具有可操作的轮的阀操作器组件的制作方法

本发明涉及阀和能手动操作的阀(例如闸阀、控制或调节阀或者节流阀)的领域。更特别地，本发明涉及一种闸阀用的阀操作器组件。

背景技术：

阀被用于各种行业中以控制流体的流动。特别地，闸阀被广泛用于石油和天然气行业以控制在生产的各个阶段产生的流体的流动。在该行业中使用的大多数闸阀包括阀体，阀体具有纵向流孔和与流孔相交的横向闸腔。具有横向延伸贯通的闸门开口的闸门设置在闸腔内。阀杆被设置用于在闸门开口与流孔对准的打开位置与闸门开口偏离流孔的关闭位置之间移动闸门。阀体的闸腔被具有供阀杆穿过的与流动相横向的轴向孔的阀盖覆盖。

这种闸阀被与阀操作器组件相关联，用于选择性地驱动阀杆上下以便开闭闸阀。阀操作器组件通常包括传动机构，用于将驱动输入的转动运动转换成阀杆的轴向运动。为了以最小的转圈数(turns)快速开闭闸阀，传动机构可以是球丝杠机构或行星滚子丝杠机构，以便减小操作扭矩，例如手动手轮扭矩，或者用电力、液压或气动驱动器供给能量的水面阀(surfacevalve)或者用远程操作载具扭矩工具供给能量或电动或液压致动的水下阀。更多详情，例如可以参见专利ep-b1-1419334(skf)。

通常，传统的阀操作器组件所需的轴向空间很大。

技术实现要素：

本发明的一个目标是克服该缺陷。

本发明的一个特别目的是提供一种具有良好的轴向紧凑性的阀(例如闸阀、控制或调节阀或者节流阀)用的阀操作器组件。

本发明的还一个目的是提供一种具有有限数量的组成部件的阀操作器组件。

在一个实施方式中，提供了一种阀用的阀操作器组件，所述阀包括阀体和能够轴向移动的阀平移构件。所述组件包括：壳体，其被适配成安装在阀上；可操作的轮，其相对于所述壳体可转动地安装；和传动机构，所述传动机构包括：平移元件，所述平移元件被适配成连接到阀的阀平移构件并设置有螺纹；和转动元件，所述转动元件连接到轮并设置有螺纹。所述传动机构被适配成将施加的轮的转动转换成所述平移元件的轴向平移。轮直接安装在传动机构的转动元件上。

归因于轮在传动机构的转动元件上的直接连接，阀操作器组件所需的轴向空间得到限制。此外，还减少了组件的组成部件的数量。轮直接联接到传动机构的转动元件。之间没有装置介入，诸如(没有)在轴向上介于轮与传动机构的转动元件之间的适配套筒或适配轴。

优选的是，轮直接安装在转动元件的外表面上。有利的是，轮直接安装在转动元件的外表面的位于壳体外部的一部分上。

在一个实施方式中，轮包括直接安装在转动元件上的安装轮毂和连接到所述轮毂的可操作的轮辋。轮可以是手轮。作为一种选择，轮可以是机电轮(electro-mechanicalwheel)。

组件还可以包括布置在转动元件和轮上以将所述轮固定于转动元件的锁定装置。在一个实施方式中，锁定装置包括接合在转动元件的内键槽内并且接合在对应的轮的外键槽内的至少一个键。可选择地或组合地，锁定装置可以包括延伸到轮内和转动元件内的至少一个螺丝。所述螺丝可以在径向或轴向上延伸。

传动机构可以包括设置有外螺纹的螺杆和包围所述螺杆并与所述螺杆同轴的螺母，所述螺母设置有内螺纹。在这种情况下，螺杆形成平移元件，螺母形成转动元件，或反之亦然。在一个实施方式中，传动机构还包括在径向上设置在螺杆与螺母之间的滚动体。

