具有摩擦装置和预应力元件的阀操作器组件的制作方法
【专利摘要】提供了一种用于阀的阀操作器组件，包括壳体(18)、可旋转地安装的输入构件(20)、以及包括平移元件(24)和连接到所述输入构件的旋转元件(28)的传动机构(22)，所述传动机构适于将输入构件的所施加的旋转转换成所述平移元件的轴向平移。所述组件还包括沿径向设置在所述传动机构(22)与壳体(18)之间的至少一个锁定机构(23)，并且设置有与所述壳体(18)径向接触的摩擦装置(80)以及作用于所述摩擦装置上来维持所述径向接触的至少一个预应力元件(82)。所述预应力元件(82)与摩擦装置(80)一起配合来将所述传动机构与壳体锁定在所述组件的静止位置。
【专利说明】
具有摩擦装置和预应力元件的阀操作器组件
技术领域
[0001]本发明涉及阀和可手动操作阀例如闸阀、控制或调节阀或者节流阀的领域。更具体地说，本发明涉及一种用于闸阀的阀操作器组件。
【背景技术】
[0002]阀用于各种工业来控制流体的流动。特别地，闸阀广泛用于石油和天然气工业，以在生产的不同阶段控制所生产的流体的流动。用于该工业的大多数闸阀包括具有纵向流动孔的阀体和与该流动孔相交的横向闸腔。具有横向延伸从中穿过的闸开口的闸设置在闸腔中。阀杆被提供用于在打开位置与关闭位置之间移动闸，在打开位置，闸开口与流动孔对准，在关闭位置，闸开口与流动孔偏移。阀体的闸腔由具有阀杆从中穿过的轴向孔的罩覆至
ΠΠ O
[0003]这种闸阀被关联到阀操作器组件，用于有选择地向上和向下驱动阀杆，以便关闭和打开闸阀。可以手动地致动闸阀。在这种情况下，阀操作器组件通常包括传动机构，以将手轮的旋转运动转换成阀杆的轴向运动。为了快速打开和关闭具有最小匝(turn)数的闸阀，传动机构可以是滚珠丝杠机构或行星滚柱丝杠机构，以便降低操作扭矩例如人工手轮扭矩，或者采用用于表面阀的电力驱动或采用远程操作潜水器(ROV)或用于海底阀的电致动而被推动。对于更多细节，例如可以参考专利EP-B1-1419334(SKF)。
[0004]由于这种丝杠机构易于在流体压力下反向驱动，所以闸阀可无意中被打开或关闭。这种反向驱动不仅能引起具有期望的流量调节的问题，而且还可能导致伤害到操作者，例如被旋转的手轮击中。
[0005]因此，平衡系统通常设置在闸阀的阀体上，以防止采用由流体施加的力反向驱动传动机构。这种系统包括设置在阀体上的平衡杆，并且其暴露于流体压力，以抵消或平衡施加在闸上的力。
[0006]然而，有必要修改阀体的设计来将这样的平衡系统集成在闸阀上。这导致了闸阀的复杂结构。此外，对于闸阀所需的空间显著增加。
【发明内容】
[0007]本发明的一个目的是克服这些缺点。
[0008]本发明的特定目的是提供一种用于阀例如闸阀、控制或调节阀或者节流阀的阀操作器组件，其不是可逆的或反向驱动的。
[0009]在一实施例中，提供了一种用于包括阀体和可轴向移动的阀平移构件的阀的阀操作器组件。所述组件包括适于安装在所述阀上的壳体、相对于所述壳体旋转安装的输入构件、以及包括适于连接到所述阀的阀平移构件的平移元件和连接到所述输入构件的旋转元件的传动机构。所述传动机构适于将输入构件的所施加的旋转转换成所述平移元件的轴向平移。所述组件还包括沿径向设置在所述传动机构与壳体之间的至少一个锁定机构。该锁定机构包括与所述壳体或者与所述传动机构径向接触的摩擦装置以及沿径向作用于所述摩擦装置上来维持所述径向接触的至少一个预应力元件。所述预应力元件与摩擦装置一起配合来将所述传动机构与壳体锁定在所述组件的静止位置。
[0010]在优选的实施例中，所述摩擦装置适于在所述摩擦装置与壳体或传动机构之间产生摩擦扭矩，使得所述组件的总摩擦扭矩大于或等于所述传动机构的反向驱动扭矩。有利地，所述摩擦装置可以适于产生大于或等于所述反向驱动扭矩的摩擦扭矩。
[0011]在优选的实施例中，所述预应力元件沿径向作用于所述摩擦装置上。
