专利名称：动力辅助手动阀门系统的制作方法
动力辅助手动阀门系统技术领域
本发明大体上涉及阀门，并且更具体而言，涉及利用动力辅助打开和关闭的阀门。
背景技术：
常常要求表面(surface)阀门是手动操作的。由于跨闸的压差所引起的高摩擦，可需要相当的力来打开和关闭闸阀。在石油和天然气行业中的表面测试树和表面树中使用的大型闸阀常常需要使用手轮和齿轮箱来减小手动打开阀门所需的扭矩。备选地，可使用带有扭矩工具的远程操作潜水器(ROV)来打开和关闭阀门。有利的是，能够在不使用过度的力的情况下并且以最少的转数用手打开和关闭这样的阀门。
目前的做法是安装具有细距螺纹的阀门和齿轮箱，如果需要能够施加最小的力来打开和关闭阀门的话。然而，这种方案仍然需要大量的强度、大量的手轮转数和对阀门的尺寸、操作能力及条件的限制。发明内容
本申请的实施例使用带有支架(rack)和旋转阀的动力辅助操纵技术来辅助打开和关闭阀门，例如用于地面采油树中的闸阀。来自旋转阀的输出使阀杆和联接器旋转。
在本申请的一个实施例中，闸阀包括闸和传动系。传动系包括:闸杆，其用于线性移动闸；转换器，其可操作地联接到闸杆以用于响应于旋转运动而线性移动闸杆；以及联接装置，其连接到转换器以用于提供旋转运动。该闸阀还包括:流体缸(cylinder)，其协同地联接到传动系以用于提供线性移动闸杆的辅助力；和旋转阀，其协同地连接到联接装置且处于在缸和流体压力源之间的流体流动路径中。施加到联接装置的扭矩使旋转阀移动至打开位置以将流体压力供应至流体缸。
在备选实施例中，联接装置包括输入联接器和输出联接器，该输入联接器和输出联接器可相对于彼此旋转地移动微小量，使得相对于彼此的旋转引起旋转阀移动至打开命令位置。扭力杆可设置在输入联接器和输出联接器之间以防止在输入联接器和输出联接器之间的旋转移动，直到将足够的扭矩施加到输入联接器以引起扭力杆的变形。闸阀可包括传动止块(dog)，其机械地连接在输入联接器和输出联接器之间，以便在达到微小量后引起一致的旋转。
转换器可包括在外表面上具有外螺纹的螺母杆、具有内孔的管状传动件、以及保持在管状传动件的内孔内的行进螺母，该行进螺母包括内螺纹，该内螺纹与螺母杆的外螺纹啮合，使得联接装置的旋转引起闸杆的轴向移动。
缸可具有包括螺母端隔室和闸端隔室的内腔。在一些实施例中，闸阀还包括位于缸内的活塞，该活塞将螺母端隔室与闸端隔室隔开，使得在螺母端隔室和闸端隔室之间的压差将促进闸在打开位置和关闭位置之间的移动。打开端口可位于螺母端隔室的侧壁中以用于向缸的螺母端隔室和从螺母端隔室供应液压流体。关闭端口可位于缸的闸端隔室的侧壁中以用于向缸的闸端隔室和从闸端隔室供应液压流体。
在其它实施例中，闸阀可包括套管，其具有中心孔；柱形内部构件，其在套管内可旋转至微小量；打开端口和关闭端口，其在套管中周向间隔开；供应空隙，其在内部构件上周向延伸；以及输入端口，其在套管中在打开端口和关闭端口之间，以将液压流体供应至供应空隙。内部构件相对于套管在第一方向上的旋转在打开端口和关闭端口与供应空隙之间提供不相等的连通。供应空隙的周向范围可小于在打开端口和关闭端口之间的周向距离。内部构件相对于套管在第一方向上旋转至微小量可阻断关闭端口和供应空隙之间的流体连通并在打开端口和供应空隙之间提供流体连通。可存在在套管上的返回端口和在内部构件上周向延伸且与返回端口流体连通的返回空隙。内部构件相对于套管在第一方向上的旋转阻断打开端口和返回空隙之间的流体连通，并且在关闭端口和返回空隙之间提供流体连通。在本申请的其它实施例中，一种用于辅助具有可线性移动的闸的闸阀的操作的方法包括:(a)将双向液压缸的活塞杆联接到闸；(b)将旋转至线性转换器连接到活塞杆；(C)将输入联接器连接到转换器并为输入联接器提供连接在液压流体源和液压缸之间的旋转阀；以及(d)在第一方向上旋转输入联接器，这引起转换器将活塞杆和闸移动至打开位置。步骤(d)中的旋转还引起旋转阀将流体从源导向至缸以在活塞杆上产生打开辅助力。在第二方向上旋转输入联接器可引起转换器将活塞杆和闸移动至关闭位置并且旋转阀将流体从源导向至缸以在活塞杆上产生关闭辅助力。 旋转阀可具有打开命令端口和关闭命令端口，并且在第一方向上旋转输入联接器的步骤可以将打开命令端口与源连通并限制关闭命令端口与源。由缸提供的辅助力可与施加在输入联接器上的扭矩的量成比例。输入联接器可具有输入部分和输出部分，并且步骤(d)初始地引起输入部分相对于输出部分旋转微小量。相对旋转的微小量可引起旋转阀的一部件相对于该阀门的另一部件的旋转。在达到该微小量之后，输入联接器的继续旋转引起输入部分和输出部分一致地旋转。
