具有摩擦裝置和預應(yīng)力元件的閥操作器組件的制作方法
【專利摘要】提供了一種用于閥的閥操作器組件，包括殼體(18)、可旋轉(zhuǎn)地安裝的輸入構(gòu)件(20)、以及包括平移元件(24)和連接到所述輸入構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)元件(28)的傳動機構(gòu)(22)，所述傳動機構(gòu)適于將輸入構(gòu)件的所施加的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成所述平移元件的軸向平移。所述組件還包括沿徑向設(shè)置在所述傳動機構(gòu)(22)與殼體(18)之間的至少一個鎖定機構(gòu)(23)，并且設(shè)置有與所述殼體(18)徑向接觸的摩擦裝置(80)以及作用于所述摩擦裝置上來維持所述徑向接觸的至少一個預應(yīng)力元件(82)。所述預應(yīng)力元件(82)與摩擦裝置(80)一起配合來將所述傳動機構(gòu)與殼體鎖定在所述組件的靜止位置。
【專利說明】
具有摩擦裝置和預應(yīng)力元件的閥操作器組件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及閥和可手動操作閥例如閘閥、控制或調(diào)節(jié)閥或者節(jié)流閥的領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于閘閥的閥操作器組件。
【背景技術(shù)】
[0002]閥用于各種工業(yè)來控制流體的流動。特別地，閘閥廣泛用于石油和天然氣工業(yè)，以在生產(chǎn)的不同階段控制所生產(chǎn)的流體的流動。用于該工業(yè)的大多數(shù)閘閥包括具有縱向流動孔的閥體和與該流動孔相交的橫向閘腔。具有橫向延伸從中穿過的閘開口的閘設(shè)置在閘腔中。閥桿被提供用于在打開位置與關(guān)閉位置之間移動閘，在打開位置，閘開口與流動孔對準，在關(guān)閉位置，閘開口與流動孔偏移。閥體的閘腔由具有閥桿從中穿過的軸向孔的罩覆至
ΠΠ O
[0003]這種閘閥被關(guān)聯(lián)到閥操作器組件，用于有選擇地向上和向下驅(qū)動閥桿，以便關(guān)閉和打開閘閥?？梢允謩拥刂聞娱l閥。在這種情況下，閥操作器組件通常包括傳動機構(gòu)，以將手輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成閥桿的軸向運動。為了快速打開和關(guān)閉具有最小匝(turn)數(shù)的閘閥，傳動機構(gòu)可以是滾珠絲杠機構(gòu)或行星滾柱絲杠機構(gòu)，以便降低操作扭矩例如人工手輪扭矩，或者采用用于表面閥的電力驅(qū)動或采用遠程操作潛水器(ROV)或用于海底閥的電致動而被推動。對于更多細節(jié)，例如可以參考專利EP-B1-1419334(SKF)。
[0004]由于這種絲杠機構(gòu)易于在流體壓力下反向驅(qū)動，所以閘閥可無意中被打開或關(guān)閉。這種反向驅(qū)動不僅能引起具有期望的流量調(diào)節(jié)的問題，而且還可能導致傷害到操作者，例如被旋轉(zhuǎn)的手輪擊中。
[0005]因此，平衡系統(tǒng)通常設(shè)置在閘閥的閥體上，以防止采用由流體施加的力反向驅(qū)動傳動機構(gòu)。這種系統(tǒng)包括設(shè)置在閥體上的平衡桿，并且其暴露于流體壓力，以抵消或平衡施加在閘上的力。
[0006]然而，有必要修改閥體的設(shè)計來將這樣的平衡系統(tǒng)集成在閘閥上。這導致了閘閥的復雜結(jié)構(gòu)。此外，對于閘閥所需的空間顯著增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個目的是克服這些缺點。
[0008]本發(fā)明的特定目的是提供一種用于閥例如閘閥、控制或調(diào)節(jié)閥或者節(jié)流閥的閥操作器組件，其不是可逆的或反向驅(qū)動的。
[0009]在一實施例中，提供了一種用于包括閥體和可軸向移動的閥平移構(gòu)件的閥的閥操作器組件。所述組件包括適于安裝在所述閥上的殼體、相對于所述殼體旋轉(zhuǎn)安裝的輸入構(gòu)件、以及包括適于連接到所述閥的閥平移構(gòu)件的平移元件和連接到所述輸入構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)元件的傳動機構(gòu)。所述傳動機構(gòu)適于將輸入構(gòu)件的所施加的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成所述平移元件的軸向平移。所述組件還包括沿徑向設(shè)置在所述傳動機構(gòu)與殼體之間的至少一個鎖定機構(gòu)。該鎖定機構(gòu)包括與所述殼體或者與所述傳動機構(gòu)徑向接觸的摩擦裝置以及沿徑向作用于所述摩擦裝置上來維持所述徑向接觸的至少一個預應(yīng)力元件。所述預應(yīng)力元件與摩擦裝置一起配合來將所述傳動機構(gòu)與殼體鎖定在所述組件的靜止位置。
