CN103765062A - 具有偏移的直通流的球阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有偏移的直通流的球阀。所述球阀具有壳体，其中所述壳体具有入口、出口和内部腔室。非球形的球阀构件安置在所述内部腔室中。所述阀构件以机械方式耦联到阀杆，以使阀杆的旋转引起阀构件以相同方式旋转，其中所述阀杆从所述内部腔室延伸到所述壳体的外侧。所述球阀具有完全闭合的位置，其中在所述完全闭合位置阻止流体流过所述球阀。所述球阀构件还具有完全打开的位置，其中在所述完全打开位置流体流可流过所述球阀。随着阀构件旋转小于或等于约45°，所述球阀可从完全闭合的位置切换到完全打开的位置，反之亦然。

Description

具有偏移的直通流的球阀

技术领域

本发明一般地涉及阀技术，具体而言，本发明涉及球阀及其相关的阀构件。

背景技术

球阀在本领域是众所周知的，用于从液体到气体流控制的各种应用中。典型的球阀包括壳体，也常称作阀体，所述壳体具有内部腔室、入口和出口，入口和出口与内部腔室流体连通。流动路径从入口穿过内部腔室，再延伸穿过出口。

球形阀构件安置在所述壳体的内部腔室内的流动通道中。所述阀构件具有整体穿过阀构件中心的通路。各种密封件可安装在内部腔室内且邻近阀构件，以限制流体流动通过阀构件的通路和阻止流体在阀构件周围自由流动，否则可能导致流体泄漏。

穿过阀构件的通路与穿过壳体的流动路径选择性地对准。阀杆穿过壳体壁，以机械方式耦联到阀构件上，从而阀杆的旋转引起阀构件相同地旋转。这样，通过从壳体外侧转动阀杆，阀构件在壳体内可与流动路径选择性地对准。

通路与流动路径部分或全部对准将使流体从壳体的入口流到壳体的出口。当出现这种情形时，阀就被分别称作处于部分或完全打开位置中。通路与流动路径完全不对准将阻止流体从入口流到出口。当出现这种情形时，阀就被称作处于闭合位置中。这样，典型的球阀的位置范围常被分类为完全打开、部分打开或完全闭合。

发明内容

上述典型的球阀存在几个缺陷。如上面所指出的，阀构件典型地是球形的。贯通阀构件的通路典型地具有圆形横截面并且穿过阀构件的中心。这种结构要求阀构件增加环绕所述通路的壁厚以便承受高压用途的应力。因此，通路的大小和阀构件的增加的壁厚导致阀构件相对较大。作为结果，需要相对大的壳体以承载所述阀构件。这种结构在小的操作空间环境中是常常不能令人满意的。

典型球阀的上述尺寸限制还可能导致需要更高的功率来促动所述阀。确实，许多球阀应用是使用电动促动器进行促动的，其中所述电动促动器藕联到所述球阀的阀杆。这些促动器被规定在很大程度上以球阀从完全打开切换到完全闭合所需要的促动力为基础。作为结果，相对大尺寸的典型球形球阀推高了对这些促动器的尺寸和功率的要求。

此外，在当代应用中，阀构件的通路典型地穿过所述阀构件的中心。作为结果，典型球形的阀构件必须旋转大约90°以使整合了阀构件的阀从完全打开切换到完全闭合。这种要求也不利地增加了促动所述阀所需要的功率。

鉴于上述内容，本技术领域需要一种整合了阀构件的球阀，所述球阀不仅减小了尺寸，而且相对于它的同时代对应零件需要更小运行功率。

本发明提供了这种球阀。本发明的这些和其它优点，以及额外的具有创造性的特征，依据这里提供的对本发明的描述是很明显的。

在一个方面中，本发明的实施例提供了一种球阀，其具有轻的结构，这使所述球阀在促动过程中比现有技术消耗更少的功率。根据这个方面的球阀的实施例具有完全打开位置和完全闭合位置，其中在完全打开位置允许流体流过所述球阀，在完全闭合位置阻止流体流过所述球阀。这种球阀包括壳体，所述壳体具有入口、出口和内部腔室，其中所述内部腔室位于所述入口和出口之间。流动路径穿过所述壳体并且在入口和出口之间延伸。所述球阀还包括非球形的阀构件，其位于所述内部腔室内且位于所述流动路径内。所述阀构件具有贯通它的通路，所述通路可与所述流动路径选择性地对准。所述非球形阀构件在所述内部腔室内可旋转，以使所述球阀在完全打开位置和完全闭合位置之间切换，反之亦然。

在某些实施例中，所述球阀还包括阀杆，所述阀杆从所述壳体的外侧延伸穿过所述壳体。所述阀杆藕联到所述阀构件，从而所述阀杆的旋转引入所述阀构件的相同旋转以便使球阀在完全打开位置和完全闭合位置之间切换。

在某些实施例中，所述非球形的阀构件具有半球形头部部分和环形颈部部分，其中所述环形颈部部分从所述半球形头部部分向外延伸。所述阀构件的通路限定穿过所述通路的中心的阀构件流动轴线。所述阀构件流动轴线只穿过所述阀构件的环形部分。