本发明还涉及一种阀，包括阀体、能轴向移动的阀平移构件和如前面限定的阀操作器组件。

附图说明

通过研究由非限制性示例给出并由附图示出的具体实施方式的详细说明，将更好地理解本发明及其优点，在附图中：

-图1是根据本发明的第一示例的闸阀用的阀操作器组件的截面，

-图2是图1的详细图，

-图3是图1的iii-iii处的截面，

-图4是图3的iv-iv处的截面的详细图，

-图5是根据本发明的第二示例的阀操作器组件的截面，以及

-图6是图5的vi-vi处的截面。

具体实施方式

如图1所示的阀操作器组件10被适配用于闸阀12，闸阀12设置有阀盖(bonnet)14、被所述阀盖覆盖的阀体(未示出)和具有轴线16a的可移动的阀杆16。传统上，阀体具有流孔和与流孔相交的横向闸腔(gatecavity)。闸阀还包括闸门(gate)，闸门具有横向延伸贯通的闸门开口，闸门布置在闸腔内。关于这种闸阀的更多详细情况，可以参照ep-b1-1419334(skf)。

阀操作器组件10包括：管状壳体(housing)18，其安装在闸阀的阀盖14上；输入可操作轮20，其能够相对于所述壳体转动地安装；和能反转的滚子丝杠机构(invertedrollerscrewmechanism)22，其介于所述轮与所述阀的阀杆16之间以将轮20的转动运动转换成阀杆的轴向运动。能反转的滚子丝杠机构22安装在壳体的孔18a内并连接到轮20。壳体18的一个轴向端部通过螺纹或螺栓固定于阀盖14。在所示的示例中，孔18a具有阶梯形式(form)。作为一种选择，孔18a可以具有不同形状。

如图2更清楚地示出的，机构22包括：螺杆(screw)24，其具有与阀杆的轴线同轴的轴线24a，螺杆24设置有外螺纹26；螺母28，其绕着螺杆24同轴地安装并设置有内螺纹30，内螺纹30的内径大于外螺纹26的外径；和多个纵向滚子32，其在径向上布置在螺杆24与螺母28之间。螺杆24纵向延伸穿过螺母28的形成内螺纹30的圆柱形孔。螺杆的外螺纹26的导程(lead)是恒定的。螺母28具有管状形式并且是长型的以容纳(accommodate)螺杆行程的全部范围。螺母28被制成一体。螺母28在壳体18内轴向延伸并轴向向外突出。

滚子32彼此相同并围绕螺杆24均匀(regularly)分布。各滚子32均沿着与螺杆的轴线24a同轴(coaxial)的轴线32a延伸，并且包括与螺杆的螺纹26和螺母的螺纹30接合的外螺纹34。每个滚子32在各轴向端部还包括外齿轮齿(outergearteeth)36、38，外齿轮齿36、38从外螺纹34向轴向外侧延伸，且外齿轮齿36、38自身通过向外延伸的圆柱形螺柱(stud)40、42(的形式)轴向延伸。每个齿轮齿36、38在轴向上位于相关联的螺柱40、42与外螺纹34之间。每个滚子的外螺纹34在轴向上位于两个齿轮36、38之间。

滚子丝杠机构22还包括两个环形齿轮(gearwheels)44、46，这两个环形齿轮44、46设置在螺杆24的外表面上并且每个环形齿轮44、46均包括分别与滚子32的齿轮齿36、38啮合以用于使其同步的外齿轮齿。每个齿轮44、46在轴向上定位在螺杆的外螺纹26的端部附近。所述外螺纹26在轴向上位于这两个齿轮44、46之间。在所公开的实施方式中，齿轮44、46直接形成在螺杆24的外表面上。作为一种选择，齿轮可以是固定在螺杆24上的单独部件。

