CN100513845C - 阀门装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阀门装置，该阀门装置包括：安全阀，位于向用户建筑物地点处供应流体介质的供应管道中；以及机械致动器，该机械致动器启动安全阀，且机械连接于并远离安全阀。机械致动器适于固定在用户建筑物地点上并由柔性线缆连接于安全阀。机械致动器包括：线缆固定器，可操作该线缆固定器以将柔性线缆保持在阀门打开位置；以及线缆松脱机构，可操作该线缆松脱机构以使线缆固定器从将柔性线缆保持在打开位置的状态下松开，从而使安全阀关闭。这使致动器可以直接位于用户建筑物地点处，从而不需要对阀门进行单独支承。阀门可设置有T型配件或为单独的闸阀。机械致动器可由地震扰动、手动或者由远程的传感器或家庭安全系统的动作而致动。

Description

阀门装置

相关申请的交叉引用

根据35 U.S.C 119，本发明要求2003年11月20日递交的在先临时申请60/523,320的优先权。

技术领域

本发明涉及地震安全阀及其致动器。具体来说，它涉及用于在地震中切断向一建筑的供气的阀门以及这样的阀门是怎样致动的。

背景技术

在已有技术中已知有各种用来在地震的情况下切断供气系统的装置。例如，美国专利4,311,171、4,565,208和4,475,565都说明了设计用来在地震的情况下切断气流的不同类型阀门。

申请人自己所有的已有阀门和系统包括美国专利4,903,720、5,119,841、5,409，031、6，085,772和6,705,340中的那些。这些不同的专利解决了关于在地震时将通向使用点的天然气流关闭的各种问题。这些专利还认识到其它的扰动也会适当地引发将气流关闭。它们都有将气流在用户建筑物地点之外切断的概念。例如断流阀可位于用户建筑物地点的外部的煤气表处或附近。

然而，本发明认识到，现在市场上的某些已有阀门装置有很多问题。例如，在已有的阀门中，检测地震活动以触发阀门关闭的传感器机构与阀门本身相结合。这就要求阀门是水平的。它还要求阀门本身就支承于建筑，即直接固定在用户建筑物地点上，从而可适当地感应地震活动。这就要求设置刚性支承，这就增加了在地震时管子在阀门之前断裂的可能。安装阀门时的劳务成本就比较高。

已有技术的阀门还要求安装附加的配件且不适用于“聪明的”控制，并且只限于地震的应用。另外，它们不可用在水中。通常需要将水从装置中排出，且阀门结构自身也常常导致气体流动不良。

另外，本发明人认识到已有技术不具备诸如手动关闭的所需特性。它们还不能主动“关闭”，换句话说，即阀门会在关闭之后自动复位。已有技术阀门的状态指示器也难以读取，并且会引起许多错误的阀门触发。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种可解决以上已有技术的问题的地震安全阀以及用于该阀门的致动器。具体来说，本发明的目的是减少成本、减少安装时间并减少安装所需的空间。本发明的一个特定目的是提供一种不象已有技术那样需要支承的阀门装置。本发明的另一个目的是确保通过阀门的气体完全流通，从而使阀门可用于聪明的控制，因而可用于市场上不同类型的系统，且使阀门可用于水。

本发明的另一个目的是提供一种可容易地普及于不同类型的不同尺寸装置的阀门装置，为阀门设置易于读取的状态指示器，该指示器可具有一远程状态选项，并且还提供一种阀门，其中阀门将主动地切断，从而阀门不会自己复位。

根据本发明的上述目标可通过一种阀门装置达到，该阀门装置，包括：安全阀，该安全阀位于向用户建筑物地点处供应流体介质的供应管道中；以及机械致动器，该机械致动器启动安全阀，且机械连接于安全阀并远离安全阀，机械致动器适于固定在用户建筑物地点上，机械致动器由柔性线缆连接于安全阀，机械致动器包括：线缆固定器，可操作该线缆固定器以将柔性线缆保持在阀门打开位置；以及线缆松脱机构，可操作该线缆松脱机构以使线缆固定器从将柔性线缆保持在打开位置的状态下松开，从而使安全阀关闭。

供应管可包括一T型管，安全阀位于该T型管中。T型管有三个开口，阀门安装在开口中的一个中，另外两个开口形成流体的一入口和一出口。阀件由机械致动器保持在打开位置上，而一弹簧将阀件向出口与入口间切断的一关闭位置偏置。一致动器壳体连接于T型管开口，一阀件安装在致动器壳体的内端，且弹簧被容纳在致动器壳体中，柔性线缆连接于阀件。

或者，供应管道可为两根供应管，在它们各自的端部之间设置有安全阀。在此情况下，安全阀较佳地包括一闸阀。闸阀包括一闸阀阀套和在阀套中的一闸板，该闸板由机械致动器保持在打开位置上，且有一弹簧将闸板向关闭位置偏置，在该关闭位置处两根供应管互相间关闭。闸阀阀套具有围绕流体流动通道的一内密封件和一外密封件。闸板在两个密封件之间可滑动到流体流动通道关闭的位置。

根据本发明的一个具体的有利方面，闸阀阀套分别通过两个连接装置连接于两根供应管，这两个连接装置各自包括：一联管螺母，该联管螺母螺纹连接于闸阀阀套；一插入件，该插入件与联管螺母接合；以及在与插入件接合的各个供应管上的螺纹。每个联管螺母在该联管螺母的闸阀阀套侧连接于闸阀阀套并具有在联管螺母的供应管侧与插入件法兰接合的一法兰。插入件螺纹连接于插入件的闸阀阀套侧的管子的螺纹处。该装置通过减小连接器所占用的空间而使各个供应管的端部之间的空间最小。