[0012]所述摩擦装置可在所述预应力元件的作用下在相对于所述传动机构以及所述壳体的径向方向上移动。优选地，所述摩擦装置在圆周方向上与所述传动机构或者与所述壳体固定在一起。
[0013]所述预应力元件可以安装成与所述摩擦装置径向接触。
[0014]在一个实施例中，所述锁定机构还包括支撑环，其安装在所述传动机构上或者在所述壳体上，并且具有其中安装有所述预应力元件的至少一个凹部。所述摩擦装置可以安装成与所述支撑环径向接触。有利地，所述预应力元件沿径向位于所述支撑环与所述摩擦装置之间。
[0015]所述摩擦装置可以包括沿径向抵靠着所述壳体或所述传动机构的摩擦环。所述摩擦装置还可以包括所述摩擦环沿径向在与所述预应力元件相反的侧上安装到其上的支撑构件。优选地，所述支撑构件至少在径向方向上是可变形的。
[0016]在一个实施例中，所述摩擦装置与所述壳体径向接触，所述预应力元件沿径向设置在所述摩擦装置与传动机构之间，所述预应力元件施加向外定向的径向力。可替代地，所述摩擦装置与所述传动机构径向接触，所述预应力元件沿径向设置在所述摩擦装置与壳体之间，所述预应力元件施加向内定向的径向力。
[0017]在一个优选的实施例中，所述锁定机构包括多个预应力元件。所述预应力元件可以包括机械致动器。
[0018]所述传动机构还可以包括连接套筒，其连接到所述机构的旋转元件并且其上安装有所述输入构件。在一个实施例中，所述锁定机构安装在所述传动机构的旋转元件与壳体之间。可替代地，所述锁定机构可以安装在所述连接套筒与壳体之间。
[0019]在一个实施例中，所述传动机构包括螺杆、围绕并且与所述螺杆同轴的螺母、以及沿径向设置在所述螺杆与螺母之间的多个滚动元件。每个滚动元件可以与设置在螺杆和螺母上的外螺纹和内螺纹接合。
[0020]在一个实施例中，所述螺杆形成平移元件，且所述螺母连接到输入构件。可替代地，所述螺母可以形成旋转元件，且所述螺杆连接到输入构件。
[0021]优选地，所述阀操作器组件还包括沿径向设置在所述传动机构与壳体之间的至少一个滚动轴承。
[0022]本发明还涉及一种阀，特别是闸阀、控制或调节阀或者节流阀，其包括阀体、可轴向移动的阀平移构件以及如前所限定的阀操作器组件。所述阀平移构件可以例如是阀杆或活塞。
【附图说明】
[0023]通过研究由非限制性示例给出的并且由附图示出的具体实施例的详细描述，本发明及其优点将得到更好地理解:
[0024]-图1是根据本发明第一示例的用于闸阀的阀操作器组件的横截面，
[0025]-图2是图1组件的反转滚柱丝杠机构的横截面，
[0026]_图3是图1的细节视图，
[0027]-图4是沿图3的IV-1V的截面，
[0028]-图5是根据本发明第二示例的用于闸阀的阀操作器组件的横截面，以及
[0029]-图6是根据本发明第三示例的用于闸阀的阀操作器组件的横截面。
【具体实施方式】
[0030]图1所示的阀操作器组件10适于闸阀12，该闸阀设置有罩14、由所述罩覆盖的阀体(未示出)以及具有轴线16a的可移动阀杆16。传统上，阀体具有流动孔和与该流动孔相交的横向闸腔。闸阀还包括具有从中横向延伸穿过的闸开口的设置在闸腔中的闸。对于这种闸阀的更多细节，可以参照EP-B1-1419334(SKF)，其在此通过引用并入本文。
[0031]阀操作器组件10包括安装在闸阀的罩14上的管状壳体18、相对于所述壳体旋转安装的输入构件20、以及反转滚柱丝杠机构22，其介于所述输入构件与所述阀的阀杆16之间，以将输入构件20的旋转运动转换成阀杆的轴向运动。反转滚柱丝杠机构22安装到壳体的孔18a内并且连接到输入构件20。壳体18的一个轴向端部通过螺纹(未标出)固定到罩14。在图示的例子中，孔18a具有阶梯形式。
[0032]如后面将要描述的那样，阀操作器组件10还包括锁定机构23，其沿径向介于壳体18与反转滚柱丝杠机构22之间，并且适于防止这种机构在施加于阀杆16上的流体压力下的反向驱动。
