專(zhuān)利名稱(chēng)：環(huán)密封膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)內(nèi)容一般涉及用于流體過(guò)程控制設(shè)備的致動(dòng)器，并且更具體地，涉及用于 流體過(guò)程控制設(shè)備的包括膜組件的致動(dòng)器。
背景技術(shù)：
一般知道，諸如精煉廠、化工廠或紙漿造紙廠的制煉廠由許多過(guò)程控制環(huán)組成，這 些過(guò)程控制環(huán)連接在一起，以生產(chǎn)各種消費(fèi)品。這些過(guò)程控制環(huán)中的每一個(gè)被設(shè)計(jì)成將一 些重要的過(guò)程變量，諸如壓力、流量、水平或溫度保持在期望的操作范圍內(nèi)，以確保終端產(chǎn) 品的質(zhì)量。這些環(huán)中的每一個(gè)環(huán)接收并在內(nèi)部產(chǎn)生載荷擾動(dòng)，這些載荷擾動(dòng)影響過(guò)程變量 以及工廠內(nèi)的過(guò)程控制環(huán)的控制。為了降低這些載荷擾動(dòng)的影響，過(guò)程變量由感測(cè)器或發(fā) 射器來(lái)檢測(cè)，并被傳遞到過(guò)程控制器。過(guò)程控制器處理該信息，并對(duì)過(guò)程環(huán)提供改變或修 改，以使過(guò)程變量在發(fā)生載荷擾動(dòng)之后回到它應(yīng)是的值。典型地，這些修改通過(guò)改變通過(guò)一 些類(lèi)型的最終控制元件諸如控制閥的流量來(lái)進(jìn)行?？刂崎y操縱流動(dòng)的流體，諸如氣體、蒸 汽、水或化學(xué)化合物，以補(bǔ)償載荷擾動(dòng)，并將所調(diào)節(jié)的過(guò)程變量維持在盡可能接近于期望的 控制點(diǎn)或設(shè)置點(diǎn)。一般地，應(yīng)理解，各種控制閥構(gòu)造可特定地適用于某些應(yīng)用。例如，當(dāng)具有窄控制 范圍的快速開(kāi)啟閥為合適時(shí)，可使用旋轉(zhuǎn)控制閥，諸如蝶閥?？蛇x地，當(dāng)需要在大控制范圍 上的精確控制時(shí)，可使用滑動(dòng)桿控制閥。在任何構(gòu)造中，這種控制閥一般耦合到諸如致動(dòng)器 的控制設(shè)備，該控制設(shè)備響應(yīng)于控制信號(hào)而控制控制閥的確切打開(kāi)量。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)一種過(guò) 程時(shí)，過(guò)程工程師必須考慮很多設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)限制。例如，設(shè)計(jì)工程師必須確定所使用的 閥的種類(lèi)、閥的尺寸、致動(dòng)器的類(lèi)型等。在一些系統(tǒng)中，尤其是在氣動(dòng)控制的流體過(guò)程系統(tǒng)中，用于任何給定的流體過(guò)程 控制設(shè)備的致動(dòng)器可包括膜致動(dòng)器。典型的膜致動(dòng)器包括外殼，該外殼容納彈簧偏置的膜 組件。膜組件經(jīng)由桿或其他致動(dòng)器桿操作性地耦合，以控制流體過(guò)程控制設(shè)備的打開(kāi)量。一種已知的膜組件包括膜和一個(gè)或多個(gè)膜板。膜包括由不透流體的纖維、聚合物 或其他合適的材料構(gòu)成的柔性盤(pán)形構(gòu)件。板鄰近膜設(shè)置，并適合于由設(shè)置在外殼內(nèi)的一個(gè) 或多個(gè)彈簧來(lái)接合。另外，板提供一種與桿的剛性機(jī)械連接。彈簧用于將膜組件偏置在預(yù) 定位置，使得致動(dòng)器可將控制設(shè)備偏置在打開(kāi)構(gòu)造或關(guān)閉構(gòu)造。在一種已知的組件中，膜用 粘合劑固定到膜板。在另一種已知的組件中，膜板包括中凹部分(dished portion)，膜用 標(biāo)準(zhǔn)蝸輪軟管夾(standard worm gear hose-clamp)密封抵靠該中凹部分。在一些已知的 組件中，膜根本不固定到板。然而，一個(gè)或多個(gè)膜板，如所提到的，被剛性地固定到致動(dòng)器的 桿。這種固定一般通過(guò)螺紋連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，在一種形式中，桿包括帶螺紋的端部部分， 該帶螺紋的端部部分通過(guò)中心孔設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)板中。螺母隨后被螺紋連接到桿的帶螺 紋的端部部分，以將桿連接到板。然而，另外，在外殼內(nèi)以及膜組件的相對(duì)側(cè)之間必須提供 不透流體的密封，以使得能夠精確控制氣動(dòng)致動(dòng)器。在一種根據(jù)剛剛描述的內(nèi)容的已知的 膜致動(dòng)器中，在桿和板之間設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)0形圈。