线缆固定器较佳地为由一制动器固定的可移动构件，从而使柔性线缆保持在阀门打开位置。可操作线缆松脱机构以将可移动构件从由制动器固定的状态下松开。制动器包括由一杆保持在位以固定可移动构件的制动件。线缆松脱机构包括一可松开的插销，可操作该插销，从而首先将杆保持在位以固定可移动构件，其次可松开该杆。

线缆松脱机构较佳地包括一传感器和一插销松脱器，可操作该插销松脱器以响应传感器的动作来将插销松开。较佳地还设置有一手动关闭触发器，以手动操作插销并关闭安全阀。手动触发器连接有一电磁线圈，从而可响应一电子信号而对其远程操作。

传感器较佳地包括可响应地震活动而运动的一球体以及可响应球体的运动而致动从而接合和松开插销的一挡板。可移动构件较佳地具有一凸轮件，在该凸轮件从受制动器的固定状态下松开之后，它可根据可移动构件的移动来接合和复位挡板和球体。

制动件可包括一锁杆，该锁杆与机械致动器的一壳体的锁面接合。或者，制动件可为杆上与机械致动器的一壳体的锁面接合的一突起。作为另一个替代方案，制动件可包括一球体，该球体由杆保持在位，从而通过与机械致动器的一固定部分接合而固定可移动构件。

机械致动器较佳地还具有一复位手柄，该手柄与可移动构件连接且可操作该手柄以复位可移动构件，从而由制动器固定。这就克服阀件的偏置力而将阀件同柔性线缆一起向阀门打开位置拉。较佳地，可移动构件为可旋转的轴毂且复位手柄与该轴毂连接。根据本发明的另一个较佳地特征，较佳地在其上具有关闭或打开指示器的复位手柄可与轴毂一起旋转并在其设定位置之一、即或者是关闭位置或者是打开位置处将另一个关闭或打开指示器遮住，从而可指示阀门的状态。

根据以上的发明，通过使机械制动器远离安全阀本身，相对于用户建筑物地点，安全阀不需要受支承。这就减少了安装时间且不需要支承。例如，致动器壳体可直接安装在用户建筑物地点上而不需要任何支承，且不需要这些附加的支承所需的安装时间。

通过使用占用较小空间的阀门的T型管接合或闸阀，可以减少阀门所需的空间。另外，通过使用不会改变流向或减小流动通道的T型管接合或闸阀，可以确保通过阀门的气体完全流通。即使阀门本身基本上是机械结构，通过响应外部电子信号来关闭，阀门也可适用于“聪明的”控制。这就可将阀门和更加现代化的集成控制和安全系统一起使用以用于住家和其它建筑。

另外，根据本发明的机械致动器可与不同尺寸的安全阀一起使用。也就是说，致动器本身并不依赖于使用该致动器的阀门尺寸。

本发明还提供了一种易于读取的状态指示器。根据本发明的阀门还提供一主动关闭位置，该位置不能自己复位，因为阀件被偏置到关闭位置且机械致动器被固定在该位置处直到主动复位为止。

本阀门还提供了一种地震安全装置，包括：在一用户建筑物地点处的一公用事业产品源中的一公用事业产品切断装置；以及启动公用事业产品切断装置的一机械致动器，该机械致动器与公用事业产品切断装置机械连接，且远离公用事业产品切断装置，机械致动器由一柔性线缆与公用事业产品切断装置连接，公用事业产品切断装置由一致动弹簧向一切断位置偏置并由机械致动器的柔性线缆保持在一工作位置，机械致动器是一触发器，该触发器可通过松开柔性线缆的一固定位置而触发公用事业产品切断装置的切断，公用事业产品切断装置为位于到达用户建筑物地点处的供电线路中的一电气开关。

附图说明

以下结合附图对本发明的优选实施例的详细描述将使本发明的以上和其它方面变得清楚，在这些附图中：

图1是采用T形阀的一安全阀和阀门致动器的示意图；

图2是类似于图1的视图，其中将阀门致动器拆下；

图3是类似于图1和2的视图，其中示出了在未触发的阀门打开(ON)位置状态下阀门和阀门致动器的内部；

图4是类似于图3的视图，其中示出了阀门致动器的触发；

图5是类似于图3和4的视图，其中示出了在阀门关闭位置状态下的阀门和阀门致动器；

图6是在阀门未触发的打开位置上的阀门致动器的视图；

图7是类似于图6的视图，其中示出了对阀门致动器的手动触发；

图8是类似于图3的视图，但其中示出的是一闸阀；

图9是类似于图2的视图，其中示出了闸阀处于关闭(OFF)位置；

图10是闸阀及其与毗邻管道的连接的截面图；

图11包括将闸阀阀套与管道端部连接的连接器装置的分解立体图，沿图11B中的线A-A截取的组装好的连接器装置横截面图，组装好的连接器装置的端视图以及组装好的连接器装置的立体图；