[0033]如图2更清楚地所示，反转滚柱丝杠机构22包括:设置有外螺纹26的螺杆24，其中轴线24a与阀杆16的轴线16a同轴;螺母28，其围绕螺杆24同轴安装并且设置有内螺纹30，该内螺纹的内直径大于外螺纹26的外直径；以及沿径向设置在螺杆24与螺母28之间的多个纵向滚子32。
[0034]螺杆24沿纵向延伸通过其上形成有内螺纹30的螺母28的圆柱形孔。螺母28具有管状形式，并且被延长以容纳螺杆行程的全部范围。沿轴向在与输入构件20(图1)相对的侧上，凹部24b形成在螺杆24的前部径向表面上，且闸阀的阀杆16的端部被固定到其中。阀杆16通过任何适当的装置例如通过螺纹和/或销连接到螺杆24。
[0035]滚子32是彼此相同的，并且围绕螺杆24规则地分布。每个滚子32沿轴线32a(其与螺杆的轴线24a同轴)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。在每个轴向端部，每个滚子20还包括外齿轮齿36、38，其沿轴向向外螺纹34外延伸并且其本身由向外延伸的圆柱形螺栓40、42轴向延伸。每个齿轮齿36、38沿轴向位于相关的螺栓40、42与外螺纹34之间。每个滚子的外螺纹34沿轴向位于这两个齿轮齿36、38之间。
[0036]滚柱丝杠机构22还包括两个环形齿轮44、46，它们设置在螺杆24的外表面上并且每个都包括分别啮合滚子32的齿轮齿36、38用于其同步的外齿轮齿。每个齿轮44、46沿轴向位于靠近螺杆的外螺纹26的端部。所述外螺纹26沿轴向位于这两个齿轮44、46之间。在所公开的实施例中，齿轮44、46直接形成在螺杆24的外表面上。可替换地，齿轮可以是被固定到螺杆24上的分离部件。
[0037]机构22还包括布置在螺杆24的外表面上的两个环形导向件或隔离环48、50。所述隔离环48、50沿径向设置在螺杆24与螺母的内螺纹30之间，而不与所述螺纹接触。每个隔离环48、50安装在螺杆24的外表面上，沿轴向毗邻相关的齿轮44、46。每个隔离环48、50关于相关的齿轮44、46沿轴向朝向螺母28的外侧偏移。每个隔离环48、50包括多个圆柱形贯通凹部(未标出)，其在圆周方向上规则地分布且滚子的螺栓40、42容纳在其内部。隔离环48、50使滚子32能够被携载且其中的规则周向间隔能够被保持。机构22还包括弹性保持环52、54，每个安装在形成于螺杆24的外表面上的凹槽(未标出)中，以便沿轴向保持相应的隔离环48、50 ο
[0038]再次参照图1，滚柱丝杠机构22还包括安装在螺母28上的连接套筒70。套筒70包括通过任何适当的装置例如通过螺纹固定到螺母的凸缘28a的环状轴向部70a、沿径向向所述轴向部70a内延伸且沿轴向抵靠着螺母的端部的径向部70b、以及从所述径向部70b沿轴向向外突出的销70c。密封装置(未标出)设置在套筒的轴向部70a与壳体18的孔之间。在所示的例子中，输入构件20包括固定到套筒70的可操作手轮72。手轮72在此处被固定到套筒的销70c上。所述手轮形成旋转驱动输入。
[0039]阀操作器组件10还包括两个滚动轴承60、62来引导反转滚柱丝杠机构的螺母28相对于壳体18的旋转。滚动轴承60、62沿径向安装在螺母28的外表面与壳体的阶梯孔18a之间。滚动轴承60、62沿径向安装成与螺母28的外表面和壳体的阶梯孔18a的大直径部分接触。在所公开的例子中，滚动轴承60、62是推力角接触球轴承且彼此沿轴向接触。保持环64被固定在螺母28的外表面上并且沿轴向抵靠着沿轴向在与滚动轴承62相反的侧上的滚动轴承60。沿轴向在相对侧上，滚动轴承62沿轴向安装成紧贴着螺母28的凸缘28a，其沿径向向所述螺母的外表面外延伸。凸缘28a沿轴向位于螺母的轴向端部。组件10还包括固定到壳体的孔18a上的环形环66。环66沿轴向位于滚动轴承62附近。
