Мембранный исполнительный привод с регулируемым усилием срабатывания
Мембранный исполнительный привод (400) содержит: верхнее седло (416) пружины, прикрепленное к мембране (402) исполнительного привода, причем верхнее седло пружины выполнено с возможностью контакта с пружиной (418) и соединения со штоком (436), а мембрана выполнена с возможностью смещения штока за счет усилия, приложенного к мембране, при этом шток выполнен с возможностью управления гидравлическим клапаном; и орган (412) настройки, выполненный с возможностью регулировки величины усилия, приложенного пружиной к верхнему седлу пружины, и содержащий нижнее седло (414) пружины, при этом нижнее седло пружины выполнено с возможностью контакта пружины с торцом пружины, противоположным указанному верхнему седлу пружины; причем верхнее седло пружины имеет край (458) для ограничения диапазона движения верхнего седла пружины за счет контакта с кожухом исполнительного привода или нижним седлом пружины, при этом нижнее седло пружины имеет первую и вторую кольцевые вытачки с различными диаметрами, задающие первый ступенчатый профиль (445), а орган настройки имеет несущие поверхности (442, 444) с различными диаметрами, задающие второй ступенчатый профиль, входящий в контакт с первым ступенчатым профилем нижнего седла пружины. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники
[0001] Данная патентная заявка, в общем, относится к исполнительным приводам, а более конкретно, к мембранному устройству исполнительного привода с регулируемой величиной усилия срабатывания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Управляющие гидравлические клапаны обычно представлены в системах управления процессом для управления потоками и/или давлениями различных флюидов (например, жидкостей, газов, и т.д.). Узел управляющего гидравлического клапана обычно содержит корпус клапана, шток и исполнительный привод (например, пневматический исполнительный привод) для смещения штока клапана, чтобы оперировать управляющим гидравлическим клапаном. Как правило, движение штока исполнительного привода перемещает шток клапана, перемещая пробку или деталь, управляющую потоком, в пределах клапана. В случае мембранного исполнительного привода, входное давление (например, сжатый газ, жидкость, и т.д.) прилагается к камере исполнительного привода, смещая мембрану. Входное давление, необходимое, чтобы сместить мембрану, обычно определяется многими параметрами, включая выбор мембраны и пружины, отклонениями от проектных параметров изделий, изменением агрегата, и т.д. Как правило, поток, которым управляет исполнительный привод, в значительной степени определяется выбором компонентов и отклонениями от проектных параметров, приводящими к значительной изменчивости в ответ на приведения в действие (например, входное давление, необходимое, чтобы привести в действие мембранный исполнительный привод). Дополнительно, операционный поток, которым управляет управляющий гидравлический клапан, может требовать регулирований исполнительного привода по сроку службы исполнительного привода, поскольку поток через управляющий гидравлический клапан может изменяться (например, дрейфовать) в течение времени.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Описанное в качестве примера устройство содержит седло пружины, прикреплённое к мембране исполнительного привода. Седло пружины должно войти в контакт с пружиной и быть прикрепленным к штоку. Мембрана смещает шток, усилием, приложенным к мембране, и шток должен управлять гидравлическим клапаном. Приведенное в качестве примера устройство также содержит орган настройки, чтобы регулировать величины усилия, приложенного пружиной к седлу пружины.
[0004] Другое, описанное в качестве примера, устройство, содержит мембрану исполнительного привода клапана. Мембрана смещает шток, усилием, приложенным к мембране, и шток управляет гидравлическим клапаном. Приведенное в качестве примера устройство также содержит первое седло пружины, прикреплённое к мембране и орган настройки, находящийся в контакте со вторым седлом пружины напротив первого седла пружины. Приведенное в качестве примера устройство также содержит пружину, находящуюся в контакте с первым седлом пружины и вторым седлом пружины, при противопоставлении противоположных торцов пружины и корпус, имеющий резьбовое отверстие, для приёма резьбовой части органа настройки. Орган настройки смещает второе седло пружины.
[0005] Другое, описанное в качестве примера, устройство содержит шток клапана исполнительного привода, смещяемый мембраной, усилием, приложенным к мембране. Мембрана прикреплена к первому седлу пружины. Первое седло пружины прикреплено к мембране. Устройство, приведенное в качестве примера, также содержит второе седло пружины, находящееся в контакте с органом настройки. Орган настройки имеет центральное отверстие для получения штока клапана. Устройство, приведенное в качестве примера, также содержит пружину для входа в контакт с первым седлом пружины и вторым седлом пружины при противопоставлении противоположных торцов пружины, и корпус, имеющий резьбовое центральное отверстие для получения резьбовой части органа настройки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0006] На Фиг. 1А проиллюстрирован вид в поперечном разрезе известного устройства мембранного исполнительного привода обратного действия.
[0007] На Фиг. 1В проиллюстрирован вид в поперечном разрезе другого известного устройства мембранного исполнительного привода обратного действия, содержащего регулируемую пружину.
[0008] На Фиг. 2 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе известного устройства мембранного исполнительного привода прямого действия.
[0009] На Фиг. 3 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе устройства мембранного исполнительного привода обратного действия в качестве примера в соответствии с целью этого раскрытия.
[0010] На Фиг. 4 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе примера устройства мембранного исполнительного привода прямого действия.
[0011] На Фиг. 5 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе другого примера мембранного исполнительного привода двойного действия, прямого хода.
[0012] На Фиг. 6 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе другого примера мембранного исполнительного привода двойного действия, обратного хода.