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這些已知的膜組件中的每個(gè)膜組件需要附加的零件，諸如0形圈和/或軟管夾，并 因此需要附加的組裝步驟。此外，這些附加的零件易于失效，由此降低了總體設(shè)備的可靠 性。此外，這些已知的膜致動(dòng)器一般被構(gòu)造成以單一方式進(jìn)行操作，例如，以偏置打開(kāi)構(gòu)造 或偏置關(guān)閉構(gòu)造進(jìn)行操作。因此，如果且當(dāng)需要改變致動(dòng)器的偏置構(gòu)造時(shí)，必須安裝完全不 同的致動(dòng)器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式包括一種用于流體過(guò)程控制設(shè)備的致動(dòng)器。致動(dòng)器包括外 殼、桿、凹板、凸板、膜和螺母。外殼包括第一外殼部件和第二外殼部件。桿可滑動(dòng)地設(shè)置在 外殼內(nèi)，并包括肩。凹板包括內(nèi)部徑向部分和外部徑向部分。內(nèi)部徑向部分設(shè)置在桿上并界 定中心孔。凸板也包括內(nèi)部徑向部分和外部徑向部分。凸板的內(nèi)部徑向部分設(shè)置在桿上， 鄰近凹板的內(nèi)部徑向部分。在所公開(kāi)的實(shí)施方式中，膜也包括外部徑向部分和內(nèi)部徑向部分。膜的外部徑向 部分被壓縮在第一外殼部件和第二外殼部件之間，且內(nèi)部徑向部分被壓縮在板的外部徑向 部分之間。螺母被設(shè)置成與桿螺紋接合，以便將凹板和凸板的內(nèi)部徑向部分壓縮在一起，使 得凹板直接密封接合桿的肩。如此構(gòu)造之后，所公開(kāi)的實(shí)施方式的致動(dòng)器有利地壓縮和密封膜，同時(shí)，同時(shí)地提 供與致動(dòng)器的桿的直接密封接合，并可幫助減少與這些部件相關(guān)的零件和組裝成本。此外，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，桿的肩包括截頭圓錐形表面，且凹板的中心孔包括 與桿的肩密封接合的截頭圓錐形表面。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，桿包括帶螺紋的端部部分，所述帶螺紋的端部部分設(shè) 置成從肩與凹板和凸板相對(duì)，其中螺母被螺紋連接到桿的帶螺紋的端部部分。然而，在可選的實(shí)施方式中，凸板的內(nèi)部徑向部分可界定與桿的帶螺紋的端部部 分直接螺紋接合的螺紋孔，由此消除螺母的需要。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，膜包括界定內(nèi)部開(kāi)口并具有圓周壓條 (circumferential bead)的內(nèi)部徑向邊緣，該圓周壓條設(shè)置在凹板和凸板之間界定的腔 內(nèi)，以輔助板之間的膜的保持。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理的致動(dòng)器的側(cè)視圖，該致動(dòng)器操作性地耦合到流體過(guò)程 控制設(shè)備；圖2是通過(guò)圖1的線II-II截取的圖1致動(dòng)器的橫截面?zhèn)纫晥D；圖3是圖1和圖2的致動(dòng)器的分解的橫截面?zhèn)纫晥D；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式構(gòu)建并從圖3的線IV-IV的透視取得的膜板和 膜的俯視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施方式構(gòu)建并從圖3的線IV-IV的透視取得的膜板和 膜的俯視圖；圖6是與根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的致動(dòng)器結(jié)合使用的膜的可選實(shí)施方式的橫截 面?zhèn)纫晥D；以及
圖7是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的致動(dòng)器的桿和膜板的可選實(shí)施方式的部分側(cè)視 圖。