图12示出了在第一个实施例中处于阀门打开位置的松脱机构的替代方案；

图13示出了处于触发位置的图12所示松脱机构；

图14示出了第一个实施例的松脱机构的另一个替代方案；

图15示出了处于触发位置的图14所示松脱机构；

图16是球形制动件的作用力分析示意图；

图17是插销和杆的作用力分析示意图；

图18是插销、杆、制动件和止档件的作用力分析示意图；

图19类似于图18，其中示出了对插销的角度修整；

图21是示出了作用在根据第一个实施例的松脱机构上的力的示意图；

图20是根据第一个实施例的插销和杆的一部分的示意图；

图22是根据第一个实施例的传感器和松脱机构的分解立体图；

图23是类似于图12中的替代方案的松脱机构的侧视图，其中部分为截面图；

图24示出了处于刚刚启动后的状态的图25所示松脱机构；

图25是图25所示松脱机构的挡板机构的立体图；

图26是用于图25所示松脱机构的插销和杆的平面图；

图27是从右侧看到的沿图28的横截面截取的横截面图；

图28是将挡板拆掉的图25所示松脱机构的平面图；

图29是图30所示松脱机构的侧视图；

图30是根据本发明的另一个实施例的处于致动位置的开关的触发装置的示意图；

图31是处于复位位置的图32所示实施例的视图。

具体实施方式

图1总的示出了位于向用户建筑物地点供应流体介质的供应管中的安全阀以及启动安全阀的机械致动器。在这个实施例中，安全阀具体为“T”型管，它包括气体入口11和气体出口12。如可从图3中所见的，阀套13将阀门元件安装到T型管10上。

回到图1，机械致动器17在该图中总的示出并连接于阀套13但又远离安全阀。如上所讨论的，这使机械致动器可以例如直接安装在建筑上，从而避免需要支承，同时又可将阀门安装在供应管上。这就不需要支承阀门自身了。

该阀门至少包括安装有活塞21同时由弹簧22向出口12偏置的阀件或止档件20。阀门密封件19设置在出口以在止档件20受弹簧22偏压而与密封件19接触的时候密封关闭的阀门。注意图5所示的。

连接于机械致动器17的线缆23阻止阀件20关闭阀门。线缆23(可从图3看到)连接用于阀件延伸通过阀套13并通过管子连接器14。管子15保护阀套13和机械致动器17之间的线缆并与安装在机械致动器17上的另一个管子连接器16连接。

机械致动器17适用于通过例如用诸如螺栓之类的适当的已知方式直接将机械致动器17的基座安装在房子上而安装在用户建筑物地点。这就不需要如已有技术所要的那样去支承阀门结构。在市场上的现有的机械阀门需要这样的支承，因为它们的传感装置位于阀门自身中且不与阀门分离。

如可从图1中所见的，机械致动器17设置有用来观测阀门状态(ON或OFF)的状态观测仪17a。如图1和2所示设置有状态指示器ON的符号，将状态指示器OFF符号18a暴露出来以在阀门致动时通过状态观测仪17a来说明。

通过将关闭的阀门定位在根据该第一个实施例的标准T型配件中，安装和拆卸都变得快速和简便。阀门的安装变得与安装标准T型配件一样简单。标准T型配件可替代供气系统中已有的弯管。如从图3可以看到的，除了T型管自身以外，阀门本身并没有额外的流量限制。随着阀门主动关闭，在启动后阀门就没有可能自己再次打开了。使用带有标准T型配件的阀门还可在阀门中得到极低的内部泄漏，大大低于规定标准。

请看图2，机械致动器17包括安装在基座上并容纳机械致动器的元件的触发器壳体26。触发器壳体盖将这些元件盖住，而包括状态指示器ON的复位手柄位于触发器壳体盖的外侧，

现在转到图3，可以看到线缆23与转子轴毂27连接。转子轴毂27作为可运动的构件，在阀门触发时，该构件可在运动的同时夹持住线缆23。标号28表示连接复位手柄的手柄连接件，但同时也指出转子轴毂27的旋转轴线。

线缆23通过已知的方式连接于转子轴毂27。在图3所示的位置中，转子轴毂27固定在位，克服弹簧22的力而将线缆23和止档件20收回。这样，在图3所示的位置中，作为线缆23的线缆固定器的转子轴毂27受来自弹簧22作用线缆23上的力的偏压而沿顺时针方向旋转。由制动器来使其旋转停止，从而将柔性线缆23固定在阀门打开位置。

在这个实施例中，制动器包括接合于转子轴毂27的边缘和锁片30之间以防转子轴毂27运动的锁止球29。锁止球29由设置在转子轴毂27中的适当的通道中的两个间隔球31和31a固定。这两个间隔球则由杆32固定。当杆32如图4所示那样松开间隔球31和31a时，锁止球29可如图4所示那样运动到左面。锁片30的角度有助于确保锁止球29在线缆23所拉动的转子轴毂27所产生的力的作用下向左运动。再看以下的讨论。

可操作线缆松脱机构来松开转子轴毂27。在这个实施例中，线缆松脱机构使杆32从其将间隔球31和31a固定在位的位置松开，以使锁止球29可以运动，从而转子轴毂27也可运动。这样，在这个实施例中，线缆松脱机构包括可松开的插销，该插销将杆32固定在位，且可操作该插销以松开杆子，从而使转子轴毂27可运动。可松开的插销由标号34表示。如从图4中可见，当插销34绕插销枢轴35运动以松开杆32时，杆32因间隔球31和31a通过作用在锁止球29上的力而施加的力而克服回复弹簧32a的力绕杆子枢轴33旋转。线缆松脱机构还包括一传感器和可操作用来响应传感器的启动而将插销34松开的一插销松脱器。将在以下对插销表面36的进一步详述中讨论插销和杆之间的互相作用。还要注意对锁止球29相对于垂直力的启动以及锁止球和锁片角30a的讨论，以使锁止球向左运动。

