CN112066077A - 一种紧固装置和阀门的在线维修方法 - Google Patents

Abstract

一种紧固装置和阀门的在线维修方法，属于阀门领域。该紧固装置包括两个压板以及与之配合的连接件。该两个压板通过连接件而被固定在阀门的丝杠上，从而对阀门的填料压盖进行限位，使其在具有保持旋转动力的同时还能避免沿丝杠轴向运动。利用该装置可以实现对阀门的在线维修，从而避免使用该阀门的管道停止运作。

Description

一种紧固装置和阀门的在线维修方法

技术领域

本申请涉及阀门领域，具体而言，涉及一种紧固装置和阀门的在线维修方法。

背景技术

在钢铁行业的冶炼过程中，多数工艺会使用到氧气。而氧气需要通过管道输送，由阀门进行控制。

为降低成本，现有的氧气阀门传动部位均采用铸铁和碳钢制件，并且通过滑动丝杠螺母副传递动力。

这些部件在露天环境中易腐蚀生锈，出现传动部分卡死等故障，如不及时修理将会造成设备事故和能源浪费，由此引发的设备停运将导致较大的经济损失。

现有的氧气阀门的检修模式：

(1)可靠截断氧气，拆下阀门，对传动部位离线检修；

(2)保持氧气阀门填料压盖的密封性能，氧气不外泄的情况下对传动部位进行在线维修。

但是，现有检修模式在实际的使用中存在不同程度的缺陷：

1)工艺要求保证生产所需的氧气正常供给，如果氧气主干道停气会造成较大的经济损失。因此，工艺要求不能停气，所以这些管段的阀门无法隔离，不能实现离线检修。

2)在线维修需要拆阀门的传动机构，但是却不能确保介质不渗漏。

发明内容

为改善、甚至解决上述现有阀门不能进行在线维修的问题，本申请提出了一种紧固装置和阀门的在线维修方法。

本申请是这样实现的：

在第一方面，本申请的示例提供了一种可用于在对阀门进行维护时进行加固的紧固装置。其中该阀门具有丝杠以及套设在丝杠的压盖。

紧固装置包括两个压板和连接件。

其中，前述的两个压板提供由丝杠穿过的过孔。同时，该两个压板通过各自的内曲面限定上述的过孔。每个压板的内曲面包括依次分布的第一曲面部、平台部以及第二曲面部，第一曲面部和第二曲面部被构造为与丝杠间隙配合，平台部被构造为与丝杠相切接触配合。

连接件用于连接两个压板，并提供在过孔的径向施加的压紧力。

通过利用连接件连接两个压板，可以使得两个压板在压紧力的作用下，通过各自的平台部夹紧丝杠，同时两个压板的端部被构造为均抵触于压盖，从而限制压盖沿丝杠的轴向运动且允许压盖沿丝杠的周向转动。

可选地，在内曲面中，第一曲面部和第二曲面部对称地分布于平台部的两侧。

压板的内曲面通过上述对称方式进行构造，有助于向阀门的丝杠提供平衡的作用力，避免压板或连接件的非平衡受力，从而提高紧固装置的寿命。

可选地，平台部在过孔的轴向的长度与压板在过孔的轴向的长度一致。

平台部的长度与压板的长度一致，可以在一定程度上简化压板的结构，降低其制作难度。

可选地，平台部具有被构造为与丝杠相切接触配合的接触部，且接触部分布在平台部沿过孔径向的中部。

将平台部与阀门丝杠的接触部位限定在其中部，有助于连接件向压板的施力平衡。

可选地，平台部在过孔的径向的长度为过孔直径的1/6至3/6。

通过控制压板的内曲面的构造形式，可以使得压板受力均衡。例如，内曲面的平台部的两端的第一曲面部和第二曲面部以相对更合理的力矩，更有效地施加压紧力。

可选地，压板具有连接孔，且连接孔位于压板的第一曲面部的端部之外和第二曲面部的端部之外，连接件通过连接孔连接两个压板。

可选地，连接孔的内壁具有螺纹，连接件为与螺纹匹配的螺栓或螺柱。

可选地，连接件包括相互匹配的螺栓和螺母；

可选地，螺栓为内角螺栓，如内六角螺栓。内六角螺栓拆装方便，也便于压板加工。如采用普通六角螺栓，那么压板上的与螺栓头配合的平面需要加工的相对较大，以放下螺栓头及安装工具，从而对压板的厚度(主要指内曲面和外表面之间的距离，或称壁厚)要求较高。