为了获得使本发明的上述特征、方面和优点以及其它将变得显而易见的方式并使其能被详细地了解，以上简要概述的本发明的更具体的描述可以通过参照在附图中示出的本发明的实施例而进行，附图构成本说明书的一部分。然而，应当指出，附图仅示出本发明的优选实施例，并且因此不应视为限制本发明的范围，因为本发明可以允许其它等效实施例。图1是本申请的实施例的动力辅助系统的剖视图。图2A是图1的动力辅助系统的驱动螺母组件部分的剖视图。图2B是图2A的动力辅助系统的行进螺母沿图2A的线2B-2B截取的剖视图。图3A是图1的动力辅助系统的阀门驱动系统的剖视图。图3B是图3A的动力辅助系统的止块和止块凹部沿图3A的线3B-3B截取的局部首1J视图。图3C是处于中立(neutral)位置的图3A的动力辅助系统的阀门驱动系统沿图3A的线3C-3C截取的剖视图。
图3D是图3A的动力辅助系统的阀门驱动系统的剖视图，其类似于图3C，但其中该系统处于打开位置。图3E是图3A的动力辅助系统的阀门驱动系统的剖视图，其类似于图3C，但其中该系统处于关闭位置。图4是图1的动力辅助系统的液压系统的示意图。
具体实施例方式参看图1，本申请的实施例的动力辅助阀门系统10示出为包括阀门构件，该阀门构件可以是例如沿系统10的中心轴线14移动的闸12。通过闸12的闸开口 16在闸12处于打开位置时将与阀门孔18流体连通，并且在闸12处于关闭位置时将阻断通过阀门孔18的流体的流动。在备选实施例中，阀门系统10可相反包括利用轴向移动来打开和关闭的备选的阀门类型。输出杆或闸杆20的一端连接到闸12的端部。闸杆20的另一端牢固地紧固到缸24内的活塞22。缸24为管状构件，其具有包含活塞22的内腔。活塞22往复地承载在缸24内，从而限定在活塞22的闸侧30与缸24的闸端32之间的室28。当活塞22沿系统10的轴线14在缸24内移动时，闸杆20也沿系统10的轴线14移动，从而引起闸12也沿系统10的轴线14在打开位置和关闭位置之间移动。当活塞22远离缸24的闸端32且朝着缸24的螺母端34轴向移动时，闸12移动至关闭位置。反之，当活塞22远离缸24的螺母端34且朝着缸24的闸端32轴向移动时，闸12移动至打开位置。液压泵送系统将管理通过液压打开端口 36和液压关闭端口 38的液压流体的流，以在活塞22的螺母侧40和闸侧30之间产生压差，从而迫使活塞22朝缸24的闸端32和闸12轴向移动，以便移动至打开位置。这可以例如通过将液压流体注入液压打开端口 36、通过液压关闭端口 38移除液压流体或它们的某种组合而进行。泵入液压打开端口 36的液压流体被包含在螺母端隔室42内，螺母端隔室42由缸24的内壁、活塞22的螺母侧40和缸24的螺母端34而限定。将液压流体泵入打开端口 36将迫使活塞22远离缸24的螺母端34且朝着缸24的闸端32轴向移动，使得闸12朝打开位置移动。泵入液压关闭端口 38的液压流体被包含在闸端隔室28内。环密封件44位于活塞22和缸24的内壁之间，从而密封螺母端隔室42使之不与闸端隔室28流体连通。将液压流体泵入关闭端口 38将引起活塞22远离缸24的闸端32且朝着缸24的螺母端34轴向移动，使得闸12朝关闭位置移动。机械装置用来使活塞22在缸24内轴向移动，并且液压系统有助于移动。机械装置包括位于阀门系统10的螺母端处的方形(square)驱动器46。方形驱动器46为实心的细长构件，其可具有正方形、多边形或其它几何形状的横截面。当方形驱动器46旋转时，它引起传动联接器48旋转。传动联接器48为具有孔52的管状构件。如在图2A中可更详细看出的，驱动螺母组件53具有固连在传动联接器48的孔52内的行进(travel)螺母50。在该示例中，行进螺母50固定在孔52内，使得它不能相对于传动联接器48轴向或旋转地移动。内孔52可以具有六边形横截面，如在图2B中可见的。在这样的实施例中，行进螺母50的外部形状将与内孔52的六边形横截面配合和接合，使得在行进螺母50和内孔52之间的相对旋转移动被限制。行进螺母50具有内螺纹54，其与在螺母杆58的驱动端附近的、位于输入杆或螺母杆58的外表面上的外螺纹56哨合。返回图1，螺母杆58的另一端连接到活塞22。当传动联接器48旋转时，行进螺母50也将旋转，但螺母杆58不旋转。相反，内螺纹54与外螺纹56啮合(图2B)，从而引起螺母杆58的轴向移动，这继而引起活塞22在缸24内轴向移动(图1)。因此，当方形驱动器46旋转时，活塞22将或者远离缸24的闸端32且朝着缸24的螺母端34轴向移动，从而引起闸12移动至关闭位置；或者相反地，活塞22将远离缸24的螺母端34且朝着缸24的闸端32轴向移动，从而引起闸12移动至打开位置。