CN108194698A - 一种阀杆无级锁定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阀杆无级锁定装置，包括锚定轴套、阀杆内套和阀杆外套，阀杆穿过所述锚定轴套并与锚定轴套转动配合；阀杆内套的下部以转动配合套在锚定轴套的外径上，阀杆内套的上部套在阀杆的外径上、并与阀杆同步转动，阀杆内套与所述锚定轴套之间设有阻挡所述阀杆内套向开启方向转动的单向锁定销；阀杆外套套在所述阀杆内套的外径上，阀杆外套带动阀杆内套向关闭方向转动，阀杆外套还使单向锁定销解除对阀杆内套向开启方向转动的阻挡，使阀杆外套带动阀杆内套向开启方向转动。本发明的有益效果是：采用单向轴承的结构原理，使阀门在关闭位置被锁定，可靠地保持关闭状态；通过解锁推杆的结构控制阀杆的锁定和解锁，结构简单，操作方便。

Description

一种阀杆无级锁定装置

技术领域

本发明属于阀门操作装置，尤其涉及一种阀杆无级锁定装置。

背景技术

在流体控制领域，如油气生产流程切换、管道关断、计量、调压、分子筛切换、压缩机进出口、炼油工艺中的氢气工况，合成氨装置的空分等操作频繁并对流体开关控制和关闭严密性要求苛刻的领域，要求阀门能够在直通的状态下尽可能小的产生压降，并且能够提供不受管线介质压力影响的强制扭矩密封。强制密封球阀被公认为理想的解决方案。中国发明专利（公布号CN105927750A）公开了一种采用螺旋驱动的强制密封球阀，采用螺旋顶压方式实现阀球与阀体之间的强制密封。但应用在大口径高压管道时，阀球需承受很高的压力，在螺纹的接触面会产生巨大的摩擦力，导致阀门启闭操作扭矩增大，造成操作困难，并会严重降低螺纹工作寿命。采用行星滚柱螺旋装置是解决这一技术问题的途径，可显著降低阀门启闭操作的扭矩。但随着带来的问题是，由于行星滚柱螺旋装置的操作摩擦力很小，不具备普通螺纹的自锁特性，在阀门关闭后可能因不能自锁而使阀门向开启方向动作。虽然采用一些执行机构可以解决这一技术问题，但增加了阀门的整体结构复杂性和制造成本，阀门的运输、安装和维护的工作量也会增加。另外，对于蝶阀或其他需要通过保持扭矩实现关阀密封的角行程阀门，原有的操作手柄通过设置固定的齿盘来锁定手柄，无法实现无级锁定的功能，操作时还需要通过握柄来控制开锁和锁定，用户使用体验不佳。

发明内容

本发明的目的是提出一种阀杆无级锁定装置的技术方案，防止阀门在关闭位置产生松动。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种阀杆无级锁定装置，包括操作阀门开启和关闭的阀杆；所述阀杆无级锁定装置包括锚定轴套、阀杆内套和阀杆外套，所述阀杆穿过所述锚定轴套并与锚定轴套转动配合；所述阀杆内套的下部套在所述锚定轴套的外径上、并与所述锚定轴套转动配合，所述阀杆内套的上部套在所述阀杆的外径上、并与所述阀杆同步转动，所述阀杆内套与所述锚定轴套之间设有阻挡所述阀杆内套向开启方向转动的单向锁定销；所述阀杆外套套在所述阀杆内套的外径上，所述阀杆外套带动所述阀杆内套向关闭方向转动，所述阀杆外套与阀杆内套之间设有一段解锁转动行程，所述阀杆外套向开启方向转过所述解锁转动行程时，所述阀杆外套使所述单向锁定销解除对所述阀杆内套向开启方向转动的阻挡，然后所述阀杆外套带动所述阀杆内套向开启方向转动。

更进一步，所述单向锁定销是一只轴线与所述阀杆轴线平行的圆柱销，所述阀杆内套的内径设有锁定销槽，所述单向锁定销设置在所述锁定销槽中，所述锁定销槽在偏向所述关闭方向的一侧与所述锚定轴套之间的间隙小于所述单向锁定销的直径，所述锁定销槽在偏向所述开启方向的一侧与所述锚定轴套之间的间隙大于所述单向锁定销的直径。