具體實(shí)施例方式圖1圖解了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建并連接到流體過(guò)程控制設(shè)備12的致動(dòng)器10。 在圖1中所描繪的例子中，控制設(shè)備12包括球形閥，該球形閥界定入口 14、出口 16、喉部18 以及流動(dòng)路徑20。流動(dòng)路徑20設(shè)置在入口 14和出口 16之間?？刂圃O(shè)備12適合于設(shè)置在 包括例如諸如精煉廠或化工廠、紙漿廠或造紙廠的制煉廠的流體過(guò)程控制系統(tǒng)內(nèi)?？刂圃O(shè) 備12根據(jù)一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)來(lái)控制通過(guò)系統(tǒng)的流體的流量。致動(dòng)器10包括桿22，該桿22包括閥塞24，該閥塞24被設(shè)置成在控制設(shè)備12的 喉部18內(nèi)滑動(dòng)移位。因此，在操作過(guò)程中，致動(dòng)器12相對(duì)于放置在控制設(shè)備12的喉部18 內(nèi)的閥座19移動(dòng)桿22并從而移動(dòng)塞24。塞24相對(duì)于閥座19的定位控制行進(jìn)通過(guò)流動(dòng)路 徑20的流體的量，如任何給定的過(guò)程應(yīng)用可能期望的。現(xiàn)在參照?qǐng)D2和3，將描述根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的致動(dòng)器10的一個(gè)實(shí)施方式。 具體地，致動(dòng)器10包括外殼26、膜組件28以及多個(gè)彈簧30。外殼26界定內(nèi)腔27。膜組 件28放置在外殼26內(nèi)，以便將內(nèi)腔27劃分為上部腔27a和下部腔27b。膜組件28提供 外殼26的上部腔27a和下部腔27b之間的不透流體的密封。在所公開(kāi)的實(shí)施方式中，彈簧 30相對(duì)于圖2中所描繪的致動(dòng)器10的方位向下偏置膜組件28。該向下偏置將塞24(圖1 所示)抵靠閥座19定位，以關(guān)閉流體通過(guò)流動(dòng)路徑20的流動(dòng)，從而定義偏置關(guān)閉的致動(dòng)器 10。然而，壓力可被引入到外殼26的下部腔27b中，以迫使膜組件28向上抵抗彈簧30的 偏置，從而將塞24抬離閥座19，以打開(kāi)控制閥12的流動(dòng)路徑20。繼續(xù)參照?qǐng)D2和3，致動(dòng)器10的外殼26包括上部外殼部件32和下部外殼部件34。 外殼部件32、34中的每個(gè)包括板部分32a、34a、壁32b、34b以及凸緣32c、34c。在所公開(kāi)的 實(shí)施方式中，板部分32a、34a —般為圓形的。因此，壁32b、34b和凸緣32c、34c在板部分 32a、34a周?chē)鷪A周地延伸。徑向凸緣32c、34c界定多個(gè)孔36，該多個(gè)孔36用于接收緊固件 38，以將上部外殼部件32緊固到下部外殼部件34，如圖2中所圖解的。在所公開(kāi)的實(shí)施方 式中，緊固件38均包括與六角螺栓螺紋接合的六角螺母。此外，上部外殼部件32界定流體口 40，且下部外殼部件34界定流體口 42。流體 口 40、42適合于耦合到相應(yīng)的流體供應(yīng)管路，諸如氣動(dòng)供應(yīng)管路，以便改變外殼26的上部 腔27a和下部腔27b內(nèi)的壓力。此外，下部外殼部件34界定用于容納桿22的開(kāi)口 44。桿22，如所提到的，操作性地將膜組件28耦合到流體過(guò)程控制設(shè)備12。桿22 — 般包括具有主體部分22a、帶螺紋的端部部分22b以及肩22c的細(xì)長(zhǎng)桿。主體部分22a的 直徑大于帶螺紋的端部部分22b的直徑。肩22c設(shè)置在主體部分22a和帶螺紋的端部部分 22b之間。肩22c界定肩表面46，其在圖3中示出。在所公開(kāi)的實(shí)施方式中，肩表面46包 括從主體部分22a朝向帶螺紋的端部部分22b徑向收斂的截頭圓錐形表面。繼續(xù)參照?qǐng)D2和3，桿22的帶螺紋的端部部分22b使用螺母48來(lái)耦合到膜組件 28。所公開(kāi)的實(shí)施方式的螺母48包括螺紋連接在桿22的帶螺紋的端部部分22b上的從肩 部分22c與膜組件28相對(duì)的六角螺母。此外，在所公開(kāi)的實(shí)施方式中，螺母48用固定螺母 50保持在桿22上。固定螺母50被螺紋連接在桿22的帶螺紋的端部部分22b上，并與螺
6母48接合，以防止螺母48從桿22松開(kāi)。此外，如下面將討論的，膜組件28對(duì)螺母48施加 力，從而防止螺母48從桿22松開(kāi)。膜組件28包括一對(duì)膜板52、54和膜56。膜56由柔性材料構(gòu)成，該柔性材料可包 括纖維、聚合物、復(fù)合材料和/或能夠提供不透流體的密封的任何其他合適的材料。更具體 地，膜56包括外部徑向部分56a和內(nèi)部徑向部分56b。外部徑向部分56a界定多個(gè)孔58， 該多個(gè)孔58用于接收緊固件38，該緊固件38將上部外殼部件32和下部外殼部件34的徑 向凸緣部分32c、34c固定在一起。如此構(gòu)造之后，徑向凸緣部分32c、34c壓縮膜56的外部 徑向部分56a。膜56的內(nèi)部徑向部分56b包括內(nèi)部邊緣60，該內(nèi)部邊緣60界定圓形開(kāi)口 62，如 圖3中所描繪的。在所公開(kāi)的實(shí)施方式中，內(nèi)部邊緣60包括延伸開(kāi)口 62的周邊的壓條64。 