[0010]在優(yōu)選的實施例中，所述摩擦裝置適于在所述摩擦裝置與殼體或傳動機構(gòu)之間產(chǎn)生摩擦扭矩，使得所述組件的總摩擦扭矩大于或等于所述傳動機構(gòu)的反向驅(qū)動扭矩。有利地，所述摩擦裝置可以適于產(chǎn)生大于或等于所述反向驅(qū)動扭矩的摩擦扭矩。
[0011]在優(yōu)選的實施例中，所述預應(yīng)力元件沿徑向作用于所述摩擦裝置上。
[0012]所述摩擦裝置可在所述預應(yīng)力元件的作用下在相對于所述傳動機構(gòu)以及所述殼體的徑向方向上移動。優(yōu)選地，所述摩擦裝置在圓周方向上與所述傳動機構(gòu)或者與所述殼體固定在一起。
[0013]所述預應(yīng)力元件可以安裝成與所述摩擦裝置徑向接觸。
[0014]在一個實施例中，所述鎖定機構(gòu)還包括支撐環(huán)，其安裝在所述傳動機構(gòu)上或者在所述殼體上，并且具有其中安裝有所述預應(yīng)力元件的至少一個凹部。所述摩擦裝置可以安裝成與所述支撐環(huán)徑向接觸。有利地，所述預應(yīng)力元件沿徑向位于所述支撐環(huán)與所述摩擦裝置之間。
[0015]所述摩擦裝置可以包括沿徑向抵靠著所述殼體或所述傳動機構(gòu)的摩擦環(huán)。所述摩擦裝置還可以包括所述摩擦環(huán)沿徑向在與所述預應(yīng)力元件相反的側(cè)上安裝到其上的支撐構(gòu)件。優(yōu)選地，所述支撐構(gòu)件至少在徑向方向上是可變形的。
[0016]在一個實施例中，所述摩擦裝置與所述殼體徑向接觸，所述預應(yīng)力元件沿徑向設(shè)置在所述摩擦裝置與傳動機構(gòu)之間，所述預應(yīng)力元件施加向外定向的徑向力。可替代地，所述摩擦裝置與所述傳動機構(gòu)徑向接觸，所述預應(yīng)力元件沿徑向設(shè)置在所述摩擦裝置與殼體之間，所述預應(yīng)力元件施加向內(nèi)定向的徑向力。
[0017]在一個優(yōu)選的實施例中，所述鎖定機構(gòu)包括多個預應(yīng)力元件。所述預應(yīng)力元件可以包括機械致動器。
[0018]所述傳動機構(gòu)還可以包括連接套筒，其連接到所述機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)元件并且其上安裝有所述輸入構(gòu)件。在一個實施例中，所述鎖定機構(gòu)安裝在所述傳動機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)元件與殼體之間?？商娲?，所述鎖定機構(gòu)可以安裝在所述連接套筒與殼體之間。
[0019]在一個實施例中，所述傳動機構(gòu)包括螺桿、圍繞并且與所述螺桿同軸的螺母、以及沿徑向設(shè)置在所述螺桿與螺母之間的多個滾動元件。每個滾動元件可以與設(shè)置在螺桿和螺母上的外螺紋和內(nèi)螺紋接合。
[0020]在一個實施例中，所述螺桿形成平移元件，且所述螺母連接到輸入構(gòu)件?？商娲?，所述螺母可以形成旋轉(zhuǎn)元件，且所述螺桿連接到輸入構(gòu)件。
[0021]優(yōu)選地，所述閥操作器組件還包括沿徑向設(shè)置在所述傳動機構(gòu)與殼體之間的至少一個滾動軸承。
[0022]本發(fā)明還涉及一種閥，特別是閘閥、控制或調(diào)節(jié)閥或者節(jié)流閥，其包括閥體、可軸向移動的閥平移構(gòu)件以及如前所限定的閥操作器組件。所述閥平移構(gòu)件可以例如是閥桿或活塞。
【附圖說明】
[0023]通過研究由非限制性示例給出的并且由附圖示出的具體實施例的詳細描述，本發(fā)明及其優(yōu)點將得到更好地理解:
[0024]-圖1是根據(jù)本發(fā)明第一示例的用于閘閥的閥操作器組件的橫截面，
[0025]-圖2是圖1組件的反轉(zhuǎn)滾柱絲杠機構(gòu)的橫截面，
[0026]_圖3是圖1的細節(jié)視圖，
[0027]-圖4是沿圖3的IV-1V的截面，
[0028]-圖5是根據(jù)本發(fā)明第二示例的用于閘閥的閥操作器組件的橫截面，以及
[0029]-圖6是根據(jù)本發(fā)明第三示例的用于閘閥的閥操作器組件的橫截面。
【具體實施方式】
[0030]圖1所示的閥操作器組件10適于閘閥12，該閘閥設(shè)置有罩14、由所述罩覆蓋的閥體(未示出)以及具有軸線16a的可移動閥桿16。傳統(tǒng)上，閥體具有流動孔和與該流動孔相交的橫向閘腔。閘閥還包括具有從中橫向延伸穿過的閘開口的設(shè)置在閘腔中的閘。對于這種閘閥的更多細節(jié)，可以參照EP-B1-1419334(SKF)，其在此通過引用并入本文。
[0031]閥操作器組件10包括安裝在閘閥的罩14上的管狀殼體18、相對于所述殼體旋轉(zhuǎn)安裝的輸入構(gòu)件20、以及反轉(zhuǎn)滾柱絲杠機構(gòu)22，其介于所述輸入構(gòu)件與所述閥的閥桿16之間，以將輸入構(gòu)件20的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成閥桿的軸向運動。反轉(zhuǎn)滾柱絲杠機構(gòu)22安裝到殼體的孔18a內(nèi)并且連接到輸入構(gòu)件20。殼體18的一個軸向端部通過螺紋(未標出)固定到罩14。在圖示的例子中，孔18a具有階梯形式。