在某些实施例中，所述阀构件旋转小于或等于45°，经过所述非球形阀构件的小于或等于约45°的旋转使所述球阀从完全打开位置切换到完全闭合位置或者从完全闭合位置切换到完全打开位置。在某些实施例中，所述半球形头部部分具有第一宽度。所述环形颈部部分具有第二宽度。第一宽度大于第二宽度。沿垂直于第一宽度进行测量，所述半球形头部部分具有第三宽度。沿垂直于第二宽度进行测量，所述环形颈部部分具有第四宽度。所述第三宽度大于所述第四宽度。

在某些实施例中，所述球阀还包括入口密封件，所述入口密封件邻近入口安置并且具有密封地接合所述阀构件的环形的入口密封面。所述球阀还包含出口密封件。所述出口密封件邻近出口安置并且具有密封地接合所述阀构件的环形的出口密封面。在完全闭合位置中，所述半球形头部部分接触所述环形的入口密封面和环形的出口密封面。在完全闭合位置中，所述环形颈部部分只接触所述环形的出口密封面。

在某些实施例中，所述阀构件具有第一部分半球形部分和第二部分半球形部分，其中所述第一部分半球形部分配置在穿过阀构件中心的轴线的其中一侧上，所述第二部分半球形部分配置在所述轴线的另一侧上。在某些实施例中，入口凹槽和出口凹槽径向向内延伸到每一个所述部分半球形部分中。所述第一和第二凹槽关于所述阀构件的原点对称，其中所述阀构件的原点位于所述阀构件的几何中心。

在某些实施例中，入口密封件邻近入口安置并且具有环形的入口密封面，其中所述环形的入口密封面密封地接合所述阀构件。所述出口密封件邻近出口安置并且具有环形的出口密封面，其中所述环形的出口密封面密封接合所述阀构件。在完全打开位置中，所述第一部分半球形部分接触所述环形的入口密封面和环形的出口密封面，但在完全闭合位置中，所述第一部分半球形部分只接触所述环形的出口密封面。在完全打开位置中，所述第二部分半球形部分接触所述环形的入口密封面和环形的出口密封面，但在完全闭合位置中，所述第二部分半球形部分只接触所述环形的入口密封面。

在再一方面中，本发明的实施例提供一种球阀，作为与球阀相关的阀构件是紧凑阀构件的结果，所述球阀具有减小的总体尺寸。根据这一方面的球阀的实施例，所述球阀具有完全打开位置和完全闭合位置，其中在完全打开位置允许流体流过所述球阀，在完全闭合位置阻止流体流过所述球阀。所述球阀包括壳体，所述壳体具有入口、出口和流动路径，其中所述流动路径在所述入口和出口之间延伸。阀构件安装在入口和出口之间的壳体内部腔室内且在流动路径内，以在完全打开和完全闭合位置之间选择性地切换所述球阀。所述球阀具有直的通路。所述通路具有非圆形横截面型廓并且限定穿过所述通路中心的阀构件流动轴线。

在某些实施例中，所述球阀还包含阀杆，所述阀杆从所述壳体外侧延伸到所述壳体的内部腔室中。所述阀杆以机械方式藕联到所述阀构件，从而所述阀杆围绕穿过阀杆中心的阀杆轴线的旋转引起所述阀构件的相同旋转。一旦阀杆旋转和阀构件相应地旋转小于或等于大约45°，所述球阀就从完全打开位置切换到完全闭合位置或者从完全闭合位置切换到完全打开位置。

在某些实施例中，所述恒定的横截面型廓是非圆形的。在某些实施例中，所述直的通路具有凸出部分和至少一个凹入部分。在某些实施例中，所述直的通路具有凸出部分和第一与第二凹入部分。所述第一凹入部分在所述凸出部分的第一端处开始。所述第二凹部部分在所述凸出部分的第二端处开始。第一和第二凹入部分每一个都具有自由端。第三凹入部分在第一和第二凹入部分的自由端之间延伸。

在某些实施例中，所述第一和第二凹入部分的每一个的曲率半径都小于第三凹入部分的曲率半径。在某些实施例中，所述第一和第二凹入部分的每一个的曲率半径都小于第三凹入部分的曲率半径。在某些实施例中，所述第一凹入部分的曲率半径等于所述第二凹入部分的曲率半径。

在又一方面中，本发明的实施例提供了一种球阀，其需要减小的促动功率就可将所述球阀从完全打开位置切换到完全闭合位置，反之亦然。根据这个实施例的球阀包含壳体，所述壳体具有入口、出口和内部腔室，其中所述内部腔室位于所述入口和出口之间。流动路径穿过所述壳体并且在入口和出口之间延伸。阀构件安置在所述内部腔室内并且可在所述内部腔室内旋转，从而所述阀构件旋转小于或等于大约45°，使所述球阀从完全打开位置切换到完全闭合位置或者从完全闭合位置切换到完全打开位置。

在某些实施例中，所述阀构件包含头部部分和环形颈部部分，所述环形颈部部分从头部部分延伸离开。在某些实施例中，所述阀构件包含延伸穿过环形颈部部分的通路。在某些实施例中，所述通路限定阀构件流动轴线。所述阀构件具有穿过其中心的中心轴线。所述阀构件流动轴线平行于所述阀构件中心轴线并且从所述阀构件中心轴线偏移开。

在某些实施例中，所述阀构件具有第一部分半球形部分和第二部分半球形部分，其中所述第一部分半球形部分配置在穿过所述阀构件中心的中心轴线的其中一侧上，所述第二部分半球形部分配置在所述轴线的另一侧上。