在所公開(kāi)的實(shí)施方式中，壓條64包括大致圓形橫截面，它的直徑大于膜56的厚度。因此， 膜56的內(nèi)部徑向部分56b被設(shè)置在一對(duì)膜板52、54之間。更具體地，膜板52、54包括外部徑向部分52a、54a和內(nèi)部徑向部分52b、54b，如圖 3所示。一般地，膜板52、54實(shí)質(zhì)上是相同的，并且因此，公共特征將示以公共參考數(shù)字。例 如，膜板52、54的外部徑向部分52a、54a均包括界定圓形表面66a的喇叭形邊緣(flared edge) 66。外部徑向部分52a、54a適合于壓縮膜56的內(nèi)部徑向部分56a，以提供不透流體的 密封。在使用過(guò)程中，當(dāng)膜板52、54在外殼26內(nèi)向上和向下移動(dòng)時(shí)，膜56可間歇地接合喇 叭形邊緣66的彎曲表面66a。這些彎曲表面66a有利地提供光滑表面，以便在使用過(guò)程中 使膜56靠壓在上面，而沒(méi)有刺穿、撕開(kāi)、切割或以其他方式損壞膜56。因此，喇叭形邊緣66 用于確保致動(dòng)器10的正確操作并最大化膜56的操作壽命。膜板52、54的內(nèi)部徑向部分52b、54b均包括多個(gè)突出部70和中心孔71，如圖4所 示。應(yīng)領(lǐng)會(huì)，圖4僅描繪了上部膜板52和膜56，因?yàn)橄虏磕ぐ?4藏在上部膜板52和膜56 下方。然而，所公開(kāi)的實(shí)施方式的多個(gè)突出部70包括兩個(gè)突出部70，該兩個(gè)突出部70 — 般為圓形并具有尺寸設(shè)計(jì)和構(gòu)造成由彈簧30接收的直徑。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，突出 部70的直徑稍微小于彈簧30的內(nèi)直徑，使得突出部相對(duì)于膜板52、54保持彈簧30的軸向 位置。在所公開(kāi)的實(shí)施方式中，突出部70與膜板52、54諸如通過(guò)沖壓、壓制或一些其他已 知的工藝而形成整體。因此，如圖3所示，膜板52、54的內(nèi)部徑向部分52b、54b還界定凹部 73。凹部73形成在膜板52、54中，與突出部70相對(duì)。如圖2所示，在膜組件28被完全組 裝時(shí)，相應(yīng)的膜板52、54的凹部73界定腔75。如圖2中進(jìn)一步所示的，膜板52、54的中心孔71適合于接收桿22，以使桿22能 夠連接到膜組件28。盡管膜板52、54兩者都界定中心孔71，但是下部膜板54中的中心孔 71包括肩表面72和支承表面74。在所公開(kāi)的實(shí)施方式中，支承表面74 —般為柱狀，而肩 表面72 —般為截頭圓錐形。更具體地，肩表面72包括大致截頭圓錐形表面，該大致截頭圓 錐形表面適合于與桿22的肩表面46 (圖3中所示)密封接合。例如，在圖2中，由下部膜 板54界定的中心孔71的肩表面72直接接合桿22的肩表面46。如此構(gòu)造之后，以及如將 在下面更詳細(xì)地描述的，下部膜板54的肩表面72通過(guò)提供與桿22的肩表面46的至少完 整、連續(xù)以及恒定的接觸線而提供與桿22的肩表面46的不透流體的密封。在一個(gè)實(shí)施方 式中，匹配的截頭圓錐形表面36、72優(yōu)選地包括高精加工表面，由此提供它們之間的完整、 連續(xù)以及恒定表面接觸。此外，下部膜板54中的中心孔71的支承表面74被設(shè)置成鄰近桿22的帶螺紋的端部部分22b。在組裝之前，膜板52、54的內(nèi)部徑向部分52b、54b可一般地類(lèi)似于碟型彈片 (Belleville washer)，因?yàn)樗鼈兙哂袕澢臋M截面，如圖3所示。例如，上部膜板52包括 大致凸橫截面，而下部膜板54包括大致凹橫截面。因此，在組裝之前，板52、54中的每個(gè)板 類(lèi)似于空的部分球或球形帽。然而，在組裝時(shí)，內(nèi)部徑向部分52b、54b被一起拉到桿22的 帶螺紋的端部部分22b上，由此實(shí)質(zhì)上弄平板52、54，如圖2所示。在一個(gè)實(shí)施方式中，這樣 弄平板52、54還可至少部分地增加板52、54的直徑。更具體地，在組裝過(guò)程中，下部膜板54以凹形方位放置在桿22的帶螺紋的端部部 分22b上。如此構(gòu)造之后，下部膜板54的中心孔71的肩表面72直接接合桿22的肩表面 46，如圖2所示。在組裝過(guò)程的這個(gè)階段，下部膜板54繼續(xù)類(lèi)似于具有大致凹橫截面的球 形帽。接著，膜56被放置在下部膜板54上，使得膜56的內(nèi)部徑向部分56b擱置在下部膜 板54的外部徑向部分54a上。當(dāng)正確定位之后，膜56的內(nèi)部邊緣60上的壓條64位于形 成在下部膜板54中的凹部73內(nèi)。隨著膜56被正確地放置在下部膜板54上，上部膜板52以凸形方位放置在桿22 上，使得其中心孔71被接收在帶螺紋的端部部分22b上。此時(shí)，膜板52、54的內(nèi)部徑向部 分52b、54b在其之間界定腔(未示出)。最后，螺母48緊固在桿22的帶螺紋的端部部分 22b上。緊固螺母48引起螺母48接合上部膜板52，并將膜板52、54軸向壓縮在一起。更 具體地，螺母48弄平并壓縮膜板52、54的內(nèi)部徑向部分52b、54b，使內(nèi)部徑向部分52b、54b 在螺母48和桿22的肩22c之間彼此接合，如圖2所示。在螺母48被牢固地螺紋連接到桿 22的帶螺紋的端部部分22b上之后，固定螺母50可被螺紋連接到桿22上并與螺母48接
