CN111215571B - 阀杆和阀塞连接以及铆接工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及阀杆和阀塞连接以及铆接工具。描述了示例性的阀杆和阀塞连接以及示例性铆接工具。示例性设备包括阀塞，所述阀塞具有第一侧、与所述第一侧相对的第二侧和从所述第一侧延伸到所述第二侧的孔。所述孔的第一部分从第一直径逐渐变细到小于所述第一直径的第二直径。阀杆设置在所述阀塞的所述孔内。所述阀杆包括第一区段、第二区段和位于所述第一区段与所述第二区段之间的第三区段。所述第三区段从第三直径逐渐变细到小于所述第三直径的第四直径。所述阀塞的所述第一部分的锥度和所述阀杆的所述第三区段的锥度在接合时产生抵抗所述阀杆移动离开所述孔的摩擦力。

Description

阀杆和阀塞连接以及铆接工具
本申请是申请日为2016年2月6日、申请号为201610083013.9、发明创造名称为“阀杆和阀塞连接以及铆接工具”的发明申请的分案申请。
技术领域
本公开内容总体上涉及阀，并且更具体而言，涉及阀杆和阀塞连接以及铆接工具。
背景技术
控制阀通常用在过程控制系统中，诸如例如用于在食品加工厂中控制产品流程、用于维持大油罐区中的液位等。控制阀用于管理产品流程或通过充当可变通路(passage)来维持液位。流过控制阀的阀体的流体的量可通过设置在阀体内的阀塞(例如，阀构件)的精确移动来准确地控制。在一些公知的自动控制阀(例如滑杆阀(例如，闸式阀、球心阀、膜板阀、夹管阀等))中，阀杆将所述阀塞可操作地耦合到致动器。致动器在打开位置与闭合位置之间相对于座环移动阀体内的阀塞以允许或限制流体在阀的入口与出口之间的流动。阀杆在阀塞的开口处连接到阀塞并且垂直于阀塞而定向。阀杆与阀塞之间的对准是确保阀塞与座环之间的适当的密封相互作用并实现紧密关闭(shut-off)性能的重要因素。
在一些公知控制阀中，阀杆经由阀塞的带螺纹开口处的螺纹连接到阀塞。然而，阀杆上的螺纹与带螺纹开口之间的容差(tolerance)经常导致不对准。另外，阀杆通常通过使用传动销而以不可旋转方式固定到阀塞，其可导致阀杆与阀塞之间的不对准并影响阀塞的完整性(integrity)。
其它公知控制阀使用具有颈部或锐利斜面的阀杆来帮助使阀杆与阀塞中的开口对准。然而，制造这种轮廓需要从杆坯料(stem stock)去除材料，并且因此，在阀杆中产生较弱区段。另外，颈部产生其中力往往集中并影响阀杆的强度的区域。此外，当公知的阀暴露至高温和/或高振动时，阀杆会变得在阀塞的开口内磨损并松动。因此，阀杆和阀塞连接变得不对准，并且因此，需要维护或更换。
发明内容
本文公开了一种示例性设备，包括阀塞，所述阀塞具有包括第一侧、与所述第一侧相对的第二侧和从所述第一侧延伸到所述第二侧的孔。所述孔的第一部分从第一直径逐渐变细到小于所述第一直径的第二直径。所述示例性设备还包括设置在所述阀塞的所述孔内的阀杆。所述阀杆包括第一区段、第二区段和位于所述第一区段与所述第二区段之间的第三区段。所述第三区段从第三直径逐渐变细到小于所述第三直径的第四直径。所述阀杆的所述第三区段与所述孔的所述第一部分接合。所述阀塞的所述第一部分的锥度和所述阀杆的所述第三区段的锥度产生抵抗所述阀杆移动离开所述孔的摩擦力。
本文公开了另一种示例性设备，包括塞，所述塞设置在阀体中以控制从其通过的流体流动。所述塞具有第一侧、与所述第一侧相对的第二侧和在所述第一侧与所述第二侧之间延伸的通道。所述通道在所述第一侧处具有第一直径并且在所述第二侧处具有第二直径。所述第二直径小于所述第一直径。所述通道的第一部分在所述第一直径与所述第二直径之间以约1.5°逐渐变细。所述示例性设备还包括插入到所述塞的所述通道中的杆。所述杆具有第一区段、位于所述杆的端部处或附近的第二区段和位于所述第一区段与所述第二区段之间的第三区段。所述第一区段具有第三直径，所述第二区段具有小于所述第三直径的第四直径，并且所述第三区段在所述第三直径与所述第四直径之间以约1.5°逐渐变细。
本文中公开的示例包括将阀杆插入到阀塞中的中心开口中。所述中心开口在所述阀塞的第一侧与第二侧之间延伸。所述中心开口的部分从第一直径逐渐变细到小于所述第一直径的第二直径。在所述示例性方法中，所述阀杆具有第一区段、位于所述阀杆的端部处或附近的第二区段和位于所述第一区段与第二区段之间的第三区段。所述第三区段在第三直径与小于所述第三直径的第四直径之间逐渐变细。当将所述阀杆插入到所述中心开口中时，所述阀杆的所述第三区段接合所述中心开口的逐渐变细的部分并产生抵抗所述阀杆移动离开所述中心开口的摩擦力。所述示例性方法还包括将所述阀杆耦合到所述阀塞。
本文中公开的示例性铆接工具包括：本体，所述本体具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；以及延伸部，所述延伸部从所述本体的所述第二侧向外突出。所述延伸部具有比所述本体更小的直径，并且所述延伸部具有端部表面。所述示例性铆接工具包括：一个或多个铆接耳部，所述一个或多个铆接耳部从所述本体的所述第二侧向外延伸；以及通道，所述通道沿所述铆接工具的纵轴延伸通过所述本体和所述延伸部。所述通道包含具有第一直径的第一区段和具有小于所述第一直径的第二直径的第二区段。
本文中公开的示例性方法包括将阀杆插入到阀塞中。所述阀杆的端部从所述阀塞的底部向外延伸，并且所述阀杆的外表面是带螺纹的。所述阀杆具有沿所述阀杆的纵轴延伸到所述阀杆的所述端部中的螺纹孔和从所述阀杆的所述端部向外延伸的圆形轮缘。所述示例性方法包括将螺母拧入到所述阀杆的所述外表面上。所述示例性方法还包括在所述阀杆的所述纵轴的方向上将铆接工具耦合到所述阀杆的所述端部上。所述铆接工具具有接合所述阀杆的所述端部上的所述圆形轮缘的一个或多个铆接耳部。所述示例性方法还包括在一个或多个区域中经由所述一个或多个铆接耳部使所述圆形轮缘径向向外变形以防止所述螺母相对于所述阀杆而旋转。
