пластин 52, 54 образуют полости 75 при окончательной сборке диафрагмы 28.
Как дополнительно изображено на фиг.2, центральные отверстия 71 в пластинах 52, 54 выполнены с возможностью приема штока 22 для соединения штока 22 со сборкой 28. Хотя обе пластины 52, 54 имеют центральные отверстия 71, центральное отверстие 71 в нижней пластине 54 имеет поверхность 72 для заплечика и опорную поверхность 74. В раскрытом варианте реализации изобретения опорная поверхность 74 имеет по существу цилиндрическую форму, а поверхность 72 для заплечика по существу имеет форму усеченного конуса. Более конкретно, поверхность 72 для заплечика по существу имеет форму усеченного конуса, приспособленную к уплотняющему взаимодействию с поверхностью заплечика 46 (показан на фиг.3) штока 22. Например, как показано на фиг.2, поверхность 72 центрального отверстия 71 в нижней пластине 54 непосредственно взаимодействует с поверхностью заплечика 46 штока 22. Сформированная таким образом, как описано более подробно далее, поверхность 72 центрального отверстия в нижней пластине 54 обеспечивает непроницаемое для текучей среды уплотнение с поверхностью заплечика 46 штока 22 при обеспечении по меньшей мере полного, непрерывного и постоянного контакта с этой поверхностью. В одном варианте реализации изобретения совмещенные усеченно-конические поверхности 36, 72 предпочтительно представляют собой поверхности, выполненные с высоким классом точности, и таким образом обеспечивают полный, непрерывный и постоянный поверхностный контакт между собой. Кроме того, опорная поверхность 74 центрального отверстия 71 в нижней пластине 54 расположена рядом с резьбовым концом 22b штока 22.
Перед сборкой внутренние радиальные части 52b, 54b пластин 52, 54 могут по существу напоминать тарельчатые шайбы, сечение которых имеет изогнутую форму, как показано на фиг.3. Например, верхняя пластина 52 имеет по существу выпуклое сечение, тогда как нижняя пластина 54 имеет по существу вогнутое сечение. Таким образом, перед сборкой каждая из пластин 52, 54 напоминает полые частичные сферы или сферические колпачки. Однако в сборе внутренние радиальные части 52b, 54b оказываются стянуты резьбовым концом 22b штока 22 и таким образом по существу выпрямляют пластины 52, 54, как изображено на фиг.2. В одном варианте реализации изобретения такое выпрямление пластин 52, 54 также может по меньшей мере частично увеличить диаметр пластин 52, 54.
Более конкретно, при сборке нижнюю пластину 54 устанавливают в вогнутой ориентации на резьбовом конце 22b штока 22. При такой ориентации поверхность 72 центрального отверстия 71 в нижней пластине 54 непосредственно взаимодействует с поверхностью 46 заплечика штока 22, как изображено на фиг.2. На этом этапе процесса сборки нижняя пластина 54 продолжает напоминать сферический колпачок, имеющий по существу вогнутое сечение. Вслед за этим диафрагму 56 размещают на нижней пластине 54, так что внутренняя радиальная часть 56b диафрагмы 56 опирается на внешнюю радиальную часть 54a нижней пластины 54. При правильном расположении буртик 64 на внутреннем крае 60 диафрагмы 56 находится в выемках 73, сформированных в нижней пластине 54.
После правильного расположения диафрагмы 56 на нижней пластине 54 на штоке 22 устанавливают верхнюю пластину 52 в выпуклой ориентации, так что ее центральное отверстие 71 принимает резьбовой конец 22b. В таком положении внутренние радиальные части 52b, 54b пластин 52, 54 образуют между собой полость (не показана). Наконец, гайку 48 навинчивают на резьбовой конец 22b штока 22 и затягивают. Затяжка гайки 48 вызывает ее взаимодействие с верхней пластиной 52 и сжатие в осевом направлении пластин 52, 54 друг с другом. Более конкретно, гайка 48 выпрямляет и сжимает внутренние радиальные части 52b, 54b пластин 52, 54, взаимодействующих друг с другом между гайкой 48 и заплечиком 22c штока 22, как изображено на фиг.2. После того, как гайка 48 надежно навинчена на резьбовой конец 22b штока 22, на шток 22 может быть навинчена контргайка 50, взаимодействующая с гайкой 48.
