组合式隔膜活塞促动器的制造方法
组合式隔膜活塞促动器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明总地涉及用于矿物回收井的阀，并且尤其涉及用于促动阀的促动器。
【背景技术】
[0002]闸门阀是一种阀，其具有本体和穿过本体的孔。闸门定位在横向于本体的位置，并且线性移动，以阻碍流过孔的流或容许流过孔的流。某些闸门具有与该孔对准从而容许流动的孔隙。闸门可为常开的，因而在其线性移动而使孔隙不与孔对准时，闸门被关闭。或者闸门可为常闭的，因而在其线性移动而使孔隙与孔对准时，闸门被打开。不管闸门常开或常闭的，闸门都通过阀促动器来移动或促动。
[0003]促动器可为液压活塞类型的促动器，或者促动器可为气动活塞或隔膜类型的促动器。在传统的薄膜促动器中，隔膜响应于压力介质，例如气体或其它流体而移动，从而推动隔膜朝着闸门阀移动。隔膜部分地受到支撑板的支撑。当隔膜受到向下推动时，其推动支撑板向下移动，支撑板然后将向下的力通过杆传递给闸门阀的闸门。隔膜支撑板的外径(“OD”)不会延伸至隔膜定位在其中的外壳的内径(“ID”)上，所以隔膜的一部分悬挂在支撑板的边缘上，并因而未受支撑。本领域中的技术人员应该懂得，未受支撑的隔膜区域更容易发生故障，并且需要厚且加强的隔膜，从而能够承受由于压力介质而施加的力。
【发明内容】
[0004]本申请公开了阀促动器的实施例，其备选地可配置为用作隔膜促动器、活塞促动器或隔膜和活塞双促动器或组合促动器。在各种实施例中，促动器包括模块化构件，其可用于一种或多种促动器使用模式；其可针对不同尺寸或配置的构件进行更换；并且/或者其可与不同尺寸或配置的构件对接。这里的实施例提供了例如下面所述的显著的性能、制造、组装、成本以及其它优点。
[0005]更具体地说，在一个实施例中，阀促动器是气动阀促动器，其可用于促动阀，例如闸门阀。阀促动器可配置为使用隔膜或活塞压力；或隔膜和活塞压力。这里的实施例容许制造公共促动器部件，其可用于多个气动促动器应用。另外，实施例为操作员提供了使用隔膜、活塞或双密封促动器来促动阀的灵活性。
[0006]在一个实施例中，阀促动器的压力部件包括底板，其可互换地用于隔膜和活塞促动器。该板具有带螺纹的OD，其中外部密封臂连接在OD上。密封臂为隔膜和/或活塞密封槽提供了支撑部件。密封臂尺寸可根据操作给定的闸门阀所需要的促动器力而从多个密封臂中进行选择。
[0007]在促动器的完全打开和关闭循环期间，隔膜完全受到压力部件的支撑。这种完全的支撑消除了发生在传统的隔膜托板促动器上的鼓胀效应。隔膜被设计为尽可能地紧凑，并容许利用隔膜设计达到可能最大的行程。这种促动器容许从一组基本的公共部件制造出组合的隔膜和活塞，或隔膜或活塞促动器。
[0008]在促动器的某些实施例中，促动器外壳由铸件制成，其容许使用更高强度的材料，并且如果应用需要可为经过NACE认证的。在某些实施例中，在外壳的内表面上没有焊接。
[0009]隔膜在向下推动时受到加压介质的完全支撑，并因而容许促动器操作介质压力提高到其它传统设计之上。传统的促动器通常被限制成小于200psig，且时常小于150psig。当压力部件移动至完全向下的位置时通过支撑隔膜，促动器介质的压力可能高达250psig，而不会损坏隔膜。在实施例中，压力可能大于250psig。这容许在实现较小的促动器时的最大操作范围满足API 6A SSV设计要求，因为较小的促动器在更大的压力下进行操作时会在闸门阀上施加与传统大型促动器在较低压力下操作时相同的操作力。
[0010]传统的薄膜促动器没有受到完全支撑的隔膜。由于缺乏这种支撑，传统的薄膜促动器容许至少未受支撑的隔膜部分在支撑板下发生鼓胀，因而减少了有效的压力面积。受到完全支撑的隔膜容许压力面积的最大有效面积。作为示例，具有1-1/4"顶轴的传统的12"薄膜促动器将具有大约90平方英寸的有效压力面积。具有1-1/4"顶轴的12"完全支撑的促动器的典型实施例将具有大约112平方英寸的有效压力面积。
[0011]传统的薄膜促动器通常具有150psig的最大操作压力。因此典型的传统12"薄膜促动器的大概的输出力将为大约13500镑的力。完全支撑的促动器的实施例可具有250psig的最大操作压力。因此，在250psig下进行操作时，12〃隔膜完全支撑的促动器的实施例的大概的输出力在大约25000-30000镑力的范围内。在250psig下进行操作时，12〃隔膜完全支撑的促动器的实施例的大概的输出力在大约27000-29000镑力的范围内。在250psig下进行操作时，12〃隔膜完全支撑的促动器的实施例的大概的输出力大约为28000镑力。本领域中的技术人员应该懂得，该力的大小将依赖于具体的促动器几何形状、制造公差和建造材料而变化。
[0012]用于促动阀的装置的实施例包括圆柱形外壳、盖和定位在外壳中的板，外壳具有阀端、盖端和侧壁，侧壁限定了外壳内径(“伊多语”)，盖连接在外壳的盖端上，其中入口定位在盖中。板具有中心部分和滑动地与外壳的ID相接合的外径(“OD”)，板的OD定位成沿轴向在比中心部分更靠近外壳的阀端，板响应于来自入口的压力介质而在伸展位置和收缩位置之间移动，板在伸展位置时比在收缩位置时更靠近阀端。实施例还可包括连接在板上的保持器以及与板接触的下止挡，保持器可操作成以便与隔膜的内径孔相接合，当板朝着伸展位置移动时，下止挡朝着外壳的阀端被推动，并且下止挡可操作成连接在阀杆上，用于促动阀。
[0013]实施例还可包括位于侧壁的ID和板之间的环形密封环。实施例可包括隔膜，其覆盖板并延伸至盖端，隔膜和盖限定了压力室。在实施例中，隔膜在收缩位置和伸展位置的各个位置并不沿轴向延伸经过板。
[0014]在实施例中，板可包括具有螺纹外径的毂以及具有螺纹内径的密封板，密封板与毂通过螺纹接合。当密封板处于伸展位置时，隔膜可完全受到板和外壳的支撑。实施例还可包括指示杆，其连接在板上并突出通过盖的孔。
[0015]在实施例中，板可具有凸形表面和凹形表面，凸形表面和凹形表面中的各个面向盖，并且凹形表面相对于凸形表面沿径向向外间隔开。实施例还可包括隔膜，当板处于伸展位置时，隔膜与凸形表面和凹形表面均相接触。在实施例中，板不会沿轴向延伸经过圆柱体的盖端。
[0016]本发明的实施例包括用于促动阀的方法。该方法可包括如下步骤:提供一种阀促动器，阀促动器具有圆柱形外壳、滑动地与圆柱形外壳的内径表面相接合的支撑盘、与圆柱形外壳的第一端密封接合的盖，外壳、支撑盘和盖限定了压力室；将隔膜连接在支撑板和圆柱形外壳的第一端上，隔膜跨越圆柱形外壳的直径并且跨支撑盘的直径而受到支撑盘的支撑；并且对压力室加压，从而造成支撑盘从第一位置移动至第二位置，第二位置比第一位置更远离第一端，从而造成连接在支撑板上的杆向下移动，从而促动阀。
[0017]在本方法的实施例中，基本上所有隔膜都与支撑盘和外壳相接触。实施例还可包括在支撑盘的内径表面和外径之间提供动态密封的步骤。支撑盘可包括具有螺纹外径的底板和具有螺纹内径的环形支撑臂，其中步骤(a)包括将支撑臂连接到底板上。
[0018]本方法的实施例还可包括确定隔膜直径的步骤，使得隔膜在第二位置与基本所有暴露的支撑盘的表面相接触。
[0019]用于促动阀的系统的实施例可包括具有外径的环形毂；同心地连接在毂上的保持器；从保持器以第一方向沿轴向延伸的指示杆；以及从毂以第二方向沿轴向延伸的促动杆，当杆在第一位置和第二位置之间沿轴向移动时，促动杆穿过阀帽并可操作成使阀中的构件移动。该系统的实施例还包括具有第一内径的第一外壳、可密封地连接在第一外壳上的第一盖，以及具有第二内径的第二外壳和可密封地连接在第二外壳上的第二盖，第一外壳和第二外壳均可单独地连接在阀帽上；以及第一环形支撑板和第二环形支撑板，第一环形支撑板可操作成与第一外壳的第一内径滑动地相接合，并且第二环形支撑板可操作成与第二外壳的第二内径滑动地相接合，第一环形支撑板和第二环形支撑板均可连接在底板上。在实施例中，第一环形支撑板和第二环形支撑板均可分别与第一外壳和第二外壳的内径密封地相接合。
[0020]该系统的实施例还包括第一隔膜，第一隔膜在轴向方向上受到底板和第一环形支撑臂的完全地支撑。在该系统的实施例中，第一隔膜在保持器和底板之间形成了密封，并且在第一盖和第一环形外壳之间形成了另一密封。
[0021]在该系统的实施例中，毂包括位于外径表面上的螺纹，并且第一环形支撑板和第二环形支撑板均包括位于内径表面上的螺纹，使得第一环形支撑臂和第二环形支撑臂均可与毂通过螺纹相接合。
[0022]本发明的其它实施例包括一种促动器系统，其包括第一促动器和第二促动器，第二促动器在尺寸上不同于(例如大于或小于)第一促动器。第一促动器包括第一组构件和第二组构件。第二促动器包括第三组构件和第四组构件。 第一组构件和第三组构件对于第一促动器和第二促动器是公共的。例如，第一组构件和第三组构件包括相同尺寸、组成和/或设计的毂、下止挡、杆和/或弹簧。第二组构件和第四组构件在第一促动器和第二促动器之间是不同。例如，第一促动器的外板具有与第二促动器的外板不同的尺寸。在第二组构件和第四组构件之间不同的构件包括例如板或外板、外壳、盖和/或隔膜。
