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。