机构22还包括布置在螺杆24的外表面上的两个环形引导件或间隔环(spacerrings)48、50。所述间隔环48、50在径向上布置在螺杆24与螺母的内螺纹30之间，而不与所述螺纹接触。各间隔环48、50均安装在螺杆24的在轴向上挨着相关联的齿轮44、46的外表面上。各间隔环48、50相对于相关联的齿轮44、46而言朝向螺母28的外侧轴向偏移(offset)。各间隔环48、50均包括多个圆柱形贯通凹部(through-recesses)(未标出)，所述多个圆柱形贯通凹部在周向上均匀分布并且在内部容纳滚子的螺柱40、42。间隔环48、50使得能够承载滚子32并且能够保持其均匀的(regular)周向间隔。机构22还包括弹性保持环52、54，各弹性保持环52、54安装在形成于螺杆24的外表面上的槽(未标出)内，以便轴向保持相应的间隔环48、50。

再次参照图1，在轮20的轴向反向侧，在螺杆24的前径向表面上形成有凹部24c，闸阀的阀杆16的端部安装在凹部24c内。阀杆16通过任何适当的手段(means)(例如通过螺纹和/或销和/或夹紧装置和/或t形槽)连接到螺杆24。

阀操作器组件10还包括滚动轴承56至58，以引导能反转的滚子丝杠机构的螺母28的转动。滚动轴承56至58在径向上安装在螺母28的外表面28a与壳体的阶梯孔18a之间。滚动轴承56至58在径向上安装成与螺母的外表面28a和壳体的阶梯孔18a的大直径部分相接触。在所公开的示例中，滚动轴承56至58为角接触推力球轴承并且在轴向上彼此接触地布置。作为一种选择，轴承可以是另一种类型，例如圆锥滚子轴承，或者是具有球或滚子的任何类型的推力滚动轴承(thrustrollingbearing)或径向轴承。

保持环59固定在螺母的外表面28a上并在轴向上抵靠滚动轴承56。在轴向反向侧，滚动轴承58在轴向上抵靠螺母的外表面28a的径向肩部(未标出)地安装。凸缘在轴向上位于螺母的轴向端部。在所公开的示例中，螺母的外表面28a具有阶梯形式。作为一种选择，外表面28a可以具有不同的形状。

转动驱动轮20直接安装在传动机构的螺母28上，而在这二者之间没有附加元件介入。轮20与螺母28直接径向接触地安装。轮20直接安装在螺母的外表面28a上。轮20直接安装在外表面28a的位于壳体18外部的一部分上。如将稍后说明的，轮20直接固定于螺母28。

轮20包括直接安装在螺母的外表面28a上的环形安装轮毂(hub)20a和连接到所述轮毂的可操作的轮辋(rim)20b。轮毂20a的孔与螺母的外表面28a径向接触地安装。轮毂20a的孔形成轮20的孔。可操作的轮辋20b在这里为圆形形式。在所示的示例中，可操作的轮辋20b被适配成手动操作。作为一种选择，轮20的轮辋可以用电动、液压或气动驱动的方式自动操作。

轮20还包括将轮毂20a连接到轮辋20b的多个径向臂或分支(branches)20c。分支20c从轮毂20a径向向外延伸。轮20还包括向轮毂20a的径向内侧延伸的径向部分20d。径向部分20d在轴向上抵靠螺母28的端部。轮20被制成一体。

如图1和图3所示，阀操作器组件10还包括两个键60、62，所述两个键60、62在径向上设置在螺母28与轮20之间以可转动地连接所述螺母与轮。各键60、62接合于设置在螺母的外表面28a上的轴向内键槽64、66内、并且接合于形成在轮20的孔上的对应的轴向外键槽68、70内。轮的各外键槽68、70在径向上面对螺母的对应的内键槽64、66。键槽64至70轴向延伸。各内键槽64、66从螺母的外表面28a径向向内地形成。各键槽64、66延伸到螺母28的厚度内。各键槽64、66形成在螺母的外表面28a的有限长度上。类似地，各外键槽68、70从轮20的孔径向向外地形成。各键槽68、70延伸到轮的轮毂20a的厚度内。各键槽68、70形成在轮毂20a的孔的有限长度上。各键槽64至70均以槽的形式成形(shaped)。在所示的示例中，设置了两个键60、62并且键60、62在直径上(diametrically)相对。作为一种选择，键的数量可以增加或减少。

