CN102011877A - 一种新型下装式球阀 - Google Patents

Abstract

一种新型下装式球阀，其特征在于它由阀体、阀芯组件、转轴密封圈、转轴、聚四氟乙烯垫圈、出水口密封圈、下阀盖端面密封圈、下阀盖及下阀盖径向密封圈构成；优越性：将一种新型下装式球阀组件装入水表或热量表的一体化表壳，实现了预付费水表和预付费热量表流量计和控制阀的一体化；由于是整体结构，使预付费水表和预付费热量表的强度、密封性、耐高温和耐高压性能得到提升，最高承压≥4MPa，远高于行业标准高压表2.5MPa(普通热量表1.6MPa)的压力极限；可以在线(使用现场)整体拆卸、维修和更换，维护和更换时不涉及球阀驱动的减速器、控制电路等零部件，直接从球阀底部进行操作，无需拆卸其他零部件。

Description

一种新型下装式球阀

(一)技术领域：

本发明为一种新型下装式球阀，特别适合于集中供水、供热计量收费使用预付费水表和热量表的控制阀的应用场合。

(二)技术背景：

随着我国国民经济的高速发展，对资源的需求越来越大，尤其凸出的是水资源和石油资源。我国水资源的人均占有量只有2710立方米，约为世界人均占有量的1/4，居世界第88位。国外一些国家工业用水早已采取循环用水措施，水的重复利用率高达70％～90％左右，而中国多数城市还停留在20％～50％的水平上。由于工艺技术落后，工业用水定额也远远高于国外先进水平。中国占世界石油储量的1.5％，产量占世界总量的4.5％，但消费量却占世界总量的8.2％。经历了世界性的金融危机以来，为了保证我国国民经济的可持续发展，节约能源早已提到议事日程上来，国家加大了节能力度，出台了相应的法律法规，计量收费供水和供热势在必行。

我国供热计量收费仪表——预付费热量表，大都使用普通球阀与流量计分体组合成预付费热量表，其连接部机械强度底、密封性能差，使用时经常产生热水泄漏和堵塞，造成事故。

众所周知，随国家建筑节能计量收费制度的推行，预付费水表和预付费热量表被确认为一种必要的集中供水、供热计量的法定仪表，根据我国国情预付费水表和预付费热量表被大量使用。对于组成预付费热量表的关键部件电动球阀，因其工作在60℃～95℃高温(热量表，高温型工作温度可达150℃)和0.5-1.6MPa高压下(高温型热量表工作压力达2.5MPa)，加之我国集中供热对球阀(电动球阀)的材料、工艺、加工的要求很高，要求良好的密封性能和尽量小的转动力矩。目前国内生产的预付费水表和预付费热量表，球阀(电动球阀)基本上是使用普通球阀，其性能远不能满足热量表的需要，容易产生控制失灵、渗漏、堵塞等缺陷；而且装配方式是沿水流方向叠加装配，一旦使用后不能在线(即在使用现场)调试、维修和更换。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种新型下装式球阀，它从原理上、结构上解决了普通球阀的弊病和缺陷，控制精度高、性能稳定，耐高温和高压，转动力矩小，并且维护和更换时不涉及球阀驱动的减速器、控制电路等零部件，直接从球阀底部进行操作，无需拆卸其他零部件。

本发明的技术方案：一种新型下装式球阀，其特征在于它由阀体、阀芯组件、转轴密封圈、转轴、聚四氟乙烯垫圈、出水口密封圈、下阀盖端面密封圈、下阀盖及下阀盖径向密封圈构成；所说的阀芯组件安装于阀体内，阀芯组件的出水口与阀体之间依出水口密封圈密封；所说的转轴安装于阀芯组件上端的转轴安装孔中，并由阀体上方穿出，转轴与阀体之间依转轴密封圈及聚四氟乙烯垫圈密封；所说的阀体下端安装有下阀盖，下阀盖与阀体之间依下阀盖端面密封圈及下阀盖径向密封圈密封。

上述所说的转轴密封圈、聚四氟乙烯垫圈、转轴、阀芯组件、出水口密封圈、下阀盖端面密封圈、下阀盖径向密封圈及下阀盖由下向上依次从阀体竖直孔装入；其装配方向与进出水口轴线方向垂直。