1=1 o如此構(gòu)造之后，膜板52、54的外部徑向部分52a、54a壓縮并密封抵靠膜56的內(nèi)部 徑向部分56b。圖4描繪了從圖3的線IV-IV所取得的組件的俯視圖，為了清楚起見(jiàn)移除 了螺栓48和保持器50，并示出了設(shè)置在上部膜板52和下部膜板54之間的膜56。如所示 的，形成在膜56的內(nèi)部邊緣60上的壓條64包括設(shè)置在形成在膜板52、54中的凹部73之 間的腔75內(nèi)的部分64a。因此，壓條64的這些部分64a至少部分地固定膜56以防從膜板 52、54之間拉出。然而，壓條64還包括不設(shè)置在腔75內(nèi)而是在腔75之間圓周設(shè)置的部分 64b。這些部分64b在膜板52、54的外部徑向部分52a、54a之間被壓縮成實(shí)質(zhì)上與膜56的 其余部分相同的厚度。因此，壓條64的這些部分64b不中斷或干涉在板52、54和膜56之 間形成的密封。參考回到圖2，當(dāng)螺栓48被螺紋連接到桿22上以壓縮膜板52、54時(shí)，膜板52、54 的內(nèi)部徑向部分52b、54b以遠(yuǎn)離彼此的相反方向推動(dòng)它們自己。如此構(gòu)造之后，下部膜板 54的中心孔71的肩表面72相對(duì)于圖2中所示的致動(dòng)器10的方位被向下推動(dòng)，并與桿22 的肩表面46線接觸、不透流體的密封接合。此外，上部膜板52的內(nèi)部徑向部分52b相對(duì)于 圖3中所示的致動(dòng)器10的方位被向上推動(dòng)，并與螺母48接合。除了固定螺母50將螺母 48固定在桿22上之外，由上部膜板52施加到螺母48的力在螺母48的螺紋和帶螺紋的端 部部分22b的螺紋之間產(chǎn)生足夠的摩擦，以防止螺母48在致動(dòng)器10的長(zhǎng)時(shí)間操作過(guò)程中 從桿22的帶螺紋的端部部分22b偶然地松開(kāi)。因此，桿22的肩部分22c和螺母48將膜板 52,54保持在圖2所示的壓縮和平坦構(gòu)造，這同時(shí)對(duì)桿22的帶螺紋的端部部分22b的位于上部膜板52和下部膜板54之間的部分施加拉伸載荷。因此，本文中所描述的膜組件28有利地包括膜板52、54，該膜板52、54設(shè)計(jì)和構(gòu)造 成在同時(shí)地和直接地密封抵靠桿22的同時(shí)，壓縮地接合和密封膜56，以在外殼26的上部腔 27a和下部腔27b之間提供不透流體的密封，以及施加力以將螺母48保持在桿22上。應(yīng)領(lǐng)會(huì)，雖然本發(fā)明的致動(dòng)器10迄今被公開(kāi)為包括將桿22連接到膜組件28的螺 母48，但可選的實(shí)施方式可不需要螺母。例如，在一個(gè)可選的實(shí)施方式中，上部膜板52中 界定的中心孔71可包括內(nèi)螺紋。中心孔71的內(nèi)螺紋可被尺寸設(shè)計(jì)和構(gòu)造成與桿22的帶 螺紋的端部部分22b螺紋接合。如此構(gòu)造之后，桿22的帶螺紋的端部部分22b將被設(shè)置成 與上部膜板52的內(nèi)螺紋直接螺紋接合。將桿22的帶螺紋的端部部分22b緊固到上部膜板 52將膜板的內(nèi)部徑向部分52b、54b拉動(dòng)到一起，如圖2所示，例如。在這樣的實(shí)施方式中， 應(yīng)領(lǐng)會(huì)，固定螺母50可被用于輔助使桿22和上部膜板52保持在一起，然而，通過(guò)變形和壓 縮膜板52、54而固有地產(chǎn)生的力將在桿22的帶螺紋的端部部分22b和中心孔71之間產(chǎn)生 足夠的摩擦，以防止桿22從上部膜板52松開(kāi)。雖然在本文中膜56已經(jīng)被公開(kāi)為包括形成在內(nèi)部邊緣60中的具有一般圓形橫截 面的壓條64，但一個(gè)可選的實(shí)施方式可不包括壓條64。而是，由膜板52、54的外部徑向部 分52a、54a產(chǎn)生的壓縮力將足以將膜56保持于膜板52、54之間。在另一個(gè)可選的實(shí)施方式 中，膜56可包括形成在內(nèi)部邊緣60上的多個(gè)壓條部分。例如，在圖4所示的實(shí)施方式中， 膜56可僅包括設(shè)置在腔75內(nèi)的壓條部分64a，而不是壓條部分64b。這樣的實(shí)施方式將需 要組裝致動(dòng)器10的技術(shù)人員在組裝過(guò)程中確保壓條部分64a在腔75內(nèi)的正確定位。本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)，壓條64可被構(gòu)建成具有不同于圓形的橫截面。