专利名称：用于连接传动棒和杆端轴承的设备和方法
技术领域：
本专利通常涉及控制阀，并特别涉及用于连接传动棒和杆端轴承的设备和方
法。
背景技术：
自动控制阀，例如，可旋转控制阀，通常用在过程控制工厂和系统中，以控制 过程流体的流动。一个可旋转的控制阀典型地包括一个传动器(例如，一个气压传动 器，一个电传动器，一个液压传动器等)，该传动器通过杠杆可操作地连接到从可旋转阀 门伸出的轴。该杠杆将传动棒的直线位移转换为阀轴的旋转位移。因此，杠杆的旋转引 起阀轴和连接到阀轴的流动控制组件(碟，球，等)旋转，从而增加或者限制流过阀的液 体的流动。为了将杠杆连接到传动棒，典型地采用杆端轴承。该杆端轴承可以包括内螺纹 孔(也即，母连接)，其螺纹地接纳该传动棒的外螺纹端(也即，公连接)。可替换地， 杆端轴承可以包括外螺纹端，该外螺纹端螺纹地与传动棒的内螺纹孔相连。在这两种情 形中，杆端轴承和/或传动棒的外螺纹部分典型地由机加工棒料形成。然而，对于典型 的棒料，冷加工、高强度材料集中在棒料的外部附近，这些材料通常在形成外部螺纹端 (例如，杆端轴承的外部螺纹端，或者可替换地，传动棒的外部螺纹端)时被机加工去 掉。因此，外部螺纹端典型地由靠近棒料核心的、较软较弱的材料形成。
发明内容
在一个实施例中，控制阀包括位于外壳中的传动器，该传动器具有固定于第一 传动器壳体和第二传动器壳体之间的隔膜。传动棒具有第一端和第二端，每一端分别包 括内螺纹孔，其中传动棒的第一端可操作地连接到隔膜。控制阀还包括一个杆端轴承， 该杆端轴承具有轴承承托和从轴承承托伸出的轴部分，其中，该轴部分在包括内螺纹 孔。外螺纹双头螺栓螺纹地啮合轴部分的孔和传动棒的第二端的孔，以连接杆端轴承和 传动棒。在另一个例子中，用于与控制阀一同使用的组件包括具有主体和从主体伸出的 部分的轴承，其中该部分包括内螺纹孔，以及具有第一端的传动棒，该第一端包括内螺 纹孔。外螺纹双头螺栓螺纹地啮合杆端轴承和传动棒的孔，以将杆端轴承和传动棒相 连。在又一个例子中，用于连接杆端轴承和传动棒的方法包括获取具有带有内螺 纹孔的部分的杆端轴承和具有在第一端的内螺纹孔的传动棒，并且通过外螺纹双头螺栓 将杆端轴承连接至传动棒。
图1示出了具有与传动棒的内螺纹孔相连的外螺纹杆端轴承的已知的示例的可旋转控制阀。图2示出了本文描述的示例的杆端轴承和传动棒。图3示出了采用图2所示的示例的杆端轴承和传动棒连接所实现的旋转控制阀的 例子。
具体实施例方式通常地，本文描述的示例的方法和设备为控制阀的杆端轴承和传动棒之间的连 接提供了增加的强度。特别地，示例的方法和设备包括将杆端轴承连接至传动棒的外螺 纹双头螺栓。杆端轴承和传动棒中的每个均包括具有内螺纹孔的末端，该内螺纹孔用于 接纳该外螺纹双头螺栓。本文描述的示例的方法和设备有利地替代了采用杆端轴承外螺纹末端或者替代 地使用传动棒外螺纹末端的连接机制，该些外螺纹末端如前所述地通常由机加工去掉集 中在棒料的外表面附近的更高强度的材料而形成。因此，本文描述的示例的杆端轴承和 传动棒的连接提供了更高的强度以抵抗在控制阀的组装和/或拆卸中传导至杆端轴承和 传动棒的连接的载荷(例如扭转载荷)。例如，当将隔膜板连接至传动棒的、和与杆端轴 承相连的末端相反的末端，和/或将隔膜板从该传动棒的该末端中移出时，此处描述的 杆端轴承和传动棒的连接充分地降低了由于紧固件的无意过度扭转或过度上紧所造成的 扭断或者断裂。图1示出了已知的可旋转控制阀组件100的横截面图。详细参考图1，该示例的 可旋转控制阀组件100包括与可旋转控制阀100的外壳104相连的传动器102。