CN102011887A - 阀及其阀芯组件 - Google Patents

Abstract

阀及其阀芯组件，结构简单且可提供低扭矩的启闭操作，其中，阀芯顶端具有凹部，传动装置置于阀芯的凹部，并与阀芯的凹部形成第一传动关系及第二传动关系，所述第一传动关系为传动装置带动阀芯作轴向转动，当第一传动关系运动结束时，传动装置与阀芯由第一传动关系切换成第二传动关系，所述第二传动关系为传动装置带动阀芯作挤压运动，该挤压运动使阀芯具有至少在轴向的移动分量。

Description

阀及其阀芯组件

 

技术领域

本发明涉及一种阀及其阀芯组件。

 

背景技术

为了优化球阀的通径、压力、扭矩、寿命等技术参数，近年来，出现了各种各样的阀门复合启闭机构。

申请号为200720082066的中国专利公开一种低扭矩球阀，其提供了一种低扭矩球阀，包括阀体、阀球、阀座、支承座、阀杆、驱动装置、阀球支承连接。本专利的缺点是驱动装置结构复杂，极其占用阀体外部空间；驱动装置涉及零部件较多，装配过程复杂；启闭转动角度为180度；由阀杆以及驱动装置所形成的工作空间对密封工艺要求非常高，传统的密封方式和工艺容易造成泄漏；另外，其加工成本高，不适合节约环保目的。

国内外最近研制出导向槽式升降杆球阀，阀杆上有S形导向槽，与导销配合，使阀杆上升时带动球体脱离阀座后，再逆时针旋转90°，完全开启阀门。当阀杆下降时，带动球体顺时针回转90°，然后压向阀座，实现关闭阀门，该项技术的缺点是阀杆上具有长S形导向槽，旋转启闭时，需要阀杆在导向槽内螺旋式上升或下降，所以导向槽占用空间大，旋转角度大等缺点。

中国专利申请号为99124192.4公布了一种盘形双轨道式旋转加撑拢的阀门启闭结构，其由固定盘、旋转盘和限位销组合而成，当外力驱动阀杆连同旋转盘带动限位销，限位销沿固定盘上的“圆弧”轨道的轨迹作顺时针旋转，当旋转到“圆弧”轨道相连的“直线”轨道时，旋转盘继续顺时针旋转，限位销在旋转盘上“撑拢”轨道的强制作用下，按固定盘上的“直线”轨道轨迹向固定盘周边撑开，这时限位销连同阀门密封结构件向阀座，阀门关闭。当阀杆连同旋转盘逆时针旋转，在旋转盘上“撑拢”轨道的强制作用下，限位销连同阀门的密封结构件先按固定盘上的“直线”轨道的轨迹向固定盘中心收拢，再按固定盘上“圆弧”轨道的轨迹逆时针旋转，阀门开启，该项专利的技术缺点是使用“圆弧连直线”的轨道，其要求精度高，加工工艺复杂，阀芯为组合的球体，难以获得均衡的预紧力，从而造成阀芯损坏，缩短了阀门寿命。

中国专利200620105067介绍了一种轨道式旋塞阀，包括阀体、阀盖、操作件、阀杆、阀座，与阀座构成圆锥面密封副的阀塞，以及轨道式机构，轨道式机构由安装在阀塞颈部具有两个导向槽的轨道圈和具有两个导向销销入所述导向槽的双销板组成，还包括调整轨道圈安装位置的锁紧螺母和调节圈，本专利的缺点是传动装置结构复杂，极其占用阀体外部空间；传动装置涉及零部件较多，装配过程复杂；

另外，由于有圆锥面密封副的阀塞，以及调整轨道圈安装位置的锁紧螺母和调节圈，其需要多次调节，所以操作复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阀及其阀芯组件，其使得阀门启闭机构结构紧凑，操作简便，阀门开启时旋转角度小、旋转力矩小等优点。

