具有飞轮和轴向摩擦装置的阀操作器组件的制作方法
【专利摘要】提供了一种阀操作器组件，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。所述组件还包括锁定机构(23)，其设置有安装在所述传动机构和/或壳体上的外壳(80)、包括安装成与所述传动机构和所述外壳径向接触的多个锁定构件的飞轮(82)、以及沿轴向设置在所述外壳和壳体之间并且安装成与所述壳体轴向接触的摩擦装置(84)，所述摩擦装置、飞轮以及外壳一起配合来将传动机构与壳体锁定在所述组件的静止位置。
【专利说明】
具有飞轮和轴向摩擦装置的阀操作器组件
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]在一个实施例中，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、相对于所述壳体可旋转地安装的输入构件、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。所述组件还包括锁定机构，其设置有安装在所述传动机构和/或壳体上的外壳、包括安装成与所述传动机构和所述外壳径向接触的多个锁定构件的至少一个飞轮、以及沿轴向设置在所述外壳和壳体之间并且安装成与所述壳体轴向接触的摩擦装置。所述摩擦装置、飞轮以及外壳一起配合来将传动机构与壳体锁定在所述组件的静止位置。
[0010]有利地，所述飞轮布置成使得在所述静止位置，所述锁定构件处于锁定位置，以便产生与所述传动机构的反向驱动扭矩相反的制动扭矩。
[0011 ]在一个优选的实施例中，所述锁定构件在输入构件相对于壳体在传动机构的反向驱动扭矩的方向上旋转时处于所述锁定位置。优选地，当输入构件在所述反向驱动扭矩的相反方向上旋转时，锁定构件在解锁位置中切换并保持。
[0012]在一个优选的实施例中，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。可替代地，所述摩擦装置适于在所述摩擦装置与壳体之间产生大于或等于所述反向驱动扭矩的摩擦扭矩。
[0013]所述摩擦装置在圆周方向上与所述外壳固定在一起。
[0014]在一个优选实施例中，所述锁定机构还包括至少一个预应力元件，其沿轴向作用在摩擦装置上，以维持所述摩擦装置与壳体之间的轴向接触。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、壳体以及外壳的轴向方向上移动。优选地，所述预应力元件沿轴向位于所述摩擦装置与外壳之间。所述预应力元件安装成与所述摩擦装置以及与所述外壳轴向接触。所述预应力元件可以包括机械致动器。
[0015]在一个实施例中，所述外壳包括支撑所述摩擦装置并且安装成与所述飞轮的锁定构件径向接触的内衬套和固定到所述内衬套上的外主体。所述预应力元件可以沿轴向抵靠着所述外壳的外主体。
[0016]所述传动机构还可以包括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的连接套筒。在一个实施例中，所述锁定机构设置在所述连接套筒与壳体之间。可替代地，所述锁定机构可以设置在传动机构的旋转元件与壳体之间。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。所述锁定机构还可以包括沿径向设置在所述外壳与传动机构之间的一个滚动轴承。
[0020]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】
[0021]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:
[0022]-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，
[0023]-图2是图1组件的反转滚柱丝杠机构的横截面，
[0024]-图3是图1的细节视图，
[0025]-图4是沿图3的IV-1V的截面，
[0026]-图5是图1组件的飞轮的透视图，
[0027]-图6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
[0028]-图7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】
[0029]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。
[0030]阀操作器组件1包括安装在闸阀的罩14上的管状壳体18、相对于所述壳体可旋转地安装的输入构件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。
[0031]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，其设置在壳体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。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]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。
[0035]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上的分尚部件。
