CN102486235A - 撑开式金属密封球阀 - Google Patents

Abstract

撑开式金属密封球阀，球体为两片式构造，球体中心有容纳阀杆圆锥面和锥塞配合一致的孔，两锥孔同向流道方向延伸，蝶形弹簧设在球体中心的上下端，球体上端有用于容纳销的横向直槽口，销与阀杆圆锥面上的孔固定连接，螺旋弹簧通过阀杆一端和蝶形弹簧接触，另一端置于阀体中部台阶孔中。阀体的顶端为环形凸台，有一贯通的孔与转位套相配合，在边缘有向外测伸出的圆柱体，内部为和螺塞相啮合的螺纹。转位套中间靠下的部分的圆周上对称的设计了与圆柱销相连接的方位为90°环槽口和，其中在大致的70°左右范围上为一直线段，20°左右为向下的斜线段，斜线段与直线段的斜度比一般为3°～5°，上端的内部为与阀杆上的螺纹相连接的螺纹。

Description

撑开式金属密封球阀

技术领域

本发明属于球阀，尤其是涉及到提升阀杆与撑开球体密封副方面的设计。

背景技术

球阀有很多的优点，主要是阀芯为一个有通腔的球体，通过阀杆控制球体作90°旋转，使阀门开启或关闭，由于流体阻力小，开关迅速、方便，寿命长、可靠性高得到了广泛的应用。

现有的球阀的密封形式多种多样，归纳起来大致有以下两种。

1、软面密封普通浮动球阀

普通阀座球阀的特点是：在预紧力或流体压力作用下，阀座材料多为特殊的塑料，如PEEKP(聚醚醚酮)PTFE(聚四氟己烯)等相对更硬和刚性更大的塑料材料制成以满足使用温度与压力性能，利用其固有的弹性特性与球体压紧，并使阀座材料产生弹性塑性变形而达到密封，其密封效果取决于阀座在流体压力或预紧力的作用下，能够补偿球体的不圆度和表面微观不平的程度。此外，当球阀装配调试好后，密封面上的预紧力就固定了，其缺点主要是，但当球阀使用一段时间后，由于阀座的磨损，以及塑性残余变形，紧密贴合的阀座和球体将逐渐的松驰，密封比压也将逐渐降低而发生渗漏。

受阀座材料耐温的限制，上述球阀一般仅用较低压力(1.6Mpa左右)与较低的温度(200°以下)下工作。

2、硬面密封高温高压球阀

硬面密封高温球阀的特点是：阀体、球体和阀座都是用金属材料制造，阀座为金属或耐热合金，阀座材料采用金属对金属密封副的优点是：适用温度范围广，各种金属材料的热膨胀系数相差不大，只要选用得当，可以达到基本一致，有利于协调温差变形。缺点是金属材料硬度高，达到密封的比压亦高，在压力较低的场合，难以靠流体的压力达到密封的效果，即便是采用预紧力达到密封，但因密封比压较大，球阀的启闭转矩亦大，密封副的磨损越快，阀门的使用寿命不高。

由于开关扭矩增大的因素，靠人工操作是比较困难的事，所以上述的球阀一般多为外设电动或者是气动阀门执行机构，本行业人员都熟知，阀门驱动装置有的会比阀门价格高，不是所有的应用场合都需要此设备，往往有时候不惜增加成本的选择只是不得已而为之。

另外，球阀至今没有令人很满意的可调性，因此，当阀座由于过度磨损而开始泄漏时，就必须对该阀门进行更换或维修。

中国发明专利公开了一种《双楔式半球球阀》981168000，这种阀门的密封件球体是两个楔式半球组成，球的上部的楔式槽与阀杆未端的楔式面配合组成，利用弹簧的预紧力和流体的压力保证阀门的密封性能，结构简单，但是由于工业装置管道里介质气体、液体、固体等复杂多变，有时仅靠其流体的压力保证阀门长期密封不泄漏是很不可靠的。

