[发明专利]用于电动致动器的高速关闭装置

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。本发明提供了这种电动致动器。通过本文提供的本发明的描述，本发明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。

发明内容

在一方面中，本发明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。