[0032]如后面將要描述的那樣，閥操作器組件10還包括鎖定機構(gòu)23，其沿徑向介于殼體18與反轉(zhuǎn)滾柱絲杠機構(gòu)22之間，并且適于防止這種機構(gòu)在施加于閥桿16上的流體壓力下的反向驅(qū)動。
[0033]如圖2更清楚地所示，反轉(zhuǎn)滾柱絲杠機構(gòu)22包括:設(shè)置有外螺紋26的螺桿24，其中軸線24a與閥桿16的軸線16a同軸;螺母28，其圍繞螺桿24同軸安裝并且設(shè)置有內(nèi)螺紋30，該內(nèi)螺紋的內(nèi)直徑大于外螺紋26的外直徑；以及沿徑向設(shè)置在螺桿24與螺母28之間的多個縱向滾子32。
[0034]螺桿24沿縱向延伸通過其上形成有內(nèi)螺紋30的螺母28的圓柱形孔。螺母28具有管狀形式，并且被延長以容納螺桿行程的全部范圍。沿軸向在與輸入構(gòu)件20(圖1)相對的側(cè)上，凹部24b形成在螺桿24的前部徑向表面上，且閘閥的閥桿16的端部被固定到其中。閥桿16通過任何適當?shù)难b置例如通過螺紋和/或銷連接到螺桿24。
[0035]滾子32是彼此相同的，并且圍繞螺桿24規(guī)則地分布。每個滾子32沿軸線32a(其與螺桿的軸線24a同軸)延伸，并且包括與螺桿的螺紋26和螺母的螺紋30接合的外螺紋34。在每個軸向端部，每個滾子20還包括外齒輪齒36、38，其沿軸向向外螺紋34外延伸并且其本身由向外延伸的圓柱形螺栓40、42軸向延伸。每個齒輪齒36、38沿軸向位于相關(guān)的螺栓40、42與外螺紋34之間。每個滾子的外螺紋34沿軸向位于這兩個齒輪齒36、38之間。
[0036]滾柱絲杠機構(gòu)22還包括兩個環(huán)形齒輪44、46，它們設(shè)置在螺桿24的外表面上并且每個都包括分別嚙合滾子32的齒輪齒36、38用于其同步的外齒輪齒。每個齒輪44、46沿軸向位于靠近螺桿的外螺紋26的端部。所述外螺紋26沿軸向位于這兩個齒輪44、46之間。在所公開的實施例中，齒輪44、46直接形成在螺桿24的外表面上?？商鎿Q地，齒輪可以是被固定到螺桿24上的分離部件。
[0037]機構(gòu)22還包括布置在螺桿24的外表面上的兩個環(huán)形導向件或隔離環(huán)48、50。所述隔離環(huán)48、50沿徑向設(shè)置在螺桿24與螺母的內(nèi)螺紋30之間，而不與所述螺紋接觸。每個隔離環(huán)48、50安裝在螺桿24的外表面上，沿軸向毗鄰相關(guān)的齒輪44、46。每個隔離環(huán)48、50關(guān)于相關(guān)的齒輪44、46沿軸向朝向螺母28的外側(cè)偏移。每個隔離環(huán)48、50包括多個圓柱形貫通凹部(未標出)，其在圓周方向上規(guī)則地分布且滾子的螺栓40、42容納在其內(nèi)部。隔離環(huán)48、50使?jié)L子32能夠被攜載且其中的規(guī)則周向間隔能夠被保持。機構(gòu)22還包括彈性保持環(huán)52、54，每個安裝在形成于螺桿24的外表面上的凹槽(未標出)中，以便沿軸向保持相應(yīng)的隔離環(huán)48、50 ο
[0038]再次參照圖1，滾柱絲杠機構(gòu)22還包括安裝在螺母28上的連接套筒70。套筒70包括通過任何適當?shù)难b置例如通過螺紋固定到螺母的凸緣28a的環(huán)狀軸向部70a、沿徑向向所述軸向部70a內(nèi)延伸且沿軸向抵靠著螺母的端部的徑向部70b、以及從所述徑向部70b沿軸向向外突出的銷70c。密封裝置(未標出)設(shè)置在套筒的軸向部70a與殼體18的孔之間。在所示的例子中，輸入構(gòu)件20包括固定到套筒70的可操作手輪72。手輪72在此處被固定到套筒的銷70c上。所述手輪形成旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輸入。
[0039]閥操作器組件10還包括兩個滾動軸承60、62來引導反轉(zhuǎn)滾柱絲杠機構(gòu)的螺母28相對于殼體18的旋轉(zhuǎn)。滾動軸承60、62沿徑向安裝在螺母28的外表面與殼體的階梯孔18a之間。滾動軸承60、62沿徑向安裝成與螺母28的外表面和殼體的階梯孔18a的大直徑部分接觸。在所公開的例子中，滾動軸承60、62是推力角接觸球軸承且彼此沿軸向接觸。保持環(huán)64被固定在螺母28的外表面上并且沿軸向抵靠著沿軸向在與滾動軸承62相反的側(cè)上的滾動軸承60。沿軸向在相對側(cè)上，滾動軸承62沿軸向安裝成緊貼著螺母28的凸緣28a，其沿徑向向所述螺母的外表面外延伸。凸緣28a沿軸向位于螺母的軸向端部。組件10還包括固定到殼體的孔18a上的環(huán)形環(huán)66。環(huán)66沿軸向位于滾動軸承62附近。
