用于电动致动器的高速关闭装置制造方法及图纸

提供了一种用于电动致动器的高速故障安全装置，其能够在紧急关闭的情况下被独立触发。一种电磁制动器被附接至丝杠致动器的滚柱螺母。当被致动时，制动器防止滚柱螺母的旋转，并因此在丝杠旋转时能够使滚柱螺母直线运动以直线地移动输出轴来致动阀门。在致动期间，复位弹簧被压缩以在系统故障时使输出轴缩回。在这种故障期间，电动制动器断电，这允许滚柱螺母旋转并在复位弹簧的力下直线地移动以将输出轴缩回到其故障安全位置。软止动/超行程系统被设置成限制在丝杠上的冲击载荷。

High speed closing device for electric actuators

A high-speed failure safety device for electric actuators is provided, which can be triggered independently in case of emergency shutdown. An electromagnetic brake is attached to the roller nut of the screw actuator. When being actuated, the brake prevents the rotation of the roller nut, and thus enables the straight motion of the roller nut to move the output shaft in a straight line to actuate the valve when the screw is rotated. During actuation, the reset spring is compressed to retract the output shaft when the system fails. During this fault, the electric brake is out of power, which allows the roller nut to rotate and move in a straight line under the force of the reset spring to shrink the output shaft back to its safe position. The soft stop / over stroke system is set to limit the impact load on the lead screw.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电动致动器的高速关闭装置
本专利技术总体上涉及阀门致动器，更具体地涉及具有故障安全关闭能力的电动阀门致动器。
技术介绍
目前，蒸汽轮机和燃气轮机制造商使用多种液压致动器来控制涡轮机的许多控制阀和截止阀的位置。这些致动器通常直接连接至阀门，并且能够在小于250毫秒内完全关闭进入涡轮机的燃料/蒸汽的流动。与几乎所有的液压系统一样，液压致动器的唯一最大缺陷是其对由于液压流体污染引起的故障的高度敏感性。而且，液压致动系统需要液压流体(通常是油)与涡轮机壳体非常接近。因为蒸汽轮机壳体在运行期间经常会被加热到超过1000°F的温度，任何液压流体泄漏都会对涡轮机操作员和装置造成直接的火灾危险。针对这些问题，本申请的受让人已经开始向涡轮机制造商提供多种不同的电致动解决方案。历史上，由于慢转速以及与暴露于高温的电子器件相关的可靠性问题而未使用电动致动器。电气部件和散热设计考量的技术进步使得电子产品能够可靠地暴露于高温，但慢转速仍然是电动致动器的问题。电动致动器由四个主要部件组成：电动马达；变速箱；丝杠；以及复位弹簧。过去的解决方案试图通过在变速箱和丝杠之间(或者在变速箱的中间级处)增添电磁离合器来实现高速脱扣功能。当离合器接合时，丝杠联接至变速箱并且能够致动。当断电时，丝杠与变速箱分离并当致动器复位弹簧将致动器移动到故障安全位置被允许自由地自转。使丝杠从变速箱分离还减少了附接至丝杠的惯性量，并允许装置快速地加速。使用电磁离合器的问题在于其尺寸-扭矩能力和速度限制。如果在丝杠和变速箱之间使用离合器，则它必须具有非常高的扭矩能力。