CN105240561A - 活塞式浮动球阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阀门，尤其是涉及一种活塞式浮动球阀。该活塞式浮动球阀，包括阀体、阀杆和与阀杆相连的阀球，所述的阀体内设置有与进入端和排出端相连通的阀腔，阀球位于阀腔内，阀腔位于进入端和排出端处均设置有阀座支撑圈，阀座支撑圈包括与阀球同轴设置的固定圈和垂直固定圈的定位圈，定位圈与阀体之间围绕定位圈的轴线分布有若干个顶紧弹簧，顶紧定位圈与阀球外壁之间设置有阀球密封圈，所述的阀球密封圈靠近阀球的一端为密封弧面，密封弧面的弧度与阀球外表面弧度相同。本发明具有能够有效地降低阀球旋转力矩、便于阀门开启和关闭、增强阀门密封性、加工简单、成本低、使用寿命长等有益效果。

Description

活塞式浮动球阀
技术领域
本发明涉及一种阀门，尤其是涉及一种活塞式浮动球阀。
背景技术
现有的球阀阀座与阀腔刚性连接固定，通过阀座上的密封圈对阀球外表面密封。但当阀门关闭时，进入端进入的介质依然对阀球造成单向的压力，导致阀球容易发生轴向偏移，刚性连接的阀座与轴线倾斜的阀球贴合度降低，容易造成泄漏，阀座对阀球的预紧力增大，造成阀球旋转所需的力矩增大，不仅不便于阀门的开启，而且在巨大压力作用下，极易产生冷流现象，造成阀门泄露并且使用寿命也大为缩短。
发明内容
本发明主要是针对上述问题，提供一种能够有效地降低阀球旋转力矩、便于阀门开启和关闭、增强阀门密封性、加工简单、成本低、使用寿命长的活塞式浮动球阀。
本发明的目的主要是通过下述方案得以实现的：一种活塞式浮动球阀，包括阀体、阀杆和与阀杆相连的阀球，所述的阀体内设置有与进入端和排出端相连通的阀腔，阀球位于阀腔内，阀腔位于进入端和排出端处均设置有阀座支撑圈，阀座支撑圈包括与阀球同轴设置的固定圈和垂直固定圈的定位圈，定位圈与阀体之间围绕定位圈的轴线分布有若干个顶紧弹簧，顶紧定位圈与阀球外壁之间设置有阀球密封圈，所述的阀球密封圈靠近阀球的一端为密封弧面，密封弧面的弧度与阀球外表面弧度相同。阀球在阀腔内部旋转，当阀球上的通孔与进入端和排出端连通时，实现阀门开启，当阀球上的通孔与进入端和排出端错开时，实现阀门的关闭。阀腔位于进入端和排出端处均设置阀座支撑圈，阀座支撑圈包括固定圈和定位圈，固定圈用于对定位圈固定，固定圈和定位圈构成的阀座支撑圈的断面呈“凸”字形。阀球密封圈位于定位圈与阀球之间，在定位圈与阀体之间设置顶紧弹簧，顶紧弹簧围绕阀座支撑圈的轴线分布，顶紧弹簧对定位圈和固定圈施加朝向阀球方向的预紧力，进而使阀球密封圈贴合在阀球表面，提高密封效果。当阀球轴向小角度倾斜时，阀球对阀球密封圈局部压力减小，此时，顶紧弹簧的预紧力推动阀座支撑圈朝向阀球方向小角度倾斜，使阀球密封圈完全贴合阀球。阀座支撑圈与阀体为活动连接，当阀球轴向旋转时，顶紧弹簧能够对定位圈和固定圈缓冲，进而抵抗介质对阀球的压力，使阀球旋转所需的力矩减小，便于阀球旋转，便于阀门的开启和关闭。阀球的外表面为球面，阀球密封圈靠近阀球的一端为密封弧面，密封弧面的弧度与阀球外表面弧度相同，能够保证阀球外表面始终与阀球密封圈的密封弧面贴合，即使当阀球便宜时，阀球表面依然能够与阀球密封圈贴合，增强密封性。
作为优选，所述的定位圈靠近顶紧弹簧的一端为导向斜面，导向斜面与顶紧弹簧之间设置有顶紧块和张紧块，顶紧块的一端为与导向斜面相配合的顶紧斜面，顶紧块的另一端为三角形的敞口部，张紧块的一端为三角形的张紧部，张紧部与敞口部抵接，张紧块的另一端与顶紧弹簧抵接。定位圈靠近顶紧弹簧的一端为导向斜面，导向斜面与顶紧弹簧之间设置有顶紧块和张紧块，顶紧弹簧将预紧力传递给张紧块，再由张紧块传递给顶紧块，再由顶紧块传递到定位圈上。顶紧块的一端为与导向斜面相配合的顶紧斜面，顶紧斜面与导向斜面接触，由于顶紧弹簧的预紧力方向为水平方向，导向斜面和顶紧斜面能够将水平方向的预紧力分解和导向，分解出来的分力能够使定位圈受力方向向轴线方向集中，进一步增大阀球密封圈与阀球的贴合程度。顶紧块的另一端为三角形的敞口部，张紧块的一端为三角形的张紧部，张紧部与敞口部抵接，三角形的张紧部将水平方向的预紧力传递到顶紧块的敞口部处，张紧部能够对敞口部张紧，保证预紧力传递均匀和平稳。
