具有双螺丝机构和可操作的轮的阀操作器组件的制作方法

本发明涉及阀和可手动操作的阀(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被设置在闸腔内。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用于将驱动输入的转动运动转换成阀杆的轴向运动的传动机构。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较大。另外(otherwise)，当操作闸阀时，要施加于阀杆的力在阀打开的开始时以及还在阀关闭的结束时是最大的。那么要施加的力就不那么重要了，并且基本上是恒定的。因此，转动轮(例如手动手轮)上所需的操作扭矩在阀打开的开始时和在阀关闭的结束时通常要高得多。

技术实现要素：

本发明的一个目标是克服这些缺陷。

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并且优化了用于操作所述阀所需的扭矩的阀(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，其被适配成安装在所述阀上；可操作的轮，其相对于所述壳体可转动地安装；和传动机构，其包括：平移螺杆，其被适配成连接到所述阀的阀平移构件并设置有外螺纹；和转动螺母，其围绕所述螺杆并与所述螺杆同轴，所述螺母设置有内螺纹。所述传动机构被适配成将所述螺母的转动转换成所述螺杆的轴向平移。所述组件还包括外套筒，所述外套筒在径向上布置在所述壳体与所述传动机构的螺母之间，并且设置有与设置在所述螺母上的外螺纹接合的内螺纹。所述轮直接安装在所述外套筒上。

归因于轮在外套筒上的直接连接，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。轮直接联接到外套筒。之间没有装置介入，诸如(没有)在轴向上介于轮与外套筒之间的适配套筒或适配轴。

另外，阀操作器组件具有双导程(lead)。当螺杆被传动机构的螺母驱动时(螺母相对于外套筒仅具有转动运动)，得到第一导程。当螺母相对于外套筒在轴向和周向这两者上同时移动时，得到第二导程。当螺杆被设置在螺母与外套筒之间的摩擦螺丝装置驱动时，得到该第二导程。在保持低的操作扭矩的同时，使行程前进以开闭(阀)所需的转圈数被最小化。

在一个实施方式中，外套筒包括：轴部分，轮直接安装在该轴部分上；和管状部分，所述管状部分从所述轴延伸并设置有内螺纹，所述轴部分与管状部分形成一体。

优选的是，轮直接安装在外套筒的外表面上。有利的是，轮直接安装在外套筒的外表面的位于壳体外部的一部分上。

在一个实施方式中，轮包括直接安装在外套筒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。

所述组件还可以包括设置在外套筒和轮上以将所述轮固定于外套筒的锁定装置。在一个实施方式中，锁定装置包括接合在外套筒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，锁定装置可以包括至少延伸到外套筒内的至少一个螺丝。所述螺丝可以在径向或轴向上延伸。可选择地或组合地，锁定装置可以包括销或夹具(clamps)。

在一个实施方式中，外套筒的内螺纹与设置在传动机构的螺母上的外螺纹接合。

优选的是，由传动机构引起的摩擦扭矩小于由所述机构的螺母与外套筒之间的连接引起的摩擦扭矩。

在一个优选实施方式中，组件还包括抵接和联接装置，其用于阻挡传动机构的螺杆相对于螺母的平移并保持所述螺母与所述螺杆之间的联接状态。抵接和联接装置可以固定在螺杆上和螺母上。

所述组件还可以包括抵接装置，其被设置用于阻挡传动机构的螺母相对于外套筒的平移。

传动机构和所述机构的螺母与外套筒之间的连接可以被适配成在沿一个方向转动所述轮时在相同的纵向方向上移动平移螺杆。

在一个实施方式中，传动机构还包括在径向上设置在螺杆的外螺纹与螺母的内螺纹之间的滚动体。所述组件还可以包括在径向上设置在外套筒与壳体之间的至少一个滚动轴承。

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是根据本发明的示例的闸阀用的阀操作器组件的截面，

-图2是图1的详细视图，以及

-图3是图1的阀操作器组件在另一纵向位置处的截面。

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，可以参见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；输入可操作的轮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以及转动且非平移的外套筒23，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。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可以具有不同的形状。

如图2更清楚地示出，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。螺母28被制成一体。螺母28在外套筒23的内部轴向延伸。螺母28还包括形成在其外圆柱表面28a上的外螺纹31。外螺纹31与形成在螺母的孔内的内螺纹30在径向上相反向(opposed)。外螺纹31相对于外表面28a朝向径向外侧突出。外螺纹31朝向外套筒23突出。如将稍后说明的，螺母28用作转动螺母或者用作转动且平移螺母。

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)(未标出)，这两个环形齿轮设置在螺杆24的外表面上并且每个环形齿轮包括分别与滚子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之间。在所公开的实施方式中，齿轮直接形成在螺杆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)44、46。所述间隔环44、46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44、46均安装在螺杆24的在轴向上挨着相关联的齿轮的外表面上。各间隔环44、46相对于相关联的齿轮而言朝向螺母28的外侧轴向偏移(offset)。各间隔环44、46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44、46使得能够承载滚子32并且能够保持滚子的均匀的(regular)周向间隔。机构22还包括弹性保持环(未标出)，各弹性保持环52、54安装在形成在螺杆24的外表面上的槽内，以便轴向保持相应的间隔环44、46。