上述所说的阀芯组件由阀芯、孔用弹性挡圈、垫圈、金属球、聚四氟乙烯球面垫圈及硅橡胶弹性密封圈构成；所说的阀芯为圆柱形，其一端为进水口，另一端为出水孔，上端有转轴安装孔，下端有温度传感器安装孔，中部有与阀芯外圆柱垂直且轴线相交的安装孔；所说的金属球安装于安装孔内，金属球外紧密包有聚四氟乙烯球面垫圈，聚四氟乙烯球面垫圈外依硅橡胶弹性密封圈与阀芯内壁密封；所说的阀芯进水口处的弹性挡圈安装槽内安装有孔用弹性挡圈，孔用弹性挡圈与硅橡胶弹性密封圈及聚四氟乙烯球面垫圈之间有垫圈；所说的转轴安装孔为与转轴有间隙并与阀芯外圆柱同轴心的圆柱孔；所说的阀芯顶部有用于定位的圆柱凸起；所说的金属球上方有月牙槽，转轴下端与金属球上方的月牙槽为间隙配合；所说的阀芯出水口处有密封圈安装槽，密封圈安装槽内安装出水口密封圈。

上述所说的孔用弹性挡圈材料为不锈钢，加工后两端面磨平；所说的垫圈材料为不锈钢或黄铜，加工后两端面磨平。

上述所说的阀芯出水口处的密封圈安装槽与出水口在垂直于出水口轴线的平面上的投影同轴心，为三维环形沟槽。

上述所说的转轴为万向节式转轴，包括一维万向节式转轴或二维万向节式转轴；其中二维万向节式转轴由上转轴、下转轴、衬套和滑动轴组成，上转轴开槽与下转轴上凸榫为间隙配合，装在衬套孔中的滑动轴两端面与上转轴开槽为动配合，在密封圈安装槽装入硅橡胶转轴密封圈密封，上转轴上凸榫装入减速器相应的安装孔中，使万向节式转轴转动；下转轴端部有拨动金属球转动的下凸榫，下凸榫和金属球上对应的月牙槽为间隙配合，装在衬套孔中的滑动轴两端面与金属球上对应的月牙槽呈动配合。

上述所说的滑动轴装在金属球上对应的月牙槽内，配合间隙为0.02-0.04mm。

上述所说的衬套材料为聚四氟乙烯，滑动轴材料为不锈轴承钢。

上述所说的金属球上端有月牙槽，中部为过水孔，下端有温度传感器安装孔；所说的月牙槽中心面垂直于过水孔轴线并通过金属球球心，同时也对称于金属球球心；所说的过水孔轴线与金属球球心同心；所说的温度传感器安装孔轴线垂直于过水孔轴线并通过金属球球心；金属球用不锈钢或黄铜材料制造。

上述所说的聚四氟乙烯球面垫圈的球面与金属球同球心，球面半径与金属球球面半径相同，并包容金属球外球面，其外侧端面和圆柱是安装硅橡胶弹性密封圈的定位止推面；聚四氟乙烯球面垫圈开有过水孔。

上述所说的硅橡胶弹性密封圈利用其弹性使聚四氟乙烯球面垫圈紧密包容金属球，并调整金属球球心的轴向位置即沿过水孔轴线方向使球阀密封。

本发明的工作过程：一种新型下装式球阀阀芯组件垂直安装在预付费水表、热量表一体化表壳或者其它球阀的安装孔内，球阀阀芯组件轴线和安装方向与水流方向或供水管路轴线方向垂直，组成具有完整功能的下装式球阀，并可以和球阀下盖整体拆装；当减速器驱动或人工转动万向节式转轴旋转时，在万向节式转轴的下转轴下凸榫和聚四氟乙烯衬套中有滑动轴拨动下，金属球转动；金属球的过水孔转动到与水流方向同轴心时，球阀开启；金属球的过水孔转动到与水流方向垂直时，球阀关闭。