随着扭矩能力增加，离合器和用以致动其的螺线管的物理尺寸也会增加。随着螺线管增长，断电所需的时间也增加到通常无法接受的缓慢释放时间。鉴于这个问题，替代的设计是将离合器定位或移动到变速箱的中间级，这将减小离合器所需的扭矩。然而，这增加了离合器必须自转的速度。无论离合器在传动系中的位置如何，它必须传输的功率(速度*扭矩)是保持不变的。这通常将会导致超过10,000RPM的转速，其大大超过了大多数商用离合器的速度极限。这也增加了附接到滚柱丝杠上的惯性，如此在行程期间将丝杠的加速度减慢到通常不可接受的缓慢释放时间。所需要的是具有高速、故障安全功能的电动致动器，其能够在紧急关闭的情况下被独立触发。本专利技术提供了这种电动致动器。通过本文提供的本专利技术的描述，本专利技术的这些和其它优点以及另外的创造性特征将变得显而易见。
技术实现思路
在一方面中，本专利技术提供了一种能够提供高速、故障安全功能的电动致动器，其能够在紧急关闭的情况下被独立触发。在一个实施例中，该设计使用附接至滚柱螺母的电磁制动器而不是如上所述的附接至丝杠的离合器。电磁制动器被设计成具有更高的扭矩能力和更快的释放时间，但大部分部件(卡钳)仍然保持静止状态。这导致制动器在操作期间不需要传递任何动力，而是仅提供静态转矩。一旦致动器达到脱扣位置，制动器也可以重新接合。在一个实施例中，软止动/超行程系统被设置成限制在丝杠上的冲击载荷。优选地，制动器被用以限制当滚柱螺母组件从软止动弹簧弹回时所得到的弹回量。在一个实施例中，一种用于电动致动器的高速关闭装置包括电动马达、可驱动地联接至所述电动马达的丝杠以及螺纹地联接至所述丝杠的丝杠螺母。驱动体被可操作地联接至所述丝杠螺母并且构造成与所述丝杠螺母配合而直线地平移但不与所述丝杠螺母配合而旋转。所述驱动体经由止推轴承而可操作地联接至所述丝杠螺母。所述装置还包括制动器，其被可操作地联接在所述驱动体和所述丝杠螺母之间。在一个实施例中，所述制动器包括安装在所述驱动体上的卡钳和安装在所述丝杠螺母上的转子。在这种构造中，所述制动器根据是禁用还是启用来使所述丝杠螺母旋转和防止所述丝杠螺母旋转。为了致动该实施例所附接至的阀门，输出轴被可驱动地联接至所述驱动体。为了实现故障安全操作，复位弹簧与所述输出轴接触并且构造成将返回力施加在所述输出轴上以将所述输出轴定位在缩回状态。在故障安全位置要求输出轴的延伸的实施例中，所述复位弹簧与所述驱动体接触以将所述输出轴定位在延伸状态。优选地，在由电动马达旋转丝杠期间，当制动器施加制动力时，防止了丝杠螺母旋转但允许丝杠螺母沿着丝杠直线地平移。当制动器未施加制动力时，允许丝杠螺母旋转。在这种状态下，当丝杠不被电动马达旋转时，在来自复位弹簧的返回力的操作下，允许丝杠螺母沿着丝杠直线地平移，以便根据特定实施例来使输出轴返回到缩回位置或延伸位置。一旦被缩回，通过来自复位弹簧的返回力的操作，当由电动马达旋转丝杠时，防止了丝杠螺母沿着丝杠直线地平移，以便当制动器未施加制动力时，将输出轴维持在故障安全位置。在一个实施例中，所述装置进一步包括软止动弹簧，其在一个实施例中定位成接合所述驱动体或在另一个实施例中定位成接合输出轴，以减缓其超越所述输出轴返回到所述故障安全位置的超行程的直线平移。所述软止动弹簧经由软止动弹簧盘接合所述驱动体。然后，在已经达到超行程后，所述软止动弹簧直线地平移所述驱动体和/或所述输出轴以最多消除所述超行程。在优选的实施例中，所述制动器通电以限制当所述驱动体从所述软止动弹簧弹回时所得到的弹回量。通过下面结合附图进行的详细描述，本专利技术的其他方面、目标和优势将变得更为显而易见。附图说明包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的若干方面，并且与说明书一起用于解释本专利技术的原理。在附图中：图1是根据本专利技术的教导构造的、示出为缩回(搁置状态/脱扣)状态的用于电动阀门致动器的高速关闭装置的实施例的横截面图；图2是示出为延伸(致动)状态的图1的用于电动阀门致动器的高速关闭装置的实施例的横截面图；并且图3是示出为脱扣(软停止压缩)状态的图1的用于电动阀门致动器的高速关闭装置的实施例的横截面图。尽管将结合某些优选实施例描述本专利技术，但并不意图将其限制于那些实施例。相反，其目的是覆盖包括在由所附权利要求限定的本专利技术的精神和范围内的所有替代、修改和等同物。