入口侧凹槽和出口侧凹槽径向向内延伸到每一个所述部分半球形部分中。所述第一和第二凹槽关于阀构件的原点对称，其中所述阀构件的原点位于所述阀构件的几何中心。所述阀构件具有穿过所述阀构件的中心的流动路径轴线。

结合附图，依据下面的详细说明，本发明的其它方面、目的和优点将变得明显。

附图说明

附图并入说明书中，构成说明书的一部分，附图示出了本发明的几个方面，并且与下面的说明一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是根据本发明教导的球阀实施例的立体图；

图2是图1的球阀的立体分解图；

图3是图1的球阀的阀构件的主视图；

图4是图3的阀构件的俯视图；

图5是沿图1的剖切线A-A剖切球阀得到的侧截面，示出了图3和4的阀构件安置在图1的球阀的壳体内，其中阀构件的安置方式是使球阀处于完全闭合位置中；

图6是沿图1的剖切线B-B剖切球阀得到的上截面，示出了图3和4的阀构件安置在图1的球阀的壳体内，其中阀构件的安置方式是使球阀处于完全密封位置中；

图7是沿图1的剖切线A-A剖切球阀得到的侧截面，示出了图3和4的阀构件安置在图1的球阀的壳体内，其中阀构件的安置方式是使球阀处于完全打开位置中；

图8是沿图1的剖切线B-B剖切球阀得到的上截面，示出了图3和4的阀构件安置在图1的球阀的壳体内，其中阀构件的安置方式是使球阀处于完全打开位置中；

图9是图1所示球阀的阀构件的另一实施例的前视图；

图10是图9是阀构件的俯视图；

图11是沿图1的线B-B剖切球阀得到的上截面，示出了图9的阀构件安置在图1的球阀的壳体内，其中阀构件的安置方式是使球阀处于完全闭合位置中；以及

图12是沿图1的线B-B剖切球阀得到的上截面，示出了图9的阀构件安置在图1的球阀的壳体内，其中阀构件的安置方式是使球阀处于完全打开位置中。

尽管将结合某些优选实施例描述本发明，但本发明并不试图被限制于这些实施例。恰恰相反，本发明覆盖落入所附权利要求所限定的本发明的精神和保护范围的所有替代方案、改型及其等同变换。

具体实施方式

现在参照附图，图1示出了根据本发明教导的球阀20的典型实施例。球阀20具有入口24和出口26，入口24和出口26沿着用流动路径轴线28表示的流动路径轴向对准。流动路径轴线28穿过球阀20，通常表示流体从入口24流到出口26并穿过出口26的路线。如在这里所使用的，术语“流体”是指液体、气体、液体-气体混合物以及淤浆。确实，本领域技术人员将认识到球阀20不限于应用于任何特殊类型的流体。

球阀20的阀杆32从壳体22的外侧延伸到壳体22的内部腔室50（见图2）。阀杆32围绕阀杆轴线34沿第一和第二旋转方向36、38旋转，以选择性地打开和闭合球阀20。

更具体地，阀杆32延伸穿过壳体22，并以机械方式耦联阀构件30（见图2）。阀杆32耦联阀构件30，使得阀杆32沿第一或第二旋转方向36、38的旋转引起阀构件30的相同旋转。前述旋转使阀杆32在完全打开位置和完全闭合位置之间切换球阀20，反之亦然。如这里所应用的，短语“完全打开”定义了允许最大流量的流体流过球阀20的阀构件30的取向（见图2）。还如这里所应用的，短语“完全闭合”定义了阻止任何流体流过球阀20的阀构件30的取向（见图2）。还如这里所应用的，短语“部分打开”定义了在完全打开位置和完全闭合位置之间的阀构件30的取向（见图2），此时允许至少一些流体流过球阀20。

壳体22整合有安装结构46以安置促动器（未示出）到球阀20。所述促动器以机械方式连接到阀杆以便提供围绕阀杆轴线34沿第一或第二旋转方向36、38旋转。备选地，球阀20可包括杠杆或连接到阀杆32的其它结构以用手操作阀杆20。

如下面将更详细地解释的，球阀20相对于现有设计的改进在于减小了在完全打开和完全闭合位置之间促动球阀20所需要的功率，反之亦然。球阀20相对于现有设计的改进之处还在于更小和更轻的结构。前述优点在某种程度上是通过使用非球形的阀构件30（见图2）实现的，其中阀构件30使用了贯通它的偏移通路40（见图2）。这种结构减小了促动球阀20所需要的功率以及减小了在完全打开和完全闭合位置之间切换球阀20所需要的阀杆32和阀构件30旋转量。

现在参照图2，球阀20以分解状态示出，以便介绍球阀20的各个部件。阀构件30容纳在壳体22的内部腔室50内。如图所示，阀构件30处于使球阀20置于完全打开位置所需要的取向上。偏移的通路40对通过阀构件30的阀构件流动轴线44进行了限定。如从图2可知，阀构件流动轴线44从阀构件中心轴线104偏移但平行于阀构件中心轴线104（见图3），而且从流动路径轴线28偏移但平行于流动路径轴线28。

对于流动穿过阀构件30的流体而言，阀构件30，更具体地，阀构件30的通路40，呈现一条直的平滑通路40。人们将会认识到这种结构减小了球阀20的整体湍流，还减小了横跨球阀20的压降。通路40的这种直的、不中断的结构还从通路40的横截面型廓方面来说明。也就是说，通路40的横截面型廓在贯穿阀构件30过程中保持不变。所述横截面型廓因而与通路40终端处的孔42的型廓相同。