[0013] На Фиг. 7 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе другого устройства мембранного исполнительного привода обратного действия, в качестве примера, у которого есть регулируемые ограничители хода, чтобы ограничить перемещение седла пружины.
[0014] Фигуры приведены не в масштабе. Для того, чтобы уточнить некоторые слои и области, толщина слоев может быть увеличена в фигурах. Везде, где возможно, те же самые ссылочные номера используются повсюду по фигуре(ам) и сопутствующему описанию, чтобы ссылаться на те же или похожие части. Как принято в данном патенте, утверждение, что любая часть (например, слой, пленка, область или плоскость) каким-либо образом размещается относительно (например, помещается на, располагается на, расположенная на, или сформированная на, и т.д.) другой части, означает, что указанная часть или находится в контакте с другой частью, или что указанная часть располагается выше другой с одной или более промежуточными частями, расположенными между ними. Заявление, что любая часть находится в контакте с другой частью, означает, что нет никакой промежуточной части между этими двумя частями.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] Большинство известных мембранных исполнительных приводов используют мембрану для получения исходного усилия, чтобы сместить шток клапана, который управляет гидравлическим клапаном, таким образом изменяя характеристики потока флюида через клапан. В мембранных исполнительных приводах прямого действия, приложенное входное управляющее давление от флюида (например, газа, воздуха, и т.д.) перемещает мембрану, чтобы выдвинуть шток исполнительного привода. В мембранных исполнительных приводах обратного действия, приложенное входное управляющее давление от флюида (например, газа, воздуха, и т.д.) продвигает мембрану, чтобы втянуть шток исполнительного привода. Некоторые известные мембранные исполнительные приводы содержат пружину для приложения (например, удержания) усилия к мембране, чтобы установить желаемую зависимость между управляющим давлением и смещением штока исполнительного привода. Эта зависимость может измениться из-за различных факторов, включая выбор пружины (н) и/или мембраны, отклонения от проектных параметров изделий, изменение в производстве, и т.д. Характеристики мембранного исполнительного привода могут также измениться со временем (например, дрейф, и т.д.) использования мембранного исполнительного привода. Дополнительно, известные мембранные исполнительные приводы могут приводить к необходимости сервисным/обслуживающим персоналом иметь дело с полностью или частично нагруженной пружиной, когда мембранный исполнительный привод демонтируют с применением известных систем стопорных механизмов, чтобы уменьшить нагрузку на пружину, прежде чем исполнительный привод будет открыт для сервиса и/или обслуживания. Некоторые известные исполнительные приводы могут регулироваться расположенной извне пружиной. Такое внешнее расположение может быть неблагоприятным при агрессивных условиях окружающей среды (например, таких как: высокая температура, повышенная коррозийная опасность, и т.д.).
[0016] Мембранные исполнительные приводы, раскрытые в данном документе в качестве примера, допускают регулирование величины усилия мембраны посредством внутренне помещенной регулирующей пружины. Более конкретно, описанное в данном документе в качестве примера устройство, избавляет от необходимости регулирования величины усилия посредством замены мембраны и/или пружины, тем самым позволяя регулировать величину усилия исполнительного привода, например, в полевых условиях и/или заводской настройке, не подвергая регулируемую пружину воздействию внешних условий. Дополнительно, раскрытые примеры позволяют регулирование в полевых условиях с целью компенсирования эксплуатационного сдвига (например, исполнительный сдвиг, исполнительное изменение, и т.д.) мембранных исполнительных приводов. В результате примеры, раскрытые в данном документе, избавляют от необходимости в запасах и/или широкой номенклатуре многочисленных различных пружин и/или мембран чтобы соответствовать различным применениям, таким образом, потенциально улучшая гибкость системы поставок и/или размер прибыли. Примеры, описанные в данном документе, могут улучшить надежность и/или срок службы регулируемых пружин посредством внутреннего размещения регулируемой пружины. Сокращение количества уникальных компонентов, комбинирование многих конфигураций в одном Идентификаторе Товарной Позиции (Stock Keeping Unit (SKU)) уменьшает сложность номенклатуры и упрощает управление номерами запчастей и отслеживание перечня материалов (BOM). Уменьшение SKU также позволяет уменьшить номенклатуру запасных частей и упростить управление цепями поставок многочисленных конфигураций. Дополнительно, примеры, раскрытые в данном документе, позволяют уменьшить усилие нагрузки пружины, приложенное к мембране, перед вскрытием мембранного исполнительного привода, тем самым уменьшая потенциальный риск от обращения с нагруженной пружиной для сервисного/обслуживающего персонала.
[0017] В некоторых примерах пружина может войти в контакт с седлом пружины, которое может быть присоединено к мембране. У седла пружины может быть орган настройки (например, корректирующая кнопка), чтобы сместить седло пружины, таким образом, обеспечивая изменение величины усилия пружины, приложенного к мембране и, таким образом, изменение количества величины усилия, необходимого для смещения мембраны. Чтобы облегчить доступ к органу настройки, у органа настройки может быть точка доступа, внешняя к мембранному исполнительному приводу. Как вариант, точка доступа может быть шестигранным разъёмом, например для взаимодействия с инструментом.
[0018] В некоторых примерах, у мембранного исполнительного привода может быть две или больше мембраны, присоединённые к седлу пружины. В других примерах могут иметься регулируемые ограничители хода, ограничивающие диапазон, в котором смещаются седло пружины и/или мембрана.