如图3所示，阀操作器组件10还包括多个螺丝(screw)72，以将轮20沿轴向固定于螺母28。螺丝72轴向延伸到轮20和螺母28内。螺丝72延伸到轮的径向部分20d内，并且各螺丝72均螺接于形成在螺母28的厚度中的内轴向螺纹(未标出)内。在所示的示例中，设置了四个螺丝72。作为一种选择，螺丝的数量可以增加或减少。键60、62和螺丝72形成了设置在轮20和螺母28上以将所述轮固定于螺母的锁定装置。

当操作者在轮20上施加扭矩时，该扭矩直接传递到能反转的滚子丝杠机构的螺母28。在螺母28转动的情况下，滚子32自身绕着螺杆24转动并在螺母28内轴向移动并额外(additionally)转动。滚子32被设置在螺杆上并与滚子的齿轮齿啮合的外齿轮44、46转动地引导。滚子32和螺杆24两者均能够在轴向或纵向上在螺母28内移动。因此，轮20的转动运动被转换成螺杆24的移位。

在图5和图6所示的第二示例中(在图5和图6中相同的部件被给予相同的附图标记)，阀操作器组件10的区别仅在于：被设置用于将轮20固定于螺母28的锁定装置是不同类型的。在本示例中，组件10包括多个螺丝74，以将轮20成角度地连接于螺母28并轴向固定于螺母28。螺丝74径向延伸到轮20和螺母28内。螺丝74延伸到轮的轮毂20a内并且各螺丝均螺接于形成在螺母28的厚度中的内径向螺纹(未标出)内。在所示的示例中，设置了六个螺丝74。作为一种选择，螺丝的数量可以增加或减少。在另一个变型中，还可以预见如在第一示例中所示的轴向螺丝的组，但未设置键。

在所述的示例中，轮利用键和螺丝或仅利用螺丝直接连接或联接于传动机构的螺母。作为一种选择，可以预见另一种类型的轮与螺母之间的直接连接，例如通过设置在螺母的外表面上并延伸到形成于轮的孔中的对应的槽内的花键(splines)或齿(而实现的直接连接)。在另一个变型中，轮可以通过任何其它合适的手段直接固定于螺母，例如通过螺接、压配、胶合或焊接等。

已基于包括了能反转的滚子丝杠机构的闸阀用的阀操作器组件阐述了本发明。本发明还可适用于具有其它类型的滚子丝杠机构(诸如标准行星(standardplanetary)滚子丝杠机构)的阀操作器组件。本发明还可适用于具有标准或能反转的球丝杠机构的阀操作器组件。另外，本发明还可适用于具有其它类型的被适配成将转动转换成直线运动的传动机构(例如直接螺纹连接)的阀操作器组件。在这种情况下，螺杆的外螺纹直接接合螺母的内螺纹，而在中间没有滚动体。然而，这种传动机构需要大的致动力。

虽然已基于包括了连接到闸门的阀杆的螺杆和直接安装在螺母上的轮的阀操作器阐述了本发明，但是应当理解，本发明可以应用直接安装在螺杆上的轮和连接到阀杆的螺母。在这种情况下，螺母用作平移元件，螺杆用作转动元件。

尽管已基于闸阀用的阀操作器组件阐述了本发明，但是应当理解，本发明还可以与其它类型的阀一起使用，例如控制或调节阀或者节流阀(chokevalve)。轮可以手动操作，或者例如用电动、液压或气动驱动来自动操作。阀操作器组件可以与例如可由远程操作载具(remoteoperatingvehicle)扭矩工具或致动器致动的水面闸门或水下阀门(asurfacegateorasubseavalvegate)一起使用。