传动器 102包括壳体106，该壳体将隔膜108固定在上壳体部分110和下壳体部分112之间。壳 体部分110和112通过多个螺纹的紧固件114相连，这些紧固件114沿着壳体106的外边 缘相隔开。隔膜108将壳体106中的空间分为控制压力室116，通过该室受控的压力经由 入口端口 118提供以驱动隔膜108。隔膜板120将隔膜108连接至传动棒或者隔膜杆122 并为隔膜108提供刚性的背衬。传动棒122包括具有内螺纹孔126的第一端124，该孔 126用于接纳紧固件128(例如，帽螺钉)，以将隔膜板120连接至传动棒122。弹簧130、132和134围绕传动棒122并被置于隔膜板120和各自的形成为下部 壳体112的肩部的弹簧座136、138和140之间。弹簧130、132和134中的每一个朝着 隔膜板120提供偏置力，以在缺少施加在隔膜108上的控制压力的情形下，将传动棒122 和任何与传动棒122相连的合适的操作器(例如，控制阀的流动控制部件)返回到一个已 知的位置。传动棒122通过杆端轴承144可旋转地连接至杠杆142。杆端轴承144包括具有从该轴承中伸出的轴或者柄148的轴承承托或主体146。 承托主体146可旋转地连接至杠杆142，并且轴148与传动棒122相连。轴148的至少一 部分包括与在传动棒122的第二端154上的内螺纹孔152相连的外螺纹150。然而，在 其他例子中，杆端轴承144的轴148可以包括用于接纳传动棒122的外螺纹部分的内螺纹 孔。 如上所述，杆端轴承144的外螺纹150典型地由具有足够直径的机加工棒料形 成，以形成在杆端轴承144和传动棒122之间的连接。然而，典型的棒料提供了集中在 棒材的外部附近的高强度材料，这些材料在形成外螺纹150的时候被机加工去掉。
在组装控制阀100的过程中，杆端轴承144被连接至传动棒122并置于外壳104 中。弹簧130、132和134然后置于在传动器壳体106中以围绕传动棒122。然后隔膜 板120通过紧固件128连接至传动棒122。由于紧固件128被收紧，隔膜板120压缩弹簧 130、132和134，从而提供了预加载状态。被施加以收紧紧固件128的转矩引起传动棒122的角偏移，因此向杆端轴承和 传动棒的连接156传导了扭转载荷。然而，由于被机加工的外螺纹150的形成方式，能 够施加在紧固件128上的、用于收紧和/或放松紧固件128的转矩的量是有限的。特别 地，如果由于操作员的失误，在组装的过程中在紧固件128上施加太大的转矩，施加在 连接156上的较大的扭转载荷可造成杆端轴承144的、直径较小的外螺纹端148的扭断或 断裂，从而造成连接156的失效。进一步地，杆端轴承和传动棒的连接156的失效可造 成弹簧130、132、134在压缩载荷的作用下弹出。此外，在为了维护、替换组件和/或其他目的地将控制阀100拆卸的某些场合 中，需要比为了收紧固件128更大量的转矩以放松紧固件128。这可由例如阀组件(例 如，紧固件128)的腐蚀，和/或其他因素引起。从而，放松紧固件128所需的更大量的 转矩可能引起外螺纹端148扭断或者断裂，从而引起连接156失效。为了抵抗角偏移， 传动棒122可以包括通过工具，例如六角扳手啮合的平板或者六角形的突起(未示出)。 然而，在传动棒122位于外壳104内时，平板并不容易达到。此外，由于在传动器壳体 106内的空间的限制，和/或制造成本的增加，仅仅提高杆端轴承144的轴148和/或传 动棒122的直径以机加工外螺纹150可能是不切实际的。