本发明的工作原理：本发明一种新型下装式球阀的阀芯组件轴线与水流方向或供水管路轴线方向垂直，安装方向由下至上，一种新型下装式球阀的阀芯组件垂直安装在控制阀体或预付费一体化计量仪表的壳体上，可与球阀下盖整体拆装。阀芯组件有一对硅橡胶弹性密封圈和聚四氟乙烯球面垫圈，它能沿水流轴线方向利用硅橡胶密封圈的弹性和聚四氟乙烯球面垫圈的自润滑性及蠕变特性，自动调整阀芯金属球的轴心位置，并紧密包容金属球，保证密封性；垂直水流轴线方向，有滑动轴、聚四氟乙烯衬套安装在万向节式转轴上，由于万向节式转轴端部有拨动金属球转动的下凸榫的尺寸小于金属球上对应的月牙槽约0.3mm，滑动轴两端面与金属球上对应的月牙槽为间隙配合(配合间隙为0.02-0.04mm)，万向节式转轴转动时带滑动轴、聚四氟乙烯衬套、金属球随动，同时滑动轴在聚四氟乙烯衬套孔内做轴向浮动，补偿了垂直水流轴线方向偏差；两个补偿组成了相当于万向节的机理和功能，可以基本消除金属球和万向节式转轴的不同轴心度，即保证了密封性能，又降低了阀芯的驱动力矩，也降低了微型电机的工作电流，大幅提高了锂电池的工作寿命，保证控制阀的启闭次数≥10000次。二维万向节转轴由于使用了两个正交的槽、榫、衬套、滑动轴组成的转轴可以补偿转轴和金属球在两个坐标上的不同心度，降低了球阀的转动力矩，提高了密封性能。本发明的阀芯组件、转轴密封圈、转轴或万向节式转轴、聚四氟乙烯垫圈、出水口密封圈、下阀盖端面密封圈、下阀盖、下阀盖径向密封圈可以从阀体或预付费水表(热量表)的一体化阀体(表壳体)上依次从下至上拆卸。除了出水口密封圈，全部零部件的轴线均垂直于水流方向和供水管路轴线方向，拆卸时不影响控制阀和一体化计量仪表的上部结构，不涉及上部减速器、控制电路。在使用中，关闭水源后，可以实现在线维修、清洗和更换，特别适合高温、高压和恶劣水质条件下工作。

本发明的优越性在于：1、一种新型下装式球阀，其阀芯组件的轴线和安装方向与水流方向或供水管路轴线方向垂直；它从原理上、结构上解决了普通球阀的弊病和缺陷，控制精度高、性能稳定，耐高温和高压，转动力矩小，其空载转动力矩≤0.5N-m(0.05kgf-m)；2、同时下装式球阀本身特性降低了对球阀零部件加工和装配精度要求，而且其性能比普通球阀有了很大的提升；3、由于一种新型下装式球阀使用金属材料和工程塑料做球阀(电动球阀)的零部件，其耐压性能得到了大幅度提高，从普通球阀的1.6MPa提高到3.5Mpa；4、一种新型下装式球阀的阀芯组件垂直安装在控制阀体或预付费一体化计量仪表的壳体上，可与球阀下盖整体拆装，拆卸时不涉及驱动控制球阀的减速器、控制电路和其他上部结构，而且重新安装后不影响使用性能，便于对球阀(电动球阀)阀芯做定期的维修清洗和更换，保证了在恶劣水质下的控制精度和使用性能；5、将一种新型下装式球阀装入预付费水表和预付费热量表一体化表壳，实现了流量计和控制阀的一体化，由于是整体结构，使一种新型一体化下装式球阀预付费热量表的强度、密封性和耐高温耐高压性能得到提升，最高承压≥4Mpa，远高于行业标准高压表2.5Mpa(普通热量表1.6Mpa)的压力极限。