更进一步，为了实现单向锁定销的单向锁定功能，所述阀杆内套设有解锁孔，所述解锁孔的轴线垂直于所述单向锁定销，所述解锁孔穿过所述锁定销槽；在所述锁定销槽开启侧的解锁孔内设有锁定弹簧和锁定推块，所述锁定弹簧通过所述锁定推块将所述单向锁定销推向锁定销槽的关闭侧；在所述锁定销槽关闭侧的解锁孔内设有解锁推杆，所述解锁推杆的端头伸出所述阀杆内套的外径，所述阀杆外套设有容纳所述解锁推杆伸出端头的解锁拨槽，所述阀杆外套向开启方向转过所述解锁转动行程时，所述解锁拨槽拨动所述解锁推杆，所述解锁推杆将所述单向锁定销推向锁定销槽的开启侧，使所述单向锁定销解除对所述阀杆内套向开启方向转动的阻挡。

更进一步，为了实现解锁转动行程，所述阀杆外套的内径设有第一键槽，所述阀杆内套的外径设有第一键，所述第一键槽的宽度大于所述第一键的宽度，所述第一键槽的宽度与所述第一键的宽度之差对应于所述解锁转动行程。

更进一步，在所述阀杆外套上设有操作手柄。

更进一步，所述阀门可以是阀体内设有阀球的球阀。

更进一步，所述阀球的下枢轴设有两个对称的定位凸头，所述定位凸头是伸出所述下枢轴端头的半圆形凸头，所述阀体设有两个对称的90°扇形的定位挡块，所述定位挡块包括关闭定位沿和与之垂直的开启定位沿，所述关闭定位沿与所述球阀的阀座轴线平行，所述开启定位沿设有与所述阀球的定位凸头对应于的开启定位槽；当所述阀球在关闭位置时，所述阀球的定位凸头的平面侧与所述关闭定位沿接触，当所述阀球在开启位置时，所述阀球的定位凸头的弧面侧与所述关闭定位沿的开启定位槽接触。

更进一步，所述球阀是强制密封球阀，所述阀球包括阀球本体和活动阀瓣，所述活动阀瓣在所述阀球上伸缩移动，所述活动阀瓣在所述球阀关闭时与阀座抱合，所述阀球本体上设有驱动所述活动阀瓣顶起和收回的螺旋驱动轮，所述螺旋驱动轮通过行星滚柱螺旋装置驱动所述活动阀瓣。

本发明的有益效果是：采用单向轴承（或超越离合器）的结构原理，使阀门在关闭位置被锁定，可靠地保持关闭状态；通过解锁推杆的结构控制阀杆的锁定和解锁，结构简单，操作方便。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1是本发明结构图，阀球处于关闭状态；

图2是本发明阀杆方向的俯视图；

图3是本发明阀杆、阀杆内套、阀杆外套和单向锁定销部分的放大剖视图；

图4是本发明阀杆、阀杆内套、阀杆外套和单向锁定销部分的结构分解图；

图5是本发明阀杆外套向关闭状态转动的示意图；

图6是本发明阀杆外套向开启方向转过解锁转动行程的示意图；

图7是本发明阀杆外套转动到开启位置的示意图；

图8是本发明阀球本体的结构图；

图9是本发明阀体的结构图；

图10是本发明从底部观察的阀球本体与阀体连接局部结构剖视图，阀球在关闭位置；

图11是本发明从底部观察的阀球本体与阀体连接局部结构剖视图，阀球在开启位置；

图12是本发明阀球驱动装置的结构分解图；

图13是本发明阀球驱动装置的结构剖视图，阀球处于开启状态。

具体实施方式

如图1至图4，一种阀杆无级锁定装置，包括操作阀门开启和关闭的阀杆20；所述阀杆无级锁定装置包括锚定轴套11、阀杆内套30和阀杆外套50，所述阀杆穿过所述锚定轴套并与锚定轴套转动配合；所述阀杆内套的下部套在所述锚定轴套的外径上、并与所述锚定轴套转动配合，所述阀杆内套的上部套在所述阀杆的外径上、并与所述阀杆同步转动，所述阀杆内套与所述锚定轴套之间设有阻挡所述阀杆内套向开启方向转动的单向锁定销40；所述阀杆外套套在所述阀杆内套的外径上，所述阀杆外套带动所述阀杆内套向关闭方向F1转动，所述阀杆外套与阀杆内套之间设有一段解锁转动行程S，所述阀杆外套向开启方向F2转过所述解锁转动行程时，所述阀杆外套使所述单向锁定销解除对所述阀杆内套向开启方向转动的阻挡，然后所述阀杆外套带动所述阀杆内套向开启方向转动。