尽管图IA的控制阀100示出了气压传动器102，该示例的控制阀100可以采用 任何其他类型的传动器，例如，电传动器，液压传动器等。图2示出了本文描述的示例的杆端轴承和传动棒的连接200。在示例的例子中， 传动棒202包括具有内螺纹孔206的第一端204，该孔可以是任何合适的长度(例如，防 止螺纹由于收紧而剥落)。杆端轴承或球形轴承208包括轴承承托或主体210，其具有从 其中伸出的轴或者柄212。轴212包括可以是任何长度的内螺纹孔214。外螺纹双头螺 栓216螺纹地啮合孔206和214，以连接传动棒202和杆端轴承208。由于消除了机加工 外螺纹的需要，杆端轴承和传动棒的连接200提供了比图1描述的杆端轴承和传动棒的连 接156更高的强度。此外，双头螺栓216由高强度的合金不锈钢制成，并且因此比图1 中的杆端轴承144的外螺纹(或者可替代地，传动棒的外螺纹部分)实质上更强。附加地或者可替代地，孔206的至少一部分可以包括锥形的凹陷218，并且轴 212的至少一部分可以包括锥形的末端或者边缘220。当连接在一起时，锥形边缘220与 锥形凹陷218相啮合，以提供传动棒202和杆端轴承208之间的自锁连接。因此，当组 装或者卸载控制阀，例如以下结合图3示出并描述的控制阀300时，杆端轴承和传动棒的 连接200还抵抗收紧或者放松紧固件(例如，图1的紧固件126)产生的传动棒202的角 偏移以及扭转载荷。在示例的例子中，轴212的锥形边缘220的角度可以与锥形凹陷218 的角度实质上相同或者互补，从而锥形边缘220与传动棒202的锥形凹入218互相啮合。 然而，在其他的例子中，锥形边缘220可以具有与锥形凹陷218不同的角度。图3示出了使用 图2的示例的杆端轴承208和传动棒202来实现的示例的控制阀 300。控制阀300的、与图1中控制阀100的已描述的组件相同或类似的组件将不再被重复描述，感兴趣的读者可以参考与图1相关的描述以获得与那些组件相关的细节。参考图3，杆端轴承208通过外螺纹双头螺栓216可操作地连接至传动棒202。 传动棒202包括具有内螺纹孔304的第二端302，以接纳紧固件128。紧固件128将隔 膜板120和隔膜108连接至传动棒202。因为隔膜板120固定在传动棒202，弹簧130、 132和134压缩并提供预载状态。此外，在控制阀300的安装过程中，施加在紧固件128 上的、以将隔膜板120连接至传动棒202的转矩向传动棒202传递扭转载荷，引起传动棒 202的角偏移。杆端轴承和传动棒的连接200在杆端轴承208和传动棒202之间提供了更强的 连接，以抵抗在安装和/或拆卸载控制阀300过程中由紧固件128传递的扭转载荷。此 夕卜，轴212的锥形边缘220啮合传动棒202的锥形凹陷218，以提供杆端轴承208和传动 棒202之间的锁定状态，从而进一步抵挡旋转紧固件128时施加在传动棒202上的扭转载 荷和角偏移。采用这种方式，更强的连接200实质上地降低由于操作员的失误造成的过 扭矩或过收紧引起的杆端轴承和传动棒的连接200的扭断或者断裂。示例的杆端轴承208和传动棒202可以是工厂安装和/或可以改进现有的阀门。 例如，为了改进一个现有的阀门，例如图1所示的控制阀100，杆端轴承144和传动棒 122被移除并被替换为示例的传动棒202和杆端轴承208。可以获取或提供外螺纹双头螺 栓216以连接传动棒202和杆端轴承208。外螺纹双头螺栓216由高强度的合金不锈钢制 成，并且可通过机加工或者任何合适的一项或多项工艺制成。分别具有内螺纹孔206和 218的传动棒202和杆端轴承208是通过例如机加工或者其他任何合适的一项或多项工艺 获取或提供。附加地或者替代地，锥形边缘220和/或锥形凹陷218可以通过机加工和 /或任何其他合适的一项或多项工艺形成。 尽管本文描述了某些示例的方法和设备，但本专利覆盖的范围不限制于此。相 反，本专利覆盖了字面上或等同原则下完全落入所附的权利要求范围内的所有的方法和 设备。