[0040]在圖示的例子中，鎖定機構(gòu)23沿軸向位于滾動軸承62與套筒70之間。鎖定機構(gòu)23與螺桿的軸線24a同軸。鎖定機構(gòu)23沿徑向設(shè)置在固定到殼體18的環(huán)66與反轉(zhuǎn)滾柱絲杠機構(gòu)的螺母28之間。鎖定機構(gòu)23與螺母28以及與殼體18徑向接觸?！皬较蚪佑|”應(yīng)理解為與傳動機構(gòu)22或與殼體18直接徑向接觸，或者通過固定到所述傳動機構(gòu)或殼體上的部件與傳動機構(gòu)22或與殼體18間接徑向接觸?？商娲?，鎖定機構(gòu)23與殼體18和/或傳動機構(gòu)22之間的接觸可以是徑向和軸向接觸的組合，例如在具有小錐度的情況下。在這些情況下，仍然有徑向接觸。
[0041 ]如圖3和4更清楚地顯示，鎖定機構(gòu)23包括與殼體的環(huán)66徑向接觸的摩擦裝置80和沿徑向設(shè)置在所述摩擦裝置與傳動機構(gòu)的螺母28之間的多個彈性彈簧82。鎖定機構(gòu)23還包括安裝在螺母28上用于安裝彈性彈簧82的支撐環(huán)84。彈性彈簧82沿徑向設(shè)置在支撐環(huán)84與摩擦裝置80之間。摩擦裝置80不同于彈性彈簧82以及支撐環(huán)84。摩擦裝置80沿徑向圍繞彈性彈簧82和支撐環(huán)84。
[0042]如后面將要描述的那樣，摩擦裝置80可在彈簧82的作用下在相對于傳動機構(gòu)22以及殼體18的徑向方向上移動。摩擦裝置80以摩擦的方式與殼體18接合，并且通過支撐環(huán)84安裝在螺母28上。
[0043]在圖示的例子中，摩擦裝置80沿徑向安裝在支撐環(huán)84上。摩擦裝置80包括支撐構(gòu)件86和安裝到所述支撐構(gòu)件上的摩擦環(huán)88。摩擦環(huán)88通過任何合適的裝置固定到支撐構(gòu)件86。支撐構(gòu)件86沿徑向設(shè)置在殼體的套筒66與支撐環(huán)84之間。支撐構(gòu)件86設(shè)置有沿徑向面向套筒66同時沿徑向與后者保持一定距離的外表面86a，并且設(shè)置有與支撐環(huán)84徑向接觸的相對孔86b。支撐構(gòu)件86沿徑向安裝在支撐環(huán)84上。在圖示的例子中，支撐構(gòu)件86由在圓周方向上面對的兩部分或半環(huán)87a、87b組成。輕微的周向間隙89設(shè)置在半環(huán)87a的每個端部與另一半環(huán)87b的相關(guān)端部之間。在這個例子中，半環(huán)87a、87b是相同的，并且關(guān)于穿過螺母28中心的徑向平面是對稱的，以便減少制造成本。作為另一種選擇，還可以預見非對稱的兩個部分87a、87b。例如，支撐構(gòu)件86可以由金屬制成。
[0044]如后面將要描述的那樣，摩擦環(huán)88適于在摩擦裝置80與殼體18之間創(chuàng)建摩擦扭矩，使得組件10的總摩擦扭矩大于或等于傳動機構(gòu)22的反向驅(qū)動扭矩。摩擦環(huán)88設(shè)置到形成在支撐構(gòu)件的外表面86a上并沿徑向定向為朝向殼體18的凹槽(未標出)中。摩擦環(huán)88相對于外表面86a沿徑向突出，并且沿徑向抵靠著殼體的套筒66。摩擦環(huán)88沿徑向設(shè)置在殼體18與支撐構(gòu)件86之間。摩擦環(huán)88具有環(huán)形形式并且以摩擦的方式與殼體18接合。摩擦環(huán)88設(shè)置有安裝成與殼體的套筒66徑向接觸的圓柱形外表面88a并且設(shè)置有安裝到支撐構(gòu)件的凹槽中的相對的圓柱形孔88b?？商娲?，可能不能預見固定到殼體18的套筒66。在這種情況下，摩擦環(huán)88直接安裝成與殼體18徑向接觸。摩擦環(huán)88可以由金屬、由塑料材料、由復合材料或者由各材料的組合制成。
[0045]支撐環(huán)84沿徑向設(shè)置在傳動機構(gòu)的螺母28與摩擦裝置80之間。支撐環(huán)84通過任何合適的裝置固定在螺母28的外表面上。支撐環(huán)84具有環(huán)形形式并且包括安裝成與摩擦裝置的支撐構(gòu)件86徑向接觸的圓柱形外表面84a和與螺母28徑向接觸的相對的圓柱形孔84b。例如，支撐環(huán)84可以由金屬制成。支撐環(huán)84還包括沿軸向限定外表面84a和孔84b的兩個相對的徑向側(cè)表面(未標出)。所述側(cè)表面安裝成與螺母的凸緣28a以及與滾動軸承62軸向接觸。
[0046]支撐環(huán)84包括形成于外表面84a上并且沿徑向向內(nèi)延伸的圓柱形狀的孔84c。在圖示的例子中，孔84c是盲孔，數(shù)量為兩個并且在直徑上相對。銷90設(shè)置到每個孔84c中并且相對于支撐環(huán)的外表面84a沿徑向突出。每個銷90沿徑向延伸到被制成在支撐構(gòu)件86的相關(guān)部分87a、87b的厚度中的孔92。摩擦裝置80在圓周方向上與支撐環(huán)84和傳動機構(gòu)的螺母28固定在一起。
[0047]支撐環(huán)84還包括從外表面84a形成并且沿徑向向內(nèi)延伸的多個凹部84d。凹部84d定向為沿徑向朝向摩擦裝置80。凹部84d沿徑向向外敞開。在圖示的例子中，凹部84d在圓周方向上相對于彼此規(guī)則地分布且數(shù)量為四個。