[0040]在图示的例子中，锁定机构23沿轴向位于滚动轴承62与套筒70之间。锁定机构23与螺杆的轴线24a同轴。锁定机构23沿径向设置在固定到壳体18的环66与反转滚柱丝杠机构的螺母28之间。锁定机构23与螺母28以及与壳体18径向接触。“径向接触”应理解为与传动机构22或与壳体18直接径向接触，或者通过固定到所述传动机构或壳体上的部件与传动机构22或与壳体18间接径向接触。可替代地，锁定机构23与壳体18和/或传动机构22之间的接触可以是径向和轴向接触的组合，例如在具有小锥度的情况下。在这些情况下，仍然有径向接触。
[0041 ]如图3和4更清楚地显示，锁定机构23包括与壳体的环66径向接触的摩擦装置80和沿径向设置在所述摩擦装置与传动机构的螺母28之间的多个弹性弹簧82。锁定机构23还包括安装在螺母28上用于安装弹性弹簧82的支撑环84。弹性弹簧82沿径向设置在支撑环84与摩擦装置80之间。摩擦装置80不同于弹性弹簧82以及支撑环84。摩擦装置80沿径向围绕弹性弹簧82和支撑环84。
[0042]如后面将要描述的那样，摩擦装置80可在弹簧82的作用下在相对于传动机构22以及壳体18的径向方向上移动。摩擦装置80以摩擦的方式与壳体18接合，并且通过支撑环84安装在螺母28上。
[0043]在图示的例子中，摩擦装置80沿径向安装在支撑环84上。摩擦装置80包括支撑构件86和安装到所述支撑构件上的摩擦环88。摩擦环88通过任何合适的装置固定到支撑构件86。支撑构件86沿径向设置在壳体的套筒66与支撑环84之间。支撑构件86设置有沿径向面向套筒66同时沿径向与后者保持一定距离的外表面86a，并且设置有与支撑环84径向接触的相对孔86b。支撑构件86沿径向安装在支撑环84上。在图示的例子中，支撑构件86由在圆周方向上面对的两部分或半环87a、87b组成。轻微的周向间隙89设置在半环87a的每个端部与另一半环87b的相关端部之间。在这个例子中，半环87a、87b是相同的，并且关于穿过螺母28中心的径向平面是对称的，以便减少制造成本。作为另一种选择，还可以预见非对称的两个部分87a、87b。例如，支撑构件86可以由金属制成。
[0044]如后面将要描述的那样，摩擦环88适于在摩擦装置80与壳体18之间创建摩擦扭矩，使得组件10的总摩擦扭矩大于或等于传动机构22的反向驱动扭矩。摩擦环88设置到形成在支撑构件的外表面86a上并沿径向定向为朝向壳体18的凹槽(未标出)中。摩擦环88相对于外表面86a沿径向突出，并且沿径向抵靠着壳体的套筒66。摩擦环88沿径向设置在壳体18与支撑构件86之间。摩擦环88具有环形形式并且以摩擦的方式与壳体18接合。摩擦环88设置有安装成与壳体的套筒66径向接触的圆柱形外表面88a并且设置有安装到支撑构件的凹槽中的相对的圆柱形孔88b。可替代地，可能不能预见固定到壳体18的套筒66。在这种情况下，摩擦环88直接安装成与壳体18径向接触。摩擦环88可以由金属、由塑料材料、由复合材料或者由各材料的组合制成。
[0045]支撑环84沿径向设置在传动机构的螺母28与摩擦装置80之间。支撑环84通过任何合适的装置固定在螺母28的外表面上。支撑环84具有环形形式并且包括安装成与摩擦装置的支撑构件86径向接触的圆柱形外表面84a和与螺母28径向接触的相对的圆柱形孔84b。例如，支撑环84可以由金属制成。支撑环84还包括沿轴向限定外表面84a和孔84b的两个相对的径向侧表面(未标出)。所述侧表面安装成与螺母的凸缘28a以及与滚动轴承62轴向接触。
[0046]支撑环84包括形成于外表面84a上并且沿径向向内延伸的圆柱形状的孔84c。在图示的例子中，孔84c是盲孔，数量为两个并且在直径上相对。销90设置到每个孔84c中并且相对于支撑环的外表面84a沿径向突出。每个销90沿径向延伸到被制成在支撑构件86的相关部分87a、87b的厚度中的孔92。摩擦装置80在圆周方向上与支撑环84和传动机构的螺母28固定在一起。
[0047]支撑环84还包括从外表面84a形成并且沿径向向内延伸的多个凹部84d。凹部84d定向为沿径向朝向摩擦装置80。凹部84d沿径向向外敞开。在图示的例子中，凹部84d在圆周方向上相对于彼此规则地分布且数量为四个。