在这个实施例中，传感器具体为挡板38，该挡板在挡板枢轴39上旋转并带有磁体或标志40。惯性球41安装在基架42上。当产生预定量的地震扰动时，惯性球41掉下基架42并落到挡板38上，从而绕挡板枢轴39将挡板38枢转到图4所示的位置上。在这个位置上，挡板磁体或标志40与插销34上的磁体或标志37接合以松开杆32。虽然在本实施例中以挡板装置较佳，但对那些熟悉本领域技术的人员来说可以采用各种传感器装置和转子轴毂27的松脱方法。例如可以关注美国专利6,705,340、6,085,772、5,409,031、5,119，841和4,903,720中所揭示的各种关闭机构，这些专利每个都被结合于此作为参照。

现在转到图4和图5之间的比较上，可以看到，在有地震扰动时，惯性球41从其基架42上落下而与挡板38接合。这使插销34如图4所示那样被松脱。这使杆32可由锁止球29的力克服其回复弹簧力而运动，使转子轴毂27沿顺时针方向旋转。这就可通过管子将线缆23从壳体26中拉出从而使阀门20可以靠着密封件19关闭。这是图5所示的状态。这样，阀门的关闭状态造成入口11和出口12之间的气流被切断。

在从图4所示的点旋转到图5所示的点的过程中，转子轴毂27的凸轮表面27a与挡板凸轮从动件38a接合以将挡板38退回到它的初始位置，如图5所示。这使惯性球41回到基架42。在阀门关闭的过程中，通过挡板凸轮从动件38a和转子轴毂27的凸轮表面38b之间的接合一直保持这一状态。换句话说，在阀门关闭的过程中，其它的地震扰动不会使挡板38回到其致动位置。或者，在复位阀门之后，它将准备再次致动。

当阀门致动时，如上所提示的，复位手柄50随着转子轴毂27旋转，从而如图9所示那样使OFF指示器暴露出来。通过在打开机械致动器上的外罩之后使用手柄50来复位机械致动器17。转子轴毂27简单地由手柄50旋转归位，直到回复弹簧32a使杆32抵靠锁止球29推动间隔球31和31a并进入其如图6所示作为制动器的位置为止。

手动关闭按钮51设置在触发器壳体26的顶部以用于手动启动阀门的关闭。回复弹簧51a将手动关闭按钮51偏置到图6所示的位置上。克服回复弹簧51a的偏置力按动手动关闭按钮51，从而将挡板38按下以通过例如挡板38的磁体或标志40与插销34上的磁体或标志37之间的磁力与插销34接合。电磁线圈53绕手动关闭销52设置，从而实质上可通过电磁线圈53的启动而实现手动关闭零件的远程致动。这样，按钮51由可受线圈的磁力吸引的材料制成，从而移动按钮销以使挡板38翻转。这样的电磁线圈可通过将其与任意数量的零件互相连接而远程致动，这些零件包括一氧化碳气体传感器、家庭安全系统等。这样，阀门系统不仅可适用于提供地震原因的切断、手动切断，而且可适用于响应在使用地点处可能发生的多种紧急情况而切断。

图8-11是指替代第一个实施例的T型阀的闸阀。虽然阀门及其安装是不同的，但机械致动器17基本相同，如可从图8所看到的那样。

在这个实施例中，闸阀阀套60具有通过其间以用于管子70之间的气体流的流体通道61。闸板62由第一和第二闸板弹簧64和64a向关闭位置偏置。图8示出了打开位置，在该位置处，用与上述所讨论的相同的方法由线缆23和机械致动器17将闸板固定在打开位置。线缆23通过适当的线缆闸板连接器65连接于闸板62。弹簧64和64a由弹簧闸板连接器66连接于闸板和连接器销66a。在这个实施例中，类似于第一个实施例，机械致动器17的触发使线缆23可在弹簧64和64a的偏置下运动，从而将闸板62推到其切断流体通道的关闭位置。该位置在图9中示出。应该指出，闸板62受支承且可在两个密封件63之间浮动。再看图10。密封件固定器63b包括固定它们各自的密封件63的槽63a。阀套在阀门的关闭位置处为闸板62的运动设置有止档件。另外，闸阀阀套60中的弹簧圆筒67形成为用于弹簧64和64a的扩张。如可从图9中所见到的，在关闭位置处，通过弹簧闸板连接器66对闸板的作用，弹簧迫使闸板62的端部62a抵靠阀套60。

如可从图10和11中最清楚地看到的，本发明的一个有优势的方面是可使安装闸板时只占用少量空间、且允许闸板相对容易地安装在管子端部的连接器装置。另外，该闸阀还可用于以煤气或水作为所要切断的流体介质。

连接装置包括用于与闸阀阀套60和管子70的端部连接并接合的联管螺母71和插入件72。在附图中，标号70a和70b代表管子端部。插入件72在插入件的闸阀阀套侧螺纹连接于管子的各个端部，即插入件上的螺纹形成在其离闸阀阀套最近的一侧。它们还包括法兰作为在插入件的管侧、即在插入件远离闸阀阀套60的一侧与联管螺母71和71a接合的接合部分。联管螺母71和71a随后与插入件72的这些法兰分别接合并与闸阀阀套60上相应的闸阀阀套联管螺母螺纹60a螺纹连接。联管螺母上的这些螺纹在其闸阀阀套侧，而它们的法兰在联管螺母的管侧与插入件上的插入件法兰接合。如可从图10中最清楚地看到的，这一布置确保将闸阀安装在管子端部70a和70b之间所需的空间量最小。在附图中看到，标号71b和72c代表用来在插入件、联管螺母和闸阀阀套之间密封上、下联管螺母密封件，如图所示。换句话说，管子螺纹连接于插入件内，从而管子端部在联管螺母内侧而不是如通常的联管配件那样在外侧。这样，管子的端部与标准的联管配件相比更加靠近。