[0048]彈性彈簧82分別安裝到凹部84d之一中。彈性彈簧82是彼此相同的。每個彈性彈簧82沿徑向延伸，并沿徑向位于支撐環(huán)84與摩擦裝置80之間。每個彈性彈簧82沿徑向位于關(guān)于支撐構(gòu)件86在與摩擦環(huán)88相反的側(cè)上。每個彈簧82的第一端部沿徑向抵靠著支撐環(huán)84。每個彈簧82沿徑向抵靠著螺母28，其中插入有支撐環(huán)84。每個彈簧82的第二相對端部沿徑向抵靠著摩擦裝置80。更精確地，彈簧的所述第二端部接觸支撐構(gòu)件86的孔86b。在圖示的例子中，每個彈簧82是壓縮彈簧，并且具有圓形輪廓的橫截面?？商娲兀瑥椈蛇€可以具有不同輪廓的橫截面，例如為方形。
[0049]每個彈簧82施加永久的徑向力于摩擦裝置80上，其趨向于推動所述摩擦裝置緊貼著殼體的套筒66。彈簧82通過施加徑向預載而作用于摩擦裝置的兩個半環(huán)87a、87b上。由彈簧82施加的徑向力對摩擦裝置80施加預應(yīng)力來抵靠著殼體18的套筒66，以便保持它們之間的徑向接觸。
[0050]閥操作器組件還包括保護墊圈94，其沿軸向介于滾動軸承62的外環(huán)與套筒66之間。墊圈94沿徑向朝向所述軸承的內(nèi)環(huán)延伸，同時與后者以及支撐環(huán)84保持一定的距離。
[0051]在閥操作器組件10的靜止位置，即當沒有扭矩施加在手輪72上時，僅流體壓力施加在閥桿16和傳動機構(gòu)的螺桿24這兩者上。摩擦環(huán)88在摩擦裝置80與殼體18之間產(chǎn)生預定的摩擦扭矩，使得組件10的總摩擦扭矩大于或等于易于在流體壓力下發(fā)生的傳動機構(gòu)22的反向驅(qū)動扭矩。有利地，摩擦裝置80創(chuàng)建大于或等于所述反向驅(qū)動扭矩的摩擦扭矩。摩擦環(huán)86的材料和/或其長度被確定，以便獲得所需的摩擦扭矩。殼體18與摩擦裝置80(它們在圓周方向上采用傳動機構(gòu)的螺母22固定)之間的摩擦或制動扭矩防止在流體壓力下的所述殼體與摩擦裝置之間的相對角運動。傳動機構(gòu)的螺母28采用固定殼體18固定或鎖定。鎖定機構(gòu)23用作聯(lián)接裝置，以摩擦的方式與殼體18接合，從而防止在靜止位置的所述殼體與傳動機構(gòu)22之間的相對圓周運動。
[0052]在閥操作器組件10的靜止位置，確保防止反轉(zhuǎn)滾柱絲杠機構(gòu)22的反向驅(qū)動。該反向驅(qū)動不是由滾柱絲杠機構(gòu)22本身確保，而是由包括含有摩擦裝置80的所述機構(gòu)及周圍部件的組件10確保。在施加于閥桿16和螺桿24這兩者上的流體壓力下，機構(gòu)22不是可逆的或反向驅(qū)動的。由流體施加的力不被轉(zhuǎn)換成螺母28相對于殼體18的角位移。因此，可能不能在閘閥的閥體上預見平衡系統(tǒng)，比如平衡桿。即使采用平衡的設(shè)計，還可以使用閥操作器，如果平衡桿在關(guān)閉或打開位置不能完全平衡壓力的話。在這種情況下，可能存在的小的不平衡可以被鎖定。
[0053]當操作者施加扭矩于手輪72上時，該扭矩被傳遞到連接套筒70且然后到反轉(zhuǎn)滾柱絲杠機構(gòu)的螺母28。螺母28與摩擦裝置80 二者在相對于殼體18的相同方向上旋轉(zhuǎn)。摩擦裝置的摩擦環(huán)88在殼體18上的滑動產(chǎn)生的扭矩增加了手輪72上的所需扭矩。當手輪根據(jù)所述反向驅(qū)動扭矩操縱時并且還當扭矩在相反的方向上施加時，存在由摩擦裝置80施加的這種額外的摩擦扭矩。因此，有必要施加額外的扭矩來對抗摩擦裝置80的摩擦扭矩。
[0054]由于螺母28的旋轉(zhuǎn)，滾子32自身繞螺桿24旋轉(zhuǎn)和沿軸向移動以及另外還在螺母28中旋轉(zhuǎn)。滾子32由設(shè)置在螺桿上并且與滾子的齒輪齒嚙合的外齒輪44、46旋轉(zhuǎn)地引導。滾子32和螺桿24可沿軸向或縱向移入螺母28。因此，手輪72的旋轉(zhuǎn)運動被轉(zhuǎn)換成閘閥的閥桿16的軸向運動。
[0055]在閥操作器組件10中，在圓周方向上固定在螺母28上的摩擦裝置80通過摩擦與固定殼體18相配合，以在沒有扭矩施加在輸入構(gòu)件20上時即在所述輸入構(gòu)件保持在關(guān)于殼體18的特定角位置時阻止傳動機構(gòu)22連同所述殼體18—起。在這樣的靜止位置，傳動機構(gòu)22通過摩擦裝置80的鎖定動作剛性地連接到殼體18。傳動機構(gòu)22與殼體18剛性地鎖定，以采用由流體施加在螺桿24上的力防止所述機構(gòu)的反向驅(qū)動運動。在組件10的靜止位置，鎖定機構(gòu)23形成傳動機構(gòu)22與殼體18之間的聯(lián)接裝置。
[0056]此外，由于使用彈性彈簧82(其沿徑向作用在摩擦裝置80上并且施加指向殼體12的徑向力)，所述殼體與摩擦裝置80之間的徑向摩擦接觸得到維持，即使摩擦環(huán)88具有磨損。彈性彈簧82使得能夠?qū)崿F(xiàn)摩擦環(huán)88與殼體12之間的永久徑向接觸。