[0019] Прежде, чем описать упомянутые выше в качестве примера мембранные исполнительные приводы, краткое описание известных мембранных исполнительных приводов приведено ниже со ссылкой на Фиг. 1A, 1B и 2. На Фиг. 1A приведен вид в поперечном разрезе мембранного исполнительного привода 100. Исполнительный привод 100 является исполнительным приводом обратного действия (например, нормально закрытый) мембранный исполнительный привод, который содержит верхний кожух (например, корпус) 102, прикреплённый к нижнему кожуху (например, корпуса) 104 множеством крепежей (например, шнеки, болты, заклепки и т.д.) 108, 110 располагаемых вдоль внешнего края кожуха 102 и 104 обычным способом. Мембрана 112 отделяет пространство в пределах кожуха 102, 104 в камеру управляющего давления 114 и камеру атмосферного давления 116. Мембрана 112 присоединена на торце мембраны 112 к седлу пружины 118 и помещена (например, захвачена, застопорена) между кожухами 102, 104. В некоторых примерах крепежи 108, 110 могут пройти через соответствующие отверстия мембраны 112. Седло пружины 118 присоединено к штоку исполнительного привода 120 посредством крепежа 122. В проиллюстрированном примере шток исполнительного привода 120 присоединен к штоку управляющего гидравлического клапана. В частности смещение штока исполнительного привода 120 движет шток клапана, чтобы изменить поток флюида в управляющем гидравлическом клапане, помещая или перемещая пробку или деталь регулирования расхода управляющего гидравлического клапана.
[0020] В действии, смещение штока исполнительного привода 120, происходит в ответ на входное давление в камере управляющего давления 114. Входное давление смещает мембрану 112 в проиллюстрированном примере в восходящем направлении в ориентации, показанной на Фиг. 1A. В частности входное давление смещает по меньшей мере часть мембраны 112, когда входное давление, приложенное к камере управляющего давления 114, прикладывает усилие на мембрану 112, которое превышает величину усилия пружины, приложенного пружиной 124. Восходящее движение мембраны 112 и, таким образом, седла пружины 118, в свою очередь, двигают шток 120 и любой присоединённый шток клапана вверх, таким образом, изменяя поток флюида через гидравлический клапан.
[0021] В проиллюстрированном примере величина усилия, необходимая для смещения мембраны 112, зависит от выбора пружины, отклонений от проектного параметра, интервалов сжатия пружины и/или эластичности мембраны 112, и т.д.
[0022] На Фиг. 1В проиллюстрирован вид в поперечном разрезе другого известного устройства мембранного исполнительного привода обратного действия 130. Исполнительный привод 130 содержит верхний кожух 132, прикреплённый к нижнему кожуху 134 множеством крепежей (например, шнеки, болты, заклепки и т.д.) 136, 138, располагаемых вдоль внешнего края кожухов 132 и 134 обычным способом. Мембрана 140 отделяет пространство в пределах кожухов 132, 134 в камеру управляющего давления 142 и камеру атмосферного давления 144. Мембрана 140 присоединена на торце мембраны 140 к пластине мембраны 146 и помещена (например, захвачена, застопорена) между кожухами 132, 134. В некоторых примерах крепежи 136, 138 могут пройти через соответствующие отверстия мембраны 140. Пластина мембраны 146 присоединена к штоку исполнительного привода 148 посредством крепежа 150. В проиллюстрированном примере шток исполнительного привода 148 присоединен к штоку клапана 151 управляющего гидравлического клапана. В частности смещение штока исполнительного привода 148 движет шток клапана 151, чтобы изменить поток флюида в управляющем гидравлическом клапане, помещая или перемещая пробку или деталь управления потоком управляющего гидравлического клапана. В этом примере усилие, приложенное к пластине мембраны 146 пружиной 152, может быть отрегулировано посредством седла пружины 154 (например, смещая седло пружины 154 относительно нижнего кожуха 134). Седло пружины 154 может быть смещено посредством органа настройки пружины 156, который может вращаться, чтобы сместить седло пружины 154. В проиллюстрированном примере пружина 152 подвергнута действию извне.
[0023] В действии, смещение штока исполнительного привода 148, происходит в ответ на входное давление в камере управляющего давления 142. Входное давление смещает мембрану 140 в проиллюстрированном примере в восходящем направлении в ориентации, показанной на Фиг. 1В. В частности, входное давление смещает по меньшей мере часть мембраны 140, когда входное давление, приложенное к камере управляющего давления 142, прикладывает усилие к мембране 140, которое превышает величину усилия, приложенного пружиной 152. Восходящее движение мембраны 140 и, таким образом, пластины мембраны 146, движет шток 148 и шток клапана 151 в восходящем направлении, таким образом изменяя движение флюида через гидравлический клапан.
[0024] Фиг. 2 иллюстрирует вид в поперечном разрезе другого известного мембранного исполнительного привода 200 прямого действия (например, нормально открытый). Подобный мембранным исполнительным приводам 100, 130, показанным выше со ссылкой на Фиг. 1А и 1В, периферийный край мембраны 202 помещен (например, захвачен) между верхним кожухом 204 и нижним кожухом 206. В проиллюстрированном примере верхний кожух 204 присоединен к нижнему кожуху 206 множеством крепежей (например, шнеки, болты, заклепки и т.д.) 208, 210 располагаемых вдоль внешнего края кожухов 204, 206 обычным способом и, в некоторых примерах, крепежи 208, 210 могут проходить через соответствующие отверстия мембраны 202 вблизи периферийного края мембраны 202. Мембрана 202 захвачена между кожухами (например, корпусами) 204, 206 и отделяет пространство в пределах кожухов 204, 206 в камеру управляющего давления 212 и камеру атмосферного давления 214. Мембрана 202 присоединена к седлу пружины 215 в центральной части мембраны 202. В проиллюстрированном примере шток 216 присоединен к седлу пружины 215 и перемещается с седлом пружины 215, чтобы управлять гидравлическим клапаном. В частности шток 216 присоединен к штоку гидравлического клапана, чтобы переместить пробку или деталь управления потоком гидравлического клапана, чтобы изменить поток флюида через них.