本发明的阀芯组件，包括阀芯和传动装置，其特点是，阀芯顶端具有凹部，传动装置置于阀芯的凹部，并与阀芯的凹部形成第一传动关系及第二传动关系，所述第一传动关系为传动装置带动阀芯作轴向转动，当第一传动关系运动结束时，传动装置与阀芯由第一传动关系切换成第二传动关系，所述第二传动关系为传动装置带动阀芯作挤压运动，该挤压运动使阀具有至少在轴向的移动分量。

所述的阀芯组件，其进一步的特点是，传动装置为传动件，传动件为一体件，传动件至少部分置于阀芯的凹部中，凹部内形成有径向内凸轮廓，传动件形成有径向外凸轮廓，传动件还具有弹性凸筋，弹性凸筋和凹部内壁之间有可离合的连接关系，且弹性凸筋和凹部内壁连接以使传动件和阀芯之间具有所述第一传动关系，径向内凸轮廓和径向外凸轮廓相互配合而使传动件和阀芯之间具有所述第二传动关系，弹性凸筋和凹部内壁脱离连接而使得传动件可在阀芯中转动进而可切换地与阀芯处于第一传动关系或第二传动关系中。

所述的阀芯组件，其进一步的特点是，阀芯的凹部的内周壁上形成有凹坑，传动件的弹性凸筋的末端嵌入在凹坑中而使得传动件和阀芯之间具有所述第一传动关系。

所述的阀芯组件，其进一步的特点是，径向内凸轮廓形成于阀芯的凹部的内周壁上，并且径向内凸轮廓的两侧有限位凸起，传动件的弹性凸筋和外凸轮廓形成于传动件的外周壁上。

本发明的阀，包括阀体、阀座和前述的阀芯组件，阀芯和阀座设置在阀体中，阀芯的底部通过活动连接件支承在阀体中，活动连接件提供给阀芯相对阀体绕轴线转动的自由度和轴向活动的自由度，阀体和阀芯之间在阀芯的转动方向上设置限位阻挡结构以限制阀芯在对准阀座后的转动。

所述的阀，其进一步的特点是，传动件具有中心传动孔，该中心传动孔为花键孔，驱动器的动力输出轴和该中心传动孔花键连接，该花键孔为非规则形状以使驱动器的动力输出轴和该中心传动孔具有装配关系。

所述的阀，其进一步的特点是，凹部中心具有长形孔，径向内凸轮廓与径向外凸轮廓的最高配合位置位于长形孔的长度方向上，驱动器的动力输出轴从该中心传动孔中延伸到该长形孔中。

所述的阀，其进一步的特点是，该阀为球阀或蝶阀。

所述的阀，其进一步的特点是，所述驱动器为阀杆，阀杆的柄部具有防误开启结构。

所述的阀，其进一步的特点是，所述阀杆和传动装置为一体件，传动装置作为阀杆的末端。

在本发明中，阀芯顶端具有凹部，传动装置置于阀芯的凹部，并与阀芯的凹部形成第一传动关系及第二传动关系，所述第一传动关系为传动装置带动阀芯作轴向转动，当第一传动关系运动结束时，传动装置与阀芯由第一传动关系切换成第二传动关系，所述第二传动关系为传动装置带动阀芯作挤压运动。第一传动关系可以使得阀芯在低扭矩情况下自由转动到关闭阀通道的位置，第二传动关系迫使阀芯轴向运动，以提供密闭阀通道的压力，如此设计可实现阀的低扭力矩、小角度启闭。

在所述阀芯或阀芯进一步的特点中，传动件和阀芯处于第一传动关系，传动件在驱动器的驱动下带动阀芯，阀芯因此可以从转动以切换阀体的通道的导通或关闭状态，一旦转动到阀芯和阀座接触的部位以阻挡阀体的通道时，阀芯和阀座由于限位阻挡结构阀芯将不继续转动，此时驱动器继续带动传动件转动，传动件的转动使得凸筋和凹部的连接脱离，并且传动件的外凸轮廓和凹部的内凸轮廓开始配合，以使传动件和阀芯进入到第二传动关系，传动件的进一步转动将使阀芯轴向移动，借此将挤压力传递到阀芯和阀座之间，从而达到密封要求的预定力，在转动阀芯的过程中，阀座对阀芯没有阻力，阀芯相当于是空悬状态，因此可以实现整个球阀的低扭矩的启闭操作。