[0048]弹性弹簧82分别安装到凹部84d之一中。弹性弹簧82是彼此相同的。每个弹性弹簧82沿径向延伸，并沿径向位于支撑环84与摩擦装置80之间。每个弹性弹簧82沿径向位于关于支撑构件86在与摩擦环88相反的侧上。每个弹簧82的第一端部沿径向抵靠着支撑环84。每个弹簧82沿径向抵靠着螺母28，其中插入有支撑环84。每个弹簧82的第二相对端部沿径向抵靠着摩擦装置80。更精确地，弹簧的所述第二端部接触支撑构件86的孔86b。在图示的例子中，每个弹簧82是压缩弹簧，并且具有圆形轮廓的横截面。可替代地，弹簧还可以具有不同轮廓的横截面，例如为方形。
[0049]每个弹簧82施加永久的径向力于摩擦装置80上，其趋向于推动所述摩擦装置紧贴着壳体的套筒66。弹簧82通过施加径向预载而作用于摩擦装置的两个半环87a、87b上。由弹簧82施加的径向力对摩擦装置80施加预应力来抵靠着壳体18的套筒66，以便保持它们之间的径向接触。
[0050]阀操作器组件还包括保护垫圈94，其沿轴向介于滚动轴承62的外环与套筒66之间。垫圈94沿径向朝向所述轴承的内环延伸，同时与后者以及支撑环84保持一定的距离。
[0051]在阀操作器组件10的静止位置，即当没有扭矩施加在手轮72上时，仅流体压力施加在阀杆16和传动机构的螺杆24这两者上。摩擦环88在摩擦装置80与壳体18之间产生预定的摩擦扭矩，使得组件10的总摩擦扭矩大于或等于易于在流体压力下发生的传动机构22的反向驱动扭矩。有利地，摩擦装置80创建大于或等于所述反向驱动扭矩的摩擦扭矩。摩擦环86的材料和/或其长度被确定，以便获得所需的摩擦扭矩。壳体18与摩擦装置80(它们在圆周方向上采用传动机构的螺母22固定)之间的摩擦或制动扭矩防止在流体压力下的所述壳体与摩擦装置之间的相对角运动。传动机构的螺母28采用固定壳体18固定或锁定。锁定机构23用作联接装置，以摩擦的方式与壳体18接合，从而防止在静止位置的所述壳体与传动机构22之间的相对圆周运动。
[0052]在阀操作器组件10的静止位置，确保防止反转滚柱丝杠机构22的反向驱动。该反向驱动不是由滚柱丝杠机构22本身确保，而是由包括含有摩擦装置80的所述机构及周围部件的组件10确保。在施加于阀杆16和螺杆24这两者上的流体压力下，机构22不是可逆的或反向驱动的。由流体施加的力不被转换成螺母28相对于壳体18的角位移。因此，可能不能在闸阀的阀体上预见平衡系统，比如平衡杆。即使采用平衡的设计，还可以使用阀操作器，如果平衡杆在关闭或打开位置不能完全平衡压力的话。在这种情况下，可能存在的小的不平衡可以被锁定。
[0053]当操作者施加扭矩于手轮72上时，该扭矩被传递到连接套筒70且然后到反转滚柱丝杠机构的螺母28。螺母28与摩擦装置80 二者在相对于壳体18的相同方向上旋转。摩擦装置的摩擦环88在壳体18上的滑动产生的扭矩增加了手轮72上的所需扭矩。当手轮根据所述反向驱动扭矩操纵时并且还当扭矩在相反的方向上施加时，存在由摩擦装置80施加的这种额外的摩擦扭矩。因此，有必要施加额外的扭矩来对抗摩擦装置80的摩擦扭矩。
[0054]由于螺母28的旋转，滚子32自身绕螺杆24旋转和沿轴向移动以及另外还在螺母28中旋转。滚子32由设置在螺杆上并且与滚子的齿轮齿啮合的外齿轮44、46旋转地引导。滚子32和螺杆24可沿轴向或纵向移入螺母28。因此，手轮72的旋转运动被转换成闸阀的阀杆16的轴向运动。
[0055]在阀操作器组件10中，在圆周方向上固定在螺母28上的摩擦装置80通过摩擦与固定壳体18相配合，以在没有扭矩施加在输入构件20上时即在所述输入构件保持在关于壳体18的特定角位置时阻止传动机构22连同所述壳体18—起。在这样的静止位置，传动机构22通过摩擦装置80的锁定动作刚性地连接到壳体18。传动机构22与壳体18刚性地锁定，以采用由流体施加在螺杆24上的力防止所述机构的反向驱动运动。在组件10的静止位置，锁定机构23形成传动机构22与壳体18之间的联接装置。