中国专利申请号为200310108434.5公开号为CN1614271A提出了弹性球结构球阀主要由阀腔中的阀杆撑拢装置弹性球体阀座组合而成，弹性球体的中间有与球阀通孔相适应的流道孔，在侧下处有弹性变形槽，槽口倾下，上端有断开槽，底端有定芯轴。弹性球体与撑拢装置连接，撑拢装置又与球阀的启闭结构和驱动装置连接。

上部升降机构沿用了美国轨道阀门公司的轨道球阀中的螺杆单轨道启闭结构，该结构从引进技术在我国的阀门行业中球阀与旋塞阀上已经使用至今，优点是显而易见的，但存在的缺点是导向槽的所需行程路线较长，导销在经直槽口到弯道槽口的拐点过渡处形成卡阻现象时而发生，导销圆柱面与阀杆的导向槽的线性接触面容易相互损伤，影响到阀门整体的质量。

发明内容

因此，对于现有球阀技术的不足，本发明的目的是提供一种撑开式金属密封球阀(以下简称为球阀)，而可长期保持可靠性，它既有现有软面密封和硬面密封的诸多优点，不但对部分的由于阀座磨损或增加压力引起的在阀门内的泄漏创造了能够得到补偿间隙的条件，而且降低了阀门的操作扭矩。

按照本发明的实施例，球阀主要有阀体和连接体，在阀门的内腔具有传送液体介质的通道，一个具有在该通路内在阀门启闭的位置之间有选择的转动以便控制液体流动的球体，该球体在组装后为相互对称的两片式构造，与球体的两侧的阀体的通道处各有稍有凸起的环形凸缘(通常称谓阀座)的密封面，以至于配合球体靠压在其上。

连接体、阀体如果是普通含碳钢构件形成的凸缘的环形阀座通常以堆焊耐蚀材料的方式形成，不锈钢材质则在本体上直接加工出阀座密封面，以便支承球体并密封该阀门，球体可以是光滑的外圆面，优选是在两侧形成凸缘可以不必要施焊多余的贵重耐磨耐蚀的金属，这样不但可以节约了产品的成本，而且减少了加工和研磨的时间。

球体在完全加工后从中间切开，如果是锻造的球体，槽的宽度一般可选择在1～1.5mm、若是熔模精密铸造的情况下可以为3～5mm左右，为保持所有尺寸的一致性，应成对使用。

为了保证球体在阀体中运动的同时有一定的位置关系，在阀体的下部未端设置了圆台，球体通路垂直的中心有容纳阀杆未端的圆锥面和下锥塞配合一致的孔，两锥孔同向流道方向延伸，且具有镜向的特征，锥塞的一端与阀体中圆台的孔形成紧密的配合状态。

锥塞大头的下部和阀体底端凸出的台阶中间设置有蝶形弹簧，在球阀开启后弹簧力可以把球体往上微微抬起，以便锥塞脱离球体进行下一步的关闭动作，虽然这是个非常微小的向上举动也可使其不至于失去上下比较合适的撑开功能，当阀杆向下运动时，阀杆头部的圆锥撑开球体，同时也传递力矩在球体下部圆锥体上，使球体恢复到设定的密封位置上，另外一种好处是蝶形弹簧始终和球体的接触可以保证两半球在装配和操作时始终保持一种类似完整的状态。

此外，为方便装配阀门顺利的进行，一螺旋弹簧通过阀杆一端和蝶形弹簧接触，另一端置于阀体中部台阶孔中，蝶形弹簧往上抬起可方便于另一半球体的进入。

球体上端内圆锥面的两侧有用于容纳圆柱销的横向直槽口，装配后与球体上部的直槽口相互配合以转动球体，圆柱销与阀杆未端圆锥面上的孔相连接。销不仅仅是圆柱形，亦可是矩形(图中未示)，可根据球阀的尺寸和压力的大小及用途来决定。

阀体向上的顶端为环形凸台，该凸台以阀杆与球体相连接的中心位置设计，其中有一贯通的孔与转位套相配合，在周向的边缘有向外测伸出的圆柱体，内部为和螺塞相啮合的螺纹。

圆柱销的一端置于转位套的环槽中，另一端与螺塞中的孔相接触。

转位套中间靠下的部分的圆周上对称的设计了与圆柱销相连接的方位为90°环槽口，其中在大致的70°范围上为一直线段，20°为向下的斜线段，斜线段与直线段的斜度比约一般为3°～5°，上端的内部为与阀杆相连接的螺纹，松开锁紧螺母后即可以调节阀杆与球体相互之间密封的位置。