[0036]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，弹性保持环52、54的每一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。
[0037]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、在与所述径向部70b相反的侧上沿轴向延伸径向部70b的阶梯轴向部70c、以及从所述阶梯轴向部70c沿轴向向外突出的销70d。在所示的例子中，输入构件20包括固定到连接套筒70的可操作手轮72。手轮72在此处被固定到套筒的销70d上。所述手轮形成旋转驱动输入。
[0038]阀操作器组件10还包括三个滚动轴承60至64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至64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至64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至64是推力角接触球轴承且彼此沿轴向间隔开。保持环66被固定在螺母28的外表面上并且沿轴向抵靠着滚动轴承60。沿轴向在相对侧上，滚动轴承64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。
[0039]在图示的例子中，锁定机构23沿轴向地位于滚动轴承60至64与输入构件20之间。锁定机构23与螺杆的轴线24a同轴。锁定机构23设置在传动机构的连接套筒70与壳体18之间。
[0040]如图3更清楚地所示，锁定机构23包括围绕连接套筒70安装并且由所述套筒支撑的外壳80、沿径向布置在外壳80与套筒70之间的单向离合器或飞轮82(示意性示出)、由外壳支撑并安装成与壳体18轴向接触的摩擦环84、以及沿轴向设置在所述摩擦环与外壳80之间的多个弹性垫圈86。“与壳体轴向接触”应被理解为与壳体18直接轴向接触或者通过固定到所述壳体上的部件间接径向接触。可替代地，摩擦环84与壳体18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，仍然存在轴向接触。在图示的例子中，壳体18包括环形盘88，其固定在一个轴向端部并且摩擦环84沿轴向抵靠到其上。盘88通过任何适当的装置例如通过螺纹固定到壳体的孔18a。在图示的例子中，盘88具有L形截面。密封装置(未标出)设置在盘88与连接套筒的轴向部70a之间。
[0041 ]外壳80包括环形内衬套90和安装到所述衬套上的环形外主体92。衬套90沿径向围绕连接套筒70，并且设置有阶梯孔90a和其上安装有主体92的相对的外表面90b。所述主体92通过任何适当的装置例如通过螺纹和螺杆被固定到衬套的外表面90b。密封装置(未标出)设置在主体92与壳体18之间，并且设置在所述主体与连接套筒的阶梯轴向部70c之间。
[0042]如图4和5所示，飞轮82包括多个楔形凸轮或楔块94以及用于保持所述楔块的环形保持架96。楔块94设置在分别由外壳80和套筒70形成的外内滑动轨道或滚道之间。更精确地，外滑动滚道由衬套的孔90a形成，且内滑动滚道由套筒70的轴向部70c的外表面形成。楔块94可连同传动机构的套筒70和外壳80—起在锁定位置之间移动。楔块94安装成与传动机构22以及与壳体80径向接触。“径向接触”应被理解为与传动机构22以及与外壳80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间接径向接触。在图示的例子中，楔块94在形状上是轴对称的。
[0043]保持架96包括用于楔块94的多个窗口或凹处98。凹处98在圆周方向上相对于彼此均匀地间隔开。在保持架96和套筒70或者在所述保持架和外壳80之间没有接触。环形整体形状的保持架96可以有利地由薄金属板坯料通过折叠、切割和冲压形成，或者可替代地由合成材料比如聚酰胺形成。
[0044]飞轮82还包括安装在保持架96内与所述保持架的孔径向接触的弹簧100。弹簧100是以本身卷绕且端对端或部分重叠连接的环状金属带的形式制成。例如，弹簧100可以由薄金属板坯料通过折叠、切割和冲压形成，或者通过模制合成材料比如聚酰胺形成。
[0045]弹簧100包括多个腔或凹处(未标出)，它们相对于彼此均匀地沿周向间隔开并且面对保持架的凹处98以便能够安装楔块94。弹簧100还包括每个楔块94至少一个弹性回复舌104，其从凹处的边缘开始并且沿周向伸入所述凹处用于推动相关的楔块94。每个舌104被设计成压靠着相关的楔块94，以便施加趋向于保持楔块94与外内滑动滚道接触的倾斜扭矩。舌104是彼此相同的，并且设置在保持架96和楔块94之间。作为变型，还可以提供与每个楔块相关的单个复位元件，例如放置在楔块94和保持架96之间的弹性复位弹簧。
[0046]再次参照图3，锁定机构23还包括滚动轴承106，以引导传动机构的连接套筒70相对于外壳80的旋转。滚动轴承106沿径向设置在套筒的轴向部70c与外壳的内衬套的孔90a之间。滚动轴承106沿轴向位于靠近飞轮82同时与后者保持一定距离。阀操作器组件10还包括保护垫圈112，其沿轴向介于滚动轴承106与飞轮82之间，并且其沿轴向抵靠着外壳的衬套90。