在轮20的轴向反向侧(图1)，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)连接到螺杆24。

再次参照图1，外套筒23在径向上布置在壳体18与传动机构的螺母28之间。外套筒23连接到轮20。外套筒23绕着螺杆24同轴地安装。外套筒23在径向上包围滚子丝杠机构22。套筒23被制成一体。套筒23在壳体18的内部轴向延伸并轴向向外突出。

套筒23包括圆柱形孔23a和相反向的外圆柱表面23b。滚子丝杠机构22安装在孔23a内部。外套筒23包括与螺母28的外螺纹31接合的内螺纹50。在本示例中，在套筒23与螺母18之间设置了直接螺纹连接。内螺纹50形成在套筒的孔23a内。内螺纹50相对于孔23a而言径向向内突出。内螺纹50的形状与螺母的外螺纹31的形状互补。在所公开的示例中，螺纹50为艾克母(acme)型式。作为一种选择，可以预见另外型式的套筒23用的内螺纹。

阀操作器组件10还包括滚动轴承52、54，以用于引导外套筒23相对于壳体18的转动。滚动轴承52、54在径向上安装在套筒的外表面23b与壳体的阶梯孔18a之间。滚动轴承52、54在径向上安装成与套筒的外表面23b和壳体的阶梯孔18a的小直径部分接触。在所公开的示例中，滚动轴承52、54为角接触推力球轴承并且在轴向上彼此接触地布置。保持环56固定在套筒的外表面23b上以在轴向上阻挡滚动轴承52、54。在环56的轴向反向侧，滚动轴承52在轴向上安装成抵靠套筒的外表面23b的径向肩部(未标出)。

在所公开的实施方式中，套筒23包括轴部分60和从所述轴轴向延伸的环形管状部分62。轴部分60和管状部分62被制成一体。轴部分60在壳体18内部轴向延伸并轴向向外伸出。管状部分62在壳体18内部轴向延伸。在管状部分62与壳体的孔18a之间设置有径向间隙。管状部分62绕着螺杆24同轴地安装。管状部分62限定了孔23a和内螺纹50。外表面23b沿着轴部分60和管状部分62这两者延伸。轴部分60的外径小于管状部分62的外径。滚动轴承52、54安装在轴部分60上。套筒的外表面23b具有阶梯形式。作为一种选择，外表面23b可以具有不同的形状。

转动驱动轮20直接安装在外套筒23上，而之间没有附加元件介入。轮20被安装成与套筒23直接径向接触。轮20直接安装在套筒23的外表面23b上。轮20直接安装在外表面23b的位于壳体18外部的一部分上。轮20直接安装在套筒的轴部分60上。如将稍后说明的，轮20直接固定于套筒23。

轮20包括直接安装在套筒的外表面23b上的环形安装轮毂20a和连接到所述轮毂的可操作的轮辋(rim)20b。轮毂20a的孔被安装成与套筒的外表面23b径向接触。轮毂20a的孔形成轮20的孔。可操作的轮辋20b在这里具有圆形形式。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、液压或气动驱动来自动操作。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被制成一体。

阀操作器组件10还包括在径向上设置在套筒23与轮20之间以可转动地连接所述套筒与轮的一个键64。键64接合于设置在套筒的外表面23b上的轴向内键槽66内、并且接合于对应的形成在轮20的孔上的轴向外键槽68内。轮的键槽68在径向上面对套筒的内键槽66。键槽66、68轴向延伸。内键槽66从套筒的外表面23b径向向内地形成。键槽66延伸到套筒的轴部分60的厚度内。键槽66形成在套筒的外表面23b的有限长度(limitedlength)上。类似地，外键槽68从轮20的孔径向向外地形成。键槽68延伸到轮的轮毂20a的厚度内。键槽68形成在轮毂20a的孔的有限长度上。键槽66、68各自成形为槽的形式。在所示的示例中，仅设置了一个键60。作为一种选择，键的数量可以增加。

阀操作器组件10还包括一个螺丝(screw)70和相关联的垫圈72，以用于将轮20轴向地固定于套筒23。螺丝70轴向延伸到套筒23内。螺丝70延伸到套筒的轴部分60内，并且螺接(screwed)于形成在所述部分中的内轴向螺纹(未标出)内。垫圈72在轴向上设置在螺丝的头部与套筒23之间。垫圈72在轴向上抵靠套筒23和轮20。在所示的示例中，仅设置了一个螺丝70。作为一种选择，螺丝的数量可以增加。键64、螺丝70和垫圈72形成了设置在轮20和套筒23上以将所述轮固定于套筒的锁定装置。