Собранные таким образом внешние радиальные части 52a, 54a пластин 52, 54 сжимают и уплотняют внутреннюю радиальную часть 56b диафрагмы 56. На фиг.4 показано сечение вида сверху сборки по линии IV-IV, показанной на фиг.3, с удаленными для простоты гайкой 48 и контргайкой 50, с изображением диафрагмы 56, расположенной между верхней и нижней пластинами 52, 54. Как показано на чертеже, буртик 64, сформированный на внутреннем крае 60 диафрагмы 56, имеет части 64a, расположенные внутри полости 75, сформированной между выемками 73 в пластинах 52, 54. Таким образом, эти части 64a буртика 64 по меньшей мере частично препятствуют вытяжке диафрагмы 56 из пространства между пластинами 52, 54. Кроме того, буртик 64 также имеет части 64b, которые не расположены в полости 75, а, напротив, расположены по окружности между полостями 75. Эти части 64b сжаты между внешними радиальными частями 52a, 54a пластин 52, 54 по существу до той же толщины, что и остальная диафрагма 56. Таким образом, эти части 64b буртика 64 не нарушают уплотнения, полученного между пластинами 52, 54 и диафрагмой 56.
Как показано на фиг.2, поскольку гайка 48 навинчена на шток 22 для сжатия пластин 52, 54, внутренние радиальные части 52b, 54b пластин 52, 54 поджимают друг друга в противоположных направлениях друг от друга. В такой конфигурации поверхность 72 центрального отверстия 71 в нижней пластине 54 толкается вниз относительно ориентации привода 10, изображенного на фиг.2, и взаимодействует с поверхностью 46 заплечика штока 22 с обеспечением линейного контакта, непроницаемости для текучей среды и уплотнения. Кроме того, внутренняя радиальная часть 52b верхней пластины 52 под действием силы, направленной вверх относительно ориентации привода 10, изображенного на фиг.3, взаимодействует с гайкой 48. В дополнение к контргайке 50, фиксирующей гайку 48 на штоке 22, сила, приложенная к гайке 48 верхней пластиной 52, вызывает значительное трение между резьбой гайки 48 и резьбой на резьбовом конце 22b, которое препятствует непроизвольное свинчивание гайки 48 с резьбового конца 22b штока 22 во время длительной эксплуатации привода 10. Таким образом, часть заплечика 22c штока 22 и гайка 48 удерживают пластины 52, 54 в сжатом и уплощенном положении, как показано на фиг.2, причем указанные пластины прикладывают растягивающее усилие в осевом направлении к резьбовому концу 22b, который расположен между верхней и нижней пластинами 52, 54.
Таким образом, описанная здесь сборка 28 предпочтительно содержит пластины 52, 54, спроектированные и выполненные с возможностью сжимающего взаимодействия с диафрагмой 56 с обеспечением уплотнения при одновременном и непосредственном уплотнении относительно штока 22 для создания уплотнения, непроницаемого для текучей среды уплотнения между верхней и нижней полостями 27a, 27b корпуса 26, а также для приложения усилия для удержания гайки 48 на штоке 22.
Следует отметить, что хотя привод 10 согласно настоящему изобретению, до этого момента был раскрыт как содержащий гайку 48, соединяющую шток 22 со сборкой 28, в другом варианте реализации изобретения гайка может отсутствовать. Например, в одном другом варианте реализации изобретения центральное отверстие 71 в верхней пластине 52 может иметь внутреннюю резьбу. Внутренняя резьба центрального отверстия 71 может иметь размер и шаг, подходящие для резьбового взаимодействия с резьбовым концом 22b штока 22. В этом случае резьбовой конец 22b штока 22 может находиться в прямом резьбовом взаимодействии с внутренней резьбой верхней пластины 52. Стяжка резьбового конца 22b штока 22 с верхней пластиной 52 стягивает внутренние радиальные части 52b, 54b пластин диафрагмы вместе, как, например, изображено на фиг.2. Следует отметить, что в таком варианте реализации изобретения контргайка 50 может быть использована для помощи в сжатии штока 22 и верхней пластины 52 вместе, однако сила, по существу возникающая при деформировании и сжатии пластин 52, 54, создает достаточное трение между резьбовым концом 22b штока 22 и центральным отверстием 71, препятствующее освобождению штока 22 от верхней пластины 52.