驱动螺母组件53因此充当转换器，以将方形驱动器46的旋转运动转换为闸12的线性移动。在希望操作者手动打开和关闭闸12的情况中，本申请的实施例还提供了用于以液压方式辅助操作者实现这一目的的装置。转到图3A，在这样的实施例中，方形驱动器46可以配有手轮。方形驱动器46连接到输入联接器60的驱动端。输入联接器60的相对端容纳扭力杆62和传动止块64。扭力杆62和止块64两者均与输出联接器66配合。扭力杆62可以是一段实心的金属、弹性体或具有弹性性能的其它材料，其具有正方形或其它几何形状的横截面。扭力杆62的一端位于在输入联接器60的端部中的凹部内，该凹部具有与扭力杆62的横截面类似形状和尺寸的横截面。类似地,扭力杆62的另一端位于输出联接器66的凹部内，该凹部具有与扭力杆62的横截面类似形状和尺寸的横截面。输出联接器66包括具有内孔68的柱形管状分段67和实心杆分段70。输入联接器60位于输出联接器66的孔68内。输出联接器66的杆分段70以防止在输出联接器66和传动联接器48之间的相对旋转移动的方式固连到传动联接器48。例如，杆分段70的端部可位于传动联接器48的孔52内，并且杆分段70可螺栓连接到传动联接器48。因此，阀门驱动系统77包括输入联接器60、输出联接器66、外壳72和基板76。当没有力被施加到阀门系统10以打开或关闭闸12时，扭力杆62在输入联接器60和输出联接器66之间保持相对旋转对齐。当方形驱动器46旋转时，输入联接器60旋转。如果将足够的力施加到输入联接器60，则扭力杆62将经历弹性变形并允许在输入联接器60和输出联接器66之间的相对旋转移动。止块64可以是实心构件，其从输出联接器66的孔68的底部突出并接合在输入联接器60的端部中的止块凹部65。止块可以由金属或其它合适材料形成。如图3B所示，止块64在凹部65内具有足够的间隙，以允许在输入联接器60和输出联接器66之间的微小量的相对旋转移动，但没有如此多间隙以致允许扭力杆62剪切。微小量的相对旋转移动将足以产生打开和关闭的流体流动路径，如在本文中更详细讨论地。当方形驱动器46旋转时，在这样的间隙被克服(overcome)之后,止块64将接合凹部65的内侧壁,并且将使输入联接器60的旋转转移到输出联接器66的旋转，从而使传动联接器48旋转并使闸12朝打开位置或关闭位置移动。外壳72围绕输出联接器66的管状分段67。外壳72是具有内腔74的大体柱形构件。内腔74在驱动端开放并且在另一端处具有闭合件79。输出联接器66的管状分段67位于内腔74内。外壳72的开放驱动端固连到固定的基板76。例如，外壳72可螺栓连接到基板76。闭合件79具有开口，输出联接器66的杆70突出通过该开口。底部密封件78设置在输出联接器66和外壳72之间，从而密封地接合输出联接器66和外壳72两者,并在输出联接器66和外壳72之间形成密封。柱形轴承元件80在输出联接器66和外壳72之间保持同轴关系。外壳72包括穿过外壳72的侧壁的端口 82、84、86、88。阀门驱动系统77包括供应液压流体流动路径。外壳供应端口 86与输出供应端口 90轴向对齐，输出供应端口 90穿过输出联接器66的管状分段67的侧壁。如果外壳供应端口 86不与输出供应端口 90旋转对齐，则在外壳72的内腔74内的环形供应或通道(gallery)凹槽92将允许在外壳供应端口86和输出供应端口 90之间的流体连通。供应凹槽92的宽度基本上类似于外壳供应端口86和输出供应端口 90两者的直径的宽度(图3A)。端口 82、84沿输出联接器66的轴线彼此间隔开，如图3A所示。虽然在图3C中示出为在相对于外壳供应端口 86的不同周向位置处，但端口 82、84可与外壳供应端口 86轴向对齐。如图3C所示，外壳打开端口 82和外壳关闭端口 84可选地可分别与输出打开端口94和输出关闭端口 96对齐，从而延伸穿过输出联接器66的侧壁。输出打开端口 94和输出关闭端口 96彼此周向间隔开，例如约80°。如果外壳打开端口 82不与输出打开端口 94旋转对齐，则在外壳72的内腔74内的环形打开通道凹槽98将允许在外壳打开端口 82和输出打开端口 94之间的流体连通。打开凹槽98的宽度大致类似于外壳打开端口 82和输出打开端口 94两者的直径的宽度。如果外壳关闭端口 84不与输出关闭端口 96旋转对齐，则在外壳72的内腔74内的环形关闭通道凹槽100将允许在外壳关闭端口 84和输出关闭端口 96之间的流体连通。