【附图说明】
[0023]为了获得并更详细地理解将变得清晰易懂的本发明的特征、优势和目的以及其它方面，上面简要概括的本发明的更具体的说明可参照其附图中所示并形成本说明书的一部分的实施例。然而，应该注意，附图只显示了本发明的一个优选实施例，并因此不应被认为是其范围的限制，因为本发明可容许其它同等有效的实施例。
[0024]图1是双密封活塞薄膜促动器的一个实施例的侧视截面环境图。
[0025]图2是图1的侧视截面环境图的放大图。
[0026]图3是图1实施例的侧视截面环境图，其显示板处于下面位置。
[0027]图4是图1实施例的侧视截面环境图，其显示了使用环形密封替代隔膜，从而在外壳和盖之间提供密封。
[0028]图5是支撑隔膜促动器的另一实施例的侧视截面环境图，其具有单件支撑板。
【具体实施方式】
[0029]现在将在后文中参照附图更完整地描述本发明，附图显示了本发明的实施例。然而，本发明可以许多不同的形式来体现，并且不应该被理解为只局限于这里陈述的所示实施例。相反，提供了这些实施例，使得本发明公开将显得完整且完全，并且将本发明的范围完整地传达给本领域中的技术人员。相似的标号表示相似的元件，并且如果使用引号的话，其表示备选实施例中类似的元件。
[0030]参照图1和图2，其显示了促动器100。促动器100用于打开或关闭阀102，其中促动器100连接在阀上。本领域中的技术人员应该懂得，阀102可为闸门阀或任何其它类型的阀，其被线性部件的扩展部分促动。阀帽(bonnet) 104连接在阀102的本体上。杆106穿过阀帽104和包装保持器108。促动器100用于通过向下朝着阀102推动杆106从而促动阀102。
[0031]促动器外壳112包括圆柱体，其具有内径(“ID”)表面114。外壳112由任何各种技术制造而成，包括如冲压、挤压和铸造。在实施例中，外壳112在内表面例如ID表面114上没有焊接或焊缝。外壳112可由NACE认证的材料制造而成。
[0032]促动器外壳112通过连接器116连接在阀帽104上。所示的连接器116为螺纹接头，但可使用其它类型的连接器。在外壳112的与连接器116相反的末端是凸缘120，其从外壳112向外扩张。凸缘120具有向上面向的表面122，其是用于形成密封的光滑表面。多个螺栓孔126围绕凸缘120而间隔开。
[0033]盖130连接在外壳112上。盖130是环形板，其具有与凸缘120的外径大致相等的外径。密封表面132通常是盖130的平滑的向下面向的表面，其与凸缘120的向上面向的表面122对准。多个螺栓孔136围绕盖130间隔开，从而与螺栓孔126对准。盖螺栓138穿螺栓孔136，以便通过螺纹与螺栓孔126相接合，从而将盖130固定在外壳112上。其它配置可用于将盖130固定在外壳112上，例如螺栓，其通过螺栓孔126插入从而与螺栓孔136进行螺纹接合，又如螺栓chuanguo这两个部件，并利用螺母(未显示)、夹子(未显示)或套环(未显示)进行固定。
[0034]入口 140是穿过盖130的孔，并且相对于密封表面132向内间隔开。入口 140连接在加压的介质流体源(未显示)上，介质流体源可选择性地通过入口 140提供加压的介质流体。加压的介质通常是流体，例如压缩空气、氮气、油井气或其它类型的气体或液体。孔142是穿过盖130的第二开口。以孔142所示的减压装置144是一种压力减轻装置，如果压力超过预定值，其将打开，以减轻外壳112中的压力。本领域中的技术人员应该懂得，减压装置144可为其中一种减轻过压情形的装置，例如减压阀、爆破盘或控制阀。
[0035]指示外壳146是一种外壳，其包括用于接收指示杆150的指示孔148。指示杆150是圆柱形轴，其突出通过盖130。轴承152是用于引导杆150的指示孔148的ID上的支承表面。密封组件154是一种密封件，其动态地密封在指示杆150周围。本领域中的技术人员应该懂得，密封组件154包括卡扣环156或其它保持器(未显示)，从而将密封组件154保持在指示外壳146中的某一位置上。或者，密封组件154可为用于动态密封在轴周围的密封盒、具有O形环的V形唇密封件或其它类型的密封件。
[0036]板160是环形板，其跨越外壳112的内径，并抵靠着外壳112的ID表面114形成动态密封。板160包括中心孔162。板160的表面具有某种轮廓，使得径向外侧部分沿轴向位于径向内侧部分的下面。如图1和图2中所示，板的外径区域定位成沿轴向比板的中心部分更靠近外壳阀端。在实施例中，板160具有向上面向的凸形表面和向上面向的凹形表面，其中凹形表面相对于凸形表面沿径向向外间隔开。
[0037]在图1和图2所示的实施例中，板160包括毂164和外板166。毂164包括中心孔162，其在ID表面上具有ID螺纹168。毂164还包括位于中心孔162的ID上的密封表面。毂164的外径包括OD螺纹172和OD密封表面174。
[0038]外板166是一种环形环，其连接在毂164上，使得板160包括外板166和毂164。外板166的上表面178向下且向外倾斜，具有通常凸形形状，然后水平地延伸至ID表面114。外板166的ID孔包括ID螺纹180，用于通过螺纹与毂164的OD螺纹172相接合。密封件182定位在外板166的孔上的密封槽184中，并且密封地与毂164的OD密封表面174相接合。侧壁密封件186定位在槽188中，槽定位在外板166的外径上，因而侧壁密封件定位在板160的外径上。侧壁密封件186密封地与外壳112的ID表面114相接合，从而在ID表面114和板160之间提供动态密封。在实施例中，减磨环(图1中未显示)可定位在槽188中。本领域中的技术人员应该懂得，减磨环将减少在板160的外径和外壳112的ID表面114之间的摩擦。减磨环(图1中未显示)不具有与侧壁密封件186相同的密封属性。
[0039]由外壳112、板160和盖130限制边界的空间被限定为压力室190。通过入口 140引入的流体导致压力的增加，其造成板160向下移动。
[0040]保持器194可拆卸地连接在板160的中心上。在所示的实施例中，保持器194的外径上的螺纹196通过螺纹与毂164的ID螺纹168相接合。保持器194包括密封件198，其定位在OD表面的密封槽200中，以便密封地与毂164的中心孔162相接合。保持器194包括沿轴向定位在密封槽200上面的向下面向的肩部202。肩部202的外径大于孔162的内径。保持器194不会在孔162的整个轴向长度上延伸，使得孔162的下面部分是打开的。
[0041]指示杆150从保持器194向上延伸。本领域中的技术人员应该懂得，通过保持器194的孔(未显示)可插入杆150。在这种实施例中，一个或多个密封件定位在杆150的外径和保持器194的内径之间。或者，指示杆150和保持器194可为整体部件。将指示杆150连接到保持器194上的其它技术都可使用。在指示杆向上穿过保持器194的中心孔的实施例中，孔(未显示)可定位在杆的下端。
[0042]隔膜210是至少从ID表面114延伸至保持器194的柔性隔膜。如图1和图2中所示，隔膜210定位在盖130的密封表面132和凸缘120的表面122之间。螺栓孔开口可围绕隔膜210而间隔开，与盖螺栓138对准，使得当隔膜定位在盖130和凸缘120之间时，盖螺栓138穿过隔膜210。盖螺栓138被扭转，以便推动各个密封表面朝着隔膜210移动。因而，隔膜210通过与各个密封表面132，122密封地接合而用作密封件。
[0043]内径孔214定位在隔膜210的中心。保持器194的下面部分穿过孔214，从而与中心孔162的螺纹168相接合。隔膜210的表面定位在保持器194的肩部202和板160之间。如图1和图2中所示，毂164的向上面向的表面与隔膜210的下表面密封地相接合，并且肩部202的向下面向的表面与隔膜210的上表面密封地相接合。当保持器194朝着板160张紧时，隔膜210被压缩在它们之间。当隔膜210就位时，压力室190由隔膜210和盖130来限定。
[0044]现在参照图3，隔膜210受到板160和外壳112的完全支撑。具体地说，固体部件与隔膜210基本上全部接触，使得固体部件防止隔膜210响应于压力介质而向外鼓胀。板160跨越外壳112 的整个内径而支撑隔膜210的下侧面。外壳112的ID表面114支撑隔膜210的侧面。当压力室190中的压力介质对隔膜210施加力并且板160处于下面位置时，不存在未受支撑的隔膜210的区域。相对于内径表面114向内的隔膜210的部分受到板160的支撑。因为隔膜210受到完全支撑，所以其可承受比未受支撑的隔膜更高的压力室190中的压力。实施例可具有比传统的未受支撑的隔膜更高的促动器操作压力，其可被限制为150psigo此外，隔膜210可能没有纤维增强部分，并且可能比传统的隔膜更薄。