Хотя диафрагма 56 раскрыта здесь как содержащая буртик 64, расположенный вокруг внутреннего края 60 и имеющий по существу круглое сечение, в одном альтернативном варианте реализации изобретения буртик 64 может отсутствовать. Вместо этого использовано сжимающее усилие, сформированное внешними радиальными частями 52a, 54a пластин 52, 54, достаточное для удержания диафрагмы 56 между пластинами 52, 54. В другом альтернативном варианте реализации изобретения диафрагма 56 может содержать части буртика, сформированные на внутреннем крае 60. Например, в варианте реализации изобретения, показанном на фиг.4, диафрагма 56 содержит лишь те части 64a буртика, которые расположены внутри полости 75, и не содержит части 64b буртика. В таком варианте реализации изобретения может потребоваться, чтобы техник, собирающий привод 10, обеспечил во время сборки правильное расположение частей 64a внутри полости 75. Для специалиста очевидно, что буртик 64 может иметь любое сечение помимо круглого. Например, альтернативные варианты реализации изобретения могут содержать буртик 64, имеющий квадратное, прямоугольное, треугольное, ромбовидное или другого сечение.
Кроме того, в другом альтернативном варианте реализации изобретения буртик 64 может быть выполнен с внутренним усиливающим кольцом 285, таким как изображено на фиг.6. Внутреннее усиливающее кольцо 285, изображенное на фиг.6, расположено внутри диафрагмы 56 и формирует многокомпонентный буртик 264. Многокомпонентный буртик 264 сформирован из внешнего материала, который совместим с материалом, формирующим остальную диафрагму 56. Внутреннее усиливающее кольцо 285 может быть выполнено из металла, термопластичного полимера, имеющего высокую твердость или любого другого материала, подходящего для осуществления принципов изобретения. Усиливающее кольцо 285 препятствует выдавливанию буртика 264 в некоторых случаях применения. Хотя внутреннее усиливающее кольцо 285 изображено на фиг.6 как имеющее круглое сечение, в другом варианте реализации изобретения усиливающее кольцо 285 может иметь по существу сечение любой формы.
Также дополнительно, хотя нижняя пластина 54 раскрыта здесь как содержащая центральное отверстие 71 с поверхностью 72 для заплечика, имеющей по существу усеченно-коническую форму, приспособленную к непосредственному взаимодействию, обеспечивающему непроницаемость для текучей среды, с соответствующей усеченно-конической поверхностью 46 заплечика штока 22, в других вариантах реализации сборки 28 указанные поверхности могут иметь другую форму. Например, в одно альтернативном варианте реализации изобретения центральное отверстие 71 в нижней пластине 54 имеет ступенчатую поверхность, выполненную с возможностью непосредственного уплотняющего взаимодействия со ступенчатой поверхностью, сформированной вокруг штока 22. В другом варианте реализации изобретения центральное отверстие 71 и шток 22 могут иметь простые плоские поверхности, приспособленные для непосредственного уплотняющего взаимодействия. В еще одном другом варианте реализации изобретения один из следующих элементов: шток 22 и центральное отверстие 71, может иметь кольцевой выступ, а другой элемент может иметь круговую канавку, приспособленную для приема кольцевого выступа, с уплотняющим взаимодействием между ними в результате защелкивания. Еще в одном варианте реализации изобретения любая или обе из поверхностей 46, 72 могут иметь полусферическую поверхность. Например, на фиг.7 изображен один альтернативный вариант реализации изобретения, в котором поверхность 46 на штоке 22 имеет полусферическую поверхность, а поверхность 72 центрального отверстия 71 в нижней пластине 54 диафрагмы имеет усеченно-коническую поверхность. Сформированная таким образом полусферическая поверхность 46 способствует поддержке линейного контакта, обеспечивающего непроницаемое для текучей среды уплотнение между штоком 22 и нижней пластиной 54 диафрагмы, даже, например, при нарушении совмещения осей штока 22 и пластины 54. В других вариантах реализации изобретения поверхность 46 может иметь форму усеченного конуса, а поверхность 72 отверстия в нижней пластине 54 диафрагмы может иметь полусферическую форму; или обе поверхности 46, 72 могут быть выполнены полусферическими. В любом случае следует признать, что настоящее изобретение не ограничено конкретными геометрическими формами поверхностей 72, 46, в частности раскрытыми здесь, но вместо этого включает все формы, которые специалист сочтет входящими в объем и формулу настоящего изобретения.