在阀杆向下运动时两圆锥可使球体横向撑开位移一个适当的距离使其紧密贴合在阀体环形凸缘的密封面上。

本球阀的其它方面的联结方式与通常的阀门基本相同，本技术领域的人员一定很清楚这些，所以在这里也就不必要细说。

通过上述的设计可以达到如下的效果

1.撑开式密封结构；减少了金属与金属密封面的摩擦与磨损，可以有效的提高球阀的使用寿命。

2.结构简单；球体上下的蝶形弹簧的设置，可以使两半球保持为整体的形态，有利于操作和密封。

3.适用性好，制造成本低廉；球体的上下锥孔与圆锥体的配合，自对中性能好，加工较为方便容易。

4.操作力矩小；两对称安装的圆柱销在转位套在环形槽中为滚动配合，摩擦系数小。

5.调节方便；无需复杂的机构，在阀座与球体密封面磨损后，通过松开上端锁紧螺母即可适当调节所需位置。

附图说明

在上述的图中，如有相同的标号则表示是相同的作用。

图示主要零件码号为：1、阀体2、连接体3、球体4、阀杆5、转位套6、锥塞7、蝶形弹簧8、销9、螺旋弹簧10、圆柱销11、螺塞12、手轮13、锁紧螺母14、圆螺母15、流道

本发明的这些和其它目的优点通过下面附图作详细描述。

图1是本发明撑开式金属密封球阀的剖视图。

图2是图1的分解透视图。

具体实施方式

按照本发明的实施例，球阀主要有阀体(1)和连接体(2)，在阀门的内腔具有传送液体介质的通道(15)，一个具有在该通路内在阀门启闭的位置之间有选择的转动以便控制液体流动的球体(3)，该球体(3)为相互对称的两片式构造，与球体(3)的两侧的阀体(1)的通道处各有稍有凸起的环形凸缘(1-1)(通常称谓阀座)的密封面，以至于配合球体(3)的密封(3-4)靠压在其上。

为了保证球体(3)在阀体(1)中运动的同时有一定的位置关系，在阀体(1)的下部未端设置了圆台(1-2)，球体(3)垂直的中心有容纳阀杆(4)未端的圆锥(4-2)和锥塞(6)配合一致的孔(3-3)、(3-5)，两锥孔同向流道(3-1)方向延伸，且具有镜向的特征，锥塞(6)的一端与阀体(1)中圆台的孔(1-3)形成紧密的配合状态。

锥塞(6-1)大头的下部和阀体(1)底端凸出的圆台(1-2)中间设置有蝶形弹簧(7)，当阀杆(4)向下运动时，阀杆(4)头部的圆锥(4-2)撑开球体(3)，同时也传递力矩在球体(3)下部圆锥体(6-1)上。

螺旋弹簧(9)通过阀杆(4)一端和蝶形弹簧(7)接触，另一端置于阀体(1)中部台阶孔(1-3)中，蝶形弹簧(7)往上抬起可方便于另一半球体(3)的进入。

球体(3)上端内圆锥面(3-3)的两侧有用于容纳销(8)的横向直槽口(3-2)，装配后与球体(3)上部的直槽口(3-2)相互配合以转动球体(3)，销(8)与阀杆(4)未端圆锥面(4-2)上的孔(4-1)固定连接。

阀体(1)向上的顶端为环形凸台(1-4)，该凸台以阀杆(4)与球体(3)相连接的中心位置设计，其中有一贯通的孔(5-2)与转位套(5)相配合，在周向的边缘有向外测伸出的圆柱体(1-5)，内部为和螺塞(11-2)相啮合的螺纹(1-6)。