在阀门的第二个实施例中，应该注意的是，闸板只是部分地受到支承。也就是说，如图9所示，闸板的端部形成半圆形，从而形成通道的一半。在板上没有设置完整的孔。这就可以减小阀门的尺寸，因为当闸板完全关闭时，与闸板在打开位置形成完整的通道相比，该闸板的端部伸出得较少。这还减少闸板运动过程中相应的摩擦。

图9还示出了可供选择的插头16a。这只是使线缆23可以延伸通过不同的地方。对于需要较长的移动量的装置来说这是需要的，例如阀门较大的时候。另外，如果机械致动器可在不同的情况下用于不同尺寸的阀门的话是较好的，这样就可扩展制动器自身的灵活性。

现在转到图12和13，其中示出了关于机械致动器17的第二个替代方案。如可从附图中看到的那样，转子轴毂27、插销34和杆32保持与第一个实施例基本相同，但制动器以不同的方式形成。转子轴毂27由与阀套上的一部分、即锁面82接合的制动件保持在位。该制动件包括锁杆80，该锁杆在锁杆枢轴81附近其下端处形成与锁面接合的制动器。标号80a代表杆子接触点，在该点处，锁杆80的运动受杆32的限制，这类似于第一个实施例中杆32限制间隔球运动的方法。如可从附图中所见，制动器接合点、即锁面82离枢轴点81很近，从而提供了显著的机械效益。也就是说，由于该机械效益，将锁杆80固定在位、从而将转子轴毂27固定在位所需的力减少。这与接触点80a相对于杆32的位置的情况相类似。

类似于第一个实施例，当插销34松开时，杆32可以克服其回复弹簧(未在附图中示出)运动，从而使锁面82处的力推在锁杆80上以使转子轴毂27旋转，使阀门打开。

图14和15中示出了关于机械致动器17的第二个替代方案。类似于第一个替代方案，在这一布置中，间隔球由作为制动器的杆替代。然而，在这个替代方案中，杆32被完全拆掉并由插销34固定在位的单根锁杆90替代。锁杆制动或锁止点92毗邻锁杆枢轴91形成以与阀套接合。该实施例明显地减少了所需的移动零件的数量。另外，同回复弹簧一样，弹簧94可提供弹簧回复力，该力有助于减少插销34上的力并充当回复弹簧。标号93指用以防止杆90的过度旋转的杆子止档件。

比较以上两个关于机械致动器17的替代方案，应该注意到，由于可将两根杆子的杠杆作用结合起来，象第一个实施例那样使用两根杆而不是一根可提供更多的优点。

对于采用锁止球29的第一个实施例，可以用以下方式来确定用于该实施例的适当操作的合适的设计。

给出作用在球体上的垂直力Fn，由于来自阀门的弹簧负荷由线缆传递，可得到作用在球体上的侧向力Fx。参见图16，它是球体、止档件和圆筒的示意图。

Fn是来自弹簧的输入力，在线缆上牵拉而将圆筒拉到球体上。球体的垂直运动受到倾斜角度α的止档件的阻挡。倾斜的止档件提供对球体侧向力Fx，但沿该方向的运动受到球体和圆筒之间的摩擦的阻挡，并且与摩擦系数μ₁成正比。在运动开始时，沿x方向和y方向的∑F＝0，即dx/dt＝0以及d²x/dt²＝0，这意味着：

1.如果球体移到左面，Fx>Ft。以及

2.Fn＝Fy

3.但是，Ft＝μ₁Fn

4.Fx＝sinαFr

5.Fr＝Fy/cosα

将等式3和4组合到等式1中，我们得到等式6：sinαFr>μ₁Fn。将等式2和5组合到等式6中，我们得到等式7：μ₁<tanα。这就是球体要运动的必要条件。钢与钢的摩擦系数通常在0.25到0.35之间，这取决于许多因素，包括接触压力、光滑度、润滑材料、湿度和材料接触的时间长度。为了确保在将插销抬起后球体会运动，接触角的正切需要在最高的期望摩擦系数上有合理的空间。以下是角度及其正切值的表

 

角度(度)	正切
		10	0.176
15	0.268
		20	0.368
25	0.466
		30	0.577

如果假设采用25°的角度来确保球体的运动。除了分析不等式以确定产生运动的最小角度以外，同样的等式可用于得出球体所传递的确切的力。

Fx＝Fn(tanα-μ)       等式8

对于第一个替代方案，请看以下参考图17的分析，该图是该替代方案的示意图。

在以上的分析中计算得到的球体所施加的侧向力Fx会使垂直杆CCW旋转。在枢轴b的上方距离b处杆子施加在插销上的力可通过将绕枢轴的动量总和设置为零而得到。

bFh＝aFx           等式9

如果杆和插销之间的摩擦系数是μ₂，则用来将插销升起的垂直力是：

Fy＝μ₂Fh      等式10。由该等式推导出

Fy/Fn＝μ₂a/b(tanα-μ₁)           等式11

如果a＝0.20、B＝1.00、μ₂＝0.30、μ₁＝0.20以及α＝25°，则

R＝Fy/Fn＝0.16＝16％

如果Fn＝20#，则Fy＝32#

该方案中可能的减少成本的变化是使用较小的(即φ为0.094)球体或者接合销来设置止档件，而不是用硬钢板。将球体或接合销插入模制在阀套中的槽中。

对第二个实施例的分析参见图18，该图是该替代方案的示意图。

这是一个较简单的设计，视图中只有三个零件。垂直杆连接于旋转中心部分。杆向下的延伸受主阀套上的凸缘限制。该轴毂由阀门弹簧施加的力旋转，如在方案1中那样，但是，现在的力Fn在离开杆子枢轴距离d的位置上施加于杆子。