本文中公开的另一个示例性铆接工具包括本体，所述本体具有第一表面、与所述第一表面相对的第二表面和位于所述第一表面与所述第二表面之间的第三表面。所述示例性铆接工具包括沿所述本体的纵轴延伸通过所述本体的孔。所述孔在所述第二表面处包含具有第一宽度的第一区段并且在邻近所述第一表面处包含具有第二宽度的第二区段。所述第二宽度小于所述第一宽度。所述孔用于接纳螺栓，所述螺栓的头部设置在所述孔的所述第一区段内，并且所述螺栓的螺纹轴延伸通过所述孔的所述第二区段并超出所述本体的所述第一表面。所述示例性铆接工具还包括从所述本体的所述第一表面突出的一个或多个铆接壁。
附图说明
图1是公知的滑杆阀的局部剖开示意性图解，其示出公知的阀杆和阀塞连接。
图2是图1中的滑杆阀的一部分的放大图解。
图3是另一公知的阀杆和阀塞连接的横截面视图。
图4是根据本公开内容的教导构造的未组装示例性阀杆和示例性阀塞的横截面视图。图4示出示例性阀杆的端部的放大图。
图5是图4的示例性阀塞的顶视图。
图6是图4的示例性阀杆的侧视图。
图7是图4的示例性阀杆和示例性阀塞处于已组装状态的横截面视图。图7还示出阀杆的端部的放大图，其中，端部已铆接。
图8是图4的示例性阀杆和示例性阀杆塞处于已组装状态的侧视图，其中，示例性阀杆的端部尚未铆接。
图9是根据本公开内容的教导的用于铆接阀杆(例如，图4的示例性阀杆)的端部的示例性铆接工具的侧面透视图。
图10是图9的示例性铆接工具的横截面视图。
图11是图4的示例性阀杆的端部和图9的示例性铆接工具的横截面视图。
图12是图11的示例性阀杆的端部在由图9的示例性铆接工具铆接之后的透视图。
图13示出其它示例性铆接工具，该其它示例性铆接工具具有可用于铆接阀杆的端部的多个铆接叉齿。
图14是代表用于将阀杆耦合到阀塞并且使阀杆的端部变形或铆接阀杆的端部的示例性方法或过程的流程图，变形或铆接可借助图9的示例性铆接工具来执行。
附图未必按比例绘制。而是，为使多个层及区域清晰，可在附图中放大层的厚度。只要有可能，就将在附图和随附的所撰写的说明书中使用相同附图标记来指代相同或类似部件。
具体实施方式
在描述本文中公开的示例性阀杆和阀塞连接以及示例性铆接工具的细节之前，首先结合图1、图2和图3提供对公知的滑杆阀的简要论述。图1是公知的气动致动式滑杆阀100的局部剖开示意性图解。致动器102耦合到阀体104并控制杆106的移动。杆106延伸通过阀盖110的填装系统108并进入到阀组件112中。图2是图1的阀组件112的一部分(包含杆106)的放大图解。阀杆106在阀杆106的上端部116处耦合到致动器杆114并在阀杆106的下端部120处耦合到阀塞118。阀塞118在阀笼122中是可移动的并包含支撑表面124，支撑表面124与孔口128的阀座126协作以控制端口区域，流体可通过该端口区域从入口通路130流至出口通路132。因此，准许通过阀100的流体流动受阀杆106的位置和阀塞118相对于孔口128的阀座126的位置控制。阀杆106的位置可从其中阀塞118与阀座126密封接合(即，限制流体流动通过阀体104)的闭合位置变化为其中阀塞118离开阀座126的部分打开或完全打开(例如，最大)流速位置(即，允许流体流动通过阀体104)。在部分打开或完全打开位置中，流体从入口130流过阀座126的孔口128和阀笼122中的端口134，并从出口132离开。
如图2中更清楚地示出的，杆106的下端部120具有螺纹136和成角度开口138。阀塞118包括具有螺纹142的中心贯通开口(central through opening)140、阀塞孔或平衡通路144和从第一阀表面148并朝向第二阀表面150以一角度延伸的埋头孔146。杆106的下端部120处的螺纹136由阀塞118的螺纹142接纳。如图2中可容易看见的，销152(其直径比埋头孔146稍大)定位在阀塞118的埋头孔146和阀杆106的成角度开口138中。
为组装阀组件112，中心贯通开口140(具有螺纹142)转入到阀塞118中，并且螺纹136形成于杆106的下端部120上。杆106随后通过将螺纹136拧入到中心贯通开口140的螺纹142中而耦合到阀塞118，以将杆106定位在阀塞118中。然而，螺纹136、142通常对于准确的径向对准或角度对准是无效的。杆106的螺纹136和中心贯通开口140的螺纹142之间的容差相对宽松。另外，中心贯通开口140并不一直与杆106同心或同轴。此外，在反复打开和闭合阀100之后，螺纹136、142往往变得磨损和松动。在一些情况下，杆与塞之间的对准需要达到一定容差(例如，总指示器读数(TIR)、偏差(run-out))以遵从某些标准或分类。例如，对于第V类关闭，塞和杆之间的对准需要比0.010英寸TIR更好。TIR是一部件的表面上或两个部件之间的最大测量结果与最小测量结果之间的差。然而，图2中所示的阀组件112的塞和杆连接产生介于0.0001英寸至0.081英寸之间的对准，此范围是相对大范围，其中的大部分数值不能满足第V类关闭标准。
此外，在杆106已拧入到中心贯通开口140中之后，孔转入到塞118和杆106中以形成埋头孔146和开口138。销152随后压配或锤打到埋头孔146和开口138中以将杆106固定到阀塞118并防止阀塞118相对于杆106而旋转。以一角度将销152压配到杆106中的此过程可致使杆106变得不对准(即，相对于阀塞118以非垂直角度定位)。杆106相对于阀塞118的此不对准还可影响杆106和阀塞118的耦合(例如，连接、接头)的完整性，并且因此影响阀塞118和阀座126之间的密封作用。