[0045]在设计过程中确定隔膜210的直径，使得当板160处于下面位置时，隔膜210通常平滑地抵靠着ID表面114和板160的顶表面。换句话说，隔膜210齐平地抵靠着ID表面114和板160的顶表面，使得在隔膜210和那些表面之间不存在间隙。当板160移动到上面位置时，隔膜210可移动，使得在板160的顶表面和隔膜210的部分之间存在间隙，这则可给予隔膜210波状横截面外观。
[0046]参照回图1，下止挡216是圆柱形部件，用于在板160和杆106之间传递轴向力。下止挡216包括圆柱体218和从圆柱体218延伸的肩部220。肩部220的向上面向的表面与板160的向下面向的表面相接触。接头222从下止挡216的上端沿轴向延伸。当促动器100进行组装时，接头222定位在毂164的孔162中，因而使这两个部件同心地对准。在指示杆(未显示)向上穿过毂164的孔，并且凹陷的孔(未显示)定位在这种指示杆的下端的实施例中，接头222可与杆下端的孔(未显示)相接合。
[0047]下止挡216的下端包括螺纹孔224，其具有位于ID表面上的螺纹，用于通过螺纹而与杆106的螺纹端相接合。本领域中的技术人员应该懂得，在下止挡216和杆106之间的连接可为任何各种类型的连接，并且不局限于螺纹连接。下止挡216的下端的外径包括螺纹套环226，并且可包括许多间隔环228。螺纹套环226接触另一部件，例如包装保持器108，其定位在外壳112的下端，从而使下止挡216停止进一步向下的移动。螺纹套环226经过调整，使其停止向下运动，并因而杆106在合适的位置完全打开或完全关闭阀102。间隔环228可被添加或除去，使得闸门阀102的闸门(未显示)的开口与闸门阀102的通道(未显示)正确地对准。固定螺钉230用于保持螺纹套环226就位。
[0048]弹簧234包围下止挡216和至少杆106的一部分，并且通常从阀帽104的顶部延伸至肩部220的向下面向的表面。随着板160从上面位置移动至下面位置，弹簧234受到压缩。当来自入口 140的流体压力减少时，弹簧234推动板160向上远离阀102。本领域中的技术人员应该懂得，阀102中的流体力可作用在阀102内部的杆106上，从而推动杆106向上移动。弹簧234和作用在杆106上的向上的力可一起或单独地工作，从而使板160向上移动。
[0049]由促动器100施加于阀102上的力量依赖于通过入口 140引入并作用在板160的表面面积上的压力介质的压力，以及板160的表面面积的数量。因为板160完全支撑隔膜210，压力介质作用的隔膜210的表面面积通常与板160的表面面积是相同的。操作员可通过替换更大或更小的板160和外壳112而改变由促动器100施加的向下的力量。例如为了增加向下的力，外板166可用更大的外板166来替换，从而增加板160的表面面积。其它构件也将被替换，以适应外板166的替换。
[0050]为了改变由图1中所示的实施例施加的向下的力，从毂164上除去外板166，并且将具有相同ID但不同OD的外板166安装在毂164上。外壳112被替换为一种外壳，其具有与新安装的外板166的外径相对应的内径。盖130类似地被具有与新安装的外壳112相对应的尺寸的盖130所替换。最后，隔膜210被新的隔膜210替换，其尺寸适合于新的外板166、外壳112和盖130。当从某一尺寸切换成另一尺寸时，不需要替换其它构件，例如保持器194、杆150和阀帽104。阀促动器系统可包括保持器194、杆150、阀帽104、毂164、弹簧234和下止挡216。该系统还可包括第一组可互换的构件，其包括第一外壳112、第一板166、第一盖130、第一外板166和第一隔膜，第一组可互换的构件均经过定制尺寸，以便彼此协作。该系统还可包括第二组可互换的构件，其包括第二外壳112、第二盖130、第二外板166和第二隔膜210，第二组可互换的构件均经过定制尺寸，以便彼此协作，并且具有与第一组可互换的构件不同的尺寸。
[0051]另一阀促动器系统包括阀帽104、杆106、弹簧234和连接在阀102上的下止挡216。该系统还包括第一促动器组件和第二促动器组件。各个促动器组件包括外壳112、板160、盖130和入口 140。第一促动器组件具有比第二促动器组件更小的直径。具体地说，夕卜壳112、板160和盖130均具有比第二促动器组件中相同类型的构件更小的直径。在促动器组件包括隔膜210的实施例中，第一促动器组件中的隔膜具有比第二促动器组件中的隔膜210更小的直径。
[0052]在操作员想要以更大的向下的力量操作阀102的情况下，第一促动器组件脱离加压的介质源，然后从阀帽104上除去，从而至少留下阀帽和杆连接在阀上。弹簧234和下止挡216还可保持就位。然后将第二促动器组件连接在阀帽104和加压的介质源上。促动器组件作为一种组件进行替换，并且当在阀帽104上替换该组件时，不需要从组件上除去该促动器组件的独立构件，例如支撑板160、隔膜210和盖130。或者，该系统可包括具有相同尺寸构件的促动器组件，并且可用另一类似尺寸的促动器组件替换磨损的或受损的促动器组件。
[0053]现在参照图4，利用之前所述的相同的构件，促动器238可不装配隔膜210。该组件的双重特性容许操作员使促动器用作活塞促动器，而无须维护第二组阀和部件。为了操作没有隔膜的促动器238，密封圈240定位在外壳112和盖130之间。外板166的侧壁密封件186抵靠着ID表面114形成了密封，因而在不使用隔膜的条件下限定了压力室242。板160可为整板，或者可为一种毂164和环形外板166的组件。密封件，例如密封件182和密封件198防止流体通过板160漏泄，虽然没有使用隔膜。可选地，环形密封圈244可定位在保持器194和板160之间。如同其它配置一样，通过入口 140的压力介质向下推动板160，因而造成杆106向下移动。
[0054]现在参照图5，其显示了阀促动器组件250。阀促动器250包括定位在外壳254中的板252。板252是跨越外壳254的内径的板。板252的外径包括槽256。图中显示减磨环258定位在槽256中。当板252在上面位置和下面位置之间移动时，减磨环258与外壳254的内径表面滑动地相接合。减磨环258减少了在板252和外壳254之间的摩擦，但在那两个部件之间不必提供密封件。板252具有中心孔260。
[0055]隔膜262受到板252的支撑。隔膜262的外径部分定位在凸缘264和盖266之间。隔膜262用作凸缘264和盖266之间的密封件。隔膜262的内径孔268在保持器270和板252之间提供了密封接合。
[0056]下止挡272定位在板252的下面。下止挡272可具有通常平坦的顶表面，并且在其与板252相接合的地方不存在接头或突起物。因为板252 —直延伸至外壳254的内径，所以其受到径向约束，并因而不能沿径向远离外壳254的轴线而移动，不管下止挡272或指示杆274是否提供了径向约束。下止挡272连接在杆276上，杆276连接在阀278上。
[0057]压力室280是由盖266、外壳254和板252限定的容积。盖266中的入口 282连接在压力介质源上，以便选择性地将压力介质引入到压力室280中。隔膜262提供了密封，以防止压力介质逃出压力室280。当压力介质被引进压力室280中时，介质作用在隔膜262上，隔膜262受到板252的支撑。因而，压力介质推动板252，以便从上面位置移动至下面位置。当板252在上面位置和下面位置之间移动时，连接在板252上的杆276通过下止挡216促动(打开或关闭)阀278。隔膜262经过定制尺寸，使得当板252处于下面位置，隔膜262通常平滑地抵靠着板252的向上面向的表面。的确，当板252处于下面位置时，这发生在压力介质处于足够高的压力下，以便完全促动阀促动器组件250时，此时隔膜262受到完全支撑。在这个实例中，完全支撑意味着外壳254的ID表面提供了支撑来防止隔膜262的现在竖直部分的径向外部运动，并且板252提供了支撑来防止跨越外壳254的直径的隔膜262的部分的向下运动。因此，在完全支撑的配置下，在没有接触且受到外壳254和板252的其中一个支撑的条件下，隔膜262没有可响应压力介质而向外鼓胀的跨度。 在上面位置或下面位置，隔膜262基本上并不沿轴向延伸到板252的下面。
[0058]返回图1和图2的实施例，在操作过程中，确定了板160的合适的直径，从而在给定的压力介质压力下提供合适的向下的力量。板160通过将环形外板166连接到毂164上而进行组装。在一个实施例中，毂164是标准尺寸，并且外板166可获得多个尺寸，从而可选择正确的尺寸。外壳112类似地可获得多个尺寸，并且选择尺寸，使得ID表面114具有与外板166的OD基本相等的ID。盖130可获得多个尺寸，并且选择与所选择的外壳112相对应的该尺寸。最后，选择隔膜210的尺寸，使得在安装并且板160完全处于下面位置时，隔膜210将通常平滑地抵靠着板160。