在第二方面，本申请的示例提供了一种用以拆卸阀门的传动机构的阀门的在线维修方法。

该在线维修方法包括：

提供上述的紧固装置；

将紧固装置固定在阀门的丝杠，以对压盖构成限位，使压盖在丝杠的轴向运动被阻止且同时允许在丝杠的周向旋转；

转动传动机构至被压盖阻挡停止；

转动压盖，并继续旋转传动机构；

重复转动压盖和传动机构，直至传动机构从阀门的丝杠脱落。

可选地，在转动压盖，并继续旋转传动机构的步骤中，压盖与传动机构是一同转动的。

可选地，当紧固装置中的压板设置具有螺纹的连接孔，且连接件为内六角螺栓时，将紧固装置固定在阀门的丝杠的步骤中，紧固装置向丝杠施加的压紧力F₁根据阀门的压盖所受到的介质的顶升压力F₂进行调节，使得F₁大于等于F₂；

压紧力为F₁＝2μF_N，其中，μ为摩擦系数，F_N为压板向丝杠施加的压力，且

T表示力矩、P表示螺距、u_g表示螺纹摩擦系数、d₂表示螺纹中径、D_km表示螺栓头小表面尺寸、u_k螺栓头下的摩擦系数；

顶升压力F₂＝P·S，其中，P为压盖受到的压强、S为压盖与介质的接触面结。

本申请示例中的紧固装置可以在阀门的压盖紧固螺栓拆除后，使压盖的相对位置仍被限制，从而保持填料工作所需的预紧力，以保证氧气不泄漏，实现氧气阀门的传动机构的在线检修(如更换)。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有阀门的结构示意图；

图2示出了图1的阀门在A-A面的剖视结构示意图；

图3为本申请示例中的紧固装置与图1所示的阀门的配合的结构示意图；

图4示出了图3的阀门与紧固装置在B-B面的剖视结构示意图；

图5示出了本申请示例的紧固装置中的夹板的结构示意图；

图6示出了图5的夹板在C-C面的剖视结构示意图。

图标：1-丝杠；2-平面轴承；3-阀门支架；4-传动螺母；5-左夹板；6-连接件；7-右夹板；8-紧固螺栓；9-压盖；100-紧固装置；101-连接孔；102-第一曲面部；103-平台部；104-第二曲面部；106-外表面。

具体实施方式

在钢铁冶炼行业中，氧气通常作为工作气体被在各种管道系统中进行传输。并且，为了控制氧气的传输，管道系统中也通常配备阀门，例如氧气阀。基于作业的需要，相当多情况下，在非停气条件下对氧气阀进行维修，即所谓的在线维修。因此，如何实现该在线维修方案是一个需要慎重考虑的问题。

目前，通常使用的氧气阀具有如图1和图2所示的结构。其损环在多数情况下的表现是不能进行正常的旋钮操作。因此，需要更换平面轴承2清理、修复受损的滑动丝杠1螺母副。

因此，其维修需要拆卸传动机构(阀门支架3及传动螺母4)。

具体而言，由于传动螺母4的固定螺栓严重锈蚀及传动螺母4与阀门支架3的间隙被铁锈严重卡阻，传动螺母4无法与阀门支架3分离，因此，需要将阀门阀杆支架与传动螺母4同时顺着阀门丝杠1(通常为铁质)旋出。

但是，阀门支架3的内壁尺寸D2略小于用以挤压填料的压盖9的长轴尺寸D1，挡住了阀门阀杆支架的旋转。所以，在拆卸阀门支架3及传动螺母4时，要将填料压盖9的紧固螺栓8拆除，让填料压盖9随着阀门支架3及传动螺母4同时旋转才能完成的拆卸。

然而，填料压盖9紧固螺栓8拆除后，用以固定氧气阀的填料的压盖9无紧固，就会出现传输介质(如氧气)泄漏。

针对上述的问题，经过研究，本申请发明人提出了一种装置，用以在上述情况下使用，从而确保阀门可以被在线维修，而无需停止传输介质。

并且，该装置能够实现，在用于限位填料的压盖9所配套的螺栓拆除之后，对压盖9进行限位以防止其松脱，从而避免介质泄漏。换言之，该(密封)装置的作用就是既能保持压盖9轴向固定(防止介质泄漏)，又能使压盖9具有沿阀门丝杠1周向旋转的能力(旋转中心线为丝杠的轴线)。

应当指出的是，在本申请中，虽然以氧气阀的方式进行说明，但是，这并非意在限定本申请提出的装置和方法只能适用于氧气阀。其也可以应用于对各种具有丝杠1、填料以及压盖9结构的阀门的在线维修。其中的阀门例如可以是各种截止阀。