另外，当阀100在更苛刻的应用(例如，使阀组件112暴露至相对较高温度和/或振动的那些应用)中使用时，阀杆和阀塞连接往往变得磨损和松动，其导致杆106与塞118之间、并且因此塞118与阀座126之间的进一步不对准。在一些情况下，此磨损导致中心开口140变宽。为补救此情况，较大直径阀杆可与现有阀塞118一起用于在阀杆106与阀塞118之间提供更好连接。新阀杆通过如下方法制造：从比穿过阀盖110的开口具有更大的直径(例如，比原始阀杆106更大)的杆坯料开始，并且随后机加工阀杆的主要部分(以使阀杆可装配穿过阀盖110中的填装系统108)，除了阀杆的待插入到中心开口140中的下端部。然而，此机加工过程很昂贵并且经常导致正在弯曲的阀杆的弯曲，其需要进一步机械加工来将阀杆矫直(straighten)。而且，借助一些材料(例如，应变硬化的316SST钢)，此机加工过程去除阀杆的较强外表面，其使阀杆变弱并且可导致进一步松动和/或破裂。
图3是经由紧固构件306使杆302耦合到阀塞304的另一公知的阀组件300的局部剖开示意图。阀塞304是圆柱形构件，其具有界定腔310的内壁部分308。阀塞304包括中心开口312，其由阀塞304的第一表面316中的第一开口314和阀塞304的第二表面320中的第二开口318界定。阀杆302包含具有第一直径或横截面的第一部分或区段322和具有小于直径的第二直径或横截面的第二部分或区段324。第二区段324具有螺纹区段326。当阀杆304插入到阀塞304的中心开口312中时，螺纹区段326延伸超出阀塞304的第二表面320，并且紧固机构306以可拧入方式附接到杆302的第二区段324以将杆302耦合到塞304。在杆302的第一区段322与第二区段324之间，杆302具有台肩(shoulder)或斜面328(例如，颈部)。中心开口312的第一开口314还具有相对应的台肩或斜面330。当杆302插入到中心开口312中时，斜面328接合第一开口314的斜面330以使杆302与中心开口312定中心或对准。
为制造阀杆302，将具有第一区段322的直径的杆坯料在端部向下机加工以形成台肩328和第二区段324。然而，此机加工过程从阀杆302的最需要材料的强度的区域(即，杆302与塞304之间的界面处)去除材料。在去除材料时，存在负载可作用于其上的相对较小区域。另外，杆302上的任何力或应力集中在台肩328处。在高温和/或高振动环境中，台肩328可变得比全直径杆相对更快地疲劳。因此，杆和塞连接往往磨损并松动。在一些情况下，中心开口312变宽，并且随后使用较宽杆来提供更好的连接。然而，与以上描述的机加工过程类似地形成较宽替换杆，并且因此，该较宽替换杆最终经受类似缺陷。
图3中所示的阀组件300的另一缺陷在于：当阀组件300处于具有相对较高温度和/或振动的暴露环境中时，紧固机构306往往松动。在一些情况下，为维持阀杆302与阀塞304之间的附接，将阀杆302和/或紧固机构306焊接到阀塞304。然而，如果阀杆302、紧固机构306或阀塞304由不可焊接材料制成或者如果填充材料与阀杆302、紧固机构306或阀塞304的基体材料(base material)不相容，则阀杆302、紧固机构306和/或阀塞304经常无法焊接在一起。此外，在一些情况下，由于在焊接过程期间产生的热，焊接导致阀杆302和阀塞304中增加的变形。因此，需要另外的后焊接处理和/或机加工来将杆302矫直。在其它情况下，使用高冲击工具来铆接杆302的端部以使杆302的端部变形。然而，类似于上述销方案，此过程往往导致阀杆302变得与阀塞304不对准，并且因此损害阀组件300的完整性。
本文中公开实质上减少和/或消除上述公知的连接所经历的对准和松动问题的示例性阀杆和阀塞连接。一般来说，本文中公开的示例性阀杆和阀塞连接包含具有锥形区段的示例性杆和具有通道的塞，通道具有相对应的锥形区段。当杆插入到塞中时，杆的锥形区段以摩擦方式接合(例如，接触)塞的锥形区段。锥形区段以相对渐变或小角度(例如，约1.5度(°))成角度，此导致杆与塞之间的更好的对准，因此阀可实现更好的关闭性能。另外，锥形区段之间的接合或紧密接触形成自对准和自锁连接(例如，自锁接头、锁定锥)。特定来说，锥度的角度(the angle of the taper)小于在表面之间形成大于使杆与塞分离的回缩力的摩擦保持力的角度(例如，约7°)(即，机用锥度或自保持锥度)。此外，锥形区段在杆与塞之间产生相对较大接触区域。相对较大接触区域不仅抵抗杆移动离开塞的通道，而且增加的接触区域导致更好的对准、经改善的应力分布、经提高的疲劳寿命，并防止因振动引起的局部屈服和松动。增加的接合长度还防止示例性阀杆和阀塞连接充当在图1和图2的阀组件112中采用的销接头并在杆与塞之间围绕单个接触点而旋转。
示例性阀杆和阀塞连接还相对较容易组装。在本文中公开的一些示例中，杆的端部延伸通过阀塞，并且紧固机构(例如，螺母)附接到延伸超出阀塞的杆的端部。自锁连接(其可借助手动力产生)使得操作者能够附接螺母，而无须采用用于将杆和塞夹紧就位的其它支撑构件或虎钳(即，杆与塞之间的摩擦力足以在旋拧上螺母的同时将杆固定就位)。另外，当将螺母拧紧到杆上时，杆被进一步拉到塞的通道中，从而使杆的被设置在通道中的区段处于轴向拉伸，同时使锥形区段的外直径受到压缩。此拉伸和压缩导致比公知的杆和塞连接相对更强、更可靠的连接。另外，拉伸和压缩减少杆中通常由高温和/或高振动环境导致的疲劳量。因此，示例性阀杆和阀塞连接可在更苛刻应用中(例如，在具有高温和/或振动的环境中，例如在电力工业中)使用。而且，在将阀塞推压至座环或阀座中时的操作期间，阀杆被进一步推入到阀塞的通道中，并且因此，进一步导致阀杆变得在通道内是对准的。