[0025] В действии, смещение штока исполнительного привода 216 в проиллюстрированном примере происходит в ответ на входное давление, обеспечиваемое в камере управляющего давления 212. Входное давление смещает мембрану 202 в нисходящем направлении в ориентации, показанной на Фиг. 2. В частности входное давление смещает по меньшей мере часть мембраны 202, когда входное давление приложено к камере управляющего давления 212, таким образом смещая седло пружины 215 в нисходящем направлении и, таким образом, противодействуя усилию, приложенному пружиной 218. Нисходящее движение седла пружины 215, в свою очередь, смещает шток исполнительного привода 216 вниз. Аналогично исполнительным приводам 100, 130 усилие, необходимое для смещения мембраны 202, зависит от выбора пружин, отклонений от проектного параметра, интервалов сжатия пружины, эластичности мембраны 202, и т.д.
[0026] На Фиг. 3 проиллюстрирован в качестве примера вид в поперечном разрезе исполнительного привода 300 в соответствии с целью этого раскрытия. В качестве примера, исполнительный привод 300 со ссылкой на Фиг. 3 является исполнительным приводом обратного действия (например, нормально закрытый). Со ссылкой на Фиг. 3 мембрана 302 помещена (например, захвачена) между верхним кожухом 304 и нижним кожухом 306 множеством крепежей 308, 310.
[0027] Пружина 312 из проиллюстрированного примера помещена (например, захвачена, застопорена, и т.д.), внутри в пределах исполнительного привода 300 и между верхним седлом пружины 314 и нижним седлом пружины 316. В проиллюстрированном примере, верхнее седло пружины 314, которое входит в контакт (например, зацепляется), с первым торцом пружины 312, расположенным в пределах выточки 320 верхнего кожуха 304. Выточка 320 верхнего кожуха 304 могут использоваться, чтобы обеспечить соосность верхнего седла пружины 314 через стенку 322, которая может войти в контакт и/или обеспечить соосность периферийного края 323 из верхнего седла пружины 314. Орган настройки 324 из проиллюстрированного примера находится в контакте с верхним седлом пружины 314. В проиллюстрированном примере у верхней части кожуха 304 есть резьбовое отверстие 325, к которому прикрепляют резьбовую часть 326 органа настройки 324. У верхнего кожуха 304 из проиллюстрированного примера также есть отверстие 328, чтобы принять часть 329 органа настройки 324, у которого есть выточка 330, чтобы определить промежуток, в котором орган настройки 324 может сместиться относительно верхнего кожуха 304. Такой промежуток может относиться к любому из примеров, раскрытых в данном документе. В некоторых примерах у органа настройки 324 может быть отверстие 332, чтобы принять инструмент. Отверстие 332 может быть сформированным в виде шестигранника или иметь любую другую соответствующую форму, чтобы принять инструмент. В проиллюстрированном примере отверстие 332 внешне доступно. В некоторых примерах инструмент может альтернативно или дополнительно использоваться, чтобы затронуть и/или войти в контакт с внешней поверхностью (например, фаски или другой формы) органа настройки 324. Отверстие 328 из проиллюстрированного примера, в некоторых примерах, содержит выточки под прокладку 334, чтобы принять кольцевой уплотнитель или уплотнение, например, чтобы герметически изолировать орган настройки 324 и верхний кожух 304.
[0028] У органа настройки 324 может быть несущая поверхность 335, чтобы поместить и/или войти в контакт с выточкой 336 верхнего седла пружины 314. Несущая поверхность 335 из проиллюстрированного примера позволяют верхнему седлу пружины 314 оставаться относительно неподвижным (например, не вращается), когда орган настройки 324 вращается. В то время, как проиллюстрирован контакт с несущей поверхностью 335, любой соответствующий тип контакта может использоваться, включая, но не ограничиваться несущим интерфейсом (например, шариковый подшипник), вращающийся сустав, и т.д. Альтернативно, орган настройки 324 может быть присоединён к верхнему седлу пружины 314 посредством сварки, склеивания или любого другого соответствующего производственного процесса.
[0029] В некоторых примерах верхний кожух 304 может затронуть и/или ограничить поверхность верхнего седла пружины 314, такого как поверхность 338, например, чтобы обеспечить соосность и/или ограничить верхнее седло пружины 314. Промежуток, изображенный стрелкой 340, отображает расстояние, на которое может перемещаться верхнее седло пружины 314 в продольном направлении относительно верхнего кожуха 304. В некоторых примерах у верхнего кожуха 304 может быть специальный контур для получения поверхности 342 (например, кольцевой поверхности, кольцевого уклона, и т.д.) верхнего седла пружины 314.
[0030] Нижнее седло пружины 316 из проиллюстрированного примера присоединено к штоку исполнительного привода 344 посредством крепежа 348. В проиллюстрированном примере, нижнее седло пружины 316 приводится в контакт со (например, сцепляется) вторым торцом пружины 312. В проиллюстрированном примере у нижнего седла пружины 316 есть боковая стенка 350 и пластина 358, соединенные вместе, чтобы ограничить пружину 312 от поперечных или боковых смещений. В некоторых примерах у мембраны 302 могут быть вкладка или выступ 362, чтобы сохранять позицию посредством боковой стенки 350 и/или пластины 358. Нижнее седло пружины 316 из проиллюстрированного примера плотно захватывает мембрану 302 в интерфейсе между боковой стенкой 350 и пластиной 358. У боковой стенки 350 из проиллюстрированного примера также есть край 364, чтобы войти в контакт с верхним кожухом 304, таким образом ограничивая диапазон движения или смещение нижнего седла пружины 316 относительно верхнего кожуха 304. Дополнительно или альтернативно, в некоторых примерах, край 364 может ограничить смещение нижнего седла пружины 316, входя в контакт с верхним седлом пружины 314.