关闭凹槽100的长度基本上类似于外壳关闭端口 84和输出关闭端口 96两者的长度。阀门驱动系统77附加地包括返回液压流体流动路径。外壳返回端口 88与输出返回端口轴向对齐。如果外壳返回端口 88不与输出返回端口 102旋转地对齐，则在外壳72的内腔74内的环形返回通道凹槽104将允许在外壳返回端口 88和输出返回端口 102之间的流体连通。返回凹槽104的宽度大致类似于外壳返回端口 88和输出返回端口 102两者的直径的宽度。供应空隙106位于输入联接器60的外表面上。该空隙是位于输出供应端口 90轴向下方的浅凹部。如图3C所示，供应空隙106的周向延伸宽度使得当没有机械力被施加到阀门系统10以打开或关闭闸12时，供应空隙106延伸至但不超出输出打开端口 94和输出关闭端口 96的近边缘。供应空隙106的周向宽度大约为输出打开端口 94和输出关闭端口96之间的周向距离。供应空隙106的长度使得它从外壳打开端口 82轴向延伸至外壳关闭端口 84，但不到达外壳返回端口 88。返回空隙108位于输入联接器60的外表面上。该空隙是位于输入联接器60上与供应空隙106的相对侧上的浅凹部。返回空隙108的宽度使得当没有力被施加到阀门系统10以打开或关闭闸12时，返回空隙108延伸至但不超出输出打开端口 94和输出关闭端口96两者的近边缘。返回空隙108的长度使得它从外壳打开端口 82轴向延伸至外壳返回端Π 88。现在转到图4，液压系统110包括用于将液压流体供应至输出供应端口 90的泵
112。液压流体可从贮存器114抽出，贮存器114包含通过输出返回端口 102离开的液压流体。打开液压流动管线116流体连接输出打开端口 94和缸24中的打开端口 36，打开端口36与缸24的螺母端隔室42流体连通。关闭液压流动管线120流体连接输出关闭端口 96和缸24中的关闭端口 38，关闭端口 38与缸24的闸端隔室28流体连通。返回图3A，第二返回端口 126与返回空隙108流体连通。第二返回端口 126延伸穿过输出联接器66的管状分段67的与输出返回端口 102相对的侧壁，并且与输出返回端口 102轴向对齐。在操作中，当没有旋转力被施加到阀门系统10以打开或关闭闸12时，行进进入外壳供应端口 86的液压流体(图3A)将或者直接地(如果供应端口 86、90旋转对齐)或者借助于环形供应凹槽92 (如果供应端口 86、90不旋转对齐)流过输出供应端口 90。如图3C中可见，穿过输出供应端口 90的液压流体将进入供应空隙106。扭力杆62保持输入联接器60和输出联接器66的旋转对齐，使得没有液压流体进入输出打开端口 94或输出关闭端口 96。在备选实施例中，扭力杆62保持输入联接器60和输出联接器66的旋转对齐，使得相同量的液压流体进入输出打开端口 94和输出关闭端口 96。因此，阀门驱动系统77的供应流动路径将包括外壳供应端口 86、环形供应凹槽92、输出供应端口 90和供应空隙106。如图4中可见，液压流体可以接着包含在贮存器114中以便由液压系统110继续使用。因此，阀门驱动系统77的返回流动路径将包括返回空隙108、第二返回端口 126、环形返回凹槽104和外壳返回端口 88。如果操作者希望打开或关闭阀门，则操作者旋转方形驱动器46。在图3A的实施例中，逆时针旋转将打开阀门，并且顺时针旋转将关闭阀门。扭力杆62将扭转并允许在输入联接器60和输出联接器66之间的一些相对旋转移动。当输入联接器60相对于输出联接器66旋转时,位于输出联接器66上的供应空隙106将相对于输出打开端口 94和输出关闭端口 96旋转。因此，如图3A和图3D中可见，方形驱动器46在逆时针运动中的旋转将使阀门驱动系统77移动至打开命令位置。方形驱动器46的逆时针旋转将使供应空隙106相对于输出端口 90、94、96逆时针旋转，使得供应空隙106将相对于输出联接器66逆时针旋转，从而使供应空隙106的周向长度将与输出供应端口 90和输出打开端口 94两者但不与输出关闭端口 96流体连通。同样，被泵112(图4)泵入外壳供应端口 86的液压流体将或者直接地(如果供应端口 86、90旋转对齐)或者借助于环形供应凹槽92 (如果供应端口 86、90不旋转对齐)行进通过输出供应端口 90并到达供应空隙106。在这种情况下，在供应空隙106中的液压流体中的一些将行进进入输出打开端口94，并且或者直接地(如果打开端口 82、94旋转对齐)或者借助于环形打开凹槽98进入外壳打开端口 82。如图4中可见，液压流体将接着行进通过打开液压流动管线116至打开端口 36，并且进入缸24的螺母端隔室42。