Fy＝μ₂Fh        等式12

Fh＝b/aFn       等式13

从而：

Fy/Fn＝μ₂b/a    等式14

如果b＝0.173、a＝1.899、μ₂＝0.30，则

R＝Fy/Fn＝0.27＝27％

这两种设计都可从插销的边缘的微小角度受益。结合图19对此进行讨论，确定对插销边缘的角度修正。所有的力和尺寸与图18保持相同。

采用同样的分析，该几何形状的力比为：

R＝Fy/Fn＝b/a(μ₂-tanβ)         等式15

当β＝10°且所有的其它参数都与之前相同的时候，R＝0.0113＝1.13％，因此当Fn＝20#时Fy＝0.225#。

图23-29示出了对图12所示松脱机构的变型的一个优选实施例。在图23中，转子轴毂27被显示为其前罩部分被拆下，且某些零件以横截面形式示出。与图12所述实施例类似，用类似于前述实施例的方法，采用锁杆180来克服由转子轴毂127夹持的线缆上的力将转子轴毂127固定在闭锁位置上。要注意，在这个实施例中没有具体示出的零件与先前的实施例相同，而且根据这个实施例的松脱机构的利用方式与例如图12中的实施例相同。这样，连接于转子轴毂127的线缆可由例如向阀门的关闭位置偏压的阀件弹簧偏置，锁杆180与一壳体(未示出)接合以将转子轴毂127固定在图25所示的位置上，这类似于图12中的实施例的工作情况。

这样，当处于例如本实施例的阀门打开位置或松脱机构闭锁位置时，通过与转子轴毂壳体的接合，在153处施加有箭头所示的闭锁力。类似于图12的实施例中的杆32的杆132与锁杆180的端部接合以将锁杆180固定在转子轴毂127的闭锁位置上。整个装置可有大约25:1的机械效益。

杆132绕枢轴点133枢转并由闭锁力153偏置，受例如箭头154所指的压缩以趋向于沿该箭头所示的方向向杆132的左面运动。这样，当松开杆132时，与图12所示的实施例类似，锁杆180将由153处的力推动而枢转，松开转子轴毂127与周围壳体的接合并在线缆施加于转子轴毂127的力的作用下沿转子轴毂127旋转。

杆132由插销134保持在位。根据这个实施例，插销134可直线(在这个实施例中是垂直)运动以将杆132松开。例如看图27，其中示出了插销134与杆132的接合。闭锁点136是杆132的杆子闭锁面139的与插销134的插销闭锁面138的接合点。插销134包括固定其中的磁体135。由于插销134可垂直运动，来自上方的引力可使磁体135将插销134拉到垂直向上的方向以松开杆132，使之如以上所说明的那样枢转。转子轴毂127沿逆时针方向旋转以复位例如图12的实施例中的弹簧的松脱机构，使杆132顺时针枢转并与倾斜面140接合以将插销134向上推，从而使杆130回到图27所示的位置并重新闭锁。钢销钉137被吸向磁体135，从而帮助将插销134固定在与杆132的接合位置。

回到图23，球体41被显示为已经从其基架上落下并略微向下运动，从而开始挡板148绕枢轴149旋转的顺时针运动。换句话说，例如在一次地震使球体41落下其基架，该球体向右落下，造成绕枢轴149的力平衡变化。这使挡板148整体顺时针旋转。通过这一运动，作为挡板148的一部分的磁体或钢构件144向图24所示的位置运动。在图24所示的位置上，磁体144吸引插销134的磁体135，使插销134向上并离开杆132滑动。插销134通过插销导轨134a(可能从图28中最容易看出)滑动。如上所述，插销134向上的滑动使插销闭锁面138和杆子闭锁面139互相脱开。在153处的力使锁杆180沿图26所示的逆时针方向推动杆132。这使转子轴毂127整体松开并沿顺时针方向旋转。此后，例如地震扰动结束，并且确定松脱机构可复位，则转子轴毂127逆时针转回其初始位置，也使挡板148转回其设定位置并将球体41复位到其基架上，正如以下将要详细描述的那样。

在图25中进一步示出了挡板148。标号150表示这个实施例中的基架。在这个实施例中，配重142充当绕枢轴点149的一侧的重物，而球体41在其基架150上已经是在枢转点149的另一侧上。倾斜面151毗邻基架设置，从而当球体41从基架150上落下时，该球体在倾斜面159上下落到其重量将克服配重142的重量以使挡板148旋转的点上。

在图25中部分地示出的护壁将容纳有球体41的区域包围。该护壁被构造成有足够的空间让球体41完全掉出基架150，换句话说，在基架150的侧部设置足够的空间，从而如果球体41只是部分地离开基架150时不会使球体偏向倾斜面151而造成触发。