根据上述的发明内容可知，本发明的技术效果是，采用的传动装置为一体件，使得零部件减少，减少加工成本，由于采用弹性传动装置，减少传动时的摩擦阻力，在传动时有轴向移动，增加了阀门与阀座的预紧力，从而增加了阀门的密封性。

由于阀门的结构紧凑，因此节约空间、适用于狭小的空间，可以实现阀体外尺寸的最小化、工艺成熟、维修简单。

本发明的另一技术效果是，增加了防误开启结构，防止阀门与容具配合使用时误开或因震动，造成液体的泄露。

 

附图说明

图1为球阀的分解视图。

图2为球阀的剖面图。

图3为阀芯的俯视图。

图4为驱动件的平面图。

图5为阀芯组件的示意图。

 

具体实施方式

本发明的实施不限于下述实施例，本领域技术人员应该从下述实施例体现的精神来理解本发明，各技术用语可以基于本发明的实质来作最宽泛的理解，例如阀杆是用于操控阀芯动作的部件，传动装置是用于转换操作者对阀芯操作意图的装置，操作的意图是希望通过阀杆转动角度来实现第一传动和第二转动的工作状态，阀杆可以设计成和传动装置分离的机构也可以设计成一体的机构。

如图1和图2所示，球阀包括阀盖1，密封圈2，阀体3，阀座4，O型密封圈5，手柄或阀杆6，卡扣7，传动件8，球形阀芯9，O型密封圈10以及连接件11。阀体3的左端通过阀盖1和密封圈2封盖，阀座4内置于阀体3内，阀芯9通过设置在其下部的连接件11设置在阀体3内，阀体3的左端连接有管路连接器13，将阀芯9封在阀体3内，管路连接器13与阀体3之间设置O形密封圈12。

如图3所示，阀芯9的上部形成有凹部90。凹部90的内周壁上形成有径向凸出的内凸形轮廓91，凹部90的中心形成有长形孔92。凹部90的内周壁上还形成有限位凹坑93、94以及限位凸起95。

如图4所示，传动件8具有位于中心的传动孔（或者连接孔）80，外凸轮廓81以及两凸筋82、83。凸筋82、83的末端820、830分别与限位凹坑93、94对应，末端820、830嵌入到限位凹坑93、94中，以使凸筋82、83连接到凹部90的内周壁，凸筋82、83和凹部90的内周壁为可离合的连接关系，即凸筋82、83还可从限位凹坑93、94中脱离出来。

如图5所示，传动件8放置于阀芯9的凹部90内，传动件8的两凸筋82、83为弹性件，受到挤压而施加给凹部90的内周壁一定的弹性压力，并且两凸筋82、83的末端820、830嵌入到凹部90的内周壁的两凹坑93、94中，因此，在阀芯9的转动阻力较小的情况下，传动件8通过两凸筋82、83的末端820、830与凹部90的两凹坑93、94的结合就可以带动阀芯9同步转动。同时参照图2，阀杆6穿过阀体3上部的孔后，同时穿过传动件8的传动孔（或者连接孔）80，并插入到阀芯9的凹部90内的长形孔92中。阀杆6和阀体3的孔壁之间由O型密封圈5密封，阀杆6上扣接有卡扣件7，卡扣件7位于阀杆6刚穿过阀体3的上部的孔的位置，对阀杆6起到限位阻挡的作用，使阀杆6不能从阀体3上拔出。阀杆6和传动孔80为花键连接，以实现传动，阀杆6的下端为容纳于长形孔92内。如图4所示，传动孔（或者连接孔）80为不规则形状的花键孔，阀杆6的轴部与传动孔80的配合位置是唯一的，这样能保证阀杆6不会错装。长形孔92和阀杆6下端的配合主要对阀芯的轴向移动（即沿长形孔作径向运动）起到强制导向的作用，这在后面有说明。

