[发明专利]致动器

说明书

技术领域

本发明大体涉及致动器，更具体地涉及一种用以致动阀内的柱塞或活塞的气动致动器。

背景技术

气动致动器用于不同类型的应用中，并用以致动或移动例如阀的不同类型装置中的柱塞、轴等。

致动器可以包括在相同组件内的通常闭合的活塞、通常打开的活塞或两者。包括通常闭合的活塞的致动器通常设有偏压元件，例如弹簧或贝尔维尔垫圈（Belleville washer），其将活塞偏压在闭合位置。为了将活塞从闭合位置移动至打开位置，在致动器内注入气体，抵消弹簧的偏压作用，并允许活塞朝向打开位置移动。类似地，通常打开的活塞可以被偏压在它们的打开位置并通过作用其上的气压的影响被移动至闭合位置。

为了隔离和密封注入气体的腔室，通常使用动力密封。基于这种原理的阀构造的一个示例在图1（现有技术）中示出。在该示例中，致动机构10的通常闭合的和通常打开的活塞12、14沿它们的外周边设有聚合物、硅树脂或橡胶O型环16。当活塞在阀内向上和向下移动时，O型环16滑动并摩擦阀的圆柱形体18的内壁。

当致动器用于高温应用中时，有时高达350度，随着时间的逝去动力密封容易变得粘性和易脆。这提高了密封和致动系统的内壁之间的摩擦，不利于活塞的移动。可以使用润滑剂减小这种摩擦，但是它们的使用产生其它的问题：基于油脂的润滑剂（例如Krytox（商标）或Torr-lube(商标））最终会干，甚至增大摩擦并且使得活塞更难移动。使用干的润滑剂通常不被看作备选方式，因为它们最终会被所用的致动气体吹掉。在使用电流致动活塞的螺线管阀中也面临类似的困难。

动力密封的弱化不仅发生在高温应用中。在低温应用中也存在问题，在低温应用中在极低温度条件下使用阀。在这种情况下，致动气体中存在的潮气容易在活塞和致动系统的内壁的交界处结晶，不利于活塞的运动。

因此，需要一种致动器，其可以帮助减小或消除移动部件之间的摩擦。对于某些应用，还希望这种致动器能够赋予较大的力给其致动的轴或柱塞，同时保持低的致动压力。对于某些应用，机构也将需要具有长的操作寿命并且能够在高速条件下移动轴或柱塞。

已经提出许多解决方案以便解决这样的问题。美国专利5755428示出一种具有金属对金属的动态放置的阀。虽然上述类型的致动器可以适于环境或相对适中的温度，但是不能用于高温或低温应用中。在该设计中涉及到6个O型环。如果在低温或高温（例如350°C）条件下使用，这些环的高摩擦和脆化容易发生。

还已知的现有技术有US5131627、US5215286、US5653419、US6508453、US7159839以及US20100090151。这些解决方案的一些使用凸轮机构、齿轮-凸轮以及小齿轮机构、或多个活塞，以便提高总的有效重量或至被致动的轴或杆的力。这些解决方案需要使用若干个小的难以加工的部件，这导致机构复杂并难以组装和维护，以及提高制造成本。

由于上述原因，需要改进的气动致动器。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种用于致动柱塞的气动致动器。致动器可以用于不同的应用中，例如但是不限于分析、处理、设备或工业应用。其还可以用于从低温应用到高温应用。

致动器包括主入口和主出口，以及彼此面对的中空的第一和第二帽。第二帽设有延伸通过它的帽通道。

致动器还包括主致动组件，主致动组件设置在中空的第一和第二帽之间。主致动组件包括具有相对的第一和第二隔膜表面的可变形隔膜，第一腔室和第二腔室。第一腔室通过第一隔膜表面限制，并且与所述主入口流体连通。第二腔室通过第二隔膜表面限制，并且与所述主出口流体连通。

致动器还包括静态密封元件，用于流体地密封所述第一腔室和第二腔室。

致动器还包括主活塞和致动杆。主活塞能够在被致动位置和未被致动位置之间移动，并且包括能够操作地连接至第二隔膜表面的活塞表面。致动杆能够滑动地配合在所述帽通道内，杆的一部分延伸到第二帽的外部，杆的所述部分能够连接至柱塞。当主活塞在被致动位置和未被致动位置之间移动时所述致动杆与主活塞协作以便在帽通道内滑动。

致动器还包括偏压在未被致动位置处的活塞的偏压机构。

当加压流体被驱使通过主入口或从主出口被抽取中或两者时，主致动组件的第一腔室膨胀，将主活塞从未被致动位置移动至被致动位置，致动杆因此在帽通道内滑动。

通过弹性隔膜表示适于变形的弹性薄膜或部件。