示例性阀杆和阀塞连接可达到比0.010英寸更好的容差(例如，0.002英寸)，并且因此可满足第V类评级的要求。而且，不像图1和图2中的销接头连接，示例性阀杆和阀塞连接并不需要将销压入到杆中，其可导致杆变得不对准。
此外，本文中的示例性阀杆可由现有杆坯料(例如，标准的经研磨和抛光的杆坯料)制成，并且如与以上所描述的公知的阀杆和阀塞连接相比，在组装后并不需要另外的机加工和/或矫直。例如，由于示例性阀杆和阀塞连接是耐磨损和防松动的，因此制造示例性阀杆并不需要以相对较大直径坯料开始并向下机加工坯料的主要部分，如结合上文公知的阀杆所描述的。因此，示例性阀杆并不需要另外的后加工处理来将阀杆矫直。另外，由于示例性阀杆的锥形区段是渐变的(例如，不太陡峭)，因此锥度并不形成会以其它方式在杆中形成薄弱区域的台肩。
本文中还公开示例性铆接工具，其可用于铆接阀杆(例如，示例性锥形阀杆)的端部，以防止螺母相对于杆而旋转并且非故意地被去除或以其它方式松动。一般来说，本文中公开的示例性铆接工具包含一个或多个铆接叉齿、耳部或壁和用于接纳紧固件(例如，螺栓)的通道。一个示例性铆接工具将经由螺栓紧固到杆的端部。当铆接工具拧紧到杆的端部中时，铆接耳部使杆的端部上的壁或轮缘在螺母上径向向外变形。示例性铆接工具并不需要通常导致不对准的锤打或冲击操作，如上所描述的。相反，示例性铆接工具在与阀杆的纵轴对准的方向上耦合到阀杆的端部并拧紧到阀杆的端部上。在拧紧铆接工具时产生的力沿阀杆的纵轴集中在阀杆的端部附近，并且因此并不影响阀杆与阀塞之间的对准。
图4中示出了具有示例性阀杆402和示例性阀塞404的示例性阀组件400(例如，闭合构件、阀构件、控制构件)的横截面视图。示例性阀组件400可用于具有阀笼引导型非波状外形的(non-contoured)塞内件套的任何阀(例如，滑杆阀)中，诸如，举例来说，图1中的滑杆阀100。在所示出的示例中，杆402具有上端部406和与上端部406相对的下端部408。上端部406将耦合到致动器或致动器的杆，并且下端部408将耦合到塞404。例如，上端部406可耦合到图1中示出的经致动的滑杆阀100的致动器杆114。在图4中所示出的示例中，杆402具有第一部分或区段410、第二部分或区段412以及第三部分或区段414。第一区段410具有用D1表示的第一直径或宽度(例如，横截面)，并且第二区段412具有用小于第一直径D1的D2表示的第二直径或宽度。相应的第一区段410和第二区段412的第一直径D1和第二直径D2实质上恒定。换句话说，第一区段410具有等于第一直径D1的实质上恒定的直径，并且第二区段412具有等于第二直径D2的实质上恒定的直径。第三区段414位于第一区段410与第二区段412之间并且逐渐变细(例如，具有减小的直径或宽度)。换句话说，第三区段414具有从第一区段410处的第一直径D1减小到第二区段412处的第二直径D2的直径或宽度。锥度的角度表示为角度θ1，其代表第三区段414的外表面相对于第一区段410和第二区段412的外表面和/或杆402的纵轴415的角度。在所示出的示例中，角度θ1沿第三区段414实质上是线性的或恒定的。然而，在其它示例中，锥度可以是非线性角度(例如，遍及第三区段414的长度以不同速率变化的锥度)。杆402的第一区段410可以是任何长度。在所示出的示例中，杆402的第二区段412比杆402的第三区段414长。然而，在其它示例中，杆412的第三区段414可以比杆402的第二区段412长。
在所示出的示例中，塞404具有第一表面或侧416(例如，顶侧)以及与第一侧416相对的第二表面或侧418。为接纳杆402，塞404具有形成于第一侧416中的第一开口422与第二侧418中的第二开口424之间的中心通道420(例如，开口、通孔、孔隙、膛孔等)。在所示出的示例中，第一开口422具有被表示为D3的第三直径或宽度，并且第二开口424具有被表示为D4的第四直径或宽度，D4小于第三直径D3。通道420具有第一部分或区段426以及第二部分或区段428。在所示出的示例中，通道420的第一区段426逐渐变细，并且通道420的第二区段428具有实质上恒定的直径。通道420的第一区段426从第一开口422处的第三直径D3到第二区段428处的第四直径D4逐渐变细。锥度的角度表示为θ2，其表示通道420的第一区段426的内表面相对于通道的第二区段428的内表面和/或塞404的纵轴429的角度。在所示出的示例中，杆402的第三区段414的角度θ1与通道420的第一区段426的角度θ2实质上相等。通道420的第二区段428具有等于第四直径D4的实质上恒定的直径。图5中示出了示例性的塞404的顶视图，其中在第三直径D3与第四直径D4之间可以看到通道420的第一区段426的锥度。在所示出的示例中，第二开口424的第四直径D4实质上等于或大于杆402的第二区段412的第二直径D2。因此，当杆402插入到通道420中时，杆402的第三区段414接合或接触通道420的第一区段426，并且杆402的第二区段412延伸通过通道420的第二区段428并超出阀塞404的第二侧418。阀杆402的第三区段414可具有与通道420的第一区段426相同的长度、比通道420的第一区段426短或者比通道420的第一区段426长。在所示出的示例中，通道420的第一区段426比通道420的第二区段428长。然而，在其它示例中，第二区段428可具有与开口420的第一区段426相同的长度或比开口420的第一区段426长。