权利要求
1.一种控制阀，包括置于外壳中的传动器，所述传动器具有固定于第一传动器壳体和第二传动器壳体之 间的隔膜；传动棒，其具有第一端和第二端，每一端包括内螺纹孔，其中所述传动棒的所述第 一端可操作地连接至所述隔膜；杆端轴承，其具有轴承承托和从所述轴承承托伸出的轴部分，其中，所述轴部分包 括内螺纹孔；以及外螺纹双头螺栓，其螺纹地啮合所述轴部分的所述孔和所述传动棒的所述第二端的 所述孔，以连接所述杆端轴承和所述传动棒。
2.根据权利要求1所述的控制阀，其中，所述隔膜通过隔膜板连接至所述传动棒的所述弟一 而。
3.根据权利要求2所述的控制阀，其中，所述隔膜板通过紧固件连接至所述传动棒。
4.根据权利要求1所述的控制阀，还包括位于所述外壳内并固定在所述外壳和隔膜板 之间的偏置元件。
5.根据权利要求1所述的控制阀，其中，所述控制阀包括可旋转控制阀。
6.根据权利要求5所述的控制阀，其中，所述杆端轴承将所述传动棒可旋转地连接至 杠杆臂。
7.根据权利要求1所述的控制阀，其中，所述双头螺栓包括合金钢。
8.—种与控制阀一起使用的组件，包括轴承，其具有主体以及从所述主体伸出的部分，其中所述部分包括内螺纹孔；具有第一端的传动棒，所述第一端包括内螺纹孔；以及外螺纹双头螺栓，其螺纹地啮合所述杆端轴承和所述传动棒的所述孔以连接所述杆 端轴承和所述传动棒。
9.根据权利要求8所述的组件，其中，所述杆端轴承的所述部分可包括锥形表面， 所述锥形表面与所述传动棒孔的锥形表面互相接合，以将所述杆端轴承与所述传动棒对 齐。
10.根据权利要求8所述的组件，其中，所述双头螺栓包括合金钢。
11.一种用于连接杆端轴承和传动棒的方法，所述方法包括获取杆端轴承和传动棒，所述杆端轴承具有带有内螺纹孔的部分，所述传动棒具有 在第一端的内螺纹孔；以及通过外螺纹双头螺栓将所述杆端轴承连接至所述传动棒。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括为所述杆端轴承的所述部分提供锥形边缘。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括为所述传动棒的所述第一端提供锥形凹陷。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，提供所述锥形边缘或所述锥形凹陷包括机加 工所述锥形边缘或所述锥形凹陷。
全文摘要
描述了用于连接传动棒和杆端轴承的方法和设备。一个示例的设备包括轴承(208)，该轴承具有主体和从该主体伸出的部分，其中该部分包括内螺纹孔。传动棒(202)具有第一端，该第一端包括内螺纹孔。外螺纹双头螺栓(216)螺纹地将该杆端轴承和该传动棒的孔相啮合，以连接该杆端轴承和该传动棒。
文档编号F16K31/165GK102016376SQ200980116141
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月13日 优先权日2008年5月5日
发明者P·R·达卢格 申请人:费希尔控制国际公司