所述单向锁定销是一只轴线与所述阀杆轴线平行的圆柱销，所述阀杆内套的内径设有锁定销槽31，所述单向锁定销设置在所述锁定销槽中，所述锁定销槽在偏向所述关闭方向的一侧（也可称为“锁定销槽关闭侧”）与所述锚定轴套之间的间隙D1小于所述单向锁定销的直径d，所述锁定销槽在偏向所述开启方向的一侧（也可称为“锁定销槽开启侧”）与所述锚定轴套之间的间隙D2大于所述单向锁定销的直径。

所述阀杆内套设有解锁孔（32,33），所述解锁孔的轴线垂直于所述单向锁定销，所述解锁孔穿过所述锁定销槽；在所述锁定销槽开启侧的解锁孔32内设有锁定弹簧41和锁定推块42，所述锁定弹簧通过所述锁定推块将所述单向锁定销推向锁定销槽的关闭侧；在所述锁定销槽关闭侧的解锁孔内设有解锁推杆43，所述解锁推杆的端头伸出所述阀杆内套的外径，所述阀杆外套设有容纳所述解锁推杆伸出端头的解锁拨槽51，所述阀杆外套向开启方向转过所述解锁转动行程时，所述解锁拨槽拨动所述解锁推杆，所述解锁推杆将所述单向锁定销推向锁定销槽的开启侧，使所述单向锁定销解除对所述阀杆内套向开启方向转动的阻挡。

所述阀杆外套的内径设有第一键槽52，所述阀杆内套的外径设有第一键34，所述第一键槽的宽度K1大于所述第一键的宽度K2，所述第一键槽的宽度与所述第一键的宽度之差对应于所述解锁转动行程S。

在所述阀杆外套上设有操作手柄60。操作手柄可以是手柄、手轮及其他操作执手。

实施例一：

一种阀杆无级锁定装置，设置在阀门上操作阀门的开启和关闭。本实施例的阀门是设有阀球的球阀。阀门包括阀体10和操作阀门开启和关闭的阀杆20。本实施例的球阀是强制密封球阀，阀球包括阀球本体70和活动阀瓣71。活动阀瓣在阀球上伸缩移动，活动阀瓣在球阀关闭时与阀座72抱合，阀球本体上设有驱动活动阀瓣顶起和收回的螺旋驱动轮73，螺旋驱动轮通过行星滚柱螺旋装置驱动所述活动阀瓣。行星滚柱螺旋装置包括设置在螺旋驱动轮上的外螺纹和设置在活动阀瓣上的内螺纹，在螺旋驱动轮与活动阀瓣之间设有行星滚柱74。

如图8、图9所示，阀球本体的下枢轴75设有两个对称的定位凸头76，定位凸头是伸出下枢轴端头的半圆形凸头，阀体设有两个对称的90°扇形的定位挡块77，定位挡块包括关闭定位沿78和与之垂直的开启定位沿79，关闭定位沿与球阀的阀座轴线C平行，开启定位沿设有与阀球本体的定位凸头对应于的开启定位槽80。当阀球在关闭位置时，阀球本体的定位凸头的平面侧与所述关闭定位沿接触，如图10所示。当阀球在开启位置时，阀球本体的定位凸头的弧面侧与关闭定位沿的开启定位槽接触，如图11所示。