在致动之后，转子轴毂127从图24所示位置旋转，挡板148上的挡板凸轮从动件148a与转子轴毂127上的挡板凸轮148相遇。参见例如图29，其中示出了在前转子轴毂部件127上的挡板凸轮。这使挡板回到图23所示的位置。当转子轴毂127逆时针旋转以将转子轴毂127复位到闭锁位置，挡板凸轮从动件148a靠在挡板凸轮148b上以保持这个位置，并且如可从图29中所见的，挡板凸轮148b半径增加以产生挡板凸轮从动件148a的凸块，从而确保挡板148足够的斜度以将球体41复位到基架150上。另外，在设定或复位位置上(例如图23所示的，除球体41的位置以外)，挡板148的左手部分与转子轴毂127接合以保持它的位置。看图23所示配重142的位置处的点155。该点155与转子轴毂127的表面接合从而使挡板148留在轴毂的外部，保证复位位置。这可确保挡板148的斜面151实际上向下倾斜的适当的复位位置，从而保证当例如有足够强的地震活动使惯性球41离开其基架时，惯性球将沿适当的方向滚动以使挡板148旋转。

注意到，挡板148的磁体144可仅仅是受插销134的磁体135吸引的钢板。显然，磁体135和钢板144之间的引力要大于钢销钉137和磁体135之间的引力，且该引力足够确保插销134垂直向上的运动以将杆132松开。

如上所述，插销导轨134a在图28中显示得更加清楚，该视图是从上往下看的。在两侧上设置数量不同的相应的导轨和突起(在下侧显示为一组134a，在上侧显示为两组134a)可保证在组装过程中当插销134被插入转子轴毂127的过程中以正确的方式转动。

图23-29所示实施例的一个具体的优点在于它允许大量的元件可以由塑料模制而成。也就是说，该装置所需要的公差与这里讨论的其它实施例相比不那么严格，从而允许元件的制造精度较低，例如可由塑料模制而成。具体来说，杆132的垂直滑动插销134使所要求的公差与先前所述的实施例所要求的相比不那么严格。

以上已经描述了根据本发明的松脱机构，尤其是关于例如在检测到地震活动时启动关闭阀门。然而，根据本发明的松脱机构也可应用于其它场合。例如，以上所述实施例的转子轴毂27或127可与线缆23一起使用以启动回路断路器，从而在检测到例如地震的情况下将电源切断。图30和31示意性地示出这是如何完成的。

在图30和31中，标号222代表具有诸如手柄之类的可运动元件的开关或回路断路器。图31示出了转子轴毂固定在闭锁位置上的“设置”位置。图30表示松脱机构的触发器227致动的位置。致动之后，弹簧228使例如开关或回路断路器222由弹簧228的力打开，这个力足以将杆子或手柄从图31所示的位置推到图30所示的位置。

还是如图所示，作为线缆机构的一部分的是公差弹簧(tolerancespring)223。公差弹簧223是比弹簧228硬的弹簧。在从图31的位置启动之后，线缆同弹簧223一起被触发器227松开。这样，线缆和弹簧223都不能阻止弹簧228将杆子向图30的左手位置拉。然而，当从图30的位置复位之后，转子轴毂沿例如逆时针方向的旋转使得线缆被拉向触发器227，从而造成杆子如图31所示那样向右手侧运动。由于弹簧223比弹簧228硬，因此线缆仍旧可以克服弹簧228将杆子向左手侧偏置的力。

然而，当杆子达到图31所述的其端部位置，即其复位位置时，转子轴毂127同时达到了例如它自己的复位位置。由于转子轴毂127需要旋转得略微超过闭锁位置以确保转子轴毂127适当地复位，因此弹簧223允许转子轴毂127稍微沿逆时针方向继续运动，但开关222的杆子不再运动。

虽然公差弹簧223可并不必一定是将触发器227连接到开关222的杆子上的线缆机构的一部分，但其存在还是有用的，因为它可使制造更加容易。也就是说，有了公差弹簧223，对公差的要求就不那么严格了。

以上所谈论的发明、包括各种替代方案代表了一种在用户建筑物地点处廉价且可靠地安装安全阀的新的途径。根据本发明的机械致动器设置了一种标准的触发器，它可用于不同尺寸的阀门，例如从3/4英寸的阀门到6英寸的阀门。该机械致动器和触发器可容易地安装在用户建筑物地点处而不需要任何的支承。可以快速而容易地安装设置在管子或管道中的位于远处的阀门而不需要对该结构进行单独的水平校准或其它的支承。可容易地复位该阀门而不需要其它的工具。另外，还设置有独立的手动切断装置，该装置也可适用于响应例如检测火情的热传感器来进行远程控制。

上述实施例的各种修改对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。应该认为任和和所有这种的修改都落在所附权利要求所限定的范围内。

Claims (25)

1.一种阀门装置，包括：

一安全阀，该安全阀位于向用户建筑物地点处供应流体介质的供应管道中；以及

一机械致动器，该机械致动器启动所述安全阀，且机械连接于所述安全阀并远离所述安全阀，

所述机械致动器适于固定在用户建筑物地点上，

所述机械致动器由一柔性线缆连接于所述安全阀，

所述机械致动器包括：一线缆固定器，可操作该线缆固定器以将所述柔性线缆保持在一阀门打开位置；以及一线缆松脱机构，可操作该线缆松脱机构以使所述线缆固定器从将所述柔性线缆保持在打开位置的状态下松开，从而使所述安全阀关闭。

2.如权利要求1所述的阀门装置，其特征在于，所述机械致动器将所述线缆保持在与所述安全阀的所述打开位置对应的一收缩位置上，且可被致动以松开所述线缆，从而使所述安全阀关闭。