一对密封装置在壳体22的内部腔室50内配置在阀构件30的两侧之一上。更具体地，入口密封环52安置在阀构件30的入口侧上。柔性密封件54由入口密封环52承载，安置在入口密封环52和壳体22的界定内部腔室50的内表面之间。

偏移元件56偏移入口密封环52及入口密封环52所承载的密封件54。偏移元件56作用在入口密封环52上，以便使其密封面偏移成密封接合阀构件30。当流体在阀构件3周围沿与从壳体22的入口到壳体22的出口的方向（见图1）相反的方向流动时，这种结构限制流体流过阀构件30的通路40。本领域技术人员将认识到偏移元件56可采用不同的形式，不限于图2所示的特殊结构。确实，偏移元件56可以是波纹弹簧（wave spring），或者每个都作用在入口密封环52和密封件54上的多个独立弹簧等等。类似地，密封件54不限于图2所示的特殊结构。确实，密封件54可提供为用在这种用途中得到认可的任意通用材料制成的标准O形环。

入口端配件72沿流动路径轴线28安置在偏移元件56的上游。入口端配件72使用六角螺母74紧固到壳体22。六角螺母74和入口端配件72优选可从壳体22移除，以使球阀20适应不同类型的连接，例如铜焊、钎焊、熔焊和/或螺纹啮合等。进一步地，入口端配件72可用塑料材料制成，以耦联例如PVC系统的塑料管系统。密封件76安置在入口端配件72和壳体22的界定内部腔室50内表面之间。因为抑制绕过（circumvent）入口端配件72，密封件76限制流体沿流动路径轴线28流动穿过入口端配件72的孔。依据对通到球阀20的管道进行连接的希望连接类型，入口端配件72可整合不同的端部几何结构，例如螺纹、键装置、密封件等。也就是说，可使用不同的端配件，本发明无论如何也不限于所示的特殊的入口端配件72（以及下面所说明的出口端配件82）。

出口密封环62安置在内部腔室50内阀构件30的出口侧上。类似于入口密封环52，出口密封环62承载密封件64，密封件64密封接合壳体22的界定内部腔室50的内表面。倘若入口侧密封件54已经失效并且流体已经绕过入口侧密封环52和阀构件30，这个结构限制流体流过通路40流到出口26（见图1）。本领域技术人员将认识到密封件64还阻止泄漏流体从出口26回流到入口24（见图1）。虽然出口密封环62和出口密封件64不利用偏移元件偏移压靠阀构件30，人们将认识到这种结构可被整合以将出口密封环62密封地偏移成与阀构件30接合。这种结构还可整合到入口侧偏移元件56或者交错。

出口端配件82的设计与入口端配件72的设计相同或类似，出口端配件82安置在出口密封环62的下游。出口端配件82利用六角螺母84紧固到壳体22。密封件86安置在出口端配件82和壳体22的界定内部腔室50的内表面之间。出口端配件82和壳体22之间的密封件86获得的优点与上述安置在入口端配件72和壳体22之间的密封件76的优点相同或类似。进一步地，出口端配件82和六角螺母84也优选可从壳体22去除，容纳不同的端配件以适应与球阀20连接的不同连接类型。

现在参照图3和4，将对阀构件30的所示实施例的特殊形状进行更详细地说明。尤其参照图3，阀构件30的显示方式是使阀构件流动轴线44和阀构件中心轴线104一般垂直于纸面且从纸面向外延伸。如图3所示，通路40，更具体地，阀构件流动轴线44，平行于阀构件轴线104且从阀构件轴线104偏移，其中阀构件流动轴线44穿过通路40的几何形心，阀构件轴线104穿过阀构件30的中心。通路40直通过阀构件30以使通路40几乎没有任何中断或弯曲，并且贯通阀构件30具有完全不变的横截面型廓，所述横截面型廓与通路40终端处的孔42的形状相同。

通路40还可从孔42的形状方面来说明并且在孔42之间延伸的结果表面轮廓是通路40的横截面型廓不变的结果。如所显示的，孔42具有凸出部分112。第一凹入部分114从凸出部分112的边缘延伸，具有曲率半径R₁。同样，第二凹入部分116从凸出部分112的另一边缘延伸，具有第二曲率半径R₂。如图3所示，第一和第二曲率半径R₁、R₂大小相同。

第三凹入部分118在第一和第二凹入部分114、116的边缘之间延伸，第一和第二凹入部分114、116不相交但都从第一凸出部分112延伸。第三凹入部分118具有曲率半径R₃。如图3所示，第三曲率半径R₃大于第一和第二曲率半径R₁、R₂。如上面所指出的，通路40的横截面型廓不变，并且这样，通路40的横截面型廓由凸出表面、第一、第二和第三凹入表面界定，所述第一、第二和第三凹入表面分别从突出部分112和第一、第二与第三凹入部分114、116、118及在通路的孔42之间延伸。

通路40的上述偏移结构和形状便于降低球阀20（见图1）在完全打开和完全闭合位置之间切换所需要的阀构件30的旋转量，反之亦然。然而，人们将会认识到通路40的恒定横截面型廓的特殊形状可修改成其它几何形状，但仍获得这里所获得的优点。