[0059]阀帽104连接在阀102上，其中杆106从阀帽104向上突出。弹簧234放置在杆106周围，并且下止挡216连接在杆106上。板160通过将环形外板166连接到毂164上使所有合适的密封件就位而进行组装。在隔膜210的中心孔214居中于板160上时，保持器194被张紧，以便压缩隔膜210，从而形成密封。板160放置在外壳112中，并且隔膜210的螺栓孔与凸缘120的螺栓孔126对准。盖130定位在凸缘120的顶部，并且盖螺栓138被张紧，以便将隔膜210的外面部分压缩在盖130和凸缘120之间。由板160、ID表面114和盖130限定的空腔被限定为压力室190。外壳112连接在阀帽104上，使得下止挡216与保持器194同心地进行定位。
[0060]弹簧234将板160保持在上面位置。为了促动阀102，通过入口 140应用压力介质，至少直至板160向下移动，造成杆106向下移动，因而促动阀102时为止。隔膜210防止压力介质接触板160的表面。板160支撑隔膜210，使得隔膜210没有任何部分能够沿轴向移动到板160的向上面向的表面之下。在向外的径向方向上，隔膜210受到ID表面114的支撑。因为隔膜210并不向下延伸到板160的下面，所以隔膜210没有任何部分未受支撑，以抵抗向内或向下的流体力。
[0061]促动器100可在隔膜210就位与否或完好与否的条件下起作用，假定合适的密封装置处于在盖130和外壳112之间的位置。在不使用隔膜210，或使用隔膜210，但具有一个或多个穿孔以容许流体泄漏穿过它的情况下，板160具有为板160的外径和外壳112的ID表面114之间的动态密封，例如侧壁密封件186。因为这种密封，所以来自入口 140的加压流体造成板160向下移动，并因而促动阀102，而不管隔膜210的状态如何。因为隔膜一直受到完全支撑，所以流体压力或促动器操作压力可高达250psig。在实施例中，流体压力可能大于250psig。隔膜210完全受到支撑的性质将容许最大的操作范围，以满足API 6ASSV设计要求。
[0062]虽然仅仅以其某些形式显示了或描述了本发明，但是本领域中的技术人员应该明白，其并不局限于此，而是在没有脱离本发明范围的条件下容易受到各种变化的影响。
【主权项】
1.一种用于促动阀的装置，所述装置包括: 圆柱形外壳，其具有阀端、盖端和侧壁，所述侧壁限定所述外壳的内径(“ID”)； 盖，其连接在所述外壳的盖端上，入口定位在所述盖中； 定位在所述外壳中的板，所述板具有中心部分和滑动地与所述外壳的ID相接合的外径(“0D”)，所述板的OD定位成沿轴向比所述中心部分更靠近所述外壳的阀端，所述板响应于来自所述入口的压力介质而在伸展位置和收缩位置之间移动，所述板在所述伸展位置时比在所述收缩位置时更靠近所述阀端； 连接在所述板上的保持器，所述保持器可操作成与隔膜的内径孔相接合；和 与所述板相接触的下止挡，当所述板朝着所述伸展位置移动时，所述下止挡被推向所述外壳的阀端，并且所述下止挡可操作成连接在阀杆上，以促动阀。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括位于所述侧壁的ID和所述板之间的环形密封环。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括隔膜，其覆盖所述板并延伸至所述盖端，所述隔膜和所述盖限定了压力室。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述隔膜在所述收缩位置和所述伸展位置中的各个位置并不沿轴向延伸经过所述板。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述板包括具有螺纹外径的毂以及具有螺纹内径的密封板，所述密封板与所述毂通过螺纹相接合。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括隔膜，当所述密封板处于所述伸展位置时，所述隔膜受到所述板和所述外壳的完全支撑。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括指示杆，其连接在所述板上，并突出通过所述盖的孔。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述板可具有凸形表面和凹形表面，所述凸形表面和所述凹形表面中的各个面向所述盖，并且所述凹形表面相对于所述凸形表面沿径向向外间隔开。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括隔膜，当所述板处于所述伸展位置时，所述隔膜与所述凸形表面和所述凹形表面中的各个相接触。10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述板并不沿轴向延伸经过所述圆柱体的盖端。11.一种用于促动阀的装置，所述装置包括: 圆柱形外壳，其具有阀端、盖端和侧壁，所述侧壁限定所述外壳的内径(“ID”)； 盖，其连接在所述外壳的盖端上，入口定位在所述盖中； 定位在所述外壳中的板，所述板具有中心部分和滑动地与所述外壳的ID相接合的外径(“0D”)，所述板的OD定位成沿轴向比所述中心部分更靠近所述外壳的阀端，所述板响应于来自所述入口的压力介质而在伸展位置和收缩位置之间移动，所述板在所述伸展位置时比在所述收缩位置时更靠近所述阀端； 下止挡，其操作地连接在所述板上，使得当所述板移动至所述伸展位置时，所述板将所述下止挡推向所述外壳的阀端，所述下止挡可操作成与阀杆相接合； 连接在所述板上的保持器，所述保持器可操作成与阀杆相接合，和 隔膜，其具有在所述盖和所述外壳之间形成密封的外径部分以及在所述保持器和所述板之间形成密封的内径。12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括位于所述侧壁的内径和所述板之间的环形密封环。13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述板包括具有螺纹外径的毂以及具有螺纹内径的密封板，所述密封板与所述毂通过螺纹相接合。14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，当所述板处于所述伸展位置时，所述隔膜受到所述板和所述外壳的完全支撑。15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括指示杆，其连接在所述板上，并突出通过所述盖。16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述板可具有凸形表面和凹形表面，所述凸形表面和所述凹形表面中的各个面向所述盖，并且所述凹形表面相对于所述凸形表面沿径向向外间隔开。17.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，在所述伸展位置和所述收缩位置中的各个位置，所述板与所述外壳是同心的。18.一种用于促动阀的装置，所述装置包括: 圆柱形外壳，其具有阀端、盖端和侧壁，所述侧壁限定了所述外壳的内径(“ID”)； 盖，其连接在所述外壳的盖端上，入口定位在所述盖中； 连接在下止挡上的板，所述下止挡可操作成连接在阀杆上，所述板具有中心部分和滑动地与所述外壳的ID相接合的外径(“0D”)，所述板响应于来自所述入口的压力介质而在伸展位置和收缩位置之间移动，并且所述板并不沿轴向延伸经过所述外壳的盖端； 连接在所述板上的保持器， 隔膜，其具有在所述盖和所述外壳之间形成密封的外径部分以及在所述保持器和所述板之间形成密封的内径，所述隔膜在所述收缩位置和所述伸展位置中的各个位置不沿轴向延伸经过所述板；和 指示杆，其连接在所述板上，并突出通过所述盖。19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述板包括具有螺纹外径的毂以及具有螺纹内径的密封板，所述密封板与所述毂通过螺纹相接合。20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括位于所述板和所述外壳之间的密封圈，其中所述密封圈在所述板和所述外壳的内径表面之间形成动态密封。
【专利摘要】一种用于操作线性阀，例如闸门阀的促动器包括密封板，其跨越外壳的直径而延伸。隔膜定位在板上，并受到板的完全支撑。当压力介质向下推动隔膜和密封板时，密封板向下推动杆，从而促动阀。毂和环形支撑板可进行组装以形成板，并且该板可通过选择不同尺寸的环形支撑板而具有不同的尺寸。
【IPC分类】F16K31/126, F15B15/10
【公开号】CN104903637
【申请号】CN201380070284
【发明人】K.M.亚当斯, L.R.基萨姆
【申请人】韦特柯格雷公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年10月31日
【公告号】CA2891589A1, US8998166, US20140138564, WO2014078085A1