[0057]在摩擦環(huán)88磨損的情況下，在由彈性彈簧82施加的徑向作用下，摩擦裝置80相對于傳動機構(gòu)22以及支撐環(huán)84沿徑向朝向殼體18移動。在此情況下，銷90在摩擦裝置80的徑向位移期間充當引導裝置。支撐構(gòu)件86的徑向變形使得摩擦裝置80的所述徑向移動成為可能。在圖示的例子中，由于使用兩個半環(huán)87a、87b，支撐構(gòu)件86可在徑向方向上變形?？商娲?，支撐構(gòu)件86可以例如包括具有柔性部分以使得能夠產(chǎn)生這種徑向變形的環(huán)形部分。彈性彈簧82的徑向載荷對摩擦裝置80朝向殼體18施加預應(yīng)力。因此，如果摩擦環(huán)88發(fā)生磨損的話，該載荷使得有可能收緊任何徑向間隙。彈性彈簧82從而能夠?qū)崿F(xiàn)摩擦裝置80與殼體18之間的永久徑向摩擦接觸。
[0058]在此示出的第一示例中，本發(fā)明已經(jīng)示出了包括反轉(zhuǎn)滾柱絲杠機構(gòu)22的用于閘閥的閥操作器組件10。這導致了組件10的高負載能力，因為反轉(zhuǎn)滾柱絲杠機構(gòu)螺紋幾何可以比其它類型的滾柱絲杠機構(gòu)更大，因為沒有所需要的最小數(shù)量的啟動。這增加了負載能力，同時保持緊湊的優(yōu)勢。此外，較小的導程將有助于減少驅(qū)動扭矩。因此，反向驅(qū)動扭矩將減小。組件10的壽命也增加了。否則，用于組件10的所需空間減小。
[0059]然而，本發(fā)明還可以應(yīng)用于具有其它類型的滾柱絲杠機構(gòu)比如如圖5所示的標準行星滾柱絲杠機構(gòu)的閥操作器組件。
[0060]在該第二示例(其中相同部件被賦予相同的附圖標記)中，閥操作器組件10設(shè)置有:行星滾柱絲杠機構(gòu)100，其介于輸入構(gòu)件20與閘閥的閥桿16之間并且其包括圍繞螺桿24同軸安裝并設(shè)置有內(nèi)螺紋的螺母102;以及多個相同的滾子104，其沿徑向設(shè)置在螺桿24和螺母102之間并且具有類似于如前所述的反轉(zhuǎn)滾柱絲杠機構(gòu)的設(shè)計。在本示例中，螺桿24的外螺紋26具有延長的長度。
[0061]機構(gòu)100還包括兩個環(huán)形齒輪106、108，它們安裝在螺母102的非螺紋部中并且每個包括嚙合滾子104的齒輪齒用于其同步的內(nèi)齒輪齒。每個齒輪106、108沿軸向抵靠著設(shè)置在所述螺母的內(nèi)螺紋與相關(guān)的非螺紋部之間的螺母102的徑向表面。
[0062]機構(gòu)100還包括兩個隔離環(huán)110、112，每個都沿徑向安裝在螺桿24與相關(guān)的齒輪106、108之間；以及彈性擋圈(未標出)，每個都安裝在形成于相關(guān)的齒輪106、108的孔上以便沿軸向保持相應(yīng)的隔離環(huán)110、112的凹槽中。每個隔離環(huán)110、112設(shè)置有其內(nèi)部容納有滾子104的螺栓的多個軸向通孔。
[0063]機構(gòu)100還包括外套筒114，其具有的軸向孔114a具有階梯的形式并且其內(nèi)部容納有螺母102和滾子104。螺母102被固定到套筒114。齒輪108沿軸向抵靠著螺母的階梯孔114a的徑向環(huán)形肩部。沿軸向在相對側(cè)上，保持環(huán)116被固定到所述孔中并且沿軸向接觸緊貼著該機構(gòu)的另一齒輪106。
[0064]滾動軸承60、62和鎖定機構(gòu)23安裝在套筒114的外表面上。套筒114沿徑向設(shè)置在一側(cè)的螺母102和滾動軸承60、62與另一側(cè)的鎖定機構(gòu)23之間。鎖定機構(gòu)23沿軸向緊貼著沿徑向向所述套筒的外表面外延伸的套筒的凸緣114b安裝。凸緣114b沿軸向位于套筒的軸向端部。在本示例中，輸入構(gòu)件的連接套筒70被固定到外套筒的凸緣114b并且沿軸向抵靠著所述凸緣。可替代地，還可以將螺母102和套筒114制成一個單個部件。在這種情況下，滾動軸承60、62和鎖定機構(gòu)23被直接安裝在螺母的外表面上。
[0065]當操作者施加扭矩在手輪72上時，該扭矩被傳遞至連接套筒70且然后至外套筒114及行星滾柱絲杠機構(gòu)的螺母102。由于螺母102的旋轉(zhuǎn)，滾子104自身旋轉(zhuǎn)并且圍繞螺桿24滾動，而沒有在所述螺母內(nèi)部沿軸向移動。因此，螺桿24可沿軸向或縱向移入螺母102，并且手輪72的旋轉(zhuǎn)運動被轉(zhuǎn)換成閘閥的閥桿16的軸向運動。鎖定機構(gòu)23如先前所描述的那樣動作。
[0066]前兩個示出的例子分別對待的是反轉(zhuǎn)滾柱絲杠機構(gòu)和標準行星滾柱絲杠機構(gòu)。本發(fā)明還可以應(yīng)用于具有其他類型的滾柱絲杠機構(gòu)的閥操作器組件，其中滾子沒有外螺紋，但是具有其中接合螺桿和螺母的螺紋并且沿軸向相對于所述螺桿和螺母移動的凹槽。在完整的旋轉(zhuǎn)之后，每個滾子通過設(shè)置在螺母端部的凸輪返回到其初始位置。這種機構(gòu)被稱為循環(huán)滾柱絲杠，并且可以是標準或反轉(zhuǎn)型的。