现在参照图4，阀构件30以俯视图示出。如图4所示，阀构件30的非球形形状是很明显的。阀构件30具有半球形头部部分106。环形颈部部分108从半球形头部部分106径向向外延伸。这里所用的短语“半球形”和“环形”用于广义说明的目的，因而应认识到头部部分106不限制于精确的半球形，环形颈部部分108也不限制于精确的环形。

半球形头部部分106具有第一宽度W₁。环形颈部部分具有第二宽度W₂，它小于半球形头部部分106的第一宽度W₁。半球形头部部分106还具有垂直于其宽度W₁得到的宽度W₃。类似地，环形颈部部分108具有沿垂直于其宽度W₂的宽度W₄。如图4所示，宽度W₃通常大于宽度W₄。

作为结果，阀构件30的外周缘具有位于环形颈部部分108两侧的空隙或者凹槽110，以便获得半球形头部部分106和环形颈部部分108之间的上述宽度区别。另外，阀构件的外周缘还包括键槽94，用于容纳阀杆30的键92（见图5）以获得阀杆32和阀构件30之间的机械连接。虽然键槽94示出为一般矩形形状，但应立即认识到各种其它几何形状可容易地整合到阀构件30的外周缘中以获得这种键接关系。

现在参照图5-8，阀构件30位于完全闭合位置（见图5和6）和完全打开位置（见图7和8）中，以位于球阀20的其余部分内的横截面进行显示。特别参考图5，图5示出处于完全闭合位置的球阀20沿图1的剖切线A-A剖切得到的截面。当阀构件30旋转到完全闭合位置时，通路40，更具体地，贯通的阀构件流动轴线44，与流动路径轴线28不平行。

然而，在完全闭合位置中，阀构件流动轴线44不垂直于流动路径轴线28。结果，球阀20在完全闭合位置和完全打开位置之间切换时需要旋转小于90°。在特殊的实施例中，球阀20在完全闭合位置和完全打开位置之间切换时需要旋转小于或等于45°。从这里的说明将认识到所需要的旋转量取决于贯通阀构件40的通路40的形状和偏移位置。

还如图5所示，入口密封环52包括环形的入口密封面120，环形的入口密封面120的曲率等于阀构件30的外周缘的曲率以使这两个部件之间实现紧密密封。这种密封利用偏移元件56增强，偏移元件56偏移入口密封环52，具体地，环形的入口密封面120，到与阀构件30的头部部分106密封接合。如图所示，当球阀20位于完全闭合位置中时，环形的入口密封面120不接触颈部部分108。作为结果，当球阀20从完全闭合位置切换到部分打开或完全打开位置时，考虑到旋转阀构件30的致动力的减小量，入口密封环52作用到阀构件30上的总压力减小。

类似于入口密封环52，出口密封环62也包括环形的出口密封面122。环形的出口密封面122的形状或型廓一般与阀构件30的外周缘的形状或型廓相同。从对图5的分析将认识到偏移元件56的偏移力不仅如上所述的那样将入口密封环52偏移到接合阀构件30，还将阀构件30偏移到接合出口密封环62的环形的出口密封面122。

当球阀20位于完全闭合位置中时，入口和出口密封环52、62及其对应的密封件54、64因而阻止流体流绕过通路40，在阀构件30的外周缘周围在入口和出口之间流动，由此阻止从球阀20泄漏。不同的是，入口和出口密封环52、62及其对应的密封件54、64限制流体流过阀构件30的通路40。然而，当通路40，更具体地贯通的阀构件流动轴线44不与流动路径轴线28平行时，流体不能从入口流动通过通路40到达出口。

现在参照图6，图6示出球阀20位于完全闭合位置时沿图1的剖切线B-B剖切球阀20得到的截面。如图所示，阀构件30旋转到使球阀20位于完全闭合位置中。当这样做时，半球形头部部分106接触环形的入口密封面120和环形的出口密封面122。然而，颈部部分108只接触环形的出口密封面122。还如图所示，阀构件中心轴线104和阀构件流动轴线44通常横向于流动路径轴线28。在特殊的实施例中，这些轴线相对于流动路径轴线28成小于或等于45°角。

现在参照图7，图7示出球阀20位于完全打开位置时沿图1的剖切线A-A剖切球阀20得到的截面。一旦阀构件30旋转到使球阀20置于部分打开或完全打开位置中，流体则可沿流动路径轴线28流动通过通路40。确实，在图7中，阀构件30旋转到使球阀20置于完全打开位置中。当球阀20置于完全打开位置中时，环形的入口密封面120和环形的出口密封面122接触阀构件30的半球形头部部分106和颈部部分108（见图5）。在这样的结构中，阀构件流动轴线44平行于流动路径轴线28。

现在参照图8，图8示出球阀20位于完全打开位置时沿图1的剖切线B-B剖切球阀20得到的截面。在这个结构中，阀构件中心轴线104与流动路径轴线28一致且互相平行。阀构件流动轴线44平行于阀构件中心轴线104和流动路径轴线28中的每一个。如上所述，为了使阀构件30置于这个构造中，阀构件30需要旋转小于或等于45°。另外，在这个构造中，环形的入口密封面120接触半球形头部部分106和环形颈部部分108中的每一个。环形的出口密封面122也接触半球形头部部分106和环形颈部部分108中的每一个。