以下结合附图对本申请示例中的上述装置(示例中被描述为紧固装置100)进行说明。

在本申请，氧气阀结合紧固装置100的结构如图3和图4所示。

紧固装置100包括两个压板和连接件6。连接件6用于连接该两个压板，并提供压紧力。并且，该两个压板在所述的压紧力的作用下夹紧丝杠1，同时两个压板的端部还均抵触于压盖9，从而限制压盖9沿丝杠1的轴向运动且允许压盖9沿丝杠1的周向转动。

其中的两个压板分别为左夹板5、右夹板7。两个压板被独立地提供和使用，并且能够在其中一个损坏时通过更换而继续使用，从而在一定程度上减少浪费。

两个压板在使用时相互对置，从而将位于其间的丝杠1夹紧。在示例中是通过两个压板设置凹陷结构包裹丝杠1。并且，因此，两个压板共同地约束一个过孔。丝杠1被夹持的部分即位于该过孔内。

具体而言，每个压板的凹陷结构是以内曲面的形式构造。且该内曲面包括三部分，分别为首尾依次排布的第一曲面部102、平台部103以及第二曲面部104。其中，平台部103位于第一曲面部102和第二曲面部104的两端。压板的结构如图5和图6所示。并且，在应用的实例中，当紧固装置100被固定在阀门的丝杠1时，第一曲面部102和第二曲面部104与丝杠1间隙配合，同时，平台部103与丝杠1相切接触配合。换言之，两个压板的第一曲面部102和第二曲面部104与丝杠1的表面均不接触，且同时平台部103与丝杠1构成沿丝杠1轴向的线接触。该平台部103的表面为平面结构，从而可以产生足够大的正压力。并且，压板的该平台部103的平面与丝杠1的曲面的配合是线接触，因此接触精度高、更加可靠。同时，平面可以更厚一些，不能过薄，否则会出现螺栓还没拧紧，两压板就已经贴合的情况，导致正压力不足。

在部分的示例中，两个压板的平台部103与丝杠1的接触线还与丝杠1的轴线共面，从而能够将压板的压紧力充分地施加于丝杠1。

压板的内曲面可以不同的方式进行构造，即内曲面的第一曲面部102、平台部103以及第二曲面部104可以根据不同的方式进行设计。例如，平台部103以及两个曲面部的相对长短、两个曲面部的弯曲程度等等。

在一些示例中，对于任意一个压板而言，其内曲面中的两个曲面部(第一曲面部102和第二曲面部104)可以对称地分布于平台部103的两侧。例如，以平台部103的中垂面为对称轴，两个曲面部对称分布。

另外，还可以对平台部103的长度进行限制，其中所述的长度包括平台部103沿丝杠1的轴向的长度和沿径向的长度。示例性地，平台部103在过孔的轴向的长度与压板在过孔的轴向的长度一致。或者，平台部103在过孔的径向的长度为过孔直径的1/6至3/6，例如1/6或2/6或3/6。

进一步地，还可以对压板与丝杠1的配合方式进行限定，例如，将丝杠1与压板的接触位置(接触部)控制在内曲面中的平台部103的中部。并且，该“中部”是指平台部103沿过孔径向(丝杠1轴向)的中部。

作为一种可选的示例，两个压板可以通过对中空圆柱体的沿径向剖切开而获得。并且，在此基础上，对切割形成的半圆柱的凹槽(中空结构切割而产生)表面再次进行切割，从而形成平台部103，而该平台部103的两侧则构成前述之第一曲面部102和第二曲面部104。

另外为了将紧固装置100中的两个压板通过连接件6(可拆卸)固定在丝杠1，连接件6可以夹套的方式实施。或者，连接件6也可以通过快拆结构实施。但是为了方便实施和控制压板向丝杠1所施加的压紧力。连接件6可以螺栓(本申请示例方案)或螺柱的方式制作，或者连接件6以螺母/螺帽与螺栓配合结构实施。螺栓的拧紧力矩过小或者过大都会对压板的平台部103与丝杠1的结合处所产生的正压力及摩擦力构成影响。例如，力矩过小则会导致正压力及摩擦力不足，过大则容易损坏螺纹，导致“滑牙”失效。

其中的螺栓结构的连接件6可以选择为内角螺栓，如内六角螺栓，以减少其空间占用。

相应地，连接孔101可以在压板的表面层以半圆凹槽方式构造、内部以直孔(可以位于前述半圆凹槽的内底壁的中心位置)的方式构造，并且半圆凹槽与内六角螺栓的头部作可选的间隙配合，且半圆凹槽的孔径与内六角螺栓作间隙配合。