【技术领域】
[0001]本发明总地涉及用于矿物回收井的阀，并且尤其涉及用于促动阀的促动器。
【背景技术】
[0002]闸门阀是一种阀，其具有本体和穿过本体的孔。闸门定位在横向于本体的位置，并且线性移动，以阻碍流过孔的流或容许流过孔的流。某些闸门具有与该孔对准从而容许流动的孔隙。闸门可为常开的，因而在其线性移动而使孔隙不与孔对准时，闸门被关闭。或者闸门可为常闭的，因而在其线性移动而使孔隙与孔对准时，闸门被打开。不管闸门常开或常闭的，闸门都通过阀促动器来移动或促动。
[0003]促动器可为液压活塞类型的促动器，或者促动器可为气动活塞或隔膜类型的促动器。在传统的薄膜促动器中，隔膜响应于压力介质，例如气体或其它流体而移动，从而推动隔膜朝着闸门阀移动。隔膜部分地受到支撑板的支撑。当隔膜受到向下推动时，其推动支撑板向下移动，支撑板然后将向下的力通过杆传递给闸门阀的闸门。隔膜支撑板的外径(“OD”)不会延伸至隔膜定位在其中的外壳的内径(“ID”)上，所以隔膜的一部分悬挂在支撑板的边缘上，并因而未受支撑。本领域中的技术人员应该懂得，未受支撑的隔膜区域更容易发生故障，并且需要厚且加强的隔膜，从而能够承受由于压力介质而施加的力。
【发明内容】
[0004]本申请公开了阀促动器的实施例，其备选地可配置为用作隔膜促动器、活塞促动器或隔膜和活塞双促动器或组合促动器。在各种实施例中，促动器包括模块化构件，其可用于一种或多种促动器使用模式；其可针对不同尺寸或配置的构件进行更换；并且/或者其可与不同尺寸或配置的构件对接。这里的实施例提供了例如下面所述的显著的性能、制造、组装、成本以及其它优点。
[0005]更具体地说，在一个实施例中，阀促动器是气动阀促动器，其可用于促动阀，例如闸门阀。阀促动器可配置为使用隔膜或活塞压力；或隔膜和活塞压力。这里的实施例容许制造公共促动器部件，其可用于多个气动促动器应用。另外，实施例为操作员提供了使用隔膜、活塞或双密封促动器来促动阀的灵活性。
[0006]在一个实施例中，阀促动器的压力部件包括底板，其可互换地用于隔膜和活塞促动器。该板具有带螺纹的OD，其中外部密封臂连接在OD上。密封臂为隔膜和/或活塞密封槽提供了支撑部件。密封臂尺寸可根据操作给定的闸门阀所需要的促动器力而从多个密封臂中进行选择。
[0007]在促动器的完全打开和关闭循环期间，隔膜完全受到压力部件的支撑。这种完全的支撑消除了发生在传统的隔膜托板促动器上的鼓胀效应。隔膜被设计为尽可能地紧凑，并容许利用隔膜设计达到可能最大的行程。这种促动器容许从一组基本的公共部件制造出组合的隔膜和活塞，或隔膜或活塞促动器。
[0008]在促动器的某些实施例中，促动器外壳由铸件制成，其容许使用更高强度的材料，并且如果应用需要可为经过NACE认证的。在某些实施例中，在外壳的内表面上没有焊接。
[0009]隔膜在向下推动时受到加压介质的完全支撑，并因而容许促动器操作介质压力提高到其它传统设计之上。传统的促动器通常被限制成小于200psig，且时常小于150psig。当压力部件移动至完全向下的位置时通过支撑隔膜，促动器介质的压力可能高达250psig，而不会损坏隔膜。在实施例中，压力可能大于250psig。这容许在实现较小的促动器时的最大操作范围满足API 6A SSV设计要求，因为较小的促动器在更大的压力下进行操作时会在闸门阀上施加与传统大型促动器在较低压力下操作时相同的操作力。
[0010]传统的薄膜促动器没有受到完全支撑的隔膜。由于缺乏这种支撑，传统的薄膜促动器容许至少未受支撑的隔膜部分在支撑板下发生鼓胀，因而减少了有效的压力面积。受到完全支撑的隔膜容许压力面积的最大有效面积。作为示例，具有1-1/4"顶轴的传统的12"薄膜促动器将具有大约90平方英寸的有效压力面积。具有1-1/4"顶轴的12"完全支撑的促动器的典型实施例将具有大约112平方英寸的有效压力面积。
[0011]传统的薄膜促动器通常具有150psig的最大操作压力。因此典型的传统12"薄膜促动器的大概的输出力将为大约13500镑的力。完全支撑的促动器的实施例可具有250psig的最大操作压力。因此，在250psig下进行操作时，12〃隔膜完全支撑的促动器的实施例的大概的输出力在大约25000-30000镑力的范围内。在250psig下进行操作时，12〃隔膜完全支撑的促动器的实施例的大概的输出力在大约27000-29000镑力的范围内。在250psig下进行操作时，12〃隔膜完全支撑的促动器的实施例的大概的输出力大约为28000镑力。本领域中的技术人员应该懂得，该力的大小将依赖于具体的促动器几何形状、制造公差和建造材料而变化。
[0012]用于促动阀的装置的实施例包括圆柱形外壳、盖和定位在外壳中的板，外壳具有阀端、盖端和侧壁，侧壁限定了外壳内径(“伊多语”)，盖连接在外壳的盖端上，其中入口定位在盖中。板具有中心部分和滑动地与外壳的ID相接合的外径(“OD”)，板的OD定位成沿轴向在比中心部分更靠近外壳的阀端，板响应于来自入口的压力介质而在伸展位置和收缩位置之间移动，板在伸展位置时比在收缩位置时更靠近阀端。实施例还可包括连接在板上的保持器以及与板接触的下止挡，保持器可操作成以便与隔膜的内径孔相接合，当板朝着伸展位置移动时，下止挡朝着外壳的阀端被推动，并且下止挡可操作成连接在阀杆上，用于促动阀。
[0013]实施例还可包括位于侧壁的ID和板之间的环形密封环。实施例可包括隔膜，其覆盖板并延伸至盖端，隔膜和盖限定了压力室。在实施例中，隔膜在收缩位置和伸展位置的各个位置并不沿轴向延伸经过板。
[0014]在实施例中，板可包括具有螺纹外径的毂以及具有螺纹内径的密封板，密封板与毂通过螺纹接合。当密封板处于伸展位置时，隔膜可完全受到板和外壳的支撑。实施例还可包括指示杆，其连接在板上并突出通过盖的孔。
[0015]在实施例中，板可具有凸形表面和凹形表面，凸形表面和凹形表面中的各个面向盖，并且凹形表面相对于凸形表面沿径向向外间隔开。实施例还可包括隔膜，当板处于伸展位置时，隔膜与凸形表面和凹形表面均相接触。在实施例中，板不会沿轴向延伸经过圆柱体的盖端。
[0016]本发明的实施例包括用于促动阀的方法。该方法可包括如下步骤:提供一种阀促动器，阀促动器具有圆柱形外壳、滑动地与圆柱形外壳的内径表面相接合的支撑盘、与圆柱形外壳的第一端密封接合的盖，外壳、支撑盘和盖限定了压力室；将隔膜连接在支撑板和圆柱形外壳的第一端上，隔膜跨越圆柱形外壳的直径并且跨支撑盘的直径而受到支撑盘的支撑；并且对压力室加压，从而造成支撑盘从第一位置移动至第二位置，第二位置比第一位置更远离第一端，从而造成连接在支撑板上的杆向下移动，从而促动阀。
[0017]在本方法的实施例中，基本上所有隔膜都与支撑盘和外壳相接触。实施例还可包括在支撑盘的内径表面和外径之间提供动态密封的步骤。支撑盘可包括具有螺纹外径的底板和具有螺纹内径的环形支撑臂，其中步骤(a)包括将支撑臂连接到底板上。
[0018]本方法的实施例还可包括确定隔膜直径的步骤，使得隔膜在第二位置与基本所有暴露的支撑盘的表面相接触。
[0019]用于促动阀的系统的实施例可包括具有外径的环形毂；同心地连接在毂上的保持器；从保持器以第一方向沿轴向延伸的指示杆；以及从毂以第二方向沿轴向延伸的促动杆，当杆在第一位置和第二位置之间沿轴向移动时，促动杆穿过阀帽并可操作成使阀中的构件移动。该系统的实施例还包括具有第一内径的第一外壳、可密封地连接在第一外壳上的第一盖，以及具有第二内径的第二外壳和可密封地连接在第二外壳上的第二盖，第一外壳和第二外壳均可单独地连接在阀帽上；以及第一环形支撑板和第二环形支撑板，第一环形支撑板可操作成与第一外壳的第一内径滑动地相接合，并且第二环形支撑板可操作成与第二外壳的第二内径滑动地相接合，第一环形支撑板和第二环形支撑板均可连接在底板上。在实施例中，第一环形支撑板和第二环形支撑板均可分别与第一外壳和第二外壳的内径密封地相接合。
[0020]该系统的实施例还包括第一隔膜，第一隔膜在轴向方向上受到底板和第一环形支撑臂的完全地支撑。在该系统的实施例中，第一隔膜在保持器和底板之间形成了密封，并且在第一盖和第一环形外壳之间形成了另一密封。
[0021]在该系统的实施例中，毂包括位于外径表面上的螺纹，并且第一环形支撑板和第二环形支撑板均包括位于内径表面上的螺纹，使得第一环形支撑臂和第二环形支撑臂均可与毂通过螺纹相接合。
[0022]本发明的其它实施例包括一种促动器系统，其包括第一促动器和第二促动器，第二促动器在尺寸上不同于(例如大于或小于)第一促动器。第一促动器包括第一组构件和第二组构件。第二促动器包括第三组构件和第四组构件。 第一组构件和第三组构件对于第一促动器和第二促动器是公共的。例如，第一组构件和第三组构件包括相同尺寸、组成和/或设计的毂、下止挡、杆和/或弹簧。第二组构件和第四组构件在第一促动器和第二促动器之间是不同。例如，第一促动器的外板具有与第二促动器的外板不同的尺寸。在第二组构件和第四组构件之间不同的构件包括例如板或外板、外壳、盖和/或隔膜。
【附图说明】