图9-12示出了阀构件230的另一实施例，下面将对其进行说明。当将这个阀构件230整合到球阀20中时，球阀20的其余结构保持不变，这样，阀构件230将在上述球阀20的其余部分的上下文中进行说明。在不应用偏移阀构件流动轴线的条件下，阀构件230的这个实施例实现与上述阀构件30相同或类似的优点。

现在参照图9和10，阀构件230的所示实施例的特殊形状将更详细的进行说明。特别参考图9，阀构件230显示为使阀构件流动轴线244和阀构件中心轴线204通常垂直于纸面向外延伸。如图9所示，通路240，具体地，阀构件流动轴线244穿过通路240的几何形心，平行于阀构件轴线204并且与其相一致，其中阀构件轴线204穿过阀构件230的中心。通路240一般直地穿过阀构件230，以使它不遇到任何基本中断或基本弯曲。

在通路240终端处，孔242的形状通常类似于上述相对于阀构件30的孔42的形状。

具体而言，每个孔242包括凸出部分212。第一凹入部分214具有曲率半径R₁，从凸出部分212的边缘延伸。同样，第二凹入部分116从凸出部分112的另一边缘延伸且具有第二曲率半径R₂。如图9所示，第一和第二曲率半径R₁、R₂大小相等。

第三凹入部分218在第一和第二凹入部分214、216之间延伸，第一和第二凹入部分214、216不相交但都从第一凸出部分212延伸。第三凹入部分218具有曲率半径R。如图9所示，第三曲率半径R₃大于第一和第二曲率半径R₁、R₂。从图9将会认识到如果出口侧孔242的位置相对于入口侧孔242旋转180°，通路240的横截面型廓不是恒定的。

阀构件230还具有扁平底部248，扁平底部248由开口258（还参见图11和12）形成，开口258延伸到阀构件230中并且垂直于阀构件流动轴线244。开口258用于在制造过程中固定阀构件230以便保证在机加工过程中，从入口侧孔242延伸的通路与从出口侧孔242延伸的通路成一直线。具体而言，因为如上所述这些孔242相对于彼此旋转180°，需要两个独立的机加工操作，一个机加工操作机加工入口侧孔242，另一个机加工操作机加工出口侧孔242。

现在参照图10，阀构件230以俯视图示出。如图10所示，阀构件230具有非球形的形状。具体而言，阀构件230具有第一部分半球形部分206和第二部分半球形部分208。如图10所指向的，第一部分半球形部分206安置在阀构件中心轴线204上方。如图10所指向的，第二部分半球形部分208安置在阀构件中心轴线204下方。入口侧凹槽278延伸到第一和第二部分半球形部分206、208中。然而，入口侧凹槽278形成阀构件230的入口侧上的孔242，相对于第二部分半球形部分208更径向向内延伸到第一部分半球形部分206中。

出口侧凹槽280形成阀构件230的出口侧上的孔242，也延伸到第一和第二部分半球形部分206、208中。出口侧凹槽280相对于第一部分半球形部分206更径向向内延伸到第二部分半球形部分208中。凹槽278、280的这个布置还参照竖直轴线266进行说明，竖直轴线266垂直于阀构件轴线204，延伸穿过阀构件230的直径288的几何中心。更具体地，凹槽278、280关于原点O对称，其中原点O形成在竖直轴线266和阀构件中心轴线204的交叉点。从上述说明将会认识到阀构件230因而具有非球形的形状。

现在参照图11和12，下面将分别相对于位于完全闭合和完全打开位置的球阀20的其余部分说明阀构件230的结构布置。特别参照图11，阀构件230沿第二旋转方向38旋转以便使球阀20置于完全闭合位置中。当位于完全闭合位置中时，第一部分半球部分206接触入口密封面120。然而，第一部分半球形部分206不接触出口密封面122。第二部分半球形部分208密封接触出口密封面122。然而，第二部分半球形部分208不接触入口密封面120。这样，在完全闭合位置中，入口密封环52密封接合第一部分半球形部分206，并且出口密封环62密封接合第二部分半球形部分208。

现在参照图12，阀构件230沿第一旋转方向36旋转以便使球阀20置于完全打开位置中。阀构件230沿第一旋转方向的这个旋转小于或等于约45°。同样，为了使球阀20返回到完全闭合位置中，需要沿第二旋转方向38旋转小于或等于45°。这个减小量的旋转实现的优点相同于或类似于上述相对于球阀20在完全打开位置和完全闭合位置之间切换所需要的减小量的促动扭矩所实现的优点。

当位于完全打开位置中时，半球形部分206接触入口和出口接触表面120、122中的每一个，以使第一部分半球形部分206密封接合入口密封环52和出口密封环62。类似地，在完全打开位置中，第二部分半球形部分208接触入口和出口密封面120、122，以使第二部分半球形部分208密封地接合入口密封环52和出口密封环62。作为结果，当流体流过球阀20时，流体被限制沿着阀构件流动轴线244在入口和出口24、26之间流动。

下面说明球阀20整合阀构件30的组装、构造和操作方法。然而，应认识到下面所述的相同步骤同样适用于阀构件230。为了组装球阀20，通过从壳体22的出口26插入偏移元件56，直到偏移元件56邻接在壳体22内形成的凸肩130，偏移元件56被放置在壳体20的内部腔室50内。密封件52安置在入口密封环54上，然后从壳体22的出口26滑动到壳体22的内部腔室中。