在所示出的示例中，实质上相等的角度θ1、θ2可以是小于约7°的任何角度，其在杆402的第三区段414的外表面与通道420的第一区段426的内表面之间产生摩擦力，该摩擦力抵抗杆402从通道420的缩回。换句话说，杆402和塞404形成自锁连接或接头。例如，角度θ1、θ2可为约1.5°。在所示出的示例中，杆402的第三区段414以及通道420的第一区段426的长度为约1.75英寸。在这样的示例中，第二直径D2比第一直径D1小大约0.125英寸(例如，八分之一(1/8)英寸)，并且第四直径D4也比第三直径D3小大约0.125英寸。例如，如果第一直径D1为1.0英寸，则第二直径D2为约0.875英寸。当杆402插入到通道420中时，在杆402的第三区段414与通道420的第一区段426之间存在相对大的表面接触面积。该相对大的接触面积不仅减小或防止杆402从通道420中移除的能力，而且大接触面积还有助于在塞404的通道420内同轴地对准杆402。
在其它示例中，可以实现提供防止杆402从通道420中移除的类似摩擦力的其它类型的锥度(例如，自锁锥度)。例如，所述锥度可以是莫氏锥度(Morse taper)、贾克布锥度(Jacobs taper)、贾诺锥度(Jarno taper)或布朗&夏普锥度(Brown&Sharp taper)。这些类型中的每一个类型都基于较小末端的直径、较大末端的直径和/或这两个末端之间的轴向距离来指定锥度(例如，以英寸/英尺为单位)。因此，在其它示例中，锥度θ1,θ2、直径D1,D2,D3,D4和/或锥形区段416,426的长度可以不同。换句话说，锥度的角度θ1,θ2、直径D1,D2,D3,D4和/或锥形区段414,416的长度中的任一者都可依赖于这些参数中的任何一个或多个参数的期望值。
在所示出的示例中，杆402的第三区段414从第一区段410的第一直径D1减小到第二区段的第二直径D2。然而，在其它示例中，第一区段410和第二区段412的直径可以与第三区段414的顶部和/或底部(即，锥形体(taper)开始和/或停止位置处)的直径不同。例如，可以在第三区段414与第二区段412之间提供台肩或边缘，以使得第三区段414的直径减小到与第二区段412的直径不同的直径。同样，对于塞404，第一开口422和/或第二开口424的直径可不同于通道420的第一区段426的锥形体开始和/或停止位置处的直径。例如，可以在第一开口422与通道420的呈锥形的第一部分426的开始位置之间提供台肩或边缘，以使得通道420的第一区段426的直径与第一开口422的直径不同。
为了进一步将杆402耦合到塞404，杆402的第二区段412包括螺纹段430，并且紧固机构可附接到延伸超出塞404的第二侧418的螺纹段430。在所示出的示例中，紧固机构被实现为螺纹螺母432(例如，固定螺母、拉紧螺母)。图6中示出了示例性的阀杆402的侧视图，其中可见第一区段410、第二区段412、第三区段414、螺纹段430以及轮缘或壁434。在某些示例中，为进一步将螺母432固定或紧固到杆402的末端408，杆402的末端408可经由铆接而变形，这防止螺母432相对于杆402旋转(例如，在使螺母432从杆402松开的方向上)。本文中进一步详细公开了用于铆接杆的末端的示例性的铆接工具。在图4中的所示出的示例中，轮缘434(例如，壁、唇部)在平行于杆402的纵轴415的方向上从杆402的末端408延伸。壁434形成腔438。在螺母432附接到杆402的第二区段412之后，壁434的一个或多个部分或者整个壁434可向外变形以防止螺母432从杆402移除(例如，旋下)。在所示出的示例中，壁434从杆402的末端408延伸约0.25英寸并具有约0.65英寸的内径。然而，在其它示例中，壁434可从杆402的末端408延伸其它距离。可通过将埋头孔钻孔到杆坯料的末端中来形成腔438和壁434。此外，为将铆接工具耦合到杆402(如本文中进一步详细讨论的)，孔440沿杆402的纵轴415延伸到杆402的末端408中。孔440具有螺纹442，其可用于将铆接工具耦合到杆402的末端408。在所示出的示例中，孔440具有约0.3125英寸的直径。然而，在其它示例中，孔440可具有另一直径。
如本文中所描述的，示例性的杆402和示例性的塞404是自锁的，这简化了阀组件400的组装。例如，在某些实例中，杆402和塞404在垂直方向上被安装在阀体中。例如，杆402可首先在垂直方向上插入通过阀体的阀盖。随后，塞404在杆408的末端408下方对准，并且可向上移动以将杆402插入到通道420中。一旦杆和塞402,404被推压在一起，由杆402的第三区段414与通道420的第一区段426之间的接触产生的摩擦力便防止杆402从通道420中移除。可以用手将杆402和塞404推动在一起以产生足够的摩擦来防止塞404从杆402落下。操作者随后可以将螺母432旋拧到杆430的螺纹区段430上。因此，可以组装示例性的阀塞和阀杆402,404，而无须使用虎钳或其它支撑结构。在某些实例中，可在一个工作站处执行阀的整个组装。
如图4和图5中示出的，塞404是具有平衡通路444a、444b、444c、444d的平衡塞。平衡通路444a、444b、444c、444d在塞404的第一侧416与第二侧418之间实现流体连通。在其它示例中，塞404可具有更多或更少平衡通路。在其它示例中，塞404可不具有平衡通路。在所示出的示例中，塞404具有壁446，该壁446从第二侧418延伸以形成腔448。壁446的边缘形成支撑表面450。在其它示例中，塞404可以是另一种类型的闭合构件(例如，阀盘)或者用于改变流体通过阀的流动的任何其它结构。塞404可由钢、铝、或任何其它一种或多种适当的材料制成，并且可经由机加工、注入模塑、或任何其它一种或多种适当的工艺来形成。