[0067]在圖6所示的第三示例(其中相同部件被賦予相同的附圖標記)中，閥操作器組件10設(shè)置有:標準滾珠絲杠機構(gòu)120，其包括的螺母122圍繞螺桿24同軸安裝并且設(shè)置有內(nèi)螺紋；以及多個相同的滾珠124，它們沿徑向設(shè)置在螺桿24和螺母122之間并且接合所述螺母的螺紋和螺桿的螺紋126。螺母122被安裝到外套筒114的孔114a中并且沿軸向抵靠著所述孔的徑向環(huán)形肩部。沿軸向在相對側(cè)上，保持環(huán)116被固定到外套筒的孔114a中并且沿軸向接觸緊貼著螺母122。螺母122被固定到外套筒114。可替代地，螺母122與套筒114可被制成在一個部件中。螺母122包括再循環(huán)裝置128、130，它們安裝到其厚度中來實現(xiàn)滾珠124的再循環(huán)。這種機構(gòu)被稱為標準滾珠絲杠?？商娲?，再循環(huán)裝置可以設(shè)置在螺桿上。這種機構(gòu)被稱為反轉(zhuǎn)滾珠絲杠。
[0068]另外，本發(fā)明還可以應(yīng)用于具有適于將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成線性運動的其它類型的傳動機構(gòu)比如有向螺紋連接的閥操作器組件。然而，這樣的傳動機構(gòu)需要大的致動扭矩。
[0069]在圖示的例子中，鎖定機構(gòu)23沿徑向介于殼體18與傳動機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)螺母之間?？商娲兀i定機構(gòu)23可以設(shè)置在殼體18與傳動機構(gòu)的套筒70之間。然而，采用這樣的配置，組件10的軸向所需空間增大。在另一變型中，還可以將鎖定機構(gòu)23配置成沿徑向設(shè)置在殼體18與傳動機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)螺母之間以及沿軸向在這兩個滾動軸承62、64(它們在這種情況下彼此沿軸向間隔開)之間。
[0070]在所公開的例子中，摩擦裝置80沿徑向抵靠著殼體18，彈簧82和支撐環(huán)84布置在所述摩擦裝置的孔內(nèi)。在一個變型中，還可以使反轉(zhuǎn)布置具有沿徑向抵靠著傳動機構(gòu)22的摩擦裝置并且具有沿徑向設(shè)置在所述摩擦環(huán)與殼體18之間的彈簧82和支撐環(huán)84。在這種情況下，支撐環(huán)88固定在殼體的孔18a上，且摩擦環(huán)88沿徑向直接地抵靠在傳動機構(gòu)22上或者間接地通過使用套筒66抵靠在傳動機構(gòu)22上。彈簧82在摩擦裝置80上施加向內(nèi)指向的徑向力，以便保持所述摩擦裝置與傳動機構(gòu)22之間的徑向摩擦接觸。然而，采用如圖所示的鎖定機構(gòu)23的布置，在過度磨損的情況下更換摩擦環(huán)88很簡單。
[0071]在圖示的例子中，摩擦裝置80包括摩擦環(huán)88和支撐構(gòu)件86?？商娲?，摩擦裝置可以僅包括摩擦環(huán)。在此情況下，彈性彈簧直接抵靠在摩擦環(huán)上。
[0072]在前面的例子中，多個壓縮彈簧82被設(shè)置成偏壓摩擦裝置80抵靠著相關(guān)的傳動機構(gòu)22或殼體18?？商娲?，還可以提供其他機械致動器來施加徑向預載于摩擦裝置80上，比如彈性扭轉(zhuǎn)彈簧或可被堆疊的軸向彈性墊圈。所述墊圈可以是貝氏類型。還可以增加或減少機械致動器的數(shù)量。在另一個變型中，還可能會預見只有一個預應(yīng)力或預加載元件，其具有環(huán)形形式并且由彈性材料制成，例如彈性體比如丁腈橡膠或聚氨酯?？商娲?，還可以提供一種與摩擦裝置80的錐形形狀相組合的施加軸向預載荷的預應(yīng)力元件，以預加載所述摩擦裝置。
[0073]盡管已經(jīng)基于包括連接到閘閥的閥桿的螺桿和連接到輸入構(gòu)件的螺母的閥操作器對本發(fā)明進行了說明，但應(yīng)當理解的是，本發(fā)明還可以與連接到輸入構(gòu)件的螺桿和連接到閥桿的螺母一起應(yīng)用。在這種情況下，螺母充當平移元件，螺桿充當旋轉(zhuǎn)元件。因此，鎖定機構(gòu)可以介于螺桿與殼體之間。盡管已經(jīng)基于用于閘閥的閥操作器組件對本發(fā)明進行了說明，但應(yīng)當理解的是，本發(fā)明還可以與其它類型的閥例如控制或調(diào)節(jié)閥或節(jié)流閥一起使用。閥操作器組件可以例如與可由遠程操作潛水器(ROV)或致動器來致動的表面閘或海底閥一起使用。
【主權(quán)項】