阀杆30和它的相关密封件96、98通过壳体22的出口26插入到壳体22的内部腔室50中，并且向上穿过端口90。阀杆32则进行旋转以使键92的纵向轴线平行于流动路径轴线28。然后，阀构件30从入口26插入到壳体22的内部腔室50中，其中键槽94定向成容纳阀杆32的键92。

一旦阀构件30与阀杆32配合且安置在内部腔室50内，出口密封环62和密封件64在内部腔室50内安置在阀构件30的出口侧上。然后，密封件86插入到内部腔室50中并且出口端配件82使用六角螺母84紧固到壳体22。最后，阀构件30的入口侧上的密封件76插入到内部腔室50中，并且入口端配件72利用六角螺母74紧固到壳体22。应认识到密封件76、入口端配件72和六角螺母74的组装可在前述组装方法的任意阶段进行。

为了使构造的球阀20便于操作，入口和出口端配件72、82固定到适当的管道。促动器安装到安装结构46以及阀杆32。所述促动器连接到电源和/或控制器，并且一旦任意相关的电子初始化完成后，球阀20就置于操作中。备选地，如上所述，手动操作的设备可连接到阀杆32以手动操作球阀20。

为了操作球阀20，阀杆32沿图1的第一和第二旋转方向之一旋转，以将球阀20从完全闭合位置切换到部分打开位置或者完全打开位置。这个旋转小于或等于45°。这种结构有利地减小了球阀20在上述位置之间切换所需要的功率。作为结果，由于球阀20具有重量轻、消耗功率低的凹槽，球阀20克服了现有技术存在的缺陷，其中所述凹槽容易与现有的流体路由系统相结合。

所有参考文件，包括出版文献，专利申请文件和这里所引用的专利文件在这里通过引用合并到本申请中，如同每份参考文件单独地且具体地指出在这里通过引用全文整合到本申请中并进行阐明。

在描述本发明的上下文中（尤其是在下面的权利要求的上下文中）所使用的术语“一”、“一个”和“所述”和类似措辞应理解为覆盖单数和复数，除非在这里另外指出或者与上下文明显矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应理解为开放式的用词（即意思是“包括但不限于”），除非另外指出。这里列举的数值范围仅仅旨在用作单独地参考落入所述数值范围的各个独立值的速记方法，除非这里另外指出，并且每个独立值结合到本说明书中，仿佛在这里对其进行单独列举。这里所述的所有方法以任意合适的顺序执行，除非在这里另外指出或者与上下文明显矛盾。这里所用的任何和所有实例，或者示例性语言（如“例如”）仅仅旨在更好地阐明本发明，并不限制本发明的保护范围，除非另外指出。说明书中的任何语言都不应理解为表明任何不要求保护的元件对实施本发明是必不可少的。

本发明的优选实施例在这里进行了说明，包括发明人已知的实现本发明的最佳方式。通过阅读前述说明，本领域技术人员会容易地知晓这些优选实施例的变型。本发明人希望本领域技术人员适当地使用这种变型，并且本发明人旨在以与这里具体说明的方式方法不同的方式方法执行本发明。因此，本发明包括所附权利要求所列举主题的符合适当法律要求的改型和等同变换。而且，上述元件在其所有可能变型中的任意组合包含在本发明中，除非在这里另外指出或者与上下文明显矛盾。

Claims (20)

1.一种球阀，具有完全打开位置和完全闭合位置，其中在球阀的完全打开位置中，允许流体流过所述球阀，但在球阀的完全闭合位置中，阻止流体流过所述球阀，所述球阀包括：

壳体，其具有入口、出口以及内部腔室，其中所述内部腔室位于所述入口和出口之间，其中流动路径穿过所述壳体并且在所述入口和出口之间延伸；和

非球形的球阀构件，其安置在所述内部腔室内且在流动路径内，所述非球形的阀构件具有贯通的通路，所述通路与流动路径选择性地对准，所述非球形的阀构件在所述内部腔室内可旋转以使所述球阀在完全打开位置和完全闭合位置之间切换或者在完全闭合位置和完全打开位置之间切换。

2.根据权利要求1所述的球阀，其特征在于，所述非球形的阀构件具有半球形头部部分和环形颈部部分，其中所述环形颈部部分从所述半球形头部部分向外延伸，其中所述非球形阀构件的通路限定穿过所述通路中心的阀构件流动轴线，并且其中所述阀构件流动轴线只穿过所述非球形阀构件的环形部分。

3.根据权利要求2所述的球阀，其特征在于，所述非球形阀构件旋转小于或等于约45°，经过所述非球形阀构件的小于或等于约45°的旋转使所述球阀在完全打开位置和完全闭合位置之间切换或者在完全闭合位置和完全打开位置之间切换。

4.根据权利要求2所述的球阀，其特征在于，所述半球形头部部分具有第一宽度，所述环形颈部部分具有第二宽度，并且所述第一宽度大于所述第二宽度。

5.根据权利要求2所述的球阀，其特征在于，所述球阀还包括入口密封件和出口密封件，其中所述入口密封件邻近入口安置并且具有环形的入口密封面，其中所述环形的入口密封面密封地接合所述非球形的阀构件，所述出口密封件邻近出口安置并且具有环形的出口密封面，所述环形的出口密封面密封地接合所述非球形的阀构件，其中在完全闭合位置中，所述半球形头部部分接触所述环形的入口密封面和环形的出口密封面，而在完全闭合位置中，所述环形颈部部分只接触所述环形的出口密封面。