[0023]为了获得并更详细地理解将变得清晰易懂的本发明的特征、优势和目的以及其它方面，上面简要概括的本发明的更具体的说明可参照其附图中所示并形成本说明书的一部分的实施例。然而，应该注意，附图只显示了本发明的一个优选实施例，并因此不应被认为是其范围的限制，因为本发明可容许其它同等有效的实施例。
[0024]图1是双密封活塞薄膜促动器的一个实施例的侧视截面环境图。
[0025]图2是图1的侧视截面环境图的放大图。
[0026]图3是图1实施例的侧视截面环境图，其显示板处于下面位置。
[0027]图4是图1实施例的侧视截面环境图，其显示了使用环形密封替代隔膜，从而在外壳和盖之间提供密封。
[0028]图5是支撑隔膜促动器的另一实施例的侧视截面环境图，其具有单件支撑板。
【具体实施方式】
[0029]现在将在后文中参照附图更完整地描述本发明，附图显示了本发明的实施例。然而，本发明可以许多不同的形式来体现，并且不应该被理解为只局限于这里陈述的所示实施例。相反，提供了这些实施例，使得本发明公开将显得完整且完全，并且将本发明的范围完整地传达给本领域中的技术人员。相似的标号表示相似的元件，并且如果使用引号的话，其表示备选实施例中类似的元件。
[0030]参照图1和图2，其显示了促动器100。促动器100用于打开或关闭阀102，其中促动器100连接在阀上。本领域中的技术人员应该懂得，阀102可为闸门阀或任何其它类型的阀，其被线性部件的扩展部分促动。阀帽(bonnet) 104连接在阀102的本体上。杆106穿过阀帽104和包装保持器108。促动器100用于通过向下朝着阀102推动杆106从而促动阀102。
[0031]促动器外壳112包括圆柱体，其具有内径(“ID”)表面114。外壳112由任何各种技术制造而成，包括如冲压、挤压和铸造。在实施例中，外壳112在内表面例如ID表面114上没有焊接或焊缝。外壳112可由NACE认证的材料制造而成。
[0032]促动器外壳112通过连接器116连接在阀帽104上。所示的连接器116为螺纹接头，但可使用其它类型的连接器。在外壳112的与连接器116相反的末端是凸缘120，其从外壳112向外扩张。凸缘120具有向上面向的表面122，其是用于形成密封的光滑表面。多个螺栓孔126围绕凸缘120而间隔开。
[0033]盖130连接在外壳112上。盖130是环形板，其具有与凸缘120的外径大致相等的外径。密封表面132通常是盖130的平滑的向下面向的表面，其与凸缘120的向上面向的表面122对准。多个螺栓孔136围绕盖130间隔开，从而与螺栓孔126对准。盖螺栓138穿螺栓孔136，以便通过螺纹与螺栓孔126相接合，从而将盖130固定在外壳112上。其它配置可用于将盖130固定在外壳112上，例如螺栓，其通过螺栓孔126插入从而与螺栓孔136进行螺纹接合，又如螺栓chuanguo这两个部件，并利用螺母(未显示)、夹子(未显示)或套环(未显示)进行固定。
[0034]入口 140是穿过盖130的孔，并且相对于密封表面132向内间隔开。入口 140连接在加压的介质流体源(未显示)上，介质流体源可选择性地通过入口 140提供加压的介质流体。加压的介质通常是流体，例如压缩空气、氮气、油井气或其它类型的气体或液体。孔142是穿过盖130的第二开口。以孔142所示的减压装置144是一种压力减轻装置，如果压力超过预定值，其将打开，以减轻外壳112中的压力。本领域中的技术人员应该懂得，减压装置144可为其中一种减轻过压情形的装置，例如减压阀、爆破盘或控制阀。
[0035]指示外壳146是一种外壳，其包括用于接收指示杆150的指示孔148。指示杆150是圆柱形轴，其突出通过盖130。轴承152是用于引导杆150的指示孔148的ID上的支承表面。密封组件154是一种密封件，其动态地密封在指示杆150周围。本领域中的技术人员应该懂得，密封组件154包括卡扣环156或其它保持器(未显示)，从而将密封组件154保持在指示外壳146中的某一位置上。或者，密封组件154可为用于动态密封在轴周围的密封盒、具有O形环的V形唇密封件或其它类型的密封件。
[0036]板160是环形板，其跨越外壳112的内径，并抵靠着外壳112的ID表面114形成动态密封。板160包括中心孔162。板160的表面具有某种轮廓，使得径向外侧部分沿轴向位于径向内侧部分的下面。如图1和图2中所示，板的外径区域定位成沿轴向比板的中心部分更靠近外壳阀端。在实施例中，板160具有向上面向的凸形表面和向上面向的凹形表面，其中凹形表面相对于凸形表面沿径向向外间隔开。
[0037]在图1和图2所示的实施例中，板160包括毂164和外板166。毂164包括中心孔162，其在ID表面上具有ID螺纹168。毂164还包括位于中心孔162的ID上的密封表面。毂164的外径包括OD螺纹172和OD密封表面174。
[0038]外板166是一种环形环，其连接在毂164上，使得板160包括外板166和毂164。外板166的上表面178向下且向外倾斜，具有通常凸形形状，然后水平地延伸至ID表面114。外板166的ID孔包括ID螺纹180，用于通过螺纹与毂164的OD螺纹172相接合。密封件182定位在外板166的孔上的密封槽184中，并且密封地与毂164的OD密封表面174相接合。侧壁密封件186定位在槽188中，槽定位在外板166的外径上，因而侧壁密封件定位在板160的外径上。侧壁密封件186密封地与外壳112的ID表面114相接合，从而在ID表面114和板160之间提供动态密封。在实施例中，减磨环(图1中未显示)可定位在槽188中。本领域中的技术人员应该懂得，减磨环将减少在板160的外径和外壳112的ID表面114之间的摩擦。减磨环(图1中未显示)不具有与侧壁密封件186相同的密封属性。
[0039]由外壳112、板160和盖130限制边界的空间被限定为压力室190。通过入口 140引入的流体导致压力的增加，其造成板160向下移动。
[0040]保持器194可拆卸地连接在板160的中心上。在所示的实施例中，保持器194的外径上的螺纹196通过螺纹与毂164的ID螺纹168相接合。保持器194包括密封件198，其定位在OD表面的密封槽200中，以便密封地与毂164的中心孔162相接合。保持器194包括沿轴向定位在密封槽200上面的向下面向的肩部202。肩部202的外径大于孔162的内径。保持器194不会在孔162的整个轴向长度上延伸，使得孔162的下面部分是打开的。
[0041]指示杆150从保持器194向上延伸。本领域中的技术人员应该懂得，通过保持器194的孔(未显示)可插入杆150。在这种实施例中，一个或多个密封件定位在杆150的外径和保持器194的内径之间。或者，指示杆150和保持器194可为整体部件。将指示杆150连接到保持器194上的其它技术都可使用。在指示杆向上穿过保持器194的中心孔的实施例中，孔(未显示)可定位在杆的下端。
[0042]隔膜210是至少从ID表面114延伸至保持器194的柔性隔膜。如图1和图2中所示，隔膜210定位在盖130的密封表面132和凸缘120的表面122之间。螺栓孔开口可围绕隔膜210而间隔开，与盖螺栓138对准，使得当隔膜定位在盖130和凸缘120之间时，盖螺栓138穿过隔膜210。盖螺栓138被扭转，以便推动各个密封表面朝着隔膜210移动。因而，隔膜210通过与各个密封表面132，122密封地接合而用作密封件。
[0043]内径孔214定位在隔膜210的中心。保持器194的下面部分穿过孔214，从而与中心孔162的螺纹168相接合。隔膜210的表面定位在保持器194的肩部202和板160之间。如图1和图2中所示，毂164的向上面向的表面与隔膜210的下表面密封地相接合，并且肩部202的向下面向的表面与隔膜210的上表面密封地相接合。当保持器194朝着板160张紧时，隔膜210被压缩在它们之间。当隔膜210就位时，压力室190由隔膜210和盖130来限定。
[0044]现在参照图3，隔膜210受到板160和外壳112的完全支撑。具体地说，固体部件与隔膜210基本上全部接触，使得固体部件防止隔膜210响应于压力介质而向外鼓胀。板160跨越外壳112 的整个内径而支撑隔膜210的下侧面。外壳112的ID表面114支撑隔膜210的侧面。当压力室190中的压力介质对隔膜210施加力并且板160处于下面位置时，不存在未受支撑的隔膜210的区域。相对于内径表面114向内的隔膜210的部分受到板160的支撑。因为隔膜210受到完全支撑，所以其可承受比未受支撑的隔膜更高的压力室190中的压力。实施例可具有比传统的未受支撑的隔膜更高的促动器操作压力，其可被限制为150psigo此外，隔膜210可能没有纤维增强部分，并且可能比传统的隔膜更薄。
[0045]在设计过程中确定隔膜210的直径，使得当板160处于下面位置时，隔膜210通常平滑地抵靠着ID表面114和板160的顶表面。换句话说，隔膜210齐平地抵靠着ID表面114和板160的顶表面，使得在隔膜210和那些表面之间不存在间隙。当板160移动到上面位置时，隔膜210可移动，使得在板160的顶表面和隔膜210的部分之间存在间隙，这则可给予隔膜210波状横截面外观。