缸24的螺母端隔室42中的多余液压压力将促进活塞22远离缸24的螺母端34且朝着缸24的闸端32轴向移动，使得闸12(图1)朝打开位置移动。因此，阀门驱动系统77的打开流动路径将包括供应空隙106、输出打开端口 94、环形打开凹槽98和外壳打开端口 82，并且旋转方形驱动器46可启动或选择阀门驱动系统77的打开流动路径。如此，当操作者旋转方形驱动器46时，液压系统(图4)将有助于阀门的打开，使得操作者本身不必要将所有的力施加到方形驱动器46以克服将闸12移动至打开位置所需的所有力。在液压系统失效的情况中，当操作者旋转方形驱动器46时，在止块64处的在输入联接器60和输出联接器66之间的间隙被克服之后，止块64接合凹部65的侧壁(图3B)并且将把输入联接器60的旋转机械地转移到输出联接器66的旋转，从而使传动联接器48旋转。如图2A中可见，当传动联接器48旋转时，行进螺母50旋转，并且行进螺母50的内螺纹54接合螺母杆58的外螺纹56。这引起螺母杆58的轴向运动，该轴向运动继而引起闸12移动至打开位置。因此，方形驱动器46和液压系统110的继续旋转两者一起作用以将闸12移动至打开位置。为了让液压系统110提供辅助作用，操作者只需要施加足够的力来使供应空隙106相对于输出端口 90、94逆时针旋转。施加到方形驱动器46的扭矩越大，在空隙106和输出端口 90、94之间的相对旋转越大，从而使更多液压流体导向进入输出打开端口 94中并在将闸12移动至打开位置方面为操作者提供更多辅助。当活塞22朝缸24的闸端32移动时，闸端隔室28中的液压流体将被挤出关闭端口 38，通过关闭液压流动管线120并进入输出关闭端口 96。返回图3A和图3D，液压流体将从外壳关闭端口 84或者直接地(如果关闭端口 84、96旋转对齐)或者借助于环形关闭凹槽100(如果关闭端口 84、96不旋转对齐)到达输出关闭端口 96。由于输入联接器60已相对于输出联接器66逆时针旋转，返回空隙108此时与输出关闭端口 96流体连通。液压流体可因此从输出关闭端口 96行进并进入返回空隙108，在这里，液压流体接着穿过第二返回端口 126，通过环形返回凹槽104并通过外壳返回端口 88离开外壳72。如图4中可见，液压流体可接着被包含在保持罐114中以便由液压系统110继续使用。如果操作者希望朝关闭位置移动闸12，则操作者将相反地在顺时针运动中旋转方形驱动器46。参见图3A和图3E，方形驱动器46在顺时针运动中的旋转将引起阀门驱动系统77移动至关闭命令位置。方形驱动器46在顺时针运动中的旋转将引起供应空隙106相对于输出端口 90、94、96顺时针旋转，使得供应空隙106将与输出供应端口 90和输出关闭端口 96两者但不与输出打开端口 94流体连通。同样，被泵112(图4)泵入外壳供应端口86中的液压流体将或者直接地(如果供应端口 86、90旋转对齐)或者借助于环形供应凹槽92 (如果供应端口 86、90不旋转对齐)行进通过输出供应端口 90并到达供应空隙106。在这种情况下，供应空隙106中的液压流体中的一些将进入输出关闭端口 96，并且或者直接地(如果关闭端口 84、96旋转对齐)或者借助于环形关闭凹槽100行进进入外壳关闭端口 84。如图4中可见，液压流体将接着行进通过关闭液压流动管线120至关闭端口 38，并且进入缸24的闸端隔室28。缸24的闸端隔室28中的多余液压压力将促进活塞22朝缸24的螺母端34且远离缸24的闸端32轴向移动，使得闸12(图1)朝关闭位置移动。因此，阀门驱动系统77的关闭流动路径将包括供应空隙106、输出关闭端口 96、环形关闭凹槽100和外壳关闭端口 84，并且旋转方形驱动器46可启动或选择阀门驱动系统77的关闭流动路径。如此，当操作者在顺时针运动中旋转方形驱动器46时，液压系统(图4)将有助于阀门的关闭，使得操作者本身不必将所有的力施加到方形驱动器46以克服将闸12移动至关闭位置所需的所有力。返回图1，当操作者旋转方形驱动器46时，在止块64处的在输入联接器60和输出联接器66之间的间隙被克服之后，止块64将被接合并且将把输入联接器60的旋转转移到输出联接器66的旋转，从而使传动联接器48旋转。如图2A中可见，当传动联接器48旋转时，行进螺母50旋转，并且行进螺母50的内螺纹54接合螺母杆58的外螺纹56。这引起螺母杆58的轴向运动，该轴向运动又引起闸12移动至关闭位置。因此，方形驱动器46和液压系统110的继续旋转两者一起作用以将闸12移动至关闭位置。