[0056]此外，由于使用弹性弹簧82(其沿径向作用在摩擦装置80上并且施加指向壳体12的径向力)，所述壳体与摩擦装置80之间的径向摩擦接触得到维持，即使摩擦环88具有磨损。弹性弹簧82使得能够实现摩擦环88与壳体12之间的永久径向接触。
[0057]在摩擦环88磨损的情况下，在由弹性弹簧82施加的径向作用下，摩擦装置80相对于传动机构22以及支撑环84沿径向朝向壳体18移动。在此情况下，销90在摩擦装置80的径向位移期间充当引导装置。支撑构件86的径向变形使得摩擦装置80的所述径向移动成为可能。在图示的例子中，由于使用两个半环87a、87b，支撑构件86可在径向方向上变形。可替代地，支撑构件86可以例如包括具有柔性部分以使得能够产生这种径向变形的环形部分。弹性弹簧82的径向载荷对摩擦装置80朝向壳体18施加预应力。因此，如果摩擦环88发生磨损的话，该载荷使得有可能收紧任何径向间隙。弹性弹簧82从而能够实现摩擦装置80与壳体18之间的永久径向摩擦接触。
[0058]在此示出的第一示例中，本发明已经示出了包括反转滚柱丝杠机构22的用于闸阀的阀操作器组件10。这导致了组件10的高负载能力，因为反转滚柱丝杠机构螺纹几何可以比其它类型的滚柱丝杠机构更大，因为没有所需要的最小数量的启动。这增加了负载能力，同时保持紧凑的优势。此外，较小的导程将有助于减少驱动扭矩。因此，反向驱动扭矩将减小。组件10的寿命也增加了。否则，用于组件10的所需空间减小。
[0059]然而，本发明还可以应用于具有其它类型的滚柱丝杠机构比如如图5所示的标准行星滚柱丝杠机构的阀操作器组件。
[0060]在该第二示例(其中相同部件被赋予相同的附图标记)中，阀操作器组件10设置有:行星滚柱丝杠机构100，其介于输入构件20与闸阀的阀杆16之间并且其包括围绕螺杆24同轴安装并设置有内螺纹的螺母102;以及多个相同的滚子104，其沿径向设置在螺杆24和螺母102之间并且具有类似于如前所述的反转滚柱丝杠机构的设计。在本示例中，螺杆24的外螺纹26具有延长的长度。
[0061]机构100还包括两个环形齿轮106、108，它们安装在螺母102的非螺纹部中并且每个包括啮合滚子104的齿轮齿用于其同步的内齿轮齿。每个齿轮106、108沿轴向抵靠着设置在所述螺母的内螺纹与相关的非螺纹部之间的螺母102的径向表面。
[0062]机构100还包括两个隔离环110、112，每个都沿径向安装在螺杆24与相关的齿轮106、108之间；以及弹性挡圈(未标出)，每个都安装在形成于相关的齿轮106、108的孔上以便沿轴向保持相应的隔离环110、112的凹槽中。每个隔离环110、112设置有其内部容纳有滚子104的螺栓的多个轴向通孔。
[0063]机构100还包括外套筒114，其具有的轴向孔114a具有阶梯的形式并且其内部容纳有螺母102和滚子104。螺母102被固定到套筒114。齿轮108沿轴向抵靠着螺母的阶梯孔114a的径向环形肩部。沿轴向在相对侧上，保持环116被固定到所述孔中并且沿轴向接触紧贴着该机构的另一齿轮106。
[0064]滚动轴承60、62和锁定机构23安装在套筒114的外表面上。套筒114沿径向设置在一侧的螺母102和滚动轴承60、62与另一侧的锁定机构23之间。锁定机构23沿轴向紧贴着沿径向向所述套筒的外表面外延伸的套筒的凸缘114b安装。凸缘114b沿轴向位于套筒的轴向端部。在本示例中，输入构件的连接套筒70被固定到外套筒的凸缘114b并且沿轴向抵靠着所述凸缘。可替代地，还可以将螺母102和套筒114制成一个单个部件。在这种情况下，滚动轴承60、62和锁定机构23被直接安装在螺母的外表面上。