[0046]参照回图1，下止挡216是圆柱形部件，用于在板160和杆106之间传递轴向力。下止挡216包括圆柱体218和从圆柱体218延伸的肩部220。肩部220的向上面向的表面与板160的向下面向的表面相接触。接头222从下止挡216的上端沿轴向延伸。当促动器100进行组装时，接头222定位在毂164的孔162中，因而使这两个部件同心地对准。在指示杆(未显示)向上穿过毂164的孔，并且凹陷的孔(未显示)定位在这种指示杆的下端的实施例中，接头222可与杆下端的孔(未显示)相接合。
[0047]下止挡216的下端包括螺纹孔224，其具有位于ID表面上的螺纹，用于通过螺纹而与杆106的螺纹端相接合。本领域中的技术人员应该懂得，在下止挡216和杆106之间的连接可为任何各种类型的连接，并且不局限于螺纹连接。下止挡216的下端的外径包括螺纹套环226，并且可包括许多间隔环228。螺纹套环226接触另一部件，例如包装保持器108，其定位在外壳112的下端，从而使下止挡216停止进一步向下的移动。螺纹套环226经过调整，使其停止向下运动，并因而杆106在合适的位置完全打开或完全关闭阀102。间隔环228可被添加或除去，使得闸门阀102的闸门(未显示)的开口与闸门阀102的通道(未显示)正确地对准。固定螺钉230用于保持螺纹套环226就位。
[0048]弹簧234包围下止挡216和至少杆106的一部分，并且通常从阀帽104的顶部延伸至肩部220的向下面向的表面。随着板160从上面位置移动至下面位置，弹簧234受到压缩。当来自入口 140的流体压力减少时，弹簧234推动板160向上远离阀102。本领域中的技术人员应该懂得，阀102中的流体力可作用在阀102内部的杆106上，从而推动杆106向上移动。弹簧234和作用在杆106上的向上的力可一起或单独地工作，从而使板160向上移动。
[0049]由促动器100施加于阀102上的力量依赖于通过入口 140引入并作用在板160的表面面积上的压力介质的压力，以及板160的表面面积的数量。因为板160完全支撑隔膜210，压力介质作用的隔膜210的表面面积通常与板160的表面面积是相同的。操作员可通过替换更大或更小的板160和外壳112而改变由促动器100施加的向下的力量。例如为了增加向下的力，外板166可用更大的外板166来替换，从而增加板160的表面面积。其它构件也将被替换，以适应外板166的替换。
[0050]为了改变由图1中所示的实施例施加的向下的力，从毂164上除去外板166，并且将具有相同ID但不同OD的外板166安装在毂164上。外壳112被替换为一种外壳，其具有与新安装的外板166的外径相对应的内径。盖130类似地被具有与新安装的外壳112相对应的尺寸的盖130所替换。最后，隔膜210被新的隔膜210替换，其尺寸适合于新的外板166、外壳112和盖130。当从某一尺寸切换成另一尺寸时，不需要替换其它构件，例如保持器194、杆150和阀帽104。阀促动器系统可包括保持器194、杆150、阀帽104、毂164、弹簧234和下止挡216。该系统还可包括第一组可互换的构件，其包括第一外壳112、第一板166、第一盖130、第一外板166和第一隔膜，第一组可互换的构件均经过定制尺寸，以便彼此协作。该系统还可包括第二组可互换的构件，其包括第二外壳112、第二盖130、第二外板166和第二隔膜210，第二组可互换的构件均经过定制尺寸，以便彼此协作，并且具有与第一组可互换的构件不同的尺寸。
[0051]另一阀促动器系统包括阀帽104、杆106、弹簧234和连接在阀102上的下止挡216。该系统还包括第一促动器组件和第二促动器组件。各个促动器组件包括外壳112、板160、盖130和入口 140。第一促动器组件具有比第二促动器组件更小的直径。具体地说，夕卜壳112、板160和盖130均具有比第二促动器组件中相同类型的构件更小的直径。在促动器组件包括隔膜210的实施例中，第一促动器组件中的隔膜具有比第二促动器组件中的隔膜210更小的直径。
[0052]在操作员想要以更大的向下的力量操作阀102的情况下，第一促动器组件脱离加压的介质源，然后从阀帽104上除去，从而至少留下阀帽和杆连接在阀上。弹簧234和下止挡216还可保持就位。然后将第二促动器组件连接在阀帽104和加压的介质源上。促动器组件作为一种组件进行替换，并且当在阀帽104上替换该组件时，不需要从组件上除去该促动器组件的独立构件，例如支撑板160、隔膜210和盖130。或者，该系统可包括具有相同尺寸构件的促动器组件，并且可用另一类似尺寸的促动器组件替换磨损的或受损的促动器组件。
[0053]现在参照图4，利用之前所述的相同的构件，促动器238可不装配隔膜210。该组件的双重特性容许操作员使促动器用作活塞促动器，而无须维护第二组阀和部件。为了操作没有隔膜的促动器238，密封圈240定位在外壳112和盖130之间。外板166的侧壁密封件186抵靠着ID表面114形成了密封，因而在不使用隔膜的条件下限定了压力室242。板160可为整板，或者可为一种毂164和环形外板166的组件。密封件，例如密封件182和密封件198防止流体通过板160漏泄，虽然没有使用隔膜。可选地，环形密封圈244可定位在保持器194和板160之间。如同其它配置一样，通过入口 140的压力介质向下推动板160，因而造成杆106向下移动。
[0054]现在参照图5，其显示了阀促动器组件250。阀促动器250包括定位在外壳254中的板252。板252是跨越外壳254的内径的板。板252的外径包括槽256。图中显示减磨环258定位在槽256中。当板252在上面位置和下面位置之间移动时，减磨环258与外壳254的内径表面滑动地相接合。减磨环258减少了在板252和外壳254之间的摩擦，但在那两个部件之间不必提供密封件。板252具有中心孔260。
[0055]隔膜262受到板252的支撑。隔膜262的外径部分定位在凸缘264和盖266之间。隔膜262用作凸缘264和盖266之间的密封件。隔膜262的内径孔268在保持器270和板252之间提供了密封接合。
[0056]下止挡272定位在板252的下面。下止挡272可具有通常平坦的顶表面，并且在其与板252相接合的地方不存在接头或突起物。因为板252 —直延伸至外壳254的内径，所以其受到径向约束，并因而不能沿径向远离外壳254的轴线而移动，不管下止挡272或指示杆274是否提供了径向约束。下止挡272连接在杆276上，杆276连接在阀278上。
[0057]压力室280是由盖266、外壳254和板252限定的容积。盖266中的入口 282连接在压力介质源上，以便选择性地将压力介质引入到压力室280中。隔膜262提供了密封，以防止压力介质逃出压力室280。当压力介质被引进压力室280中时，介质作用在隔膜262上，隔膜262受到板252的支撑。因而，压力介质推动板252，以便从上面位置移动至下面位置。当板252在上面位置和下面位置之间移动时，连接在板252上的杆276通过下止挡216促动(打开或关闭)阀278。隔膜262经过定制尺寸，使得当板252处于下面位置，隔膜262通常平滑地抵靠着板252的向上面向的表面。的确，当板252处于下面位置时，这发生在压力介质处于足够高的压力下，以便完全促动阀促动器组件250时，此时隔膜262受到完全支撑。在这个实例中，完全支撑意味着外壳254的ID表面提供了支撑来防止隔膜262的现在竖直部分的径向外部运动，并且板252提供了支撑来防止跨越外壳254的直径的隔膜262的部分的向下运动。因此，在完全支撑的配置下，在没有接触且受到外壳254和板252的其中一个支撑的条件下，隔膜262没有可响应压力介质而向外鼓胀的跨度。 在上面位置或下面位置，隔膜262基本上并不沿轴向延伸到板252的下面。
[0058]返回图1和图2的实施例，在操作过程中，确定了板160的合适的直径，从而在给定的压力介质压力下提供合适的向下的力量。板160通过将环形外板166连接到毂164上而进行组装。在一个实施例中，毂164是标准尺寸，并且外板166可获得多个尺寸，从而可选择正确的尺寸。外壳112类似地可获得多个尺寸，并且选择尺寸，使得ID表面114具有与外板166的OD基本相等的ID。盖130可获得多个尺寸，并且选择与所选择的外壳112相对应的该尺寸。最后，选择隔膜210的尺寸，使得在安装并且板160完全处于下面位置时，隔膜210将通常平滑地抵靠着板160。