例如，可選的實(shí)施 方式可包括具有正方形、矩形、三角形、菱形或其他形狀的橫截面的壓條64。此外，在另一個(gè)可選的實(shí)施方式中，壓條64可被構(gòu)建成包括例如內(nèi)部加強(qiáng)環(huán)285， 諸如圖6中所示的。圖6中所示的內(nèi)部加強(qiáng)環(huán)285設(shè)置膜56內(nèi)，并界定過(guò)壓成型的壓條 (overmolded bead) 264。過(guò)壓成型的壓條264由與形成膜56的其余部分的材料一致的外 部材料形成。內(nèi)部加強(qiáng)環(huán)285可由金屬、熱塑性塑料、高硬度聚合物、聚合物或能符合本發(fā) 明的原理的任何其他材料構(gòu)成。在某些應(yīng)用中，加強(qiáng)環(huán)285可防止壓條264的擠出。雖然 內(nèi)部加強(qiáng)環(huán)285在圖6中被描述為具有圓形橫截面，但加強(qiáng)環(huán)285的可選實(shí)施方式可具有 一般任何形狀的橫截面。此外，雖然在本文中下部膜板54已經(jīng)被公開(kāi)為包括中心孔71，該中心孔71包括適 合于與桿22的對(duì)應(yīng)的截頭圓錐形肩表面46直接密封接合的大致截頭圓錐形肩表面72，但 膜組件28的可選實(shí)施方式可包括可選的構(gòu)造。例如，一個(gè)可選實(shí)施方式可包括具有中心孔 71的下部膜板54，其中該中心孔71具有適合于與形成在桿22上的階梯狀表面直接密封接 合的階梯狀表面。在另一個(gè)可選的實(shí)施方式中，中心孔71和桿22可簡(jiǎn)單地包括適合于直 接密封接合的平坦表面。在另一個(gè)實(shí)施方式中，桿22和中心孔71中的一個(gè)可包括套環(huán)，而 另一個(gè)可包括適合于以搭扣配合的密封接合方式接收該套環(huán)的環(huán)形凹部。在另一個(gè)可選的 實(shí)施方式中，肩表面46、72中的任一個(gè)或兩者可包括公牛鼻表面(bull-nosed surface) 0 例如，圖7描繪了一個(gè)可選的實(shí)施方式，其中桿22上的肩表面46包括公牛鼻表面，且下部 膜板54中的中心孔71的表面72包括截頭圓錐形表面。如此構(gòu)造之后，即使例如桿22和 板54變得不對(duì)齊，公牛鼻表面46也幫助維持提供桿22和下部膜板54之間的不透流體的
9密封的接觸線。在另一個(gè)可選的實(shí)施方式中，肩表面46可以是截頭圓錐形的，而下部膜板 54上的表面72可以是公牛鼻狀的；或可選地，兩個(gè)表面46、72都可以是公牛鼻狀的。在任 何情況下，應(yīng)領(lǐng)會(huì)，本發(fā)明不被限制于本文中所特定地公開(kāi)的表面72、46的幾何構(gòu)造，而是 意圖包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)為在本權(quán)利要求的范圍和條件內(nèi)的所有幾何構(gòu)造。此外，雖然在本文中參照?qǐng)D4將膜板52、54公開(kāi)為包括起到一對(duì)彈簧30的彈簧座 的作用的一對(duì)突出部70，但可選的實(shí)施方式可包括任何數(shù)量的彈簧30和起到彈簧座的作 用的突出部70。此外，雖然在本文中膜板52、54已經(jīng)被公開(kāi)為包括一對(duì)突出部70，其中該對(duì)突出 部70圓周地間隔開(kāi)，由此適合于容納圓周地間隔開(kāi)的彈簧30，但可選的實(shí)施方式可被構(gòu)造 成容納與膜板52、54同心布置的一個(gè)或多個(gè)彈簧。例如，圖5描繪了包括圓周突出部170 的膜板152、154的可選的實(shí)施方式。應(yīng)領(lǐng)會(huì)，圖5僅描繪了上部膜板152和膜56，因?yàn)橄虏?膜板154藏在上部膜板152和膜56的下方。然而，圖5中所公開(kāi)的實(shí)施方式的膜板152、154還包括圓周凹部173，在被組裝到 致動(dòng)器10的桿22上時(shí)，該圓周凹部173界定圓周腔175。因此，圖5中所示的實(shí)施方式的 腔175的橫截面將被圖解為與圖2中所示的多個(gè)腔75的橫截面相等。然而，圖4中所示的 構(gòu)造和圖5中所示的構(gòu)造之間的區(qū)別在于，圓周腔175接收或容納膜56的內(nèi)部邊緣60上 的整個(gè)壓條64。此外，膜板152、154的圓周突出部170適合于起到彈簧座的作用，以容納與 膜板152、154同心布置的一個(gè)或多個(gè)彈簧。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，直徑稍微小于突出部 170的內(nèi)直徑的第一彈簧可在突出部170內(nèi)被放置在上部膜板152上。突出部170將因此 防止彈簧相對(duì)于上部膜板152徑向移位。另一個(gè)實(shí)施方式可以可選地或補(bǔ)充地包括直徑稍微大于突出部170的外直徑的 另一個(gè)彈簧。