[0065]当操作者施加扭矩在手轮72上时，该扭矩被传递至连接套筒70且然后至外套筒114及行星滚柱丝杠机构的螺母102。由于螺母102的旋转，滚子104自身旋转并且围绕螺杆24滚动，而没有在所述螺母内部沿轴向移动。因此，螺杆24可沿轴向或纵向移入螺母102，并且手轮72的旋转运动被转换成闸阀的阀杆16的轴向运动。锁定机构23如先前所描述的那样动作。
[0066]前两个示出的例子分别对待的是反转滚柱丝杠机构和标准行星滚柱丝杠机构。本发明还可以应用于具有其他类型的滚柱丝杠机构的阀操作器组件，其中滚子没有外螺纹，但是具有其中接合螺杆和螺母的螺纹并且沿轴向相对于所述螺杆和螺母移动的凹槽。在完整的旋转之后，每个滚子通过设置在螺母端部的凸轮返回到其初始位置。这种机构被称为循环滚柱丝杠，并且可以是标准或反转型的。
[0067]在图6所示的第三示例(其中相同部件被赋予相同的附图标记)中，阀操作器组件10设置有:标准滚珠丝杠机构120，其包括的螺母122围绕螺杆24同轴安装并且设置有内螺纹；以及多个相同的滚珠124，它们沿径向设置在螺杆24和螺母122之间并且接合所述螺母的螺纹和螺杆的螺纹126。螺母122被安装到外套筒114的孔114a中并且沿轴向抵靠着所述孔的径向环形肩部。沿轴向在相对侧上，保持环116被固定到外套筒的孔114a中并且沿轴向接触紧贴着螺母122。螺母122被固定到外套筒114。可替代地，螺母122与套筒114可被制成在一个部件中。螺母122包括再循环装置128、130，它们安装到其厚度中来实现滚珠124的再循环。这种机构被称为标准滚珠丝杠。可替代地，再循环装置可以设置在螺杆上。这种机构被称为反转滚珠丝杠。
[0068]另外，本发明还可以应用于具有适于将旋转转换成线性运动的其它类型的传动机构比如有向螺纹连接的阀操作器组件。然而，这样的传动机构需要大的致动扭矩。
[0069]在图示的例子中，锁定机构23沿径向介于壳体18与传动机构的旋转螺母之间。可替代地，锁定机构23可以设置在壳体18与传动机构的套筒70之间。然而，采用这样的配置，组件10的轴向所需空间增大。在另一变型中，还可以将锁定机构23配置成沿径向设置在壳体18与传动机构的旋转螺母之间以及沿轴向在这两个滚动轴承62、64(它们在这种情况下彼此沿轴向间隔开)之间。
[0070]在所公开的例子中，摩擦装置80沿径向抵靠着壳体18，弹簧82和支撑环84布置在所述摩擦装置的孔内。在一个变型中，还可以使反转布置具有沿径向抵靠着传动机构22的摩擦装置并且具有沿径向设置在所述摩擦环与壳体18之间的弹簧82和支撑环84。在这种情况下，支撑环88固定在壳体的孔18a上，且摩擦环88沿径向直接地抵靠在传动机构22上或者间接地通过使用套筒66抵靠在传动机构22上。弹簧82在摩擦装置80上施加向内指向的径向力，以便保持所述摩擦装置与传动机构22之间的径向摩擦接触。然而，采用如图所示的锁定机构23的布置，在过度磨损的情况下更换摩擦环88很简单。
[0071]在图示的例子中，摩擦装置80包括摩擦环88和支撑构件86。可替代地，摩擦装置可以仅包括摩擦环。在此情况下，弹性弹簧直接抵靠在摩擦环上。
[0072]在前面的例子中，多个压缩弹簧82被设置成偏压摩擦装置80抵靠着相关的传动机构22或壳体18。可替代地，还可以提供其他机械致动器来施加径向预载于摩擦装置80上，比如弹性扭转弹簧或可被堆叠的轴向弹性垫圈。所述垫圈可以是贝氏类型。还可以增加或减少机械致动器的数量。在另一个变型中，还可能会预见只有一个预应力或预加载元件，其具有环形形式并且由弹性材料制成，例如弹性体比如丁腈橡胶或聚氨酯。可替代地，还可以提供一种与摩擦装置80的锥形形状相组合的施加轴向预载荷的预应力元件，以预加载所述摩擦装置。
[0073]尽管已经基于包括连接到闸阀的阀杆的螺杆和连接到输入构件的螺母的阀操作器对本发明进行了说明，但应当理解的是，本发明还可以与连接到输入构件的螺杆和连接到阀杆的螺母一起应用。在这种情况下，螺母充当平移元件，螺杆充当旋转元件。因此，锁定机构可以介于螺杆与壳体之间。尽管已经基于用于闸阀的阀操作器组件对本发明进行了说明，但应当理解的是，本发明还可以与其它类型的阀例如控制或调节阀或节流阀一起使用。阀操作器组件可以例如与可由远程操作潜水器(ROV)或致动器来致动的表面闸或海底阀一起使用。