(四)附图说明：

图1为本发明所涉一种新型下装式球阀的结构示意图。

图2为本发明所涉一种新型下装式球阀的结构分解示意图。

图3为本发明所涉一种新型下装式球阀中阀芯组件的结构示意图。

图4为本发明所涉一种新型下装式球阀中阀芯的结构示意图。

图5为本发明所涉一种新型下装式球阀中金属球的结构示意图。

图6为本发明所涉一种新型下装式球阀中聚四氟乙烯球面垫圈的结构示意图。

图7为本发明所涉一种新型下装式球阀中二维万向节式转轴的结构示意图。

图8为本发明所涉一种新型下装式球阀一种应用方式示意图。

图9为本发明所涉一种新型下装式球阀应用于预付费热量表的示意图。

其中，1为阀体，1a为一体化阀体，2为阀芯组件，2-1为阀芯，2-1-1为进水口，2-1-2为弹性挡圈安装槽，2-1-3为安装孔，2-1-4为阀芯温度传感器安装孔，2-1-5为出水孔，2-1-6为密封圈安装槽，2-1-7为转轴安装孔，2-1-8为圆柱凸起，2-2为孔用弹性挡圈，2-3为垫圈，2-4为金属球，2-4-1为金属球月牙槽，2-4-2为金属球过水孔，2-4-3为金属球温度传感器安装孔，2-4-4为金属球球面，2-5为聚四氟乙烯球面垫圈，2-5-1为聚四氟乙烯球面垫圈的球面，2-5-2为外侧端面，2-5-3为聚四氟乙烯球面垫圈的圆柱，2-5-4聚四氟乙烯球面垫圈过水孔，2-6为硅橡胶弹性密封圈，3为转轴密封圈，4为转轴，4-1为上转轴，4-1-1为上转轴开槽，4-1-2为密封圈安装槽，4-1-3为上转轴上凸榫，4-2为下转轴，4-2-1为下转轴上凸榫，4-2-2为下转轴下凸榫，4-3为衬套，4-4为滑动轴，5为聚四氟乙烯垫圈，6为出水口密封圈，7为下阀盖端面密封圈，8为下阀盖，9为下阀盖径向密封圈。

(五)具体实施方式：

实施例：一种新型下装式球阀(见图1至图9)，其特征在于它由阀体1、阀芯组件2、转轴密封圈3、转轴4、聚四氟乙烯垫圈5、硅橡胶出水口密封圈6、下阀盖端面密封圈7、下阀盖8及下阀盖径向密封圈9构成；所说的阀芯组件2安装于阀体1内，阀芯组件2的出水口2-1-5与阀体1之间依硅橡胶出水口密封圈6密封；所说的转轴4安装于阀芯组件2上端的转轴安装孔2-1-7中，并由阀体1上方穿出，转轴4与阀体1之间依转轴密封圈3及聚四氟乙烯垫圈5密封；所说的阀体1下端安装有下阀盖8，下阀盖8与阀体1之间依下阀盖端面密封圈7及下阀盖径向密封圈9密封。

上述所说的转轴密封圈3、聚四氟乙烯垫圈5、转轴4、阀芯组件2、硅橡胶出水口密封圈6、下阀盖端面密封圈7、下阀盖径向密封圈9及下阀盖8由下向上依次从阀体1竖直孔装入；其装配方向与进出水口轴线方向垂直。(见图2)

上述所说的阀芯组件2由阀芯2-1、孔用弹性挡圈2-2、垫圈2-3、金属球2-4、聚四氟乙烯球面垫圈2-5及硅橡胶弹性密封圈2-6构成；所说的阀芯2-1为圆柱形，其一端为进水口2-1-1，另一端为出水孔2-1-5，上端有转轴安装孔2-1-7，下端有温度传感器安装孔2-1-4，中部有与阀芯外圆柱垂直且轴线相交的安装孔2-1-3；所说的金属球2-4安装于安装孔2-1-3内，金属球2-4外紧密包有聚四氟乙烯球面垫圈2-5，聚四氟乙烯球面垫圈外依硅橡胶弹性密封圈2-6与阀芯2-1内壁密封；所说的阀芯2-1进水口2-1-1处的弹性挡圈安装槽2-1-2内安装有孔用弹性挡圈2-2，孔用弹性挡圈2-2与硅橡胶弹性密封圈2-6及聚四氟乙烯球面垫圈2-5之间有垫圈2-3；所说的转轴安装孔2-1-7为与转轴4有间隙并与阀芯2-1外圆柱同轴心的圆柱孔；所说的阀芯2-1顶部有用于定位的