强制密封球阀采用一支阀杆驱动阀球的转动和活动阀瓣的伸缩移动。阀杆20带动一只阀杆齿轮90转动，阀球本体的上端设有一个阀球上盖81，阀球上盖与阀球本体固定连接并随阀球本体转动，阀球上盖设有一个贯通的离合销孔82，在离合销孔中设有一只离合销83，离合销的两端是圆锥形的销头。阀杆齿轮73设置在阀球上盖与阀球本体之间，阀杆齿轮的上端面设有一个第一离合凹孔84，第一离合凹孔是与离合销的圆锥形销头对应的圆锥形凹孔。阀体的上端设有一个阀体盖12，阀体盖的下端设有一个第二离合凹孔86，第二离合凹孔也是与离合销的圆锥形销头对应的圆锥形凹孔。离合销孔82、第一离合凹孔84和第二离合凹孔86在圆周位置对应。离合销的长度对应于阀球上盖的厚度与第一离合凹孔84的深度（或第二离合凹孔86的深度）之和。

强制密封球阀的操作过程是：阀杆20带动阀杆齿轮90转动，阀杆齿轮通过一只中间齿轮87带动螺旋驱动轮73转动，螺旋驱动轮通过行星滚柱74驱动活动阀瓣在阀球上伸缩移动。

当强制密封球阀从开启位置向关闭位置转换时，阀杆齿轮90带动螺旋驱动轮73向关闭方向转动，如图13所示，此时，离合销保持在离合销孔与第一离合凹孔中，阀杆齿轮带动阀球本体及活动阀瓣同步向关闭方向转动。螺旋驱动轮在阀球本体上没有相对转动，活动阀瓣没有相当于阀球本体的移动。当阀球本体转动到关闭位置时，阀球本体的定位凸头的平面侧与阀体的关闭定位沿接触，阀球本体不再继续转动。此时，离合销83转动到与阀体盖下端的第二离合凹孔86对应的位置，阀杆齿轮继续向关闭方向转动时，推动离合销从第一离合凹孔中脱出，离合销的另一端的锥形销头进入阀体盖的第二离合凹孔86，如图1所示的位置。阀杆齿轮得以通过中间齿轮87带动螺旋驱动轮73继续转动，活动阀瓣被推出与阀座72抱合，强制密封球阀实现强制密封。

当强制密封球阀从关闭位置向开启位置转换时，阀杆齿轮带动螺旋驱动轮向开启方向转动，此时，离合销保持在离合销孔与第二离合凹孔中，阀杆齿轮通过中间齿轮带动螺旋驱动轮在阀球本体上向开启方向转动，活动阀瓣与阀座脱离抱合。当活动阀瓣缩回到与阀球本体接触时，螺旋驱动轮不再相对于阀球本体转动，阀杆齿轮开始带动阀球本体和活动阀瓣同步转动。此时阀杆齿轮的第一离合凹孔位于与离合销对应的位置，阀杆齿轮继续向开启方向转动时，推动离合销从第二离合凹孔86中脱出，离合销的另一端的锥形销头进入阀杆齿轮的第一离合凹孔84。直至阀球本体转动到开启位置，如图13所示。

本实施例的强制密封球阀采用了行星滚柱螺旋装置驱动活动阀瓣，可显著降低球阀的操作力矩，特别适合于高压管道的应用。但随着带来的问题是：由于行星滚柱螺旋装置的操作摩擦力很小，不具备普通螺纹的自锁特性，在阀门关闭后可能因不能自锁而使阀门向开启方向动作。

为解决这一技术问题，采用了一种阀杆无级锁定装置。阀体设有锚定轴套11，本实施例中，阀体10设有一个阀体上盖12，阀体上盖通过法兰连接固定在阀体上，可以将阀体上盖视为阀体结构的一部分。锚定轴套设置在阀体上盖上。阀杆安装在锚定轴套中，阀杆伸出锚定轴套并与锚定轴套转动配合。在阀杆的外径设有阀杆内套30，阀杆内套的下部套在锚定轴套的外径上、并与锚定轴套转动配合，阀杆内套的上部套在阀杆的外径上，阀杆内套的内径通过第二平键35与阀杆连接，使阀杆内套与述阀杆同步转动。阀杆内套的外径设有阀杆外套50，阀杆外套的内径设有第一键槽52，阀杆内套的外径设有第一键34，第一键槽的宽度K1大于第一键的宽度K2，第一键槽的宽度与第一键的宽度之差形成一段解锁转动行程S。即阀杆外套带动阀杆内套转动并变换方向时，会产生一段空行程S。