从图4中可以看出，传动件4为一体件，结构简单，安装到凹部90的操作也方便。

连接件11为活动连接件，其可以给阀芯9提供绕竖直轴线的转动自由度和沿阀体径向的移动自由度，例如为万向臼或者万向连接件。

如图1所示，阀芯9具有通孔96，通孔96处于与阀体3的通道方向同轴向时，阀芯9使阀打开，阀芯9转动90度时，阀芯9阻断阀体3的通道，使阀关闭。当阀关闭时，阀芯9和阀座4之间需要一定的压紧力，以保证密封。

当将阀由打开状态切换到关闭状态时，阀杆6转动，阀杆6借助于与传动孔80的型面配合驱动传动件8。阀在打开状态时，阀芯9不与阀座4接触，转动时受到的阻力为连接件11中的转动副的摩擦力，因此转动阻力非常小，几乎可以忽略不计。此时，传动件8通过两凸筋82、83的末端820、830与凹部90的两凹坑93、94的连接带动阀芯9转动，使得阀芯9在连接件11的支承下绕轴线转动，阀芯9转过大致90°后，阀芯9的封闭端97就接触或对准阀座4，并且阀芯9和阀体3在底部有限位阻挡结构，该限位阻挡结构使得阀芯9只能在阀体3内于90度的转动范围内转动，限位阻挡结构例如是阀芯9的局部底部嵌入到阀体3底部内的凹槽。阀芯9转过大致90度后，在阀杆6上增加转动力矩，使得外凸轮廓81沿着内凸轮廓91转动 (在图中看为上升)，以至于使得阀芯9在连接件11的支承下作径向移动（获得轴向移动分量）或同时作轴向移动，此时手柄6下端和凹部9的长形孔92之间对阀芯9的径向移动起到强制导向作用，当外凸轮廓81从凸轮廓91的起始部911(转动)终止部912，此间阀芯9向阀座4施加预定压力，二者按照预定的压力相互压触，阀的导通通道截止，从而将阀关闭。

如图1所示，在阀杆6的柄部设置有阀杆凸块61，如图2所示，当阀芯9转动至关闭阀体3通道的位置时，阀杆凸块61和阀盖1相卡合，以防止阀杆6被误操作而反向转动，阀杆凸块61起到防误开启的作用。

前述实施例使阀芯9和阀芯4压触以实现密封的方法是先实现无阻力的转动，转动到位后再施加压力，以使阀芯9有压力地接触阀芯4，这样就可以低扭矩地实现阀芯的启闭，并且由于传动件8为一体件，因而结构简单，并且由于传动件8放置在阀芯上部的凹部内，因此占用空间小，这对阀获得大的通径是有利的。

当需要打开阀时，反向转动阀杆6，阀杆6带动传动件8反向转动，由于阀芯9和阀座4的压触有较大的摩擦力，阀芯9不会随着传动件8转动，传动件8的外凸轮廓81从内凸轮廓91的终止部912转到起始部911，凸筋82、83提供复位力，使传动件8和凹部9之间复位到初始位置，此时施加在阀芯9的压力因此消失，阀芯9和阀座4分离，之间的摩擦力也因此随之消失，阀芯9也不再倾斜或者轴向复位，凹部90的内周壁上还设置有限位凸起95，如图5所示，传动件8反向转动，外凸轮廓81接触到限位凸起95后就不能再相对阀芯9反向转动，并且此时两凸筋的末端也嵌入到了凹部的内周壁的凹坑中，限位凸起95和外凸轮廓81的相互作用、以及凸筋82、83和凹部90的内周壁凹坑之间的相互作用力，将使得传动件8带动阀芯9反向转动90度转动到时阀体通道导通的状态。