圆柱凸起2-1-8；所说的金属球2-4上方有月牙槽2-4-1，转轴4下端与金属球2-4上方的月牙槽2-4-1为间隙配合；所说的阀芯2-1出水口2-1-5处有密封圈安装槽2-1-6，密封圈安装槽2-1-6内安装硅橡胶出水口密封圈6。(见图3、图4)

上述所说的孔用弹性挡圈2-2材料为不锈钢，加工后两端面磨平；所说的垫圈2-3材料为不锈钢，加工后两端面磨平。(见图3)

上述所说的阀芯2-1出水口2-1-5处的密封圈安装槽2-1-6与出水口2-1-5在垂直于出水口轴线的平面上的投影同轴心，为三维环形沟槽。(见图4)

上述所说的转轴为万向节式转轴，包括一维万向节式转轴或二维万向节式转轴；其中二维万向节式转轴由上转轴4-1、下转轴4-2、衬套4-3和滑动轴4-4组成，上转轴4-1开槽4-1-1与下转轴4-2上凸榫4-2-1为间隙配合，装在衬套4-3孔中的滑动轴4-4两端面与上转轴4-1开槽4-1-1为动配合，在密封圈安装槽4-1-2装入硅橡胶转轴密封圈3密封，上转轴上凸榫4-1-3装入减速器相应的安装孔中，使万向节式转轴4转动；下转轴4-2端部有拨动金属球2-4转动的下凸榫4-2-2，下凸榫4-2-2和金属球2-4上对应的月牙槽2-4-1为间隙配合，装在衬套4-3孔中的滑动轴4-4两端面与金属球2-4上对应的月牙槽2-4-1呈动配合。(见图7)

上述所说的滑动轴4-4装在金属球2-4上对应的月牙槽2-4-1内，配合间隙为0.02-0.04mm。

上述所说的衬套4-3材料为聚四氟乙烯，滑动轴4-4材料为不锈轴承钢。

上述所说的金属球2-4上端有月牙槽2-4-1，中部为过水孔2-4-2，下端有温度传感器安装孔2-4-3；所说的月牙槽2-4-1中心面垂直于过水孔2-4-2轴线并通过金属球2-4球心，同时也对称于金属球2-4球心；所说的过水孔2-4-2轴线与金属球2-4球心同心；所说的温度传感器安装孔2-4-3轴线垂直于过水孔2-4-2轴线并通过金属球2-4球心；金属球用不锈钢制造。(见图5)

上述所说的聚四氟乙烯球面垫圈2-5的球面2-5-1与金属球2-4同球心，球面半径与金属球2-4球面2-4-4半径相同，并包容金属球2-4外球面2-4-4，其外侧端面2-5-2和圆柱2-5-3是安装硅橡胶弹性密封圈2-6的定位止推面；聚四氟乙烯球面垫圈2-5开有过水孔2-5-4。(见图6)

上述所说的硅橡胶弹性密封圈2-6利用其弹性使聚四氟乙烯球面垫圈2-5紧密包容金属球2-4，并调整金属球2-4球心的轴向位置即沿过水孔2-4-2轴线方向使球阀密封。

本实施例可应用于预付费水表和预付费热量表的控制阀，以及其它球阀，尤其适用于预付费热量表的高温高压场合；将一种新型下装式球阀装入预付费水表和预付费热量表一体化阀体1a，实现了流量计和控制阀的一体化。(见图8、图9)

Claims (10)

1.一种新型下装式球阀，其特征在于它由阀体、阀芯组件、转轴密封圈、转轴、聚四氟乙烯垫圈、出水口密封圈、下阀盖端面密封圈、下阀盖及下阀盖径向密封圈构成；所说的阀芯组件安装于阀体内，阀芯组件的出水口与阀体之间依出水口密封圈密封；所说的转轴安装于阀芯组件上端的转轴安装孔中，并由阀体上方穿出，转轴与阀体之间依转轴密封圈及聚四氟乙烯垫圈密封；所说的阀体下端安装有下阀盖，下阀盖与阀体之间依下阀盖端面密封圈及下阀盖径向密封圈密封。

