[发明专利]用于滑阀的促动器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请No.61/011035的优先权，该美国临时专利申请No.61/011035的申请日为2008年1月14日，该文献的内容被本文参引。

声明关于：联邦资助的研究/发展

不适用

技术领域

本发明大致涉及流体流动控制，特别是涉及一种用于调节在流体回路中的流体流的高流量定位器。

背景技术

控制阀调节流动流体例如气体、蒸汽、水或化合物。促动器可以用于调节在控制阀内的流体流。促动器提供了动力，用于打开或关闭阀以及因此调节阀内的流体流。

阀定位器是一种安装在促动器上的装置，它可以实施由与阀定位器电连通的控制器的输出来确定的控制策略。控制器向阀定位器提供了可变电流信号。该可变电流信号与阀定位器的状态成比例。例如，阀定位器可以响应4毫安(mA)电流信号而完全打开阀，并响应20mA的电流信号而完全关闭阀。阀定位器使得电流信号与促动器的位置比较，以便提供使得促动器因此运动所需的动力。如果电流信号与促动器的位置不同时，阀定位器使得促动器运动，直到到达正确位置。阀定位器为本领域公知。两种类型的公知定位器包括：单作用气动定位器，它从促动器的、与范围弹簧相对的一侧发送空气和排出空气；以及双作用气动定位器，它从促动器的两侧发送空气和排出空气。阀定位器已经通过使用数字装置而大大改进，该数字装置使用微处理器来定位促动器、监测关键变量，并实施控制算法和记录数据。

促动器将压缩空气形式的能量转变成运动，所述运动包括线性或旋转运动。促动器设置成接收较大容积的空气流，以便移动至所需位置，用于调节流体流。使用压缩空气(而不是液压)来向促动器提供动力具有公知的优点。这些优点包括将空气(而不是油)排出至大气中。使用压缩空气还更好地适于吸收过大的力。而且，当损失供给阀定位器的动力时，可以使用储存的空气。另外，对于取决于压缩空气的使用的促动器，所需的维护最少。通过传送基于微处理器的电流，使用阀定位器来控制促动器的运动将普遍用于提高精度和效率。更精确和有效地控制促动器的能力在很大部分上是由于阀定位器的控制器。如上所述，控制器已知接收阀运行位置的反馈，并调节代表所需促动器位置的电流，用于控制特殊处理。阀定位器已知将控制器输出的电流信号转变成压力信号，该压力信号用于向促动器提供可计量的压缩空气。阀位置的反馈对于阀定位器的操作是关键的。如果没有反馈，控制阀可以默认故障保护位置或随机位置。

阀定位器能够精确调节流体回路中的流体流速的能力是重要的特征。阀定位器用于使得促动器运动，该促动器通常包括密封在汽缸内的活塞。阀定位器通过迫使压缩空气进入汽缸的一端，同时使得压缩空气从汽缸的相对端抽出或排出而使得活塞运动。阀定位器最常用于闭环系统，在该闭环系统中，促动器的位置以及在阀定位器中流动的压缩空气的速度和/或压力通过反馈装置来连续监测，该反馈装置产生系统反馈信号。控制器使用系统反馈信号来产生电流信号，该电流信号由阀定位器接收，以便使得缸内的活塞的所需位置和活塞的实际位置之间的误差最小。

阀定位器通常包括阀塞(spool)，该阀塞可在壳体中旋转或轴向滑动，以便使得压缩空气流流向促动器，或者引导空气流从促动器流向一个或多个排出口。不过，对于用于提供高流体流速的阀定位器系统，相对较大的阀塞结合在定位器中。较大阀塞需要有相对较大的惯性力矩，从而有必要使用具有相对较高扭矩输出的步进马达。利用电马达来使得较大阀塞移动意味着装置需要单独的电源。使用步进马达的阀定位器通常以开环形式来定位阀塞，其中，阀塞必须初始化。在开环设计中定位阀塞比闭环设计更容易延迟，因此并不推荐用于需要提高精度和效率的用途。在初始化过程中，阀塞运动至开始点或初始化位置，步进马达可以使得阀塞从该开始点或初始化位置开始运动至所需位置。控制器可以命令步进马达使得阀塞运动，这样，控制器可以跟踪来自初始化位置的一系列电流信号，并在它的存储器中保持虚拟阀塞位置。只要步进马达精确跟踪该系列驱动器信号，在促动器的活塞的所需位置和实际位置之间的误差将最小。使用步进马达来使得阀塞运动还具有公知的缺点。马达的力矩可能产生不需要的阀塞旋转。使用步进马达来移动阀塞也可能使得推力轴线和阀塞轴线并不对齐，这对于阀定位器的精度产生消极影响。