由于球形阀芯在关闭或开启的状态转动时，球形阀芯不与阀座或阀体接触，处于空悬状态，减少它们接触的摩擦力，减少转动的扭矩，只有当阀体关闭的瞬间，转动阀杆，带动传动件，传动件径向挤压球形阀芯，球形阀芯在径向位置作移动，使球形阀芯紧靠阀座，使得阀门的密封性更好。

前述实施例以球阀为例，但球阀还可以替换为其他阀，例如蝶阀。阀芯和传动件构成阀芯组件不仅适用于阀杆，还适用于其他驱动器，由于阀芯组件的优化的传动结构，使得整个阀不但能在开启状态下低扭矩转动，还使得结构简单。

作为图1至图4所示实施例的一变化例，阀杆6可与传动件8注塑成为一体件，传动件8作为阀杆6的末端。

Claims (10)

1.阀芯组件，包括阀芯和传动装置，其特征在于，阀芯顶端具有凹部，传动装置置于阀芯的凹部，并与阀芯的凹部形成第一传动关系及第二传动关系，所述第一传动关系为传动装置带动阀芯作轴向转动，当第一传动关系运动结束时，传动装置与阀芯由第一传动关系切换成第二传动关系，所述第二传动关系为传动装置带动阀芯作挤压运动，该挤压运动使阀芯具有至少在轴向的移动分量。

2.如权利要求1所述的阀芯组件，其特征在于，所述传动装置为传动件，传动件为一体件，传动件至少部分内置于阀芯的凹部中，凹部内形成有径向内凸轮廓，传动件形成有径向外凸轮廓，传动件还具有弹性凸筋，弹性凸筋和凹部内壁之间有可离合的连接关系，且弹性凸筋和凹部内壁连接以使传动件和阀芯之间具有所述第一传动关系，径向内凸轮廓和径向外凸轮廓相互配合而使传动件和阀芯之间具有所述第二传动关系，弹性凸筋和凹部内壁脱离连接而使得传动件可在阀芯中转动进而可切换地与阀芯处于第一传动关系或第二传动关系中。

3.如权利要求2所述的阀芯组件，其特征在于，阀芯的凹部的内周壁上形成有凹坑，传动件的弹性凸筋的末端嵌入在凹坑中而使得传动件和阀芯之间具有所述第一传动关系。

4.如权利要求3所述的阀芯组件，其特征在于，径向内凸轮廓形成于阀芯的凹部的内周壁上，并且径向内凸轮廓的两侧有限位凸起，传动件的弹性凸筋和外凸轮廓形成于传动件的外周壁上。

5.阀，包括阀体、阀座和如权利要求1至4中任一项所述的阀芯组件，阀芯和阀座设置在阀体中，阀芯和阀座紧压接触以关闭阀体的通道或分离以打开阀体的通道，阀芯的底部通过活动连接件支承在阀体中，活动连接件提供给阀芯相对阀体绕轴线转动的自由度和轴向移动的自由度，阀体和阀芯之间在阀芯的转动方向上设置限位阻挡结构以限制阀芯在对准阀座后的转动。

6.如权利要求5所述的阀，其特征在于，传动件具有中心传动孔，该中心传动孔为花键孔，驱动器的动力输出轴和该中心传动孔花键连接，该花键孔为非规则形状以使驱动器的动力输出轴和该中心传动孔具有装配关系。

7.如权利要求6所述的阀，其特征在于，凹部中心具有长形孔，径向内凸轮廓与径向外凸轮廓的最高配合位置位于长形孔的长度方向上，驱动器的动力输出轴从该中心传动孔中延伸到该长形孔中。

8.如权利要求4所述的阀，其特征在于，该阀为球阀或蝶阀。

9.如权利要求5所述的阀，其特征在于，所述驱动器为阀杆，阀杆的柄部具有防误开启结构。

10.如权利要求9所述的阀，其特征在于，所述阀杆和传动装置为一体件，传动装置作为阀杆的末端。

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