图7示出了处于已组装状态的阀组件400的示例性的杆402和示例性的塞404。在所示出的示例中，杆402的第三区段414与通道420的第一区段426接合。这两个表面之间的、由自锁锥度产生的摩擦提供了防止杆402从塞404的开口420中移除的保持力。杆402的第二区段412设置在开口420的第二区段428中，并且延伸通过第二开口424并超出塞404的第二侧418。当螺母432旋合到杆402的螺纹段430上时，螺母432将杆402进一步拉到通道420中，并且因此，增加杆402的第三区段414与通道420的第一区段426之间的摩擦力。
此外，当将螺母432扭转或拧紧到杆402上时，螺母432的拉力通过第二区段412和第三区段414在杆402中产生轴向拉伸，并且还压缩杆402的第三区段414的外径。该轴向拉伸使杆402的第二区段412伸展并使得杆402充当弹簧，由此生成了在杆和塞402,404之间引起较好的径向和垂直对准的耐振动和/或耐疲劳接头。另外，该轴向拉伸实质上减少和/或防止杆402与塞404之间的移动，并且因此，实质上减少和/或防止部件因热变化和/或振动而变得松动。换句话说，杆402保持在通道404内对准，并且如与图1-图3中所示出的公知阀杆和阀塞的连接相比，实质上减少或消除了磨损量和/或松动量。因此，杆402在更严苛应用中(例如，在具有较高温度和/或振动的环境中)抵抗疲劳和磨损。此外，每当阀塞404按压到座环(例如，图1中的阀座126)中，杆402便进一步被推动到通道420中，并且因此，阀杆402与阀塞404之间的连接被拧紧，并且阀杆402重新对准(例如，复位)。该接头上的此轴向压缩拧紧了该接头。
在图7中的所示出的示例中，壁434已在螺母432的末端上向外变形以防止螺母432(例如，因振动、疲劳和/或温度改变)从杆402中移除。换句话说，使壁434变形或对其进行铆接以防止螺母32相对于杆402旋转。在其它示例中，螺母432可通过其它紧固技术(例如点焊)来耦合到杆402。图8示出了插入到塞404中的杆402的侧视图。在图8中已移除了塞404的壁446(图4)以示出经暴露的螺母432。在图8中的所示出的示例中，杆402的壁434还尚未变形。
在所示出的示例中，杆402经由螺母432耦合到塞404。然而，在其它示例中，杆402可使用其它技术耦合到塞404。例如，杆402的末端408可点固焊到塞404。在其它示例中，可使用铆接工具(例如，诸如本文中所公开的示例性的铆接工具)来拉紧杆402并将杆402的末端408铆接到塞404的第二侧418。
图9中示出用于铆接杆的末端(例如，杆402的末端408)的示例性的铆接工具900。图10中示出了示例性的铆接工具900的横截面视图。铆接工具900具有本体902，本体902具有第一表面或侧904(例如，顶部侧)、以及与第一侧904相对的第二表面或侧906(例如，底部侧)、以及第三表面或侧908(例如，横向侧)。在所示出的示例中，铆接工具900还具有位于第三侧908与第二侧906之间的斜表面或侧910。然而，在其它示例中，可能不包括斜的侧表面910(例如，第三侧908可延伸到第二侧906)。
为使杆的末端和/或壁变形，铆接工具900包括一个或多个铆接耳部。该铆接耳部可以被实现为壁、叶片、叉齿、楔形物、铆接件和/或能够铆接壁或轮缘的任何其它一种或多种结构。在所示出的示例中，铆接工具900具有三个铆接耳部：第一耳部912a、第二耳部912b以及第三耳部912c(参见图11)。耳部912a、912b、912c设置在第一侧904上并从第一侧904向外延伸。三个耳部912a、912b、912c在平行于本体902的纵轴916的方向上在第一侧904与从第一侧904突出的延伸部914之间延伸(例如，耦合到第一侧904以及从第一侧904突出的延伸部914)。延伸部914具有外表面918和末端表面920。在所示出的示例中，延伸部914在外表面918处的直径或宽度小于本体902在第三表面908处的直径或宽度。
为使得铆接工具900能够紧固到杆的末端上，铆接工具900具有用于容纳紧固件(例如螺栓(例如，如本文中进一步详细描述的图11中的螺栓1100))的通道922(例如，开口、通孔、孔隙、膛孔等)。如图10中更清楚示出的，通道922沿纵轴916延伸通过本体902和延伸部914。通道922具有第一部分或区段924以及第二部分或区段926。通道922的第一区段924位于本体902内，并且通道922的第二区段926延伸通过延伸部914并进入到本体902中。第一区段924具有用D1表示的第一直径，并且第二区段926具有用D2表示的第二直径，D2小于第一直径D1。然而，在其它示例中，这两个直径可以不同或相同。具有头部和螺纹轴的螺栓可插入到通道922中，以使得该头部设置于通道922的第一区段924中，并且螺纹轴延伸通过通道922的第二区段926并伸出延伸部914的顶部表面920。在所示出的示例中，第二区段926比第一区段924长。然而，在其它示例中，第一区段924可以比第二区段926长。
在所示出的示例中，通道922还具有位于第一区段924与第二区段926之间的第三部分或区段928。通道922的第三区段928具有用D3表示的第三直径，D3大于相应的第一区段924和第二区段926的第一直径D1和第二直径D2。在第二区段926与第三区段928之间限定表面930，当将铆接工具900拧紧到杆上时，螺栓的头部在表面930处接合。在许多实例中，铆接工具900可用于从杆的底部或者在杆的下方铆接杆。铆接工具900将被紧固到杆的底部中并被拧紧到杆上，以使杆的末端和/或壁变形。为防止螺栓在操作者正朝向杆的底部移动铆接工具900时从通道922中落出，在通道922内表面中形成凹槽932，该凹槽932保持住卡环934。卡环934具有小于螺栓头部的外侧直径的内侧直径。卡环934可例如由塑料或橡胶制成。