[0031] В некоторых примерах у нижнего седла пружины 316 и/или верхнего седла пружины 314 может быть выступ (например, кольцевой или выступ в форме кольца) 366, чтобы далее ограничить пружину 312 (например, предотвратить или минимизировать движение от стороны к стороне пружины 312). Дополнительно или альтернативно, могут использоваться другие смещающие элементы (например, камеры с флюидом, и т.д.). У исполнительного привода 300 могут быть одна или более пружин между нижним седлом пружины 316 и верхним седлом 314. Множество пружин может быть расположено в концентрическом порядке или может быть расположено в неконцентрическом порядке. Использование множества пружин может позволить увеличенную компактность исполнительного привода 300 (например, более высокая величина усилия смещения пружины) и/или большее дублирование, и т.д.
[0032] В действии, входное давление может быть приложено к камере управляющего давления 368, чтобы сместить мембрану 302 и нижнее седло пружины 316 против усилия пружины 312, чтобы переместить нижнее седло пружины 316 в восходящем направлении в ориентации Фиг. 3. Камера 370 из проиллюстрированного примера может быть в атмосферном давлении или в другом определенном давлении, чтобы обеспечить перепад давления относительно камеры управляющего давления 368.
[0033] Восходящее движение нижнего седла пружины 316, в свою очередь, смещает шток 344 вверх вдоль центральной оси, определенной втулкой 372 в нижнем кожухе 306. Втулка 372 из проиллюстрированного примера имеет кольцевые стенки 374, 376, которые определяют ступенчатый профиль или фланец, чтобы присоединить и/или сцепить соответствующий ступенчатый профиль 377 из нижнего кожуха 306. В некоторых примерах у нижнего кожуха и/или втулки 372 могут быть выточки под прокладку 378, чтобы герметически изолировать камеру управляющего давления 368 вдоль интерфейсов, определенных втулкой 372 и/или нижним кожухом 306 вблизи штока исполнительного привода 344.
[0034] Пружинное усилие, противодействующее входному усилию, приложенному через управляющее давление в нижней камере 368, может быть отрегулировано смещением органа настройки 324 и, в свою очередь, смещением верхнего седла пружины 314. Чтобы отрегулировать усилие, приложенное к мембране 302 пружиной 312, орган настройки 324 вращается, чтобы сместить орган настройки 324, чтобы сместить относительно верхнего кожуха 304 и, таким образом, регулировать величину усилия, приложенного к нижнему седлу пружины 316 и/или мембране 302 пружиной 312.
[0035] Другими словами орган настройки 324 позволяет усилию, противодействующему входному усилию, приложенному к мембране 302 через камеру управляющего давления 368, быть отрегулированным (например, настроенным или настроенным на определенные применения и/или отрегулированным к точным операционным техническим характеристикам, и т.д.) и может также использоваться, чтобы уменьшить усилие сжатия пружины 312 до демонтажа верхнего кожуха 304 от исполнительного привода 300 во время операций по ремонту или обслуживанию и, например, избавить обслуживающий персонал от риска взаимодействия с полностью или частично нагруженной пружиной во время ремонта исполнительного привода 300. Величина усилия, приложенного к мембране 302 через смещение верхнего седла пружины 314, может быть отрегулирована в полевых условиях и/или подстроена, чтобы удовлетворить специфическим применениям. Как упомянуто выше, промежуток, изображенный двойной стрелкой 340, указывает на диапазон, в котором верхнее седло пружины 314 может переместиться в пределах выточки 320. В отличие от известных исполнительных приводов 100, 130, 200, в качестве примера исполнительный привод 300 позволяет регулирование пружинного усилия, приложенного к мембране 302 посредством регулирования (например, изменение) сжатия пружины 312, помещая пружину 312 внутри, чтобы предотвратить экспонирование пружины 312 к внешним условиям. Это позволяет проводить регулирование в широких пределах, снимает требование по жестким допускам частей, снаряжений, и т.д. и/или компонентов, определенных для различных применений, потенциально увеличивая срок службы пружины 312.
[0036] Фиг. 4 - вид в поперечном разрезе примерного исполнительного привода прямого действия (например, нормально открытый) 400. Как проиллюстрировано на Фиг. 4, мембрана 402 помещена (например, захвачена) между верхним кожухом 404 и нижним кожухом 406 множеством крепежей 408, 410, что, в некоторых примерах, могут проходить через соответствующие отверстия мембраны 402. В отличие от исполнительного привода 300, описанного со ссылкой на Фиг. 3, орган настройки 412 находится в контакте с нижним седлом пружины 414 вместо верхнего седла пружины 416.