[0059]阀帽104连接在阀102上，其中杆106从阀帽104向上突出。弹簧234放置在杆106周围，并且下止挡216连接在杆106上。板160通过将环形外板166连接到毂164上使所有合适的密封件就位而进行组装。在隔膜210的中心孔214居中于板160上时，保持器194被张紧，以便压缩隔膜210，从而形成密封。板160放置在外壳112中，并且隔膜210的螺栓孔与凸缘120的螺栓孔126对准。盖130定位在凸缘120的顶部，并且盖螺栓138被张紧，以便将隔膜210的外面部分压缩在盖130和凸缘120之间。由板160、ID表面114和盖130限定的空腔被限定为压力室190。外壳112连接在阀帽104上，使得下止挡216与保持器194同心地进行定位。
[0060]弹簧234将板160保持在上面位置。为了促动阀102，通过入口 140应用压力介质，至少直至板160向下移动，造成杆106向下移动，因而促动阀102时为止。隔膜210防止压力介质接触板160的表面。板160支撑隔膜210，使得隔膜210没有任何部分能够沿轴向移动到板160的向上面向的表面之下。在向外的径向方向上，隔膜210受到ID表面114的支撑。因为隔膜210并不向下延伸到板160的下面，所以隔膜210没有任何部分未受支撑，以抵抗向内或向下的流体力。
[0061]促动器100可在隔膜210就位与否或完好与否的条件下起作用，假定合适的密封装置处于在盖130和外壳112之间的位置。在不使用隔膜210，或使用隔膜210，但具有一个或多个穿孔以容许流体泄漏穿过它的情况下，板160具有为板160的外径和外壳112的ID表面114之间的动态密封，例如侧壁密封件186。因为这种密封，所以来自入口 140的加压流体造成板160向下移动，并因而促动阀102，而不管隔膜210的状态如何。因为隔膜一直受到完全支撑，所以流体压力或促动器操作压力可高达250psig。在实施例中，流体压力可能大于250psig。隔膜210完全受到支撑的性质将容许最大的操作范围，以满足API 6ASSV设计要求。
[0062]虽然仅仅以其某些形式显示了或描述了本发明，但是本领域中的技术人员应该明白，其并不局限于此，而是在没有脱离本发明范围的条件下容易受到各种变化的影响。
【主权项】
1.一种用于促动阀的装置，所述装置包括: 圆柱形外壳，其具有阀端、盖端和侧壁，所述侧壁限定所述外壳的内径(“ID”)； 盖，其连接在所述外壳的盖端上，入口定位在所述盖中； 定位在所述外壳中的板，所述板具有中心部分和滑动地与所述外壳的ID相接合的外径(“0D”)，所述板的OD定位成沿轴向比所述中心部分更靠近所述外壳的阀端，所述板响应于来自所述入口的压力介质而在伸展位置和收缩位置之间移动，所述板在所述伸展位置时比在所述收缩位置时更靠近所述阀端； 连接在所述板上的保持器，所述保持器可操作成与隔膜的内径孔相接合；和 与所述板相接触的下止挡，当所述板朝着所述伸展位置移动时，所述下止挡被推向所述外壳的阀端，并且所述下止挡可操作成连接在阀杆上，以促动阀。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括位于所述侧壁的ID和所述板之间的环形密封环。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括隔膜，其覆盖所述板并延伸至所述盖端，所述隔膜和所述盖限定了压力室。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述隔膜在所述收缩位置和所述伸展位置中的各个位置并不沿轴向延伸经过所述板。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述板包括具有螺纹外径的毂以及具有螺纹内径的密封板，所述密封板与所述毂通过螺纹相接合。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括隔膜，当所述密封板处于所述伸展位置时，所述隔膜受到所述板和所述外壳的完全支撑。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括指示杆，其连接在所述板上，并突出通过所述盖的孔。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述板可具有凸形表面和凹形表面，所述凸形表面和所述凹形表面中的各个面向所述盖，并且所述凹形表面相对于所述凸形表面沿径向向外间隔开。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括隔膜，当所述板处于所述伸展位置时，所述隔膜与所述凸形表面和所述凹形表面中的各个相接触。10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述板并不沿轴向延伸经过所述圆柱体的盖端。11.一种用于促动阀的装置，所述装置包括: 圆柱形外壳，其具有阀端、盖端和侧壁，所述侧壁限定所述外壳的内径(“ID”)； 盖，其连接在所述外壳的盖端上，入口定位在所述盖中； 定位在所述外壳中的板，所述板具有中心部分和滑动地与所述外壳的ID相接合的外径(“0D”)，所述板的OD定位成沿轴向比所述中心部分更靠近所述外壳的阀端，所述板响应于来自所述入口的压力介质而在伸展位置和收缩位置之间移动，所述板在所述伸展位置时比在所述收缩位置时更靠近所述阀端； 下止挡，其操作地连接在所述板上，使得当所述板移动至所述伸展位置时，所述板将所述下止挡推向所述外壳的阀端，所述下止挡可操作成与阀杆相接合； 连接在所述板上的保持器，所述保持器可操作成与阀杆相接合，和 隔膜，其具有在所述盖和所述外壳之间形成密封的外径部分以及在所述保持器和所述板之间形成密封的内径。12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括位于所述侧壁的内径和所述板之间的环形密封环。13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述板包括具有螺纹外径的毂以及具有螺纹内径的密封板，所述密封板与所述毂通过螺纹相接合。14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，当所述板处于所述伸展位置时，所述隔膜受到所述板和所述外壳的完全支撑。15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括指示杆，其连接在所述板上，并突出通过所述盖。16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述板可具有凸形表面和凹形表面，所述凸形表面和所述凹形表面中的各个面向所述盖，并且所述凹形表面相对于所述凸形表面沿径向向外间隔开。17.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，在所述伸展位置和所述收缩位置中的各个位置，所述板与所述外壳是同心的。18.一种用于促动阀的装置，所述装置包括: 圆柱形外壳，其具有阀端、盖端和侧壁，所述侧壁限定了所述外壳的内径(“ID”)； 盖，其连接在所述外壳的盖端上，入口定位在所述盖中； 连接在下止挡上的板，所述下止挡可操作成连接在阀杆上，所述板具有中心部分和滑动地与所述外壳的ID相接合的外径(“0D”)，所述板响应于来自所述入口的压力介质而在伸展位置和收缩位置之间移动，并且所述板并不沿轴向延伸经过所述外壳的盖端； 连接在所述板上的保持器， 隔膜，其具有在所述盖和所述外壳之间形成密封的外径部分以及在所述保持器和所述板之间形成密封的内径，所述隔膜在所述收缩位置和所述伸展位置中的各个位置不沿轴向延伸经过所述板；和 指示杆，其连接在所述板上，并突出通过所述盖。19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述板包括具有螺纹外径的毂以及具有螺纹内径的密封板，所述密封板与所述毂通过螺纹相接合。20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括位于所述板和所述外壳之间的密封圈，其中所述密封圈在所述板和所述外壳的内径表面之间形成动态密封。
【专利摘要】一种用于操作线性阀，例如闸门阀的促动器包括密封板，其跨越外壳的直径而延伸。隔膜定位在板上，并受到板的完全支撑。当压力介质向下推动隔膜和密封板时，密封板向下推动杆，从而促动阀。毂和环形支撑板可进行组装以形成板，并且该板可通过选择不同尺寸的环形支撑板而具有不同的尺寸。
【IPC分类】F16K31/126, F15B15/10
【公开号】CN104903637
【申请号】CN201380070284
【发明人】K.M.亚当斯, L.R.基萨姆
【申请人】韦特柯格雷公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年10月31日
【公告号】CA2891589A1, US8998166, US20140138564, WO2014078085A1
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