Далее, хотя пластины 52, 54 раскрыты здесь и показаны на фиг.4 как имеющие два выступа 70, служащих в качестве гнезд для двух пружин 30, другие варианты реализации изобретения могут содержать любое количество пружин 30 и выступов 70, действующих в качестве гнезд под пружины.
Кроме того, хотя пластины 52, 54 раскрыты здесь как имеющие два выступа 70, которые разнесены друг от друга в периферийном направлении и таким образом приспособлены для размещения расположенных на одной окружности пружин 30, альтернативный вариант реализации изобретения может быть сформирован с возможностью размещения по меньшей мере одной пружины, расположенной концентрически с пластинами 52, 54. Например, на фиг.5 изображен альтернативный вариант реализации изобретения, согласно которому пластины 152, 454 диафрагмы имеют концентрические круговые выступы 170. Следует отметить, что на фиг.5 изображена только верхняя пластина 152 и диафрагма 56, поскольку нижняя пластина 154 скрыта под верхней пластиной 152 и диафрагмой 56.
Однако пластины 152, 154 в варианте реализации изобретения, показанном на фиг.5, также имеют круговые выемки 173, которые формируют круговую полость 175 при их установке на шток 22 привода 10. Таким образом, сечение полости 175 варианта реализации изобретения, изображенного на фиг.5, идентично сечению полостей 75, проиллюстрированных на фиг.2. Однако различие между конструкцией, изображенной на фиг.4, и конструкцией, изображенной на фиг.5, состоит в том, что круговая полость 175 принимает или вмещает весь буртик 64, сформированный на внутреннем крае 60 диафрагмы 56. Дополнительно, круговые выступы 170 пластин 152, 154 выполнены с возможностью действовать в качестве гнезд под пружину для размещения по меньшей мере одной пружины, расположенной концентрически с пластинами 152, 154. Например, в одном варианте реализации изобретения первая пружина, диаметр которой немного меньше внутреннего диаметра выступа 170, может быть размещена на верхней пластине 152 в выступе 170. Таким образом, выступ 170 препятствует радиальному смещению пружины относительно верхней пластины 152.
Другой вариант реализации изобретения может вместо или дополнительно содержать другую пружину, имеющую диаметр, который немного больше внешнего диаметра выступа 170. В этом случае такая пружина может быть размещена на верхней пластине 152 с возможностью приема выступа 170 для ограничения таким образом ее радиального смещения. Таким образом, следует признать, что другие конструкции пластин диафрагмы и пружины могут находиться в объеме настоящего изобретения.
Дополнительно, хотя выступы 70, формирующие гнезда под пружину, раскрыты здесь как сформированные за одно целое с пластинами 52, 54, дополнительные варианты реализации изобретения могут содержать гнезда под пружину, которые не сформированы за одно целое с пластинами 52, 54. Например, в одном дополнительном варианте реализации изобретения сборка 28 может содержать гнезда под пружину, приваренные, присоединенные болтами или иным способом прикрепленные к пластинам 52, 54. В еще одном другом дополнительном варианте реализации изобретения пластины 52, 54 вообще не содержат гнезд под пружины, а вместо этого верхний и/или нижний компоненты 32, 34 корпуса могут содержать гнезда под пружину.
