CN102518829A - 一种密封面低磨损的球阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管道控制、密封面低磨损的球阀，本发明利用凸轮结构的原理，将球阀启闭过程中球体的转动变成阀座的直线往复运动，通过对球体非密封面部分的凸轮型面和定位销的设计，控制球阀启闭过程中阀座与球体的相对位置以及阀座与球体密封面的状态，减少了阀座与球体之间密封副的摩擦时间，延长了阀座与球体之间密封副的使用寿命。

Description

一种密封面低磨损的球阀
技术领域
本发明涉及一种管道控制阀门，特别涉及一种密封面低磨损的球阀。
背景技术
球阀由于具有流阻小、开关迅速、密封性能好、使用寿命长，便于气控和电控等特点，在航天、石油、天然气、长输管线、轻工食品等行业得到广泛的应用。随着近几年煤化工等行业的兴起，球阀在高温、高压、高耐磨工况下，具有密封性能好，寿命长的特点，应用领域更加广泛，逐渐向高温、高压、高密封性、大口径、长寿命方向发展，其可靠性及其它性能指标均达到较高水平，并已部分替代闸阀、截止阀。
球阀是通过在阀座和球体之间设定的预紧力加上介质压力在阀座密封面上产生的作用力形成足够的密封比压，从而实现密封。球阀的预紧力通常采用在阀座与阀体配合部位之间设置弹性元件，如圆柱状弹簧或碟形弹簧等来形成。球阀在启闭过程中，阀座与球体之间的预紧力始终作用在阀座与球体的密封面上，增加了阀座和球体密封面的磨损时间，同时球阀的启闭力矩也大于其他类型阀门，预紧力加大了阀座与球体的密封面之间的磨损，影响了球阀的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种密封面低磨损的球阀，具有密封面使用寿命长、启闭力矩小、开关速度快、可靠性高的特点，而且结构简单，易于加工，可广泛在流体管线上使用。
本发明的目的是通过提供一种具有新颖结构的球阀实现的。该球阀包括阀体、设置在阀体内腔中的球体和用于驱动球体旋转的阀杆，其中球体与设置在阀体内腔中的阀座形成滑动密封接触，其特征在于：阀座通过施加预紧力的弹簧与球体接触实现密封，在阀座上设有定位销，所述球体在与阀座上的定位销相接触并且与阀杆相正交的圆周上形成凸轮型面，该凸轮型面是通过在圆周上彼此间隔90度的位置上形成圆滑的凹入部而实现的，使得当球阀处于完全打开或完全关闭状态时，定位销不与凹入部的底面接触，当球阀处于打开或关闭过程中，球体转动使定位销脱离所述凹入部时，定位销将顶住球体的表面使弹簧压缩，从而将阀座与球体彼此分离。
本发明的优点与效果是：
本发明具有结构简单、紧凑、体积小、重量轻等特点，阀门在启闭过程中阀座与球体密封面之间没有摩擦，减少了阀座和球体密封面的磨损时间，延长了球阀密封面的使用寿命，减小了阀门的启闭力矩，提高了阀门的可靠性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图，图中，1、第一阀体部，2、第二阀体部，3、阀杆，4、固定轴，5、球体，6、阀座，7、密封环，8、压环，9、弹簧，10、定位销，11、水平轴，12、球体流道，13、密封面，14、凸轮型面；
图2为本发明的整体结构示意图的A-A剖视图，球体流道与水平轴夹角M＝0°的示意图；
图3为本发明的整体结构示意图的A-A剖视图，球体流道与水平轴夹角0°＜M＜a°的示意图；
图4为本发明的整体结构示意图的A-A剖视图，球体流道与水平轴夹角a°＜M＜b°的示意图；
图5为本发明的整体结构示意图的A-A剖视图，球体流道与水平轴夹角b°＜M＜(90-b)°的示意图；
图6为本发明的整体结构示意图的A-A剖视图，球体流道与水平轴夹角(90-b)°＜M＜(90-a)°的示意图；
图7为本发明的整体结构示意图的A-A剖视图，球体流道与水平轴夹角(90-a)°＜M＜90°的示意图；
图8为本发明的整体结构示意图的A-A剖视图，球体流道与水平轴夹角M＝90°的示意图。
其中，a°为球体凸轮型面上推程的起始角；b°为球体凸轮型面上推程的终止角。
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细说明
本发明包括有阀体(在本实施例中，阀体包括第一阀体部1和第二阀体部2，两者彼此对合形成完整的阀体，但本领域技术人员可以显而易见地知道阀体结构也可以通过其他方式实现)、阀杆3、固定轴4、球体5、阀座6、密封环7、压环8、弹簧9、定位销10，如图1所示。阀座6上下各有两个定位销10，定位销10以螺纹形式固定在阀座6上，球体5上下非密封面部分各加工成凸轮形状。球阀的关闭是通过阀杆3和球体5顺时针旋转90°来完成的，通过图2-图8，详细地解释了球阀关闭过程中，定位销10与球体凸轮型面14的相对位置以及阀座6与球体密封面13之间的不同状态。如图2所示，当球阀处于开位时，球体流道12与水平轴11夹角M＝0°，定位销10与凸轮型面14之间无接触，此时，阀座6由于受到弹簧9提供的预紧力压紧球体密封面13，实现密封；如图3所示，球阀开始关闭，球体5沿顺时针方向转动，同时凸轮型面14也随之转动，球体流道12与水平轴11夹角0°＜M＜a°，此时定位销10与凸轮型面14无接触，阀座6由于受到弹簧9提供的预紧力压紧球体密封面13，球阀关闭过程中需要克服阀座6与球体密封面13之间的摩擦力；如图4所示，球阀继续关闭，球体5沿顺时针方向转动，同时凸轮型面14也随之转动，球体流道12与水平轴11夹角a°＜M＜b°，当球体流道12与水平轴11夹角为a°时，定位销10与凸轮型面14发生接触，随着凸轮型面14的继续转动，定位销10被凸轮型面14推动，带动阀座6沿水平轴11做远离球体5的直线运动，此时，阀座6与球体5密封面逐渐脱开，球阀关闭过程中阀座6与球体5密封面之间无摩擦；如图5所示，球阀继续关闭，球体5沿顺时针方向转动，同时凸轮型面14也随之转动，球体流道12与水平轴11夹角b°＜M＜(90-b)°，球体5转动过程中，定位销10与凸轮型面14平滑接触，此时阀座6与球体密封面13无接触，阀座6与球体密封面13之间无摩擦；如图6所示，球阀继续关闭，球体5沿顺时针方向转动，同时凸轮型面14也随之转动，球体流道12与水平轴11夹角(90-b)°＜M＜(90-a)°，随着凸轮型面14的转动，阀座6受到弹簧9提供的预紧力的作用，沿水平轴11做靠近球体5的运动，阀座6与球体密封面13逐渐靠近，阀座6与球体密封面13之间无摩擦，当球体流道12与水平轴11夹角为(90-a)°时，定位销10与凸轮型面14脱离接触，此时，阀座6在弹簧9提供的预紧力的作用下与球体密封面13压紧，实现密封；如图7所示，球阀继续关闭，球体5沿顺时针方向转动，同时凸轮型面14也随之转动，球体流道12与水平轴11夹角(90-a)°＜M＜90°，此时定位销10与凸轮型面14无接触，阀座6由于受到弹簧9提供的预紧力压紧球体密封面13，球阀关闭过程中需要克服阀座6与球体密封面13之间的摩擦力；如图8所示，球阀继续关闭，当球阀处于关位时，球体流道12与水平轴11夹角为M＝90°，定位销10与凸轮型面14脱离接触，阀座6由于受到弹簧9提供的预紧力压紧球体密封面13，实现密封。同理，球阀的开启过程与上述关闭过程是一样的。这样，在球阀由开启状态到关闭状态和由关闭状态到开启状态过程中，阀杆3和球体5需要顺时针或是逆时针方向旋转90°，由于球体5凸轮型面14和定位销10以及弹簧9提供的预紧力的共同作用，控制阀座6相对于球体5密封面的状态，使得球阀启闭过程中a°～(90-a)°的角度内，阀座6与球体密封面13是脱开的，也就是阀座6与球体密封面13之间不存在摩擦力，减少了阀座6与球体密封面13之间的摩擦时间，延长了阀座6与球体密封面13之间的使用寿命，减小了阀门的启闭力矩，提高了阀门的可靠性。
优选地，所述凹入部在圆周上所占的角度2b°为5-15度。以及优选地，所述凹入部在圆周上的距离变化(即图4中所示的L)为0.5-1.5mm。单独或同时采用上述两优选实施方式可以既保证实现较好的定位，又不会因为角度和径向距离变化过大而导致密封不严。
本发明利用凸轮结构的原理，将球阀启闭过程中球体的转动变成阀座的直线往复运动，通过对球体非密封面部分的凸轮型面和定位销的设计，控制球阀启闭过程中阀座与球体的相对位置以及阀座与球体密封面的状态，减少了阀座与球体之间密封副的摩擦时间，延长了阀座与球体之间密封副的使用寿命。本发明具有结构简单、紧凑、体积小、重量轻等特点，这种结构在大口径高压球阀上作用更加明显，如果是电动球阀节能效果显著。
本说明书已经结合最佳实施例对本发明做出了详细的说明，但本领域技术人员应当清楚，说明书记载的最佳实施例仅是说明性的，在实际使用中，可以根据需要增加其他部件，或者省略某些非必要的部件。因此，本发明的保护范围应根据权利要求记载的技术方案加以确定。