并且，对应于上述连接件6的方案，压板还具有连接孔101。例如，其中一个压板设置通孔，另一个压板设置盲孔(也可以是通孔)。以螺栓方式实现的连接件6穿过通孔，进入到盲孔，并通过与设置在压板的螺纹连接或者通过配备的螺帽螺纹连接。此外，上述的通孔和盲孔均可以根据需要被设置为螺纹孔或内壁光滑的非螺纹孔。

此外，连接孔101的数量可以是任选的，以能够提供足够的压紧力为限。

本申请示例中，每个压板设置有四个连接孔101，且两个为一组(共两组)。其中一组位于压板的第一曲面部102的一侧，另一组位于压板的第二曲面部104的一侧。需要指出，本申请示例中连接孔101并未穿过第一曲面部102和第二曲面部104，而是避开压板的内曲面设置，而从压板的外表面106沿内部延伸、甚至贯穿压板。即基于制作两个压板的中空圆柱体而言，连接孔101是通过穿过该中空的圆柱体的侧壁而制作的。

由于需要提供压紧力，压板和连接件6根据其承受作用力的大小进行材料选择。例如，压板采用黄铜或者强度更高的碳钢制作而成。

从总体上而言，本申请示例中的紧固装置100具有结构简单、使用便利、以操作的优点。其通过两块压板压紧后与阀门的丝杠1的摩擦力来克服氧气对压盖9的压力/顶升力，阻止压盖9轴向移动，从而通过压盖9对添加的挤压和限位作用保持填料工作所需的预紧力。

基于上述紧固装置100，为了使本领域技术人员更容易实施本申请方案，示例中给出了一种该紧固装置100的应用示例—一种阀门的在线维修方法。

通过该在线维修方法可以拆卸阀门的传动机构，并且能够保持介质的正常输送。

在线维修方法包括：

步骤S101、将紧固装置100固定在阀门的丝杠1，以对压盖9构成限位，使压盖9在丝杠1的轴向运动被阻止且同时允许在丝杠1的周向旋转。

步骤S102、转动传动机构至被压盖9阻挡停止；

步骤S103、转动压盖9、并继续旋转传动机构。其中，通常可以选择先转动压盖，从而为传动机构的旋转预留出空间，然后再旋转传动机构。在一些示例中，压盖和传动机构也可以选择一同转动。即旋转传动机构，使其推动压盖转动。在这样的示例中，传动机构作为主动件推动压盖转动。

步骤S104、重复转动压盖9和传动机构，直至传动机构从阀门的丝杠1脱落。

该上述步骤中，由于在整个过程均对压盖9通过紧固装置100施加了压紧力，使其在丝杠1的轴向运动被阻止，而保留沿丝杠1周向旋转的能力。因此，通过持续地交替旋转压盖9和传动机构，可以安全地将传动机构拆卸掉。需要说明的是，其中，压盖9是与丝杠1光滑接触而非螺纹连接，因此与压盖9的转动并不会导致其产生沿丝杠1的轴向运动；而传动机构与丝杠1是通过螺纹连接配合的，因此，传动结构的转动可以相对丝杠1产生轴向移动，直至其从丝杠1末端脱离。

另外，作为一种可选的示例，当紧固装置100中的压板设置具有螺纹的连接孔101，且连接件6为内六角螺栓时，上述将紧固装置100固定在阀门的丝杠1的步骤(步骤S101)中，紧固装置100向丝杠1施加的压紧力F₁根据阀门的压盖9所受到的介质的顶升压力F₂进行调节，使得F₁大于等于F₂。

其中，F₁和F₂通过下述方式进行计算。

压紧力为F₁＝2uF_N，其中，μ为摩擦系数，F_N为压板向丝杠1施加的压力。

其中，T表示力矩、P表示螺距、u_g表示螺纹摩擦系数、d₂表示螺纹中径、D_km表示螺栓头小表面尺寸(螺栓头与被紧固件接触部位的尺寸)、u_k螺栓头下的摩擦系数。

顶升压力F₂＝P·S，其中，P为压盖9受到的压强、S为压盖9与介质的接触面积。

在本申请的具体示例中，上述参数如下：

1)查表得铁—黄铜的摩擦系数u＝u_k＝0.46；

2)通过力矩扳手控制本次螺栓的上紧力矩T＝45N·m；

3)M6的普通螺纹螺距为1mm；

4)根据紧固件标准GB/T 1231-2000规定，螺纹摩擦系数u_g＝0.11～0.15，其它条件不变时u_g与F_N成反比，本次计算需取F_N的最小值，因此u_g应取最大值0.15；