如此構(gòu)造之后，該彈簧可被放置在上部膜板152上，使得它接收突出部170，以 由此限制它的徑向移位。因此，應(yīng)領(lǐng)會(huì)，膜板和彈簧構(gòu)造的其他變化可在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，雖然在本文中形成彈簧座的突出部70已經(jīng)被公開(kāi)為與膜板52、54形成一 體，但可選的實(shí)施方式可包括不與膜板52、54形成一體的彈簧座。例如，在一個(gè)可選的實(shí)施 方式中，膜組件28可包括焊接到、螺栓連接到或以其他方式連接到膜板52、54的彈簧座。在 另一個(gè)可選的實(shí)施方式中，膜板52、54可根本不包括彈簧座，而是上部和/或下部外殼部件 32,34可包括彈簧座。鑒于前述內(nèi)容，所公開(kāi)的致動(dòng)器10提供了一種膜組件28，該膜組件28需要最少量 的零件和組裝步驟。此外，膜組件28有利地提供了彈簧加載的膜板52、54，在組裝時(shí)，該彈 簧加載的膜板52、54直接地并強(qiáng)迫地接合桿22，以及膜56，以在外殼26的上部腔27a和下 部腔27b之間提供不透流體的密封。本文中所公開(kāi)的膜組件28不需要包括0形圈、橡膠墊 圈或任何其他類(lèi)型的密封件，這些密封件在長(zhǎng)時(shí)間使用之后傾向于需要更換。因此，膜組件 28提供了一種有效且可靠的致動(dòng)器10。此外，由被壓縮的膜板52、54產(chǎn)生的力使本文中所公開(kāi)的膜組件28能夠有利地僅 需要單個(gè)螺母48，該單個(gè)螺母48用于將膜板52、54連接到桿22。如上面所公開(kāi)的，當(dāng)螺母 48壓縮膜板52、54時(shí)，上部膜板52對(duì)螺母48施加軸向載荷，該軸向載荷在螺母48和桿22 的螺紋之間產(chǎn)生足夠的摩擦。此外，應(yīng)領(lǐng)會(huì)，本文中所公開(kāi)的膜56的環(huán)形設(shè)計(jì)有利地降低 了致動(dòng)器10的成本。特別地，膜組件28的設(shè)計(jì)使膜56能夠與內(nèi)部開(kāi)口 62 —起構(gòu)建，這極大地減少了所需的膜材料的量。此外，膜板52、54的相同本質(zhì)提供了這樣一種致動(dòng)器10，該致動(dòng)器10在偏置打開(kāi) 構(gòu)造和本文中所公開(kāi)的偏置關(guān)閉構(gòu)造之間容易可逆。例如，為了將致動(dòng)器轉(zhuǎn)換到偏置打開(kāi) 構(gòu)造，技術(shù)人員或其他工程師僅必須打開(kāi)致動(dòng)器10的外殼26，并將彈簧30重新定位在膜組 件28下方，并使之與形成在下部膜板54中的突出部70接合。鑒于前述內(nèi)容，本公開(kāi)內(nèi)容的描述應(yīng)被理解成僅提供本發(fā)明的實(shí)例，并且因此，不 背離本發(fā)明的要點(diǎn)的變化被意圖為屬于本權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于流體過(guò)程控制設(shè)備的致動(dòng)器，包括外殼，其包括第一外殼部件和第二外殼部件；膜，其包括外部徑向部分和內(nèi)部徑向部分，所述膜的所述外部徑向部分被承載在所述第一外殼部件和所述第二外殼部件之間；桿，其操作性地耦合到所述膜，以便控制所述流體過(guò)程控制設(shè)備；以及板組件，其連接所述桿和所述膜，所述板組件對(duì)所述膜的所述內(nèi)部徑向部分施加壓縮載荷，并提供與所述桿的接觸線，以在所述板組件和所述桿之間提供不透流體的密封。
2.如權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器，其中，所述板組件包括第一板和第二板，所述第一板和 所述第二板壓縮位于其間的所述膜。
3.如權(quán)利要求2所述的致動(dòng)器，其中，所述第一板包括凹板，且所述第二板包括凸板。
4.如權(quán)利要求3所述的致動(dòng)器，其中，所述凹板和所述凸板中的至少一個(gè)的變形在所 述凹板和所述凸板之間的位置處產(chǎn)生施加到所述桿的拉伸載荷。
5.如權(quán)利要求2所述的致動(dòng)器，其中，所述桿包括肩表面，所述肩表面與所述板組件的 所述第一板和所述第二板中的一個(gè)密封接合。
6.如權(quán)利要求5所述的致動(dòng)器，其中，所述肩表面包括截頭圓錐形表面，且所述第一板 界定中心孔，所述中心孔包括接合所述肩的所述截頭圓錐形表面的截頭圓錐形表面。
7.如權(quán)利要求5所述的致動(dòng)器，其中，所述第一板界定中心孔，且所述中心孔和所述桿 的所述肩表面中的至少一個(gè)包括公牛鼻表面。
8.如權(quán)利要求5所述的致動(dòng)器，其中，所述桿還包括帶螺紋的端部部分。