在阀杆外套上设有操作手柄60。

阀杆内套与锚定轴套之间设有单向锁定销40，单向锁定销的作用是阻挡阀杆内套向开启方向转动，从而阻止阀杆在关闭状态时产生松动。单向锁定销是一只轴线与阀杆轴线平行的圆柱销，阀杆内套的内径设有锁定销槽31，单向锁定销设置在锁定销槽中，锁定销槽在偏向所述关闭方向的一侧（也可称为“锁定销槽关闭侧”）与锚定轴套之间的间隙D1小于单向锁定销的直径d，锁定销槽在偏向开启方向的一侧（也可称为“锁定销槽开启侧”）与锚定轴套之间的间隙D2大于单向锁定销的直径d。

阀杆内套设有解锁孔（32,33），解锁孔的轴线垂直于单向锁定销，解锁孔穿过锁定销槽；在锁定销槽开启侧的解锁孔32内设有锁定弹簧41和锁定推块42，锁定弹簧通过锁定推块将单向锁定销推向锁定销槽关闭侧。在锁定销槽关闭侧的解锁孔内设有解锁推杆43，解锁推杆的一端头伸出阀杆内套的外径，解锁推杆的另一端头与锁定销接触。阀杆外套设有一个容纳解锁推杆伸出端头的解锁拨槽51。

本实施例的阀杆无级锁定装置，构成了一套单向轴承（或超越离合器）的机构。在阀门关闭过程中，阀杆外套通过第一键带动阀杆内套向关闭方向F1转动，如图5所示，在向关闭方向转动过程中，单向锁定销不会锁定阀杆内套，使球阀实现关闭操作。在关闭操作完成后，由于锁定弹簧41的作用，使单向锁定销被顶压在锁定销槽关闭侧，由于锁定销槽关闭侧与锚定轴套之间的间隙D1小于单向锁定销的直径d，且锁定销槽形成一个楔形面，使单向锁定销卡在锁定销槽与锚定轴套之间，阀杆内套无法向开启方向转动，可使阀球和活动阀瓣保持在关闭状态。且实现了无级锁定。

在阀门由关闭转到开启的操作过程中，由于在阀杆外套与阀杆内套之间形成一段解锁转动行程S，阀杆外套向开启方向F2转过解锁转动行程时，如图6所示，阀杆外套的解锁拨槽拨动伸出阀杆内套的外径的解锁推杆，解锁推杆将单向锁定销推向锁定销槽的开启侧。由于锁定销槽开启侧与锚定轴套之间的间隙D2大于单向锁定销的直径d，使单向锁定销解除对阀杆内套向开启方向转动的阻挡。然后阀杆外套带动阀杆内套向开启方向转动。直至完成开启操作，如图7所示。

本实施例的阀杆无级锁定装置采用单向轴承（或超越离合器）的结构原理，使阀门在关闭位置被锁定，可靠地保持关闭状态；通过解锁推杆的结构控制阀杆的锁定和解锁，结构简单，操作方便。

本实施例中，阀球本体设有两个对应的活动阀瓣，两个活动阀瓣实现球阀的介质进口侧和介质出口侧的强制密封（图中只画出一侧的活动阀瓣及相关机构）。为了使两侧的活动阀瓣都能够可靠地实现强制密封，阀球本体的下枢轴75设有两个对称的半圆形定位凸头，阀体设有两个对称的90°扇形的定位挡块。当阀球本体转动到关闭位置时，定位挡块的关闭定位沿与球阀的阀座轴线C对应，即定位沿的几何平面通过球阀的阀座轴线，阀球本体的下枢轴与阀体的枢轴孔91之间保留有一定的间隙，使阀球本体能够产生微量移动，使两个活动阀瓣压力均衡的与阀座抱合。当阀球本体转动到开启位置时，阀球本体的定位凸头的弧面侧与关闭定位沿的开启定位槽接触，使阀球本体保持在正确的开启位置。

Claims (8)