6.根据权利要求1所述的球阀，其特征在于，所述非球形的阀构件具有第一部分半球形部分和第二部分半球形部分，其中所述第一部分半球形部分配置在穿过非球形阀构件的中心的轴线的其中一侧上，所述第二部分半球形部分配置在所述轴线的另一侧上。

7.根据权利要求6所述的球阀，其特征在于，入口侧凹槽和出口侧凹槽径向向内延伸到所述部分半球形部分的每一个中，并且所述第一和第二凹槽关于非球形阀构件的原点对称，其中所述非球形阀构件的原点位于所述非球形阀构件的几何中心。

8.根据权利要求6所述的球阀，其特征在于，所述球阀还包括入口密封件和出口密封件，其中所述入口密封件邻近入口安置并且具有环形的入口密封面，所述环形的入口密封面密封地接合所述非球形的阀构件，所述出口密封件邻近出口安置并且具有环形的出口密封面，所述环形的出口密封面密封地接合所述非球形的阀构件，其中在完全打开位置中，所述第一部分半球形部分接触所述环形的入口密封面和环形的出口密封面，而在完全闭合位置中只接触所述环形的出口密封面，并且在完全打开位置中，所述第二部分半球形部分接触所述环形的入口密封面和环形的出口密封件，而在完全闭合位置中只接触所述环形入口密封面。

9.一种球阀，具有完全打开位置和完全闭合位置，其中在完全打开位置中允许流体流过所述球阀，在完全闭合位置中阻止流体流过所述球阀，所述球阀包括：

壳体，其具有入口、出口和流动路径，其中所述流动路径在所述入口和出口之间延伸；

球阀构件，其安置在所述壳体的入口和出口之间的内部腔室内且位于所述流动路径内以便选择性地在完全打开和完全闭合位置之间切换所述球阀，所述球阀构件具有直的通路；和

其中，所述通路具有非圆形的横截面型廓，并且限定穿过所述通路中心的阀构件流动轴线。

10.根据权利要求9所述的球阀，其特征在于，所述球阀还包括阀杆，其中所述阀杆从所述壳体的外侧延伸到所述壳体的内部腔室中，所述阀杆以机械方式藕联到所述球阀构件以使所述阀杆围绕阀杆轴线的旋转引起所述球阀构件的相同旋转，所述阀杆轴线穿过所述阀杆的中心，并且其中一旦所述阀杆旋转和所述球阀构件相应地旋转小于或等于45°，所述球阀就从完全打开位置切换到完全闭合位置或者从完全闭合位置切换到完全打开位置。

11.根据权利要求9所述的球阀，其特征在于，所述阀构件流动轴线从穿过球阀构件的中心的阀构件中心轴线偏移并且平行于所述阀构件中心轴线。

12.根据权利要求9所述的球阀，其特征在于，所述直的通路具有凸出部分和至少一个凹入部分。

13.根据权利要求12所述的球阀，其特征在于，所述直的通路具有凸出部分和第一与第二凹入部分，所述第一凹入部分在所述凸出部分的第一边缘开始，所述第二凹入部分在所述凸出部分的第二边缘开始，所述第一和第二凹入部分中的每一个都具有自由边缘，其中第三凹入部分在所述第一和第二凹入部分的自由边缘之间延伸。

14.根据权利要求13所述的球阀，其特征在于，所述第一和第二凹入部分中的每一个的曲率半径都小于所述第三凹入部分的曲率半径。

15.一种球阀，具有完全打开位置和完全闭合位置，其中在所述完全打开位置允许流体流过所述球阀，在所述完全闭合位置阻止流体流过所述球阀，所述球阀包括：

壳体，其具有入口、出口和内部腔室，其中所述内部腔室位于所述入口和出口之间，其中流动路径穿过所述壳体并且在入口和出口之间延伸；

阀构件，其安置在所述内部腔室内并且可在其内旋转以便阀构件旋转小于或等于大约45°，经过所述非球形阀构件的小于或等于约45°的旋转使所述球阀从完全打开位置切换到完全闭合位置或者从完全闭合位置切换到完全打开位置。

16.根据权利要求15所述的球阀，其特征在于，所述球阀包括头部部分和环形颈部部分，其中所述环形颈部部分远离所述头部部分延伸。

17.根据权利要求16所述的球阀，其特征在于，所述阀构件包括延伸穿过所述环形颈部部分的通路。

18.根据权利要求17所述的球阀，其特征在于，所述通路限定阀构件流动轴线，并且所述阀构件具有穿过所述阀构件中心的中心轴线，所述阀构件流动轴线平行于所述阀构件中心轴线并且从所述阀构件中心轴线偏移。

19.根据权利要求15所述的球阀，其特征在于，所述阀构件具有第一部分半球形部分和第二部分半球形部分，其中所述第一部分半球形部分配置在穿过所述阀构件中心的轴线的其中一侧上，所述第二部分半球形部分配置在所述轴线的另一侧上。

20.根据权利要求19所述的球阀，其特征在于，入口侧凹槽和出口侧凹槽径向向内延伸到所述部分半球形部分的每一个中，并且所述第一和第二凹槽关于所述阀构件的原点对称，其中所述阀构件的原点位于所述阀构件的几何中心。

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