【主权项】
1.一种用于包括阀体和轴向移动的阀平移构件的阀的阀操作器组件，所述阀操作器组件包括适于安装在所述阀上的壳体(18)、相对于所述壳体旋转安装的输入构件(20)、以及包括适于连接到所述阀的阀平移构件的平移元件(24)和连接到所述输入构件的旋转元件(28)的传动机构(22)，所述传动机构适于将输入构件所施加的旋转转换成所述平移元件的轴向平移，其特征在于，所述组件还包括沿径向设置在所述传动机构(22)与壳体(18)之间的至少一个锁定机构(23)，该锁定机构(23)包括与所述壳体(18)或者与所述传动机构(22)径向接触的摩擦装置(80)以及作用于所述摩擦装置上来维持所述径向接触的至少一个预应力元件(82)，所述预应力元件(82)与摩擦装置(80) —起配合来将所述传动机构与壳体锁定在所述组件的静止位置。2.根据权利要求1所述的阀操作器组件，其中，所述摩擦装置(80)适于在所述摩擦装置与壳体(18)或传动机构(22)之间产生摩擦扭矩，使得所述组件的总摩擦扭矩大于或等于所述传动机构的反向驱动扭矩。3.根据权利要求2所述的阀操作器组件，其中，所述摩擦装置(80)适于产生大于或等于所述反向驱动扭矩的摩擦扭矩。4.根据前述权利要求中任一项所述的阀操作器组件，其中，所述预应力元件(82)沿径向作用于所述摩擦装置上。5.根据前述权利要求中任一项所述的阀操作器组件，其中，所述摩擦装置(80)可在所述预应力元件(82)的作用下在相对于所述传动机构(22)以及所述壳体(18)的径向方向上移动。6.根据前述权利要求中任一项所述的阀操作器组件，其中，所述摩擦装置(80)在圆周方向上与所述传动机构(22)或者与所述壳体(18)固定在一起。7.根据前述权利要求中任一项所述的阀操作器组件，其中，所述预应力元件(82)安装成与所述摩擦装置(80)径向接触。8.根据前述权利要求中任一项所述的阀操作器组件，其中，所述锁定机构(23)还包括支撑环(84)，其安装在所述传动机构(22)上或者在所述壳体(18)上，并且具有其中安装有所述预应力元件(82)的至少一个凹部(84d)。9.根据权利要求8所述的阀操作器组件，其中，所述摩擦装置(80)安装成与所述支撑环(84)径向接触。10.根据权利要求8或9所述的阀操作器组件，其中，所述预应力元件(82)沿径向位于所述支撑环(84)与所述摩擦装置(80)之间。11.根据前述权利要求中任一项所述的阀操作器组件，其中，所述摩擦装置(80)包括沿径向抵靠着所述壳体(18)或所述传动机构(22)的摩擦环(88)。12.根据权利要求11所述的阀操作器组件，其中，所述摩擦装置(80)还包括所述摩擦环(88)沿径向在与所述预应力元件(82)相反的侧上安装到其上的支撑构件(86)。13.根据权利要求12所述的阀操作器组件，其中，所述支撑构件(86)至少在径向方向上是可变形的。14.根据前述权利要求中任一项所述的阀操作器组件，其中，所述锁定机构(23)包括多个预应力元件(82)。15.根据前述权利要求中任一项所述的阀操作器组件，其中，所述预应力元件包括机械致动器。16.根据前述权利要求中任一项所述的阀操作器组件，其中，所述传动机构(22)包括螺杆(24)、围绕并且与所述螺杆同轴的螺母(28)、以及沿径向设置在所述螺杆与螺母之间的多个滚动元件(32)。17.—种阀，其包括阀体、可轴向移动的阀平移构件(16)以及根据前述权利要求中任一项所述的阀操作器组件(10)。
【文档编号】F16K31/50GK105899861SQ201380081958
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2013年11月21日
【发明人】J.杜布斯, C.博克
【申请人】斯凯孚公司