图11示出延伸通过塞404的通道420的杆402的端部408的放大横截面视图。螺母432已以可拧入方式耦合到杆402的螺纹段430。在所示出的示例中，螺栓1100设置在铆接工具900的通道922内。螺栓1100具有头部1102和螺纹轴1104。为将壁434铆接在杆402上或使壁434变形，螺栓的螺纹轴1104旋拧或拧入到孔440中。当螺栓1100拧紧时，铆接工具900的延伸部914移动到腔438中。最终，当螺栓1100进一步拧紧或扭转时，耳部912a、912b、912c接合壁434并使壁434向外变形(例如，如图7中所示)。在所示出示例中，螺栓1100实施为内六角螺钉，其在头部1102中包括开口1106以接纳工具(例如，六角扳手或艾伦内六角扳手)。开口1106比卡环934中的开口具有更小的直径，其使得所述工具能够在不去除卡环934的情况下插入到螺栓1100的头部1102中。因此，螺栓1100可保持设置在铆接工具900内。在其它示例中，开口1106可以不同方式(例如，星形图案、狭槽等)成形以接纳任何其它工具或钻头(例如，星形钻头、标准或一字螺丝刀等)。在其它示例中，螺栓1100可实施为另一种类型的紧固装置，例如法兰螺栓(例如，垫圈圆头螺栓)、平头螺帽等。
图12示出在壁434已变形后的杆402的底视图。由于铆接工具900使用杆402的端部408作为用于执行铆接操作的反应负载，因此无额外负载或冲击施加到杆402，并且因此，无额外负载或冲击施加到阀杆402与塞404之间的连接。因此，阀杆402和塞404不会松动或被敲击而脱离对准，如使用公知的铆接和焊接技术经常遇到的。
在所示出的示例中，铆接工具900具有三个铆接耳部。然而，铆接工具900可具有可具有不同形状(例如，轮廓)并且可不同地被隔开的更多或更少的耳部。图13示出具有不同数目个耳部的替代铆接工具。两耳铆接工具1300具有以相等径向距离彼此隔开(例如，在彼此相反的侧上)的两个耳部，并且四耳铆接工具1302具有以相等径向距离彼此隔开的四个耳部。在其它示例中，弯曲或成角度的圆周壁可提供于延伸部914与顶部表面904之间，以使得当使用铆接工具时，整个壁434向外变形。
图14示出代表用于铆接杆的端部的示例性方法1400的示例流程图，铆接杆的端部可使用图9的示例性铆接工具900来实施。结合图4的杆402来描述示例性方法1400。然而，应理解，示例性方法900可与具有螺纹孔和可变形的壁的任何杆一起使用。例如，如果螺纹孔形成于杆302的端部中并且形成了从杆302的端部延伸的壁，则方法1400可在图3中所示的杆302上执行。示例性方法1400可由人操作者和/或由机器来执行。
在所示出的示例中，方法1400包括将阀杆插入到阀塞中(框1402)。例如，如图7中示出，杆402可插入到塞404中的通道420中。示例性方法1400包含将阀杆的端部耦合到阀塞的底部(框1404)。在一些示例中，固定螺母或其它紧固机构可拧入或旋拧到阀杆的端部处的螺纹段上。例如，如图7中示出，螺母432拧入到螺纹段430上并接合塞404的第二侧418(例如，底部侧)。示例性方法1400包含将铆接工具耦合到阀杆的端部上(框1406)。在一些示例中，可使用螺栓或其它螺纹紧固件将铆接工具耦合到阀杆的端部上。例如，如图11中示出，螺栓1100可旋拧到杆402的端部408中的孔440中。示例性方法1400包括通过铆接阀杆的端部来使阀杆的端部变形(框1408)。在一些示例中，使阀杆的端部变形包括拧紧或扭转螺栓以将铆接工具推入到阀杆的端部中。例如，如图11中示出，螺栓1100可旋拧到杆402的端部408中的孔440中。在拧紧螺栓1100之后，第一、第二和第三铆接耳部912a、912b、912c在杆402的端部上接合壁434并在螺母432上使壁434向外变形以防止螺母432相对于杆402而旋转。
根据前述内容，将意识到的是，以上公开的阀杆和阀塞连接在阀杆与塞之间提供更好的对准，其抵抗阀杆和阀塞的移动和疲劳，并且因此，确保塞可维持紧密关闭性能。示例性的塞和杆连接还具有经提高的抗振性。在杆中产生的拉伸使得杆和塞连接能够更好地经受振动，并且因此，防止松动。而且，杆与塞之间的大接触区域实现更好应力分布并防止局部屈服(和因振动引起的松动)。进一步，杆与塞之间的较长接合防止杆在塞的通道内的旋转。
示例性的阀塞和阀杆连接还引起简化、较低成本和更高效的制造。示例性的阀杆和阀塞可有利地制造和组装，而在该连接的较高应力区域中无应力梯级。例如，通过采用示例性的自锁锥度，可使用现有杆尺寸来制造示例性的杆，而无须从较大直径坯料来机加工杆，如公知方法中所描述的。此外，示例性的杆并不需要凸肩或颈部，凸肩或颈部通常通过如下方法形成：从超大尺寸的条(bar)开始，并且随后去除材料以使杆的部分具有标准直径，该杆的部分在机加工后随后需要矫直。相反，示例性的杆可由标准的经研磨和抛光的杆坯料制成，而无需任何矫直过程。
另外，杆的锥形区段和塞的中心通道形成简化阀杆和阀塞的组装的自锁连接。锥度的摩擦足以在将螺母紧固到杆的同时将塞固定在杆上。这允许对杆连接上的扭矩和负载的更多控制并在试图拧紧连接时消除杆的卷起(wind-up)。此外，示例性的阀杆和阀塞连接可在无额外机加工的情况下达到小于0.002英寸TIR。