[0047]摩擦环84和弹性垫圈86沿轴向位于壳体18与外壳80之间。摩擦环84和弹性垫圈86沿径向位于内衬套90与外壳的外主体92之间。摩擦环84不同于弹性垫圈86。如稍后描述的那样，摩擦环84在弹簧82的作用下相对于传动机构22、壳体18以及外壳80在轴向方向上是可移动的。
[0048]摩擦环84具有环形形式，并且以摩擦的方式与壳体18的盘18接合。摩擦环84由壳体80支撑。在图示的例子中，摩擦环84由外壳的内衬套90支撑并且安装在其外表面90b上。销108设置在衬套的外表面90b上并且沿径向伸入形成在摩擦环84的孔上的凹部中。摩擦环84在圆周方向上与外壳的衬套90固定在一起。摩擦环84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。如后面将要描述的那样，摩擦环84适于在所述环与壳体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。
[0049]弹性垫圈86沿轴向设置在摩擦环84与外壳80的外主体92之间。弹性垫圈86沿轴向位于关于摩擦环84在与壳体18相反的侧上。在图示的例子中，摩擦环84在一侧上紧贴着壳体的盘88轴向接触并且在另一侧上与弹性垫圈86轴向接触。弹性垫圈86是环形的，彼此相同且沿轴向堆叠。在图示的例子中，垫圈86是波形弹簧垫圈。可替代地，垫圈96可以是贝氏型的。弹性垫圈86之一沿轴向抵靠着摩擦环84，而另一垫圈86沿轴向抵靠着外壳的外主体92ο
[0050]弹性垫圈86施加永久的轴向力于摩擦环84上，其趋于推动所述摩擦环紧贴着壳体的盘88。通过施加轴向预载，垫圈86作用于摩擦环84上。由垫圈86施加的轴向力对摩擦环84施加预应力以紧贴着壳体18，以便保持它们之间的轴向接触。
[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，只有流体压力施加在阀杆16和传动机构的螺杆24这两者上。图4上的箭头110示出了易于在流体压力下发生的传动机构2 2的反向驱动扭矩。在图示的例子中，所述反向驱动扭矩定向在逆时针方向上。飞轮82安装成使得在静止位置，楔块94处于传动机构的套筒70与外壳80之间的锁定位置，以便产生具有与反向驱动扭矩的方向相反的方向的制动扭矩。
[0052]摩擦环84在所述环和壳体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传动机构22的反向驱动扭矩。有利地，摩擦环84创建的摩擦扭矩大于或等于所述反向驱动扭矩。没有摩擦环84在流体压力下相对于壳体18的角运动。确定摩擦环84的材料和/或其径向长度，以便获得所需的摩擦扭矩。
[0053]在该静止位置，外壳80和摩擦环84由飞轮82旋转地锁定在内侧上。在飞轮82和外壳80与摩擦环84之间没有相对角运动。此外，摩擦环84和壳体18之间的摩擦扭矩防止这两个元件之间的相对角运动。因此，传动机构的套筒70采用固定壳体18固定或锁定。锁定机构23用作联接装置，其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之间的相对圆周运动。
[0054]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，而是由包括含有飞轮82和摩擦环84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。
[0055]当操作者在由流体施加在闸阀的阀杆16上的力根据其而有助于螺杆24的轴向运动的方向上施加扭矩于手轮72上时，飞轮82保持在传动机构的连接套筒70与外壳80之间的锁定位置。操作扭矩被施加在与传动机构22的反向驱动扭矩的相同方向上。当输入构件20在反向驱动扭矩110的方向上旋转时，飞轮82处于锁定位置。
[0056]当由操作者施加的操纵扭矩大于摩擦环84与壳体18之间的摩擦扭矩连同致动闸阀的有用扭矩一起时，反转滚柱丝杠机构的套筒70和螺母28、外壳80以及摩擦环84都在相对于壳体18的相同方向上旋转。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。
[0057]摩擦环84在壳体18上的滑动产生的扭矩增加了在手轮72上所需的扭矩，但是以可接受的方式，因为由流体施加在闸阀的阀杆16上的力有助于减少螺杆24上的力且然后有助于所述螺杆的位移。
[0058]当操作者施加相反的扭矩于手轮上时，楔块94在相反的方向上枢转或倾斜，这导致所述楔块的解锁或释放。采用所述施加的扭矩，飞轮82在传动机构的套筒70与外壳80之间的解锁位置中切换。反转滚柱丝杠机构的套筒70和螺母28相对于飞轮82、摩擦环84、外壳80以及壳体18旋转，因为所述飞轮的拖曳扭矩小于摩擦环84和壳体18之间的摩擦扭矩。防止了摩擦环84相对于壳体18和飞轮82的角运动。
[0059 ]手轮7 2的角位移被转换成闸阀的阀杆16在与压力方向相反的方向上的轴向运动。手轮72上的所需扭矩被限制为致动闸阀12的有用扭矩连同飞轮82的拖曳扭矩一起。因此，由于使用了飞轮82，所以没有必要施加额外的扭矩来对抗由摩擦环84施加的摩擦扭矩。当操作者不再在反向驱动扭矩的相反方向上施加扭矩时，飞轮82在锁定位置中切换。
[0060]在阀操作器组件10中，飞轮82与外壳80相配合，且在圆周方向上固定在所述外壳上的摩擦环84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连同所述壳体一起。在这样的静止位置，传动机构22通过飞轮80的锁定动作和摩擦环84与壳体18之间的摩擦刚性地连接到壳体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。