3.如权利要求1所述的阀门装置，其特征在于，所述供应管道包括一T型管，且所述安全阀位于所述T型管中。

4.如权利要求3所述的阀门装置，其特征在于，所述T型管包括三个开口，其中所述安全阀安装在所述三个开口中的一个中，而所述三个开口的另外两个形成一入口和一出口。

5.如权利要求4所述的阀门装置，其特征在于，所述安全阀包括：一阀件，该阀件由所述机械致动器保持在一打开位置上；以及一弹簧，该弹簧将所述阀件向一关闭位置偏置，在该位置所述出口切断与所述入口的流体连通。

6.如权利要求5所述的阀门装置，其特征在于，所述安全阀包括一阀套，该阀套连接于所述三个开口中的所述一个，所述阀件安装在所述阀套的一内端，而所述弹簧被容纳在所述阀套中，且所述机械致动器由一柔性线缆连接于所述阀件。

7.如权利要求1所述的阀门装置，其特征在于，所述供应管道包括两根供应管，且所述安全阀包括安装在所述供应管之间的一闸阀。

8.如权利要求7所述的阀门装置，其特征在于，所述安全阀包括：一闸阀阀套，该闸阀阀套安装在所述两根供应管之间；以及一闸板，该闸板安装在所述闸阀阀套中并由所述机械致动器和一弹簧保持在一打开位置，该弹簧将所述闸板向所述两根供应管互相断开的一关闭位置偏置。

9.如权利要求8所述的阀门装置，其特征在于，所述闸阀阀套具有一内密封件和一外密封件，它们安装在阀套内且围绕一流体流通通道，以及，所述闸板在所述内密封件和所述外密封件之间可滑动，从而使所述闸板在所述关闭位置处将所述流体流通通道关闭。

10.如权利要求8所述的阀门装置，其特征在于，所述闸阀阀套分别由两个连接装置连接于所述两根供应管，其中，所述连接装置中的至少一个包括：一联管螺母，该联管螺母螺纹连接于所述闸阀阀套；一插入件，该插入件与所述联管螺母接合；以及在与所述插入件接合的所述两根供应管之一上的螺纹。

11.如权利要求10所述的阀门装置，其特征在于，所述联管螺母在其闸阀阀套侧螺纹连接于所述闸阀阀套，并具有在所述联管螺母的供应管侧与所述插入件上的一插入件法兰接合的一法兰，以及，所述插入件螺纹连接于所述插入件的闸阀阀套侧的所述两根供应管之一的所述螺纹，从而使所述两根供应管之一的一端与所述闸阀阀套之间的空间最小。

12.如权利要求1所述的阀门装置，其特征在于，所述安全阀包括一阀件，该阀件具有朝向一关闭位置的一偏置力，所述阀件由被保持在阀门打开位置上的所述柔性线缆克服该偏置力而保持在一打开位置上。

13.如权利要求12所述的阀门装置，其特征在于，所述线缆固定器包括由一制动器固定的可移动构件，从而使所述柔性线缆保持在阀门打开位置；以及，可操作所述线缆松脱机构以将所述可移动构件从由所述制动器固定的状态下松开。

14.如权利要求13所述的阀门装置，其特征在于，所述制动器包括由一杆保持以固定所述可移动构件的一制动件；以及，所述线缆松脱机构包括一可松开的插销，可操作该插销以将所述杆保持从而固定所述可移动构件以及松开所述杆。

15.如权利要求14所述的阀门装置，其特征在于，所述线缆松脱机构还包括一传感器和一插销松脱器，可操作该插销松脱器以响应所述传感器的动作而将所述插销松开。

16.如权利要求15所述的阀门装置，其特征在于，所述线缆松脱机构还包括一手动关闭触发器，可手动操作该触发器以松开所述插销并关闭所述安全阀。

17.如权利要求16所述的阀门装置，其特征在于，所述手动触发器连接有一电磁线圈，从而可响应一电子信号而可被远程操作。

18.如权利要求15所述的阀门装置，其特征在于，所述传感器包括可响应地震活动而运动的一球体，并且，一挡板响应所述球体的运动而被致动从而接合和松开插销。

19.如权利要求18所述的阀门装置，其特征在于，所述可移动构件包括一凸轮件，该凸轮件在从由所述制动器固定的状态下松开之后根据所述可移动构件的移动来接合和复位所述挡板和所述球体。

20.如权利要求14所述的阀门装置，其特征在于，所述制动件包括一锁杆，该锁杆与所述机械致动器的一壳体的一锁面接合。

21.如权利要求14所述的阀门装置，其特征在于，所述制动件为一个在所述锁杆上与所述机械致动器的一壳体的一锁面接合的一突起。

22.如权利要求14所述的阀门装置，其特征在于，所述制动件包括一球体，该球体由所述锁杆保持，从而通过与所述机械致动器的一固定部分接合而固定所述可移动构件。

23.如权利要求13所述的阀门装置，其特征在于，所述机械致动器包括一复位手柄，该复位手柄与所述可移动构件连接且可操作该手柄以复位所述可移动构件，从而由所述制动器固定，由此克服所述阀件的偏置力而将阀件同所述柔性线缆一起拉向阀门打开位置。

24.如权利要求23所述的阀门装置，其特征在于，所述可移动构件为一可旋转轴毂，所述复位手柄与所述轴毂连接。

25.如权利要求24所述的阀门装置，其特征在于，所述复位手柄之上具有一关闭指示器和一打开指示器中的一个，该指示器可与所述轴毂一起旋转并在阀件的关闭位置和打开位置中的一个处将关闭指示器和打开指示器中的另一个遮住。

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