为了让液压系统110提供帮助，操作者只需要施加足够的力来使供应空隙106相对于输出端口 90、96顺时针旋转，并且施加到方形驱动器46的扭矩越大，在空隙106和输出端口 90、96之间的相对旋转越大，越多的液压流体将被导向进入输出关闭端口 96中，并且操作者在将闸12移动至关闭位置方面将受到更多帮助。当活塞22朝缸24的螺母端34移动时，螺母端隔室42中的液压流体将被挤出打开端口 36，通过打开液压流动管线116并进入输出打开端口 94。返回图3A和图3E，液压流体将从外壳打开端口 82或者直接地(如果打开端口 82、94旋转对齐)或者借助于环形打开凹槽98(如果打开端口 82、94不旋转对齐)到达输出打开端口 94。由于输入联接器60已相对于输出联接器66顺时针旋转，返回空隙108此时与输出打开端口 94流体连通。液压流体可因此从输出打开端口 94行进并进入返回空隙108，在这里，液压流体接着穿过第二返回端口 126，通过环形返回凹槽104，并通过外壳返回端口 88离开外壳72。如图4中可见，液压流体可以接着包含在贮存器114中以便为液压系统110继续使用。为了使打开、关闭、供应和返回液压流体路径保持彼此流体分离，分离密封件128被定位在输出联接器66的管状分段67的外径和外壳72的内腔74之间。分离密封件为环形密封件，并且位于外壳端口 82、84、86、88中的每一个的两侧上。额外的底部密封件在管状分段67和输出联接器66的杆的接合处被定位在输出联接器孔68中并且与输出联接器66和输入联接器60两者密封接合。在输出联接器66的管状分段67的开口端处，轴承元件132和134保持输入联接器60、输出联接器66和外壳77之间的同轴关系。在管状分段的封闭端处，轴承元件79保持输入联接器60和输出联接器66之间的同轴关系。虽然已详细描述了本发明，但应当理解在不脱离本发明的原理和范围的情况下，可以对其做出各种更改、替换和改变。因此，本发明的范围应由所附权利要求和它们的适当法律等同物来确定。单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物，除非上下文明确地另外指定。可选的或可选地指的是随后描述的事件或情况可发生或不发生。该描述包括事件或情况发生时的情形和不发生时的情形。范围在本文中可以表示为从约一个特定值和/或至约另一个特定值。当描述这样的范围时，应当理解，另一个实施例是从一个特定值和/或至另一特定值，以及在所述范围内的所有组合。贯穿本申请，当提到专利或出版物时，这些参考文献的公开内容全文旨在以引用方式并入本申请中，以便更充分描述本发明所属领域的现有技术状况，只要这些参考文献不与本文的陈述相抵触。
权利要求
1.一种用于辅助操作具有可线性移动闸的闸阀的设备，包括: 双向液压流体缸，其具有适于联接到所述闸以线性移动所述闸的输出杆； 旋转至线性转换器，其连接到所述缸的输入杆，以用于将旋转运动转换为线性移动；输入联接器和输出联接器，所述输入联接器和所述输出联接器联接到彼此并联接到所述转换器以用于将旋转运动提供至所述转换器；以及 旋转阀，其可操作地联接到所述输入联接器且适于连接在液压流体源和所述缸之间，使得所述输入联接器和输出联接器在第一方向上的旋转引起所述转换器在打开方向上线性移动所述缸的输入杆和输出杆，并且所述输入联接器在所述第一方向上的旋转使所述旋转阀移动至打开命令位置，从而将流体从所述源导向至所述缸，以便将辅助力提供至所述缸的输入杆和输出杆。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述输入联接器和所述输出联接器可相对于彼此旋转移动微小量，并且相对于彼此的所述旋转使所述旋转阀向所述打开命令位置移动。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，还包括扭力杆，所述扭力杆设置在所述输入联接器和所述输出联接器之间，以防止在所述输入联接器和所述输出联接器之间的旋转移动，直到将足够的扭矩施加到所述输入联接器以引起所述扭力杆的变形。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，还包括传动止块，所述传动止块机械地连接在所述输入联接器和所述输出联接器之间，以便在已达到所述微小量之后引起一致的旋转。