5)M6的普通螺纹中径为5.35mm；

6)测得M6的螺栓头小表面尺寸D_km＝3mm；

7)压强P＝氧气管网压强＝2.8Mpa；

8)受力面积S＝装盘根填料的圆环面积＝3.14×(0.065²-0.05²)＝0.0054165m²。

代入以上数据可算出：

F₁＝73921.98N；

F₂＝15166.2N；

F₁＞＞F₂，可以通过该发明来对阀门的填料压盖9进行紧固。

此外，根据上述计算式可知，针对不同的传输介质和传输方式，可以选择对紧固装置100进行结合和材料的改进，以调整压紧力和顶升力之间的相对大小。例如，当管道系统中的输送的介质(如气体或液体)对阀门的压盖9的压力F₂>F₁时，则可以提高压板的强度(如将黄铜换为强度更高的碳钢)，或者采用更高强度的连接件6(螺栓，如8.8级内六角螺栓)。由此，通过增加零件(压板和连接件6)的强度之后就可以使用更大的力矩，产生更大的正压力及摩擦力，以便使压盖9被更有效地紧固。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种紧固装置，可用于在对阀门进行维护时进行加固，其中所述阀门具有丝杠以及套设在所述丝杠的压盖，其特征在于，所述紧固装置包括：

两个压板，所述两个压板通过各自的内曲面限定出可供所述丝杠穿过的过孔，每个所述压板的内曲面包括依次分布的第一曲面部、平台部以及第二曲面部，所述第一曲面部和所述第二曲面部被构造为与所述丝杠间隙配合，所述平台部被构造为与所述丝杠相切接触配合；

连接件，用于连接所述两个压板，并提供在所述过孔的径向施加的压紧力；

所述两个压板能够在所述压紧力的作用下，通过各自的平台部夹紧所述丝杠，同时所述两个压板的端部被构造为均抵触于所述压盖，从而限制所述压盖沿所述丝杠的轴向运动且允许所述压盖沿所述丝杠的周向转动。

2.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，在所述内曲面中，所述第一曲面部和所述第二曲面部对称地分布于所述平台部的两侧。

3.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，所述平台部在所述过孔的轴向的长度与所述压板在所述过孔的轴向的长度一致。

4.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，所述平台部具有被构造为与所述丝杠相切接触配合的接触部，且所述接触部分布在所述平台部沿所述过孔径向的中部。

5.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，所述平台部在所述过孔的径向的长度为所述过孔直径的1/6至3/6。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的紧固装置，其特征在于，所述压板具有连接孔，且所述连接孔位于所述压板的第一曲面部的端部之外和所述第二曲面部的端部之外，所述连接件通过所述连接孔连接所述两个压板。

7.根据权利要求6所述的紧固装置，其特征在于，所述连接孔的内壁具有螺纹，所述连接件为与所述螺纹匹配的螺栓或螺柱。

8.根据权利要求6所述的紧固装置，其特征在于，所述连接件包括相互匹配的螺栓和螺母；

可选地，所述螺栓为内六角螺栓。

9.一种阀门的在线维修方法，用以拆卸所述阀门的传动机构，其特征在于，所述在线维修方法包括：

提供权利要求1至8中任意一项所述的紧固装置；

将所述紧固装置固定在所述阀门的丝杠，以对压盖构成限位，使所述压盖在所述丝杠的轴向运动被阻止且同时允许在所述丝杠的周向旋转；

转动所述传动机构至被所述压盖阻挡停止；

转动所述压盖、并继续旋转所述传动机构；

重复转动所述压盖和所述传动机构，直至所述传动机构从所述阀门的丝杠脱落。

10.根据权利要求9所述的阀门的在线维修方法，其特征在于，在转动所述压盖、并继续旋转所述传动机构的步骤中，所述压盖与所述传动机构一同转动；

可选地，当所述紧固装置中的压板设置具有螺纹的连接孔，且连接件为内六角螺栓时，将所述紧固装置固定在所述阀门的丝杠的步骤中，所述紧固装置向所述丝杠施加的压紧力F1根据所述阀门的压盖所受到的介质的顶升压力F2进行调节，使得F1大于等于F2；

所述压紧力为F₁＝2μF_N，其中，μ为摩擦系数，F_N为所述压板向所述丝杠施加的压力，且

T表示力矩、P表示螺距、u_g表示螺纹摩擦系数、d₂表示螺纹中径、D_km表示螺栓头小表面尺寸、u_k螺栓头下的摩擦系数；

所述顶升压力F₂＝P·S，其中，P为所述压盖受到的压强、S为压盖与介质的接触面积。

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