具体实施方式现在转向附图，特别是图1，图示出了用于电动阀门致动器的高速关闭装置100的实施例的横截面，该电动阀门致动器在用于蒸汽和燃气涡轮发动机的很多控制阀和截止阀的位置方面尤其适用。然而，应该注意的是，尽管图1中图示出的本专利技术的实施例尤其适用于这种操作环境，但本专利技术的实施例并不严格局限于此。相反，下面的描述应该以举例而非限制的方式进行。实际上，高速关闭装置可以适用于需要快速、故障安全操作的多种操作环境。如图1中所示，电动致动器包括电动马达102，该电动马达102用以直接地或通过传动系旋转地驱动丝杠104，该丝杠104通过止推轴承106保持就位。丝杠螺母108被螺纹地接收在丝杠104上，用于在丝杠104旋转时进行直线平移。这种直线平移可以沿着取决于丝杠104的旋转方向的任一方向，以便使输出轴110延伸或缩回，来控制该装置100所附接的阀门的操作。为了在马达102的通电和丝杠104的旋转期间防止丝杠螺母108的旋转，使用电动制动器112。该电动制动器112包括附接到丝杠螺母108上的制动转子114和附接到直线平移驱动体118上的制动卡钳116。在其它实施例中，正如对于本领域技术人员而言根据本文所包含的描述将变得显而易见的那样，使用其他类型的制动器，例如鼓式制动器、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电动致动器的高速关闭装置，包括：电动马达；丝杠，其被可驱动地联接至所述电动马达；丝杠螺母，其被螺纹地联接至所述丝杠；驱动体，其被可操作地联接至所述丝杠螺母并且构造成与所述丝杠螺母配合而直线地平移但不与所述丝杠螺母配合而旋转；制动器，其被可操作地联接在所述驱动体和所述丝杠螺母之间，而使得所述制动器使所述丝杠螺母旋转和防止所述丝杠螺母旋转；输出轴，其被可驱动地联接至所述驱动体；以及复位弹簧，其与所述输出轴或所述驱动体之一接触，并且构造成在所述输出轴或驱动体之一上施加返回力，来将所述输出轴定位在故障安全状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.25 US 62/260,092;2016.10.24 US 15/332,3141.一种用于电动致动器的高速关闭装置，包括：电动马达；丝杠，其被可驱动地联接至所述电动马达；丝杠螺母，其被螺纹地联接至所述丝杠；驱动体，其被可操作地联接至所述丝杠螺母并且构造成与所述丝杠螺母配合而直线地平移但不与所述丝杠螺母配合而旋转；制动器，其被可操作地联接在所述驱动体和所述丝杠螺母之间，而使得所述制动器使所述丝杠螺母旋转和防止所述丝杠螺母旋转；输出轴，其被可驱动地联接至所述驱动体；以及复位弹簧，其与所述输出轴或所述驱动体之一接触，并且构造成在所述输出轴或驱动体之一上施加返回力，来将所述输出轴定位在故障安全状态。2.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述丝杠由所述电动马达旋转期间当所述制动器施加制动力时，防止了所述丝杠螺母旋转但允许所述丝杠螺母沿着所述丝杠直线地平移。3.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述制动器未施加制动力时，允许所述丝杠螺母旋转。4.根据权利要求3所述的装置，其中，当所述丝杠不被所述电动马达旋转时，在来自所述复位弹簧的所述返回力的作用下，允许所述丝杠螺母沿着所述丝杠直线地平移，以便使所述输出轴返回到所述故障安全位置。5.根据权利要求4所述的装置，进一步包括软止动弹簧，其定位成接合所述驱动体或输出轴之一，以减缓其超越所述输出轴返回到所述故障安全位置的直线平移超行程。6.根据权利要求5所述的装置，其中，在已经达到超行程后，所述软止动弹簧直线地平移所述驱动体或所述输出轴至少其中之一，以最多消除所述超行程。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述制动器通电以限制当所述驱动体从所述软止动弹簧弹回时所得到的弹回量。8.根据权利要求4所述的装置，其中，所述软止动弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·J·贝恩，
申请(专利权)人：伍德沃德公司，
类型：发明
国别省市：美国,US