В свете вышесказанного раскрытый привод 10 позволяет создать сборку 28, для которой требуется минимальное количество частей и этапов сборки. Кроме того, сборка 28 предпочтительно содержит подпружиненные пластины 52, 54, которые в собранном виде непосредственно и принудительно взаимодействуют со штоком 22, а также диафрагму 56, которая обеспечивает непроницаемое для текучей среды уплотнение между верхней и нижней полостями 27a, 27b корпуса 26. Сборка 28, раскрытая здесь, не требует использования уплотнительных колец, резиновых прокладок или уплотнения любого другого типа, которое нуждается в замене после продолжительного использования. Соответственно, сборка 28 предусматривает использование эффективного и надежного привода 10.
Кроме того, силы, возникающие при сжатии пластин 52, 54, обеспечивают предпочтительное использование в сборке 28, раскрытой здесь, только одной гайки 48 для крепления пластин 52, 54 к штоку 22. Как описано выше, при сжатии пластин 52, 54 гайкой 48 верхняя пластина 52 прикладывает осевую нагрузку к гайке 48, вызывающую достаточное трение между резьбами гайки 48 и штока 22. Кроме того, следует признать, что кольцевая конструкция раскрытой здесь диафрагмы 56 предпочтительно уменьшает стоимость привода 10. В частности, конструкция сборки 28 обеспечивает выполнение диафрагмы 56 с внутренним отверстием 62, которое значительно уменьшает количество материала, необходимого для диафрагмы.
Далее, идентичность пластин 52, 54 обеспечивает функционирование привода 10, который легко реверсируется между смещенным закрытым положением, которое раскрыто здесь, и смещенным открытым положением. Например, для переключения привода в смещенное открытое положение техник или другой инженер должен лишь открыть корпус 26 привода 10 и переставить пружины 30 под сборку 28, совместив их с выступами 70, сформированными в нижней пластине 54.
В свете вышесказанного, описание настоящего раскрытия следует понимать как простое предложение примеров настоящего изобретения, и таким образом, изменения, которые не отступают от сущности изобретения, попадают в объем приложенной формулы.
1. Привод устройства для регулирования технологических параметров текучих сред, содержащий:
корпус, содержащий первый компонент и второй компонент;
диафрагму, содержащую внешнюю радиальную часть и внутреннюю радиальную часть, причем внешняя радиальная часть диафрагмы размещена между первым и вторым компонентами корпуса, а внутренняя радиальная часть имеет круглое отверстие и буртик, расположенный по окружности отверстия;
шток, оперативно соединенный с диафрагмой для управления устройством для регулирования технологических параметров текучих сред, и
сборку пластин, которая соединяет шток и диафрагму, содержит первую и вторую пластины, прикладывающие сжимающую нагрузку к внутренней радиальной части диафрагмы и к буртику, и образует линию контакта со штоком с обеспечением непроницаемого для текучей среды уплотнения между сборкой пластин и штоком, при этом части буртика сжаты между внешними радиальными частями пластин по существу до той же толщины, что и остальная диафрагма.
2. Привод по п.1, в котором первая пластина представляет собой вогнутую пластину, а вторая пластина представляет собой выпуклую пластину, при этом в указанных пластинах сформированы выемки, образующие полость при установке пластин на шток.
3. Привод по п.2, в котором деформация по меньшей мере одной из вогнутой и выпуклой пластин вызывает растягивающее усилие, приложенное к штоку в месте между первой и второй пластинами.
4. Привод по п.1, в котором шток содержит поверхность заплечика, находящуюся в непроницаемом для текучей среды взаимодействии с одной из первой и второй пластин в сборке пластин.
5. Привод по п.4, в котором поверхность заплечика содержит поверхность, имеющую форму усеченного конуса, а первая пластина имеет нейтральное отверстие, содержащее поверхность, имеющую форму усеченного конуса, взаимодействующую с указанной поверхностью заплечика, имеющей форму усеченного конуса.
6. Привод по п.4, в котором первая пластина имеет центральное отверстие и по меньшей мере один элемент из следующих: центральное отверстие и поверхность заплечика штока содержит поверхность, имеющую полусферическую форму.