阀操作器组件10还包括用于阻挡传动机构的螺杆24相对于螺母28平移的第一抵接装置。这些抵接装置包括固定于螺杆24的第一和第二环76、78。第一环76安装在螺杆24的一个端部，而第二环78安装在所述螺杆24上的相对于滚子32而言的第一环76的轴向反向侧。该抵接装置还包括固定于螺母28的孔内的第三和第四环80、82。各环80、82在轴向上面对相关联的第一或第二环76、78。如将稍后说明的，环78、82还用作使螺杆24与螺母28连接的联接装置。各环76至82均包括形成转动抵接的平移止挡凸块(translatingstoplug)。

阀操作器组件10还包括用于阻挡螺母28相对于外套筒23平移的第二抵接装置。这些邻接装置包括固定于套筒23的第一和第二环84、86。第一环84安装在被设置在(布置在套筒23的轴部分60与管状部分62之间的)肩部上的孔内，而第二环86安装在所述管状部分62的孔的自由端。

从如图1所示的位置，当操作者在轮20上施加扭矩以沿向前方向fd驱动螺杆24以使得打开闸阀(在图1中从右向左)时，该扭矩直接传递到外套筒23。滚子丝杠机构的螺母28与套筒23一起转动，而没有所述螺母的轴向平移。事实上，由套筒23与螺母28之间的直接螺纹连接引起的摩擦扭矩被适配成高于由滚子丝杠机构22引起的摩擦扭矩。

在螺母28的这种转动的情况下，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由设置在螺杆上并与滚子的齿轮齿啮合的外齿轮转动地引导。滚子32和螺杆24这两者能够在螺母28内轴向或纵向地移动。因此，轮20的转动运动被转换成螺杆24在向前方向fd上的移位。在本示例中，当操作者在轮20上施加逆时针扭矩时，发生这种沿该方向的螺杆24的移位，这是因为右旋螺纹(righthandthread)被考虑用于所述螺杆。

螺杆24相对于螺母28和套筒23的向前行程被执行，直到固定于所述螺杆的第一抵接装置的第二环78抵靠固定于所述螺母的第四环82。之后，滚子丝杠机构22被阻挡，螺杆24联接到螺母28。因而，套筒23的转动被转变成与螺母28相对于所述套筒的轴向平移相结合的转动。螺母28相对于套筒23而言在轴向和周向这两者上同时移动。螺杆24与螺母28一起相对于外套筒23保持沿向前方向fd轴向移动。如图3所示，直到第四环82抵靠固定于壳体18的第二抵接装置的第二环86为止，得到螺母28和螺杆24的平移。

从如图3所示的位置，当操作者沿相反方向在轮20上施加扭矩以沿返回方向rd驱动螺杆24以使得关闭闸阀(在图3中从左向右)时，螺母28通过环78、82而保持(stay)与螺杆24转动联接。由这些环引起的抵接扭矩使得足以保持联接状态。螺杆24与螺母28一起相对于套筒23轴向移动。螺杆24的返回行程被执行，直到固定于螺母28的第一抵接装置的第三环80抵靠固定在套筒上的第二抵接装置的第一环84为止。之后，由于螺母28相对于外套筒23的轴向平移被阻挡，因此传动机构的滚子32自身绕着螺杆24转动并在螺母28内轴向移动并额外转动。因此，外套筒23的转动运动仍然被转换成螺杆24在返回方向rd上的移位。

当操作闸阀时，在阀打开的开始时以及还在阀关闭的结束时，由于利用滚子丝杠机构22得到了螺杆24的运行阶段(runningphase)，因此在轮20上所需的操作扭矩被限制。在需要较小的操作扭矩的其它操作运行(runs)期间，利用外套筒23与螺母28之间的螺纹连接来得到螺杆24的轴向平移。因而，在这些其它的操作运行期间，轮20上所需的转圈数被最小化。

组件10还可以适用于预期的其它顺序的情况，例如在打开行程的结束时的低扭矩和/或在关闭行程的开始时的低扭矩。

在所描述的示例中，轮利用键和螺丝直接连接或联接于外套筒。作为一种选择，可以预见其它类型的轮与外套筒之间的直接连接，例如通过设置在套筒的外表面上并延伸到对应的形成在轮的孔中的槽内的花键(splines)或齿。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外套筒，例如通过螺接、压配、胶合、焊接、销或夹紧系统等。

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(planetary)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。在这种情况下，这两个螺丝(screws)之间的螺距(pitch)将需要是不同的，使得它们在相同的外力下具有不同的摩擦扭矩。然而，这种传动机构需要大的致动力。更通常地，只要在相同的外力下一者摩擦高于另一者的摩擦，就可以使用任何类型的两个螺丝(screws)(滚子螺丝、球螺丝、摩擦螺丝)以无论哪种布置(内部/外部)进行设计。于是摩擦最小的那一个先开始(动作)，除非它被阻挡。

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。阀操作器组件例如可以与可由远程操作载具(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。