[0037] В проиллюстрированном примере пружина 418 помещена (например, захвачена), внутри в пределах исполнительного привода 400 и между нижним седлом пружины 414 и верхним седлом пружины 416. В проиллюстрированном примере, с нижним седлом пружины 414 контактирует (например, сцепляется), первый торец пружины 418, и располагается в пределах нижнего кожуха 406. В проиллюстрированном примере у нижнего кожуха 406 есть кольцевые поверхности 424, 426 ступенчатого профиля, чтобы принять вставку 428, имеющей резьбовое отверстие 430 и соответствующий ступенчатый профиль, чтобы войти в контакт с поверхностями 424, 426 из нижнего кожуха 406. В проиллюстрированном примере резьбовое отверстие 430 из вставки 428 затрагивают тяги 432 из органа настройки 412, у которого есть центральное отверстие 434, чтобы принять шток 436. Шток 436 из проиллюстрированного примера двигается вдоль центрального канала, определенного центральным отверстием 434. Альтернативно, в некоторых примерах, вставка 428 составляет единое целое с нижним кожухом 406. В примерах, где перепад давления приложен к камере 440 (то есть, в противоположность камере 440 находящейся в атмосферном давлении), уплотнение 438, которое может быть кольцевым уплотнителем или уплотнительным кольцом, в основном препятствует утечке из камеры 440 во внешнее окружение привода 400. Дополнительно или альтернативно, в таких примерах, уплотнение 441, которое может быть кольцевым уплотнителем или уплотнительным кольцом в некоторых примерах, изолирует камеру 440.
[0038] У органа настройки 412 могут быть несущие поверхности 442, 444 ступенчатого профиля, чтобы войти в контакт со ступенчатым профилем 445 из нижнего седла пружины 414. Несущие поверхности 442, 444 из проиллюстрированного примера позволяют нижнему седлу пружины 414 оставаться относительно неподвижным (например, не вращаться), когда орган настройки 412 вращается. У органа настройки 412 из проиллюстрированного примера также есть выступ (например, стенка) 446, чтобы ограничить или предотвратить поперечное движение пружины 418.
[0039] В то время, как показан контакт через несущие поверхности 442, 444, любой соответствующий тип контакта между органом настройки 412 и нижним седлом пружины 414 может использоваться, включая, но не ограничиваясь, интерфейсом опоры (например, шариковый подшипник), и т.д. Альтернативно, орган настройки 412 может быть прикреплён к нижнему седлу пружины 414, сваркой, склеиванием, или по любому другому соответствующему производственному процессу. Дополнительно или альтернативно, у органа настройки 412 может быть отверстие 447, чтобы принять инструмент. Отверстие 447 может быть внешне доступным и сформированным в виде шестигранника или любой другой соответствующей формы, чтобы принять инструмент. В некоторых примерах инструмент может войти в контакт с внешней поверхностью (например, наружная поверхность) органа настройки 412. Шток 436 из проиллюстрированного примера присоединен к верхнему седлу пружины 416 через контакт между поверхностью 448 штока 436 и поверхностью 450 верхнего седла пружины 416. В других примерах шток 436 может не быть присоединенным к верхнему седлу пружины 416 и может, вместо этого, только войти в контакт с верхним седлом пружины 416 (например, шток 436 смещён контактом несущей поверхности верхнего седла пружины 416 к штоку клапана 436).
[0040] В проиллюстрированном примере, с верхним седлом пружины 416 контактирует (например, сцепляется), второй торец пружины 418. В этом примере у верхнего седла пружины 416 есть боковая стенка 452 и/или пластина 454, чтобы определить интерфейс, чтобы ограничить пружину 418 в поперечных или боковых смещениях. Боковая стенка 452 и/или пластина 454 из проиллюстрированного примера также плотно затрагивает мембрану 402 в интерфейсе, определенном боковой стенкой 452 и/или пластиной 454. Более конкретно, в этом примере, боковая стенка 452 и пластина 454 ограничивают выступ или кромку уплотнения 456 мембраны 402. У боковой стенки 452 из проиллюстрированного примера также есть край 458, чтобы войти в контакт с нижним кожухом 406, таким образом ограничивая (например, минимизируя) диапазон движения верхнего седла пружины 416. Дополнительно или альтернативно, в некоторых примерах, край 458 может ограничить диапазон движения верхнего седла пружины 416, входя в контакт с нижним седлом пружины 414.
[0041] В некоторых примерах у нижнего седла пружины 414 и/или верхнего седла пружины 416 могут быть выступы (например, кольцевой выступ) 460, чтобы далее ограничить пружину 418 (например, препятствуя движению из стороны в сторону или боковое движение пружины 418). Альтернативно, другие смещающие элементы могут использоваться вместо пружин (например, камеры с флюидом, и т.д.). У исполнительного привода 400 могут быть одна или более пружин между нижним седлом пружины 414 и верхним седлом пружины 416. Множество пружин может быть расположено в концентрическом порядке или может быть расположено в неконцентрическом порядке. Использование множества пружин может позволить компактность исполнительного привода 400 (например, более высокое пружинное усилие смещения) и/или большее дублирование, и т.д.
[0042] В действии, входное давление может быть приложено к камере управляющего давления 462, чтобы сместить мембрану 402 и верхнее седло пружины 416 против величины усилия пружины 418. Усилие, приложенное к мембране 402 через сжатый флюид в камере управляющего давления 462, смещает верхнее седло пружины 416 и, таким образом, шток 436 смещается в нисходящем направлении в ориентации Фиг. 4.
[0043] Величина пружинного усилия, противодействующего входному усилию, приложенному к мембране 402 через камеру управляющего давления 462, может быть регулируема вращением органа настройки 412 и, в свою очередь, таким образом перемещая нижнее седло пружины 414 относительно нижнего кожуха 406. Как исполнительный привод 300, описанный со ссылкой на Фиг. 3, внутреннее расположение пружины 312 препятствует экспонированию пружины 312 внешним условиям.