7. Привод по п.4, в котором шток дополнительно содержит резьбовой конец.
8. Привод по п.7, дополнительно содержащий гайку, навинченную на резьбовой конец штока и таким образом сжимающую друг с другом внутренние радиальные части первой и второй пластин между заплечиком и гайкой.
9. Привод по п.8, в котором вторая пластина имеет резьбовое отверстие, находящееся в резьбовом взаимодействии с резьбовым концом штока.
10. Привод по п.1, в котором диафрагма содержит внутренний радиальный край, задающий внутреннее отверстие.
11. Привод по п.10, в котором круговой буртик выполнен на внутреннем радиальном краю диафрагмы.
12. Привод по п.11, в котором внутренний радиальный край диафрагмы содержит многокомпонентное внутреннее усиливающее кольцо.
13. Привод по п.11, в котором буртик имеет сечение, которое является одним из круглого, треугольного, прямоугольного и ромбовидного.
14. Привод по п.11, в котором сборка пластин образует по меньшей мере одну полость, принимающую по меньшей мере часть кругового буртика диафрагмы.
15. Привод устройства для регулирования технологических параметров текучих сред, содержащий:
корпус, содержащий первый компонент и второй компонент;
шток, расположенный в корпусе с возможностью перемещения и содержащий заплечик;
вогнутую пластину, содержащую внутреннюю радиальную часть, расположенную на штоке, и внешнюю радиальную часть, причем во внутренней радиальной части вогнутой пластины образовано центральное отверстие;
выпуклую пластину, содержащую внутреннюю радиальную часть и внешнюю радиальную часть, причем внутренняя радиальная часть выпуклой пластины расположена на штоке рядом с внутренней радиальной частью вогнутой пластины;
диафрагму, содержащую внешнюю радиальную часть и внутреннюю радиальную часть, причем внешняя радиальная часть диафрагмы сжата между первым и вторым компонентами корпуса, а внутренняя радиальная часть сжата между внешними радиальными частями вогнутой и выпуклой пластин, имеет круглое отверстие для приема штока и буртик, расположенный по окружности отверстия; и
гайку, находящуюся в резьбовом взаимодействии со штоком и сжимающую внутренние радиальные части вогнутой и выпуклой пластин друг с другом, так что вогнутая пластина осуществляет непосредственное уплотняющее взаимодействие с заплечиком штока с обеспечением сжатия частей буртика между внешними радиальными частями указанных пластин,
при этом вогнутая и выпуклая пластины выполнены с возможностью образования полости между их радиально внутренними частями при установке указанных пластин на шток.
16. Привод по п.16, в котором вогнутая пластина образует линию контакта со штоком для обеспечения непроницаемого для текучей среды уплотнения с ним.
17. Привод по п.16, в котором нейтральное отверстие в вогнутой пластине имеет поверхность в форме усеченного конуса, находящуюся в уплотняющем взаимодействии с поверхностью заплечика штока, имеющей форму усеченного конуса.
18. Привод по п.16, в котором по меньшей мере один из следующих элементов: центральное отверстие в вогнутой пластине и заплечик штока содержит полусферическую поверхность.
19. Привод по п.15, в котором шток содержит резьбовой конец, расположенный на противоположной заплечику стороне вогнутой и выпуклой пластин.
20. Привод по п.19, в котором гайка, навинченная на резьбовой конец штока, обеспечивает сжатие внутренних радиальных частей вогнутой и выпуклой пластин между ней и заплечиком штока.
21. Привод по п.19, в котором внутренняя радиальная часть выпуклой пластины имеет резьбовое отверстие, находящееся в резьбовом взаимодействии с резьбовым концом штока.
22. Привод по п.15, в котором отверстие диафрагмы задается ее внутренним радиальным краем.
23. Привод по п.22, в котором внутренний радиальный край диафрагмы содержит буртик.
24. Привод по п.22, в котором внутренний радиальный край диафрагмы содержит многокомпонентное внутреннее усиливающее кольцо.
25. Привод по п.23, в котором буртик имеет сечение, которое является одним из круглого, треугольного, прямоугольного и ромбовидного.