Claims (4)

1.一种球阀，包括阀体(1、2)、设置在阀体(1、2)内腔中的球体(5)和用于驱动球体(5)旋转的阀杆(3)，其中球体(5)与设置在阀体(1、2)内腔中的阀座(6)形成滑动密封接触，其特征在于：所述阀座(6)通过施加预紧力的弹簧(9)与球体(5)接触实现密封，在阀座(6)上设有定位销(10)，所述球体(5)在与阀座(6)上的定位销(10)相接触并且与阀杆(3)相正交的圆周上形成凸轮型面(14)，该凸轮型面(14)是通过在圆周上彼此间隔90度的位置上形成圆滑的凹入部而实现的，使得当球阀处于完全打开或完全关闭状态时，定位销(10)不与凹入部的底面接触，当球阀处于打开或关闭过程中，球体(5)转动使定位销(10)脱离所述凹入部时，定位销(10)将顶住球体(5)的表面使弹簧(9)压缩，从而将阀座(6)与球体(5)彼此分离。
2.根据权利要求1所述的球阀，其特征在于，所述凹入部在圆周上所占的角度2b°为5-15度。
3.根据权利要求1所述的球阀，其特征在于，所述凹入部在圆周上的距离变化L为0.5-1.5mm。
4.根据权利要求1所述的球阀，其特征在于，阀座(6)还包括与阀体形成密封的密封环(7)。
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