[0044] Фиг. 5 - вид в поперечном разрезе примера мембранного исполнительного привода 500 двойного действия (например, с разжатием пружины (spring-to-extend)), у которого есть двойные мембраны. Аналогично исполнительному приводу 300, описанному со ссылкой на Фиг. 3, у мембранного исполнительного привода 500 есть две мембраны 502, 504 присоединенные к нижнему седлу пружины 506 вместо единственной мембраны. Первая мембрана 502 из проиллюстрированного примера помещена (например, сцеплена) между верхним кожухом 508 и стопором 510. Аналогично, вторая мембрана 504 сцеплена между нижним кожухом 512 и стопором 510. В проиллюстрированном примере у верхнего кожуха 508, нижнего кожуха 512 и/или стопора 510 есть отверстия 514, чтобы обеспечить множественный крепёж (например, шнеки, заклепки, болты, и т.д.) 516, чтобы соединить верхний кожух 508, нижний кожух 512 и/или стопор 510 вместе. В некоторых примерах у стопора 510 может быть отверстие 518, чтобы позволить полости 520 быть в основном в атмосферном давлении и/или давлении, внешнем к исполнительному приводу 500.
[0045] Подобно мембранному исполнительному приводу 300, орган настройки 521 находится в контакте с верхним седлом пружины 522, и усилие, приложенное к нижнему седлу пружины 506 и/или к мембранам 502, 504, регулируется поворотом органа настройки 521, чтобы сместить верхнее седло пружины 522 относительно нижнего седла пружины 506. У нижнего седла пружины 506 из проиллюстрированного примера есть край 524, чтобы войти в контакт с поверхностью 526 верхнего кожуха 508 и, аналогично, край 528, чтобы войти в контакт с поверхностью 530 нижнего кожуха 512. Такие контакты краев ограничивают перемещение нижнего седла пружины 506 в противостоящих направлениях. В некоторых примерах, край 524 контактирует с верхним седлом пружины 522, чтобы ограничить перемещение нижнего седла пружины 506. Альтернативно, другая пружина может присутствовать во входной камере повышенного давления 532, расположенной (например, сцепленной) между нижним седлом пружины 506 и нижней частью кожуха 512.
[0046] Исполнительные приводы с множеством мембран имеют относительно более продолжительный срок эксплуатации по сравнению с поршневыми исполнительными приводами, использующими динамическое уплотнительное кольцо. Исполнительные приводы с множеством мембран могут переключаться вверх и вниз относительно быстро (то есть, улучшенная динамическая характеристика), потому что не полагаются исключительно на величину усилия пружин, чтобы обеспечить противостоящее смещение возвращения. В некоторых примерах дополнительное усилие седла пружины приложено к нижнему седлу пружины 506, когда к камере 534 приложено давление.
[0047] Фиг. 6 - вид в поперечном разрезе примера, мембранного исполнительного привода двойного действия (например, со сжатием пружины (spring-to-retract)) 600, у которого есть двойные мембраны. У мембранного исполнительного привода 600 из проиллюстрированного примера есть две мембраны 602, 604 присоединенные к верхнему седлу пружины 606. Подобно двойному мембранному исполнительному приводу 500, первая мембрана 602 прикреплена между верхним кожухом 608 и стопором 610. Аналогично, вторая мембрана 604 прикреплена между нижним кожухом 612 и стопором 610. В проиллюстрированном примере у верхнего кожуха, 608, нижнего кожуха 612 и/или стопора 610 есть отверстия 614, чтобы обеспечить множественный крепёж (например, шнеки, заклепки, болты, и т.д.) 616 чтобы соединить верхнюю часть кожуха 608, нижнюю часть кожуха 612 и/или стопор 610 вместе. В некоторых примерах у стопора 610 может быть отверстие 617, чтобы позволить камере 618 быть в основном при атмосферном давлении и/или давлении, внешнем к исполнительному приводу 600.
[0048] Подобно мембранному исполнительному приводу 400 из Фиг. 4, орган настройки 619 находится в контакте с нижним седлом пружины 620, и усилие, приложенное к нижнему седлу пружины 620 и/или мембранам 602, 604, регулируется, поворотом органа настройки 619, чтобы сместить нижнее седло пружины 620 относительно верхнего седла пружины 606. В проиллюстрированном примере у вставки 622, к которой присоединен нижний кожух 612 через ступенчатый профиль 623, есть второй ступенчатый профиль 624, чтобы войти в контакт с нижним седлом пружины 620, чтобы позволить нижнему седлу пружины 620 оставаться относительно неподвижным (например, не вращаться), когда орган настройки 619 вращается. У вставки 622 из проиллюстрированного примера есть уплотнительная прокладка 625, чтобы принять кольцевой уплотнитель или уплотнительную прокладку, чтобы герметически изолировать вставку 622 относительно органа настройки 619, так как орган настройки 619 движется относительно вставки 622 (то есть, кольцевой уплотнитель или уплотнительная прокладка 625 изолирует камеру 627). Дополнительно, другая пружина может быть помещена (например, сцеплена) между верхним седлом пружины 606 и верхним кожухом 608. У верхнего седла пружины 606 из проиллюстрированного примера есть край 626, чтобы ограничить диапазон движения или смещение верхнего седла пружины 606 относительно нижнего кожуха 612. Аналогично, у верхнего седла пружины 606 из проиллюстрированного примера есть край 628, чтобы ограничить диапазон движения или смещение верхнего седла пружины 606 относительно верхнего кожуха 608.