9.如權(quán)利要求7所述的致動(dòng)器，還包括螺母，所述螺母螺紋連接到所述桿的所述帶螺 紋的端部部分，由此在所述肩和所述螺母之間將所述第一板和所述第二板的所述內(nèi)部徑向 部分壓縮在一起。
10.如權(quán)利要求8所述的致動(dòng)器，其中，所述第二板界定與所述桿的所述帶螺紋的端部 部分螺紋接合的螺紋孔。
11.如權(quán)利要求2所述的致動(dòng)器，其中，所述膜包括界定內(nèi)部開(kāi)口的內(nèi)部徑向邊緣。
12.如權(quán)利要求11所述的致動(dòng)器，其中，所述膜的所述內(nèi)部徑向邊緣包括圓周壓條。
13.如權(quán)利要求12所述的致動(dòng)器，其中，所述膜的所述內(nèi)部徑向邊緣包括過(guò)壓成型的 內(nèi)部加強(qiáng)環(huán)。
14.如權(quán)利要求12所述的致動(dòng)器，其中，所述壓條包括為圓形、三角形、矩形以及菱形 形狀中的一個(gè)的橫截面。
15.如權(quán)利要求12所述的致動(dòng)器，其中，所述板組件界定至少一個(gè)腔，所述至少一個(gè)腔 接收所述膜的所述圓周壓條的至少一部分。
16.一種用于流體過(guò)程控制設(shè)備的致動(dòng)器，包括外殼，其包括第一外殼部件和第二外殼部件；桿，其可滑動(dòng)地設(shè)置在所述外殼內(nèi)，并包括肩；凹板，其包括外部徑向部分和設(shè)置在所述桿上的內(nèi)部徑向部分，所述凹板的所述內(nèi)部 徑向部分界定中心孔；凸板，其包括外部徑向部分和內(nèi)部徑向部分，所述凸板的所述內(nèi)部徑向部分設(shè)置在所 述桿上，鄰近所述凹板的所述內(nèi)部徑向部分；膜，其包括外部徑向部分和內(nèi)部徑向部分，所述膜的所述外部徑向部分被壓縮在所述 第一外殼部件和所述第二外殼部件之間，且所述內(nèi)部徑向部分被壓縮在所述凹板和所述凸 板的所述外部徑向部分之間；以及螺母，其與所述桿螺紋接合，并將所述凹板和所述凸板的所述內(nèi)部徑向部分壓縮在一 起，使得所述凹板直接密封接合所述桿的所述肩。
17.如權(quán)利要求16所述的致動(dòng)器，其中，所述凹板提供與所述桿的接觸線，以提供與所 述桿的不透流體的密封。
18.如權(quán)利要求17所述的致動(dòng)器，其中，所述凹板的所述中心孔包括截頭圓錐形表面， 所述截頭圓錐形表面與所述桿的所述肩的截頭圓錐形表面密封接合。
19.如權(quán)利要求17所述的致動(dòng)器，其中，所述凹板的所述中心孔和所述桿的所述肩中 的至少一個(gè)包括公牛鼻表面。
20.如權(quán)利要求16所述的致動(dòng)器，其中，所述桿包括帶螺紋的端部部分，所述帶螺紋的 端部部分設(shè)置成從所述肩與所述凹板和所述凸板相對(duì)。
21.如權(quán)利要求20所述的致動(dòng)器，其中，所述螺母螺紋連接到所述桿的所述帶螺紋的 端部部分上。
22.如權(quán)利要求20所述的致動(dòng)器，其中，所述凸板的所述內(nèi)部徑向部分界定與所述桿 的所述帶螺紋的端部部分螺紋接合的螺紋孔。
23.如權(quán)利要求16所述的致動(dòng)器，其中，所述膜包括界定內(nèi)部開(kāi)口的內(nèi)部徑向邊緣。
24.如權(quán)利要求23所述的致動(dòng)器，其中，所述膜的所述內(nèi)部徑向邊緣包括圓周壓條。
25.如權(quán)利要求23所述的致動(dòng)器，還包括設(shè)置在所述凹板和所述凸板之間的腔，所述 腔接收所述圓周壓條的至少一部分。
26.如權(quán)利要求24所述的致動(dòng)器，其中，所述膜的所述內(nèi)部徑向邊緣包括過(guò)壓成型的 內(nèi)部加強(qiáng)環(huán)。
27.如權(quán)利要求24所述的致動(dòng)器，其中，所述壓條包括為圓形、三角形、矩形以及菱形 形狀中的一個(gè)的橫截面。
全文摘要
一種用于流體過(guò)程控制設(shè)備的膜致動(dòng)器(10)包括外殼(26)、膜(56)、桿(22)以及板組件。板組件包括凹板(54)和凸板(52)，凹板(54)和凸板(52)均具有內(nèi)部徑向部分和外部徑向部分。外部徑向部分壓縮地接合并保持膜。內(nèi)部徑向部分在桿的肩(72)和螺紋連接到桿上的螺母(48)之間一起壓縮到桿上。因此，凹板強(qiáng)迫地接合桿的肩并提供直接與桿的肩的不透流體的密封，而不需要O形圈或任何其他額外的密封部件。此外，凹板和凸板在結(jié)構(gòu)上是等同的，使得致動(dòng)器可容易在偏置打開(kāi)構(gòu)造和偏置關(guān)閉構(gòu)造之間轉(zhuǎn)換。
文檔編號(hào)F16K31/126GK101855482SQ200880115652
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者大衛(wèi)·A·阿諾德, 羅絲·A·謝德, 道格拉斯·保羅·蓋斯曼 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾控制產(chǎn)品國(guó)際有限公司