还将意识到的是，可使用以上公开的铆接工具来使杆的端部变形以防止螺母相对于螺母而旋转(例如，松动)。另外，可使用示例性的铆接工具来使杆的端部变形，而不损害杆在塞内的对准。此外，与需要另外的钻孔和销的公知的铆接方法不同，无需将示例性的杆和塞连接带到另一个工作站(例如，其具有钻床来钻穿过塞和杆的孔并随后敲击进固定销中)。相反，铆接可在与塞安装在杆上相同的工作站处来执行。
虽然本文中已公开某些示例性方法、设备及制品，但此专利的涵盖范围并不限于此。相反，本发明涵盖在相当程度上落在此专利的权利要求的范围内的所有方法、设备及制品。

Claims (17)

1.一种铆接工具，包括：本体，所述本体具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；延伸部，所述延伸部从所述本体的所述第二侧向外突出，所述延伸部具有比所述本体更小的直径，所述延伸部具有端部表面；一个或多个铆接耳部，所述一个或多个铆接耳部从所述本体的所述第二侧向外延伸；以及通道，所述通道沿所述铆接工具的纵轴延伸通过所述本体和所述延伸部，所述通道包含具有第一直径的第一区段和具有小于所述第一直径的第二直径的第二区段，所述通道还包括位于所述第一区段与所述第二区段之间的第三区段，所述第三区段具有大于所述第一直径的第三直径，以及形成在所述通道的所述第一区段的内表面中的环形槽，所述环形槽用于接收卡环。
2.根据权利要求1所述的铆接工具，其中，所述一个或多个铆接耳部耦合在所述本体的所述第二侧与所述延伸部的外表面之间。
3.根据权利要求2所述的铆接工具，其中，所述铆接耳部为两个或更多个，两个或更多个所述铆接耳部围绕所述延伸部以相等周向距离彼此隔开。
4.根据权利要求1所述的铆接工具，其中，当螺栓设置在所述通道内时，所述卡环防止所述螺栓从所述通道掉出。
5.根据权利要求1所述的铆接工具，其中，所述通道的所述第二区段长于所述通道的所述第一区段。
6.一种用于铆接阀杆端部的方法，包括：将阀杆插入到阀塞中，所述阀杆的端部从所述阀塞的底部向外延伸，所述阀杆的外表面是带螺纹的，所述阀杆具有沿所述阀杆的纵轴延伸到所述阀杆的所述端部中的螺纹孔和在平行于所述纵轴的方向上从所述阀杆的所述端部向外延伸的圆形轮缘；将螺母拧到所述阀杆的所述外表面上；在所述阀杆的所述纵轴的方向上将铆接工具耦合到所述阀杆的所述端 部上，所述铆接工具具有接合所述阀杆的所述端部上的所述圆形轮缘的一个或多个铆接耳部，沿着所述铆接工具的纵向轴线穿过所述铆接工具的本体延伸的通道以及形成在所述通道的内表面中的环形槽，所述环形槽用于接收卡环；以及在一个或多个区域中经由所述一个或多个铆接耳部使所述圆形轮缘径向向外变形以防止所述螺母相对于所述阀杆而旋转。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述铆接工具耦合到所述阀杆的所述端部上包括将紧固件旋拧到所述阀杆的所述端部中的所述螺纹孔中，所述紧固件部分地设置在所述铆接工具中的通道内。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，使所述圆形轮缘变形包括将所述紧固件拧紧到所述阀杆的所述端部上以朝向所述阀杆的所述端部移动所述铆接工具，以使所述一个或多个铆接耳部与所述圆形轮缘接合。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述紧固件的头部设置在所述铆接工具的所述通道内。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述铆接工具包括本体和从所述本体延伸的圆形延伸部，并且其中，将所述铆接工具耦合到所述阀杆的所述端部包括将所述延伸部插入到所述圆形轮缘中。
11.一种铆接工具，包括：本体，所述本体具有第一表面、与所述第一表面相对的第二表面和位于所述第一表面与所述第二表面之间的第三表面；孔，所述孔沿所述本体的纵轴延伸通过所述本体，所述孔在所述第二表面处包含具有第一宽度的第一区段并且在邻近所述第一表面处包含具有第二宽度的第二区段，所述第二宽度小于所述第一宽度，所述孔还包括具有第三宽度的位于所述第一区段与所述第二区段之间的第三区段，所述第三宽度大于所述第一宽度，所述第二区段与所述第三区段之间限定第四表面，所述孔用于接纳螺栓，所述螺栓的头部设置在所述孔的所述第一区段内，并且所述螺栓的螺纹轴延伸通过所述孔的所述第二区段并超出所述本体的所述第一表面；一个或多个铆接壁，所述一个或多个铆接壁从所述本体的所述第一表面突出；以及位于所述孔的所述第一区段的内表面内的环形槽，所述环形槽用于接纳卡环以在所述螺栓设置在所述孔内时防止所述螺栓从所述孔掉出，其中，当所述铆接工具拧紧到杆上时，所述螺栓的头部接合所述第四表面。
12.根据权利要求11所述的铆接工具，还包括从所述本体的所述第一表面向外突出的延伸部，其中，所述孔的所述第二区段延伸通过所述延伸部。
13.根据权利要求12所述的铆接工具，其中，所述延伸部的外部宽度小于所述本体的外部宽度。
14.根据权利要求12所述的铆接工具，其中，所述一个或多个铆接壁中的至少一个在所述本体的所述第一表面与所述延伸部的外部侧表面之间延伸。
15.根据权利要求12所述的铆接工具，其中，所述铆接壁为三个，三个所述铆接壁从所述本体的所述第一表面突出并且围绕所述延伸部以相等周向距离彼此隔开。
16.根据权利要求12所述的铆接工具，其中，所述延伸部比所述一个或多个铆接壁延伸得更远。
17.根据权利要求11所述的铆接工具，其中，所述本体包括位于所述第三表面与所述第二表面之间的斜表面。
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