[0049] Как упомянуто выше со ссылкой на Фиг. 5, исполнительные приводы с множеством мембранам имеют относительно более продолжительный срок эксплуатации по сравнению с поршневыми исполнительными приводами, использующими динамический кольцевой уплотнитель.
[0050] Фиг. 7 - вид в поперечном разрезе в качестве примера другого мембранного исполнительного привода 700, выполненного в конфигурации обратного действия (например, нормально закрытый), в которой есть регулируемые ограничители хода 702, чтобы ограничить перемещение седла пружины 704. В проиллюстрированном примере диапазон движения седла пружины 704 и/или мембраны 705 ограничен краем 706 боковых стенок 707 контактирующих с останавливающими поверхностями 710 регулируемого ограничителя хода 702, по мере того как седло пружины 704 движется к ограничителю хода 702. Положение останавливающих поверхностей 710 ограничителя хода 702 может быть регулируемо вращением болта 712, который может быть повернут гаечным ключом или любым другим соответствующим методом. В то время как регулируемый ограничитель хода 702 показан во взаимосвязи с исполнительным приводом 700, он может быть применен к любому из примеров, описанных в данном документе.
[0051] Несмотря на то, что выше были описаны различные варианты реализации изобретения, это изобретение не должно ограничиваться ими. Напротив, этот патент охватывает все методы, устройства и промышленные изделия, полностью попадающие в сферу действия измененной формулы изобретения буквально или под доктрины эквивалентов.
1. Мембранный исполнительный привод (400), содержащий:
верхнее седло (416) пружины, прикрепленное к мембране (402) исполнительного привода, причем верхнее седло пружины выполнено с возможностью контакта с пружиной (418) и соединения со штоком (436), а мембрана выполнена с возможностью смещения штока за счет усилия, приложенного к мембране, при этом шток выполнен с возможностью управления гидравлическим клапаном; и
орган (412) настройки, выполненный с возможностью регулировки величины усилия, приложенного пружиной к верхнему седлу пружины, и содержащий нижнее седло (414) пружины, при этом нижнее седло пружины выполнено с возможностью контакта пружины с торцом пружины, противоположным указанному верхнему седлу пружины; причем верхнее седло пружины имеет край (458) для ограничения диапазона движения верхнего седла пружины за счет контакта с кожухом исполнительного привода или нижним седлом пружины,
при этом нижнее седло пружины имеет первую и вторую кольцевые вытачки с различными диаметрами, задающие первый ступенчатый профиль (445), а орган настройки имеет несущие поверхности (442, 444) с различными диаметрами, задающие второй ступенчатый профиль, входящий в контакт с первым ступенчатым профилем нижнего седла пружины.
2. Исполнительный привод по п. 1, отличающийся тем, что орган настройки управляется извне исполнительного привода.
3. Исполнительный привод по п. 1, отличающийся тем, что орган настройки смещает верхнее седло пружины.
4. Исполнительный привод по п. 1, отличающийся тем, что орган настройки крепится к нижнему седлу пружины.
5. Исполнительный привод по п. 1, отличающийся тем, что орган настройки выполнен с возможностью принятия инструмента.
6. Мембранный исполнительный привод (400), содержащий:
мембрану (402) для смещения штока (436) за счет усилия, приложенного к мембране, при этом шток выполнен с возможностью управления гидравлическим клапаном;
верхнее седло (416) пружины, прикрепленное к мембране;
орган (412) настройки, находящийся в контакте с нижним седлом (414) пружины; и
корпус (404, 406), имеющий резьбовое отверстие для приема резьбовой части (432) органа настройки, причем орган настройки смещает нижнее седло пружины для регулировки величины усилия, прикладываемого пружиной (418) к мембране;
причем верхнее седло пружины имеет край (458) для ограничения диапазона движения верхнего седла пружины за счет контакта с корпусом или нижним седлом пружины;
при этом нижнее седло пружины имеет первую и вторую кольцевые вытачки с различными диаметрами, задающие первый ступенчатый профиль (445), а орган настройки имеет несущие поверхности (442, 444) с различными диаметрами, задающие второй ступенчатый профиль, входящий в контакт с первым ступенчатым профилем второго седла пружины.
7. Исполнительный привод по п. 6, отличающийся тем, что орган настройки доступен извне.
8. Исполнительный привод по п. 6, отличающийся тем, что орган настройки выполнен с возможностью принятия я инструмента.
9. Мембранный исполнительный привод (400), содержащий:
клапанный шток (436), выполненный с возможностью смещения мембраной (402) за счет усилия, приложенного к мембране, а мембрана прикреплена к верхнему седлу (416) пружины;
нижнее седло (414) пружины, находящееся в контакте с органом (412) настройки, при том что орган настройки имеет центральное отверстие для приема штока клапана; и
корпус (404, 406), имеющий резьбовое центральное отверстие для приема резьбовой части органа настройки, причем орган настройки смещает нижнее седло пружины для регулировки величины усилия, прикладываемого пружиной к мембране (418);
причем верхнее седло пружины имеет край (458) для ограничения диапазона движения верхнего седла пружины за счет контакта с корпусом или нижним седлом пружины;
при этом нижнее седло пружины имеет первую и вторую кольцевые вытачки с различными диаметрами, задающие первый ступенчатый профиль (445), а орган настройки имеет несущие поверхности (442, 444) с различными диаметрами, задающие второй ступенчатый профиль, входящий в контакт с первым ступенчатым профилем нижнего седла пружины.
10. Исполнительный привод по п. 9, дополнительно содержащий уплотнение, выполненное с возможностью герметизации органа настройки по мере того, как орган настройки осуществляет смещение.