5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述输入杆包括在外表面上的外螺纹，所述转换器还包括: 管状传动联接器，其具有内孔和中心轴线，所述管状传动联接器固连到所述输出联接器； 行进螺母，其固连在所述传动联接器的内孔中，所述行进螺母包括内螺纹，所述内螺纹与所述输入杆的外螺纹啮合，使得所述输出联接器的旋转引起所述输入杆的轴向移动。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述缸具有内腔，所述内腔包括螺母端隔室和闸端隔室，所述设备还包括: 活塞，其位于所述缸内，所述活 塞固连在所述输入杆和所述输出杆之间，并且将所述螺母端隔室与所述闸端隔室隔开，使得在所述螺母端隔室和所述闸端隔室之间的压差将促使所述闸在所述打开位置和关闭位置之间移动； 打开端口，其位于所述螺母端隔室的侧壁中，以用于向所述缸的螺母端隔室和从所述螺母端隔室供应液压流体；以及 关闭端口，其位于所述缸的闸端隔室的侧壁中，以用于向所述缸的闸端隔室和从所述闸端隔室供应液压流体。
7.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述旋转阀还包括: 套管，其带有中心孔； 柱形内部构件，其在所述套管内可旋转至微小量； 打开端口和关闭端口，所述打开端口和所述关闭端口在所述套管中周向间隔开； 供应空隙，其在所述内部构件上周向延伸；输入端口，其在所述套管中在所述打开端口和所述关闭端口之间，以将液压流体供应至所述供应空隙。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述内部构件相对于所述套管在所述第一方向上的旋转在所述打开端口和所述关闭端口与所述供应空隙之间提供不相等的连通。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述供应空隙的周向范围小于在所述打开端口和所述关闭端口之间的周向距离。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述内部构件相对于所述套管在所述第一方向上旋转至所述微小量限制在所述关闭端口和所述供应空隙之间的流体连通，并在所述打开端口和所述供应空隙之间提供流体连通。
11.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括: 返回端口，其在所述套管上；以及 返回空隙，其在所述内部构件上周向延伸且与所述返回端口流体连通，其中，所述内部构件相对于所述套管在所述第一方向上的旋转阻断在所述打开端口和所述返回空隙之间的流体连通，并且在所述关闭端口和所述返回空隙之间提供流体连通。
12.—种闸阀,包括: 闸； 传动系，所述传动系包括: 闸杆，其用于线性移动所述闸； 转换器，其可操作地联接到所述闸杆，以用于响应于旋转运动而线性移动所述闸杆；以及 联接装置，其连接到所述转换器以用于提供旋转运动； 所述闸阀还包括: 流体缸，其协同地联接到所述传动系以用于提供用来线性移动所述闸杆的辅助力； 旋转阀，其协同地连接到所述联接装置且处于在所述缸和流体压力源之间的流体流动路径中；并且 其中，施加到所述联接装置的扭矩使所述旋转阀移动至打开位置，以将流体压力供应至所述流体缸。
13.根据权利要求12所述的闸阀，其特征在于，所述联接装置包括输入联接器和输出联接器，所述输入联接器和所述输出联接`器可相对于彼此旋转移动微小量，使得相对于彼此的所述旋转使所述旋转阀移动至所述打开命令位置。
14.根据权利要求13所述的闸阀，其特征在于，还包括扭力杆，所述扭力杆设置在所述输入联接器和所述输出联接器之间，以防止在所述输入联接器和所述输出联接器之间的旋转移动，直到将足够的扭矩施加到所述输入联接器以引起所述扭力杆的弹性变形。
15.根据权利要求13所述的闸阀，其特征在于，还包括传动止块，所述传动止块机械地连接在所述输入联接器和所述输出联接器之间，以便在已达到所述微小量之后弓I起一致的旋转。
16.根据权利要求12所述的闸阀，其特征在于，所述转换器包括: 螺母杆，其具有在外表面上的外螺纹； 管状传动件，其具有内孔；行进螺母，其固连在所述管状传动件的内孔中，所述行进螺母包括内螺纹，所述内螺纹与所述螺母杆的外螺纹啮合，使得所述联接装置的旋转引起所述闸杆的轴向移动。
17.根据权利要求12所述的闸阀，其特征在于，所述缸具有内腔，所述内腔包括螺母端隔室和闸端隔室，所述闸阀还包括: 活塞，其位于所述缸内，所述活塞将所述螺母端隔室与所述闸端隔室隔开，使得在所述螺母端隔室和所述闸端隔室之间的压差将促使所述闸在打开位置和关闭位置之间移动； 打开端口，其位于所述螺母端隔室的侧壁中，以用于向所述缸的螺母端隔室和从所述螺母端隔室供应液压流体；以及 关闭端口，其位于所述缸的闸端隔室的侧壁中，以用于向所述缸的闸端隔室和从所述闸端隔室供应液压流体。