[0061 ]此外，锁定机构的飞轮82使得能够限制输入构件20上的所需扭矩，以在与由流体所施加的力相反的方向上致动传动机构的螺杆24和闸阀的阀杆16。实际在这种情况下，摩擦环84相对于壳体18的角运动得到防止。
[0062]此外，由于使用弹性弹簧82(其沿轴向作用在摩擦装置80上并且施加指向壳体12的轴向力)，所述壳体与摩擦装置80之间的轴向摩擦接触得到维持，即使摩擦环88具有磨损。弹性垫圈86使得能够实现摩擦环84与壳体12之间的永久轴向接触。
[0063]在摩擦环84磨损的情况下，在由弹性垫圈86施加的轴向作用下，摩擦环84相对于传动机构22以及外壳80沿轴向朝向壳体18移动。弹性垫圈86的轴向载荷对摩擦环84朝向壳体18施加预应力。因此，如果摩擦环84发生磨损的话，该载荷使得有可能占据任何轴向间隙。弹性垫圈86从而能够实现摩擦环84与壳体18之间的永久轴向摩擦接触。
[0064]在此图示的例子中，摩擦环84在一侧上紧贴着壳体18轴向接触并且在另一侧上与弹性垫圈86轴向接触。可替代地，还可以提供在摩擦环84与壳体18和/或垫圈86之间的楔形接触。因此，存在径向和轴向接触的组合。
[0065]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。另外，用于组件10的所需空间减小。
[0066]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6所示的标准行星滚柱丝杠机构的阀操作器组件。
[0067]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120，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122;以及多个相同的滚子124，其沿径向设置在螺杆24和螺母122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。
[0068]机构120还包括两个环形齿轮126、128，它们安装在螺母122的非螺纹部中并且每个包括啮合滚子124的齿轮齿用于其同步的内齿轮齿。每个齿轮126、128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122的径向表面。
[0069]机构120还包括:两个隔离环130、132，每个都沿径向安装在螺杆24与相关的齿轮126、128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126、128的孔上以便沿轴向保持相应的隔离环130、132的凹槽中。每个隔离环130、132设置有其内部容纳有滚子124的螺栓的多个轴向通孔。
[0070]机构120还包括外套筒134，其具有的轴向孔134a具有阶梯的形式并且其内部容纳有螺母122和滚子124。螺母122被固定到套筒134。齿轮128沿轴向抵靠着螺母的阶梯孔134a的径向环形肩部。沿轴向在相对侧上，保持环136被固定到所述孔中并且沿轴向紧贴着该机构的另一齿轮126接触。
[0071]滚动轴承60至64安装在套筒134的外表面上。套筒134沿径向设置在螺母122和滚动轴承60至64之间。滚动轴承64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134b安装。凸缘134b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134b并且沿轴向抵靠着所述凸缘。可替代地，还可以将螺母122和套筒134制成一个单个部件。在这种情况下，滚动轴承60至64被直接安装在螺母的外表面上。
[0072]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134及行星滚柱丝杠机构的螺母122。由于螺母122的旋转，滚子124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122，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。
[0073]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。
[0074]在图7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140，其包括的螺母142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144，它们沿径向设置在螺杆24和螺母142之间并且接合所述螺母的螺纹和螺杆的螺纹146。螺母142被安装到外套筒134的孔134a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136被固定到外套筒的孔134a中并且沿轴向紧贴着螺母142接触。螺母142被固定到外套筒134。可替代地，螺母142与套筒可被制成在一个部件中。螺母142包括再循环装置148、150，它们安装到其厚度中来实现滚珠144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。