2.根据权利要求1所说的一种新型下装式球阀，其特征在于所说的转轴密封圈、聚四氟乙烯垫圈、转轴、阀芯组件、出水口密封圈、下阀盖端面密封圈、下阀盖径向密封圈及下阀盖由下向上依次从阀体竖直孔装入；其装配方向与进出水口轴线方向垂直。

3.根据权利要求1所说的一种新型下装式球阀，其特征在于所说的阀芯组件由阀芯、孔用弹性挡圈、垫圈、金属球、聚四氟乙烯球面垫圈及硅橡胶弹性密封圈构成；所说的阀芯为圆柱形，其一端为进水口，另一端为出水孔，上端有转轴安装孔，下端有温度传感器安装孔，中部有与阀芯外圆柱垂直且轴线相交的安装孔；所说的金属球安装于安装孔内，金属球外紧密包有聚四氟乙烯球面垫圈，聚四氟乙烯球面垫圈外依硅橡胶弹性密封圈与阀芯内壁密封；所说的阀芯进水口处的弹性挡圈安装槽内安装有孔用弹性挡圈，孔用弹性挡圈与硅橡胶弹性密封圈及聚四氟乙烯球面垫圈之间有垫圈；所说的转轴安装孔为与转轴有间隙并与阀芯外圆柱同轴心的圆柱孔；所说的阀芯顶部有用于定位的圆柱凸起；所说的金属球上方有月牙槽，转轴下端与金属球上方的月牙槽为间隙配合；所说的阀芯出水口处有密封圈安装槽，密封圈安装槽内安装出水口密封圈。

4.根据权利要求3所说的一种新型下装式球阀，其特征在于所说的孔用弹性挡圈材料为不锈钢，加工后两端面磨平；所说的垫圈材料为不锈钢或黄铜，加工后两端面磨平。

5.根据权利要求3所说的一种新型下装式球阀，其特征在于所说的阀芯出水口处的密封圈安装槽与出水口在垂直于出水口轴线的平面上的投影同轴心，为三维环形沟槽。

6.根据权利要求3所说的一种新型下装式球阀，其特征在于所说的金属球上端有月牙槽，中部为过水孔，下端有温度传感器安装孔；所说的月牙槽中心面垂直于过水孔轴线并通过金属球球心，同时也对称于金属球球心；所说的过水孔轴线与金属球球心同心；所说的温度传感器安装孔轴线垂直于过水孔轴线并通过金属球球心；金属球用不锈钢或黄铜材料制造。

7.根据权利要求3所说的一种新型下装式球阀，其特征在于所说的聚四氟乙烯球面垫圈的球面与金属球同球心，球面半径与金属球球面半径相同，并包容金属球外球面，其外侧端面和圆柱是安装硅橡胶弹性密封圈的定位止推面；聚四氟乙烯球面垫圈开有过水孔；所说的硅橡胶弹性密封圈利用其弹性使聚四氟乙烯球面垫圈紧密包容金属球，并调整金属球球心的轴向位置即沿过水孔轴线方向使球阀密封。

8.根据权利要求1所说的一种新型下装式球阀，其特征在于所说的转轴为万向节式转轴，包括一维万向节式转轴或二维万向节式转轴；其中二维万向节式转轴由上转轴、下转轴、衬套和滑动轴组成，上转轴开槽与下转轴上凸榫为间隙配合，装在衬套孔中的滑动轴两端面与上转轴开槽为动配合，在密封圈安装槽装入硅橡胶转轴密封圈密封，上转轴上凸榫装入减速器相应的安装孔中，使万向节式转轴转动；下转轴端部有拨动金属球转动的下凸榫，下凸榫和金属球上对应的月牙槽为间隙配合，装在衬套孔中的滑动轴两端面与金属球上对应的月牙槽呈动配合。

9.根据权利要求8所说的一种新型下装式球阀，其特征在于所说的滑动轴装在金属球上对应的月牙槽内，配合间隙为0.02-0.04mm。

10.根据权利要求8所说的一种新型下装式球阀，其特征在于所说的衬套材料为聚四氟乙烯，滑动轴材料为不锈轴承钢。

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