18.根据权利要求12所述的闸阀，其特征在于，所述旋转阀还包括: 套管，其带有中心孔； 柱形内部构件，其在所述套管内可旋转至微小量； 打开端口和关闭端口，所述打开端口和所述关闭端口在所述套管中周向间隔开； 供应空隙，其在所述内部构件上周向延伸； 输入端口，其在所述套管中在所述打开端口和所述关闭端口之间，以将液压流体供应至所述供应空隙。
19.根据权利要求18所述的闸阀，其特征在于，所述内部构件相对于所述套管在所述第一方向上的旋转在所述打开端口和所述关闭端口与所述供应空隙之间提供不相等的连通。
20.根据权利要求18所述的闸阀，其特征在于，所述供应空隙的周向范围小于在所述打开端口和所述关闭端口之间的周向距离。
21.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述内部构件相对于所述套管在所述第一方向上旋转至所述微小量限制在所述关闭端口和所述供应空隙之间的流体连通，并在所述打开端口和所述供应空隙之间提供流体连通。
22.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，还包括: 返回端口，其在所述套管上；以及 返回空隙，其在所述内部构件上周向延伸且与所述返回端口流体连通，其中，所述内部构件相对于所述套管在所述第一方向上的旋转限制在所述打开端口和所述返回空隙之间的流体连通，并且在所述 关闭端口和所述返回空隙之间提供流体连通。
23.一种用于辅助具有可线性移动闸的闸阀的操作的方法，所述方法包括如下步骤: (a)将双向液压缸的活塞杆联接到所述闸； (b)将旋转至线性转换器连接到所述活塞杆； (c)将输入联接器连接到所述转换器并为所述输入联接器提供旋转阀，所述旋转阀连接到液压流体源和所述液压缸之间； (d)在第一方向上旋转所述输入联接器，这引起所述转换器将所述活塞杆和闸移动至打开位置；以及 (e)步骤(d)中的所述旋转还使所述旋转阀将流体从所述源导向至所述缸，以在所述活塞杆上产生打开辅助力。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括在第二方向上旋转所述输入联接器的步骤，这引起所述转换器将所述活塞杆和闸移动至关闭位置，并且所述旋转阀将流体从所述源导向至所述缸以在所述活塞杆上产生关闭辅助力。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述旋转阀具有打开命令端口和关闭命令端口，并且在第一方向上旋转所述输入联接器的步骤将所述打开命令端口与所述源连通并将所述关闭命令端口从所述源阻断开。
26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，由所述缸提供的辅助力与施加在所述输入联接器上的扭矩的量成比例。
27.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述输入联接器具有输入部分和输出部分，并且步骤(d)初始地引起所述输入部分相对于所述输出部分旋转微小量。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，相对旋转的所述微小量引起所述旋转阀的一个部件相对于所述阀门的另一部件的旋转。
29.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，在达到所述微小量之后，所述输入联接器的继续旋转引起所述输 入部分和所述输出部分一致地旋转。
全文摘要
本发明涉及一种动力辅助手动阀门系统。更具体而言，一种闸阀包括闸和传动系。传动系包括闸杆，其用于线性移动闸；转换器，其可操作地联接到闸杆以用于响应于旋转运动而线性移动闸杆；以及联接装置，其连接到转换器以用于提供旋转运动。该闸阀还包括流体缸，其协同地联接到传动系以用于提供线性移动闸杆的辅助力；和旋转阀，其协同地连接到联接装置且处于在缸和流体压力源之间的流体流动路径中。施加到联接装置的扭矩使旋转阀移动至打开位置以将流体压力供应至流体缸。
文档编号F16K31/143GK103148262SQ20121051836
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月6日 优先权日2011年12月6日
发明者C.路易斯 申请人:韦特柯格雷公司