[0075]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。
[0076]在所公开的例子中，外壳80被制成两个单独的部件，即内衬套90和外主体92。在一个变型中，还可以将外壳制成一个单一部件。在图示的例子中，摩擦装置仅包括摩擦环。可替代地，摩擦装置可进一步包括其上安装有摩擦环的支撑环。在此情况下，弹性垫圈之一沿轴向抵靠着支撑环。在图示的例子中，飞轮包括用作锁定构件的多个楔块。可替代地，还可以使用其它类型的飞轮，例如具有锁定滚子的飞轮。
[0077]在前面的例子中，提供了两个弹性垫圈来偏压摩擦环84抵靠着壳体18。垫圈的数量可以增加或减少。可替代地，还可以提供其他机械致动器来施加轴向预载于摩擦环84上，比如弹性压缩弹簧或扭转弹簧、或者具有环形形式并且由弹性材料例如弹性体比如丁腈橡胶或聚氨酯制成的预应力或预载元件。
[0078]在所公开的示例中，锁定机构设置有预应力或预载元件来维持摩擦环84与壳体之间的轴向接触，即使所述摩擦环存在磨损。在变型中，可能不能预见这样的预应力元件。然而，在这种情况下，摩擦环84与壳体18之间的永久轴向接触不能得到保证。
[0079]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，连接套筒连接到螺杆。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(18)、相对于所述壳体可旋转地安装的输入构件(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的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，所述组件还包括锁定机构(23)，其设置有安装在所述传动机构(22)和/或壳体(18)上的外壳(80)、包括安装成与所述传动机构(22)和所述外壳(80)径向接触的多个锁定构件(94)的至少一个飞轮(82)、以及沿轴向设置在所述外壳和壳体(18)之间并且安装成与所述壳体轴向接触的摩擦装置(84)，所述摩擦装置(84)、飞轮(82)以及外壳(80) —起配合来将传动机构(22)与壳体(18)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，所述飞轮(82)布置成使得在所述静止位置，所述锁定构件(94)处于锁定位置，以便产生与所述传动机构(22)的反向驱动扭矩相反的制动扭矩。3.根据权利要求2所述的阀操作器组件，其中，所述锁定构件(94)在输入构件(20)相对于壳体(18)在传动机构(22)的反向驱动扭矩的方向上旋转时处于所述锁定位置，并且其中，当输入构件(20)在所述反向驱动扭矩的相反方向上旋转时，锁定构件(94)在解锁位置中切换。4.根据前述权利要求中任一项所述的阀操作器组件，其中，所述摩擦装置(84)适于在所述摩擦装置与壳体(18)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(22)的反向驱动扭矩。5.根据权利要求4所述的阀操作器组件，其中，所述摩擦装置(84)适于在所述摩擦装置与壳体(18)之间产生大于或等于所述反向驱动扭矩的摩擦扭矩。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(84)在圆周方向上与所述外壳(80)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，所述锁定机构(23)还包括至少一个预应力元件(86)，其沿轴向作用在摩擦装置(84)上，以维持所述摩擦装置与壳体(18)之间的轴向接触。8.根据权利要求7所述的阀操作器组件，其中，所述摩擦装置(84)可在所述预应力元件(86)的作用下在相对于所述传动机构(22)、壳体(18)以及外壳(80)的轴向方向上移动。9.根据权利要求7或8所述的阀操作器组件，其中，所述预应力元件(86)沿轴向位于所述摩擦装置(84)与外壳(80)之间。10.根据权利要求9所述的阀操作器组件，其中，所述预应力元件(86)安装成与所述摩擦装置(84)以及与所述外壳(80)轴向接触。11.根据前述权利要求7至10中任一项所述的阀操作器组件，其中，所述预应力元件(86)包括机械致动器。12.根据前述权利要求中任一项所述的阀操作器组件，其中，所述外壳(80)包括支撑所述摩擦装置(84)并且安装成与所述飞轮的锁定构件(94)径向接触的内衬套(90)和固定到所述内衬套上的外主体(92)。13.根据权利要求12在从属于前述权利要求7至10中任一项时所述的阀操作器组件，其中，所述预应力元件(86)沿轴向抵靠着所述外壳的外主体(92)。14.根据前述权利要求中任一项所述的阀操作器组件，其中，所述传动机构(22)还包括连接到所述机构的旋转元件(28)并且其上安装有所述输入构件(20)的连接套筒(70)，所述锁定机构(23)设置在所述连接套筒(70)与壳体(18)之间。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)。16.—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】F16K35/04GK105899862SQ201380081966
【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