圆柱销(10)的一端置于转位套(5)的环槽(5-1、5-3)中，另一端与螺塞(11)中的孔(11-1)相接触。

转位套(5)中间靠下的部分的圆周上对称的设计了与圆柱销(10)相连接的方位为90°环槽口(5-1)和(5-3)，其中在大致的70°左右范围上为一直线段(5-1)，20°左右为向下的斜线段(5-3)，斜线段与直线段的斜度约一般为3°～5°，上端的内部为与阀杆(4)上的螺纹(4-3)相连接的螺纹(5-5)。

球阀的开启与关闭的动作如下：

阀关时：如果球阀处于关闭的位置，此时阀杆(4)上的圆锥面(4-2)和锥塞(6-1)与球体(3)上的圆锥孔(3-3、3-5)接触并使球体(3)横向撑开位移一个适当的距离，使其球体(3)中的环形密封凸缘(3-4)紧密贴合在阀体环形凸缘(1-1)的密封面上。

阀开时：逆时针转动手轮(12)时转位套(5)通过圆柱销(10)作用在环形直槽口上，在首先越过3°～5°的斜度(这时球体(3)上的密封面(3-4)和阀体(1)上的密封面(1-1)已经呈松开状态)后，继续旋转至90°位置时，球阀被开启。

当球阀在使用一段时间球体(3)上的密封面(3-4)和阀体(1)上的密封面(1-1)磨损后，通过阀杆(4)上端的扳手(4-4)，可以调节螺纹(4-3)与转位套(5-5)的距离即可。

Claims (8)

1.一种撑开式金属密封球阀，主要由阀体(1)、连接体(2)、球体(3)、阀杆(4)和转位套(5)等零件构成，其特征是：阀体(1)的内部有在阀门启闭时可以转动以控制介质流动的球体(3)，该球体(3)为相互对称的两片式构造。

2.根据权利要求1所述的撑开式金属密封球阀，其特征是：在阀体(1)的下部未端设置了圆台(1-2)，球体(3)垂直的中心有容纳阀杆(4)未端的圆锥(4-2)和锥塞(6)配合一致的孔(3-3)、(3-5)，两锥孔同向流道(3-1)方向延伸，锥塞(6)的一端与阀体(1)中圆台的孔(1-3)形成紧密的配合状态。

3.根据权利要求1所述的撑开式金属密封球阀，其特征是：一蝶形弹簧(7)设在内圆锥面(3-3)和横向直槽口(3-2)的上端，另一蝶形弹簧(7)与锥塞(6-1)大头的下部和阀体(1)底端凸出的圆台(1-2)的上面接触。

4.根据权利要求1所述的撑开式金属密封球阀，其特征是：球体(3)上端内圆锥面(3-3)的两侧有用于容纳销(8)的横向直槽口(3-2)，装配后与球体(3)上部的直槽口(3-2)相互配合以转动球体(3)，销(8)与阀杆(4)未端圆锥面(4-2)上的孔(4-1)固定连接。

5.根据权利要求1所述的撑开式金属密封球阀，其特征是：螺旋弹簧(9)通过阀杆(4)一端和蝶形弹簧(7)接触，另一端置于阀体(1)中部台阶孔(1-3)中。

6.根据权利要求1所述的撑开式金属密封球阀，其特征是：阀体(1)向上的顶端为环形凸台(1-4)，该凸台以阀杆(4)与球体(3)相连接的中心位置设计，其中有一贯通的孔(5-2)与转位套(5)相配合，在周向的边缘有向外测伸出的圆柱体(1-5)，内部为和螺塞(11-2)相啮合的螺纹(1-6)。

7.根据权利要求1所述的撑开式金属密封球阀，其特征是：圆柱销(10)的一端置于转位套(5)的环槽(5-1、5-3)中，另一端与螺塞(11)中的孔(11-1)相接触。

8.根据权利要求1所述的撑开式金属密封球阀，其特征是：转位套(5)中间靠下的部分的圆周上对称的设计了与圆柱销(10)相连接的方位为90°环槽(5-1)和(5-3)，其中在大致的70°左右范围上为一直线段(5-1)，20°左右为向下的斜线段(5-3)，斜线段与直线段的斜度比一般为3°～5°，上端的内部为与阀杆(4)上的螺纹(4-3)相连接的螺纹(5-5)。

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