1.一种阀杆无级锁定装置，包括操作阀门开启和关闭的阀杆；其特征在于，所述阀杆无级锁定装置包括锚定轴套、阀杆内套和阀杆外套，所述阀杆穿过所述锚定轴套并与锚定轴套转动配合；所述阀杆内套的下部套在所述锚定轴套的外径上、并与所述锚定轴套转动配合，所述阀杆内套的上部套在所述阀杆的外径上、并与所述阀杆同步转动，所述阀杆内套与所述锚定轴套之间设有阻挡所述阀杆内套向开启方向转动的单向锁定销；所述阀杆外套套在所述阀杆内套的外径上，所述阀杆外套带动所述阀杆内套向关闭方向转动，所述阀杆外套与阀杆内套之间设有一段解锁转动行程，所述阀杆外套向开启方向转过所述解锁转动行程时，所述阀杆外套使所述单向锁定销解除对所述阀杆内套向开启方向转动的阻挡，然后所述阀杆外套带动所述阀杆内套向开启方向转动。

2.根据权利要求1所述的一种阀杆无级锁定装置，其特征在于，所述单向锁定销是一只轴线与所述阀杆轴线平行的圆柱销，所述阀杆内套的内径设有锁定销槽，所述单向锁定销设置在所述锁定销槽中，所述锁定销槽在偏向所述关闭方向的一侧与所述锚定轴套之间的间隙小于所述单向锁定销的直径，所述锁定销槽在偏向所述开启方向的一侧与所述锚定轴套之间的间隙大于所述单向锁定销的直径。

3.根据权利要求2所述的一种阀杆无级锁定装置，其特征在于，所述阀杆内套设有解锁孔，所述解锁孔的轴线垂直于所述单向锁定销，所述解锁孔穿过所述锁定销槽；在所述锁定销槽开启侧的解锁孔内设有锁定弹簧和锁定推块，所述锁定弹簧通过所述锁定推块将所述单向锁定销推向锁定销槽的关闭侧；在所述锁定销槽关闭侧的解锁孔内设有解锁推杆，所述解锁推杆的端头伸出所述阀杆内套的外径，所述阀杆外套设有容纳所述解锁推杆伸出端头的解锁拨槽，所述阀杆外套向开启方向转过所述解锁转动行程时，所述解锁拨槽拨动所述解锁推杆，所述解锁推杆将所述单向锁定销推向锁定销槽的开启侧，使所述单向锁定销解除对所述阀杆内套向开启方向转动的阻挡。

4.根据权利要求1所述的一种阀杆无级锁定装置，其特征在于，所述阀杆外套的内径设有第一键槽，所述阀杆内套的外径设有第一键，所述第一键槽的宽度大于所述第一键的宽度，所述第一键槽的宽度与所述第一键的宽度之差对应于所述解锁转动行程。

5.根据权利要求1所述的一种阀杆无级锁定装置，其特征在于，在所述阀杆外套上设有操作手柄。

6.根据权利要求1所述的一种阀杆无级锁定装置，其特征在于，所述阀门是阀体内设有阀球的球阀。

7.根据权利要求6所述的一种阀杆无级锁定装置，其特征在于，所述阀球的下枢轴设有两个对称的定位凸头，所述定位凸头是伸出所述下枢轴端头的半圆形凸头，所述阀体设有两个对称的90°扇形的定位挡块，所述定位挡块包括关闭定位沿和与之垂直的开启定位沿，所述关闭定位沿与所述球阀的阀座轴线平行，所述开启定位沿设有与所述阀球的定位凸头对应于的开启定位槽；当所述阀球在关闭位置时，所述阀球的定位凸头的平面侧与所述关闭定位沿接触，当所述阀球在开启位置时，所述阀球的定位凸头的弧面侧与所述关闭定位沿的开启定位槽接触。

8.根据权利要求6所述的一种阀杆无级锁定装置，其特征在于，所述球阀是强制密封球阀，所述阀球包括阀球本体和活动阀瓣，所述活动阀瓣在所述阀球上伸缩移动，所述活动阀瓣在所述球阀关闭时与阀座抱合，所述阀球本体上设有驱动所述活动阀瓣顶起和收回的螺旋驱动轮，所述螺旋驱动轮通过行星滚柱螺旋装置驱动所述活动阀瓣。