1.一種用于包括閥體和軸向移動的閥平移構(gòu)件的閥的閥操作器組件，所述閥操作器組件包括適于安裝在所述閥上的殼體(18)、相對于所述殼體旋轉(zhuǎn)安裝的輸入構(gòu)件(20)、以及包括適于連接到所述閥的閥平移構(gòu)件的平移元件(24)和連接到所述輸入構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)元件(28)的傳動機構(gòu)(22)，所述傳動機構(gòu)適于將輸入構(gòu)件所施加的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成所述平移元件的軸向平移，其特征在于，所述組件還包括沿徑向設(shè)置在所述傳動機構(gòu)(22)與殼體(18)之間的至少一個鎖定機構(gòu)(23)，該鎖定機構(gòu)(23)包括與所述殼體(18)或者與所述傳動機構(gòu)(22)徑向接觸的摩擦裝置(80)以及作用于所述摩擦裝置上來維持所述徑向接觸的至少一個預應(yīng)力元件(82)，所述預應(yīng)力元件(82)與摩擦裝置(80) —起配合來將所述傳動機構(gòu)與殼體鎖定在所述組件的靜止位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥操作器組件，其中，所述摩擦裝置(80)適于在所述摩擦裝置與殼體(18)或傳動機構(gòu)(22)之間產(chǎn)生摩擦扭矩，使得所述組件的總摩擦扭矩大于或等于所述傳動機構(gòu)的反向驅(qū)動扭矩。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥操作器組件，其中，所述摩擦裝置(80)適于產(chǎn)生大于或等于所述反向驅(qū)動扭矩的摩擦扭矩。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的閥操作器組件，其中，所述預應(yīng)力元件(82)沿徑向作用于所述摩擦裝置上。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的閥操作器組件，其中，所述摩擦裝置(80)可在所述預應(yīng)力元件(82)的作用下在相對于所述傳動機構(gòu)(22)以及所述殼體(18)的徑向方向上移動。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的閥操作器組件，其中，所述摩擦裝置(80)在圓周方向上與所述傳動機構(gòu)(22)或者與所述殼體(18)固定在一起。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的閥操作器組件，其中，所述預應(yīng)力元件(82)安裝成與所述摩擦裝置(80)徑向接觸。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的閥操作器組件，其中，所述鎖定機構(gòu)(23)還包括支撐環(huán)(84)，其安裝在所述傳動機構(gòu)(22)上或者在所述殼體(18)上，并且具有其中安裝有所述預應(yīng)力元件(82)的至少一個凹部(84d)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閥操作器組件，其中，所述摩擦裝置(80)安裝成與所述支撐環(huán)(84)徑向接觸。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的閥操作器組件，其中，所述預應(yīng)力元件(82)沿徑向位于所述支撐環(huán)(84)與所述摩擦裝置(80)之間。11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的閥操作器組件，其中，所述摩擦裝置(80)包括沿徑向抵靠著所述殼體(18)或所述傳動機構(gòu)(22)的摩擦環(huán)(88)。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的閥操作器組件，其中，所述摩擦裝置(80)還包括所述摩擦環(huán)(88)沿徑向在與所述預應(yīng)力元件(82)相反的側(cè)上安裝到其上的支撐構(gòu)件(86)。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥操作器組件，其中，所述支撐構(gòu)件(86)至少在徑向方向上是可變形的。14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的閥操作器組件，其中，所述鎖定機構(gòu)(23)包括多個預應(yīng)力元件(82)。15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的閥操作器組件，其中，所述預應(yīng)力元件包括機械致動器。16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的閥操作器組件，其中，所述傳動機構(gòu)(22)包括螺桿(24)、圍繞并且與所述螺桿同軸的螺母(28)、以及沿徑向設(shè)置在所述螺桿與螺母之間的多個滾動元件(32)。17.—種閥，其包括閥體、可軸向移動的閥平移構(gòu)件(16)以及根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的閥操作器組件(10)。
【文檔編號】F16K31/50GK105899861SQ201380081958
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2013年11月21日
【發(fā)明人】J.杜布斯, C.博克
【申請人】斯凱孚公司