作为优选，所述的导向斜面与水平方向夹角为45°-75°，顶紧斜面与水平面夹角小于导向斜面与水平方向夹角。导向斜面与水平方向夹角为45°-75°，而且顶紧斜面与水平面夹角小于导向斜面与水平方向夹角，即顶紧斜面与导向斜面的接触位置较高，不仅能够对导向斜面顶紧，而且能够分解出朝向轴线方向挤压的压力。
作为优选，所述的三角形的张紧部的夹角大于三角形的敞口部的夹角且角度之差为5°-15°。三角形的张紧部的夹角大于三角形的敞口部的夹角，即张紧部与敞口部为线接触，接触面积小，力在传递过程中，由接触处对水平方向的预紧力分解，增大张紧部对敞口部的张紧效果。角度之差为5°-15°，增强力传递的平稳性。
作为优选，所述的阀球底部设置有定位孔，定位孔与阀杆同轴，阀座底部设置有与定位孔相配合的柔性定位柱。在阀球底部设置有定位孔，定位孔与阀杆同轴，阀座底部设置有与定位孔相配合的柔性定位柱，柔性定位柱能够在定位孔内转动，当阀杆带动阀球转动时，柔性定位柱能够在定位孔对阀球底部定位，使阀球上下两端始终同轴转动，避免阀球受到介质压力而发生轴向倾斜，增强阀球的密封性和旋转的稳定性。
作为优选，所述的定位孔的断面呈“D”字形，柔性定位柱与定位孔的断面形状相同，定位孔包括第一旋转柱面和第一限位直面，柔性定位柱包括第二旋转柱面和第二限位直面。定位孔的断面呈“D”字形，柔性定位柱与定位孔的断面形状相同，当阀球转动时，阀球上的定位孔位置转动，第一限位直面与第二限位直面位置错开并挤压柔性定位柱的第二旋转柱面，即阀球旋转时，柔性定位柱与定位孔为过硬配合，利用第一限位直面与第二限位柱面之间的摩擦力实现阀球底部的定位。
作为优选，阀门关闭状态时，第一限位直面与第二限位直面贴合，第一旋转柱面与第二旋转柱面贴合。在阀门关闭状态时，第一限位直面与第二限位直面贴合，第一旋转柱面与第二旋转柱面贴合，阀门打开时，第一限位直面与第二限位直面位置错开并挤压第二旋转柱面，增大摩擦力实现定位。阀门关闭时，当阀杆旋转不到位时，阀球仍然存在小角度开启，第一限位直面与第二限位直面位置错开但接近贴合，此时，柔性定位柱上的第二限位直面能够对定位孔上的第一限位直面导向，使第一限位直面具有与第二限位直面重合的力，利用第二限位直面对第一限位直面的导向，实现阀球自动旋转至第一限位直面与第二限位直面贴合，进而实现阀门完全关闭，避免阀杆旋转不到位造成阀门泄露。
作为优选，进入端的固定圈内表面是朝向轴线方向靠拢的圆台面。进入端的固定圈内表面是朝向轴线方向靠拢的圆台面，圆台面能够对由进入端进入的介质导向，使介质具有朝向轴线方向聚拢的趋势和加速度，避免介质进入阀座支撑圈与阀球密封圈之间的间隙处。
因此，本发明的活塞式浮动球阀具备下述优点：阀球密封圈位于定位圈与阀球之间，在定位圈与阀体之间设置顶紧弹簧，顶紧弹簧围绕阀座支撑圈的轴线分布，顶紧弹簧对定位圈和固定圈施加朝向阀球方向的预紧力，进而使阀球密封圈贴合在阀球表面，提高密封效果。当阀球轴向小角度倾斜时，阀球对阀球密封圈局部压力减小，此时，顶紧弹簧的预紧力推动阀座支撑圈朝向阀球方向小角度倾斜，使阀球密封圈完全贴合阀球。阀座支撑圈与阀体为活动连接，当阀球轴向旋转时，顶紧弹簧能够对定位圈和固定圈缓冲，进而抵抗介质对阀球的压力，使阀球旋转所需的力矩减小，便于阀球旋转，便于阀门的开启和关闭。
附图说明
附图1是本发明的一种结构示意图；
附图2是附图1中A处在实施例1中的局部放大图；
附图3是柔性定位柱的横截面示意图；
附图4是第一限位直面与第二限位直面错开角度较大时的局部放大图；
附图5是第一限位直面与第二限位直面错开角度较小时的局部放大图；
附图6是附图1中A处在实施例2中的局部放大图；
附图7是实施例2中张紧块的结构示意图；
附图8是实施例2中顶紧块的结构示意图；
附图9是附图1中A处在实施例3中的局部放大图。
图示说明：01-阀体，011-阀腔，012-进入端，013-排出端，02-阀杆，03-阀球，04-阀座支撑圈，041-固定圈，0411-圆台面，042-定位圈，0421-导向斜面，05-阀球密封圈，06-顶紧弹簧，07-定位孔，071-第一限位直面，072-第一旋转柱面，08-柔性定位柱，081-第二限位直面，082-第二旋转柱面，09-顶紧块，091-顶紧斜面，092-敞口部，10-张紧块，101-张紧部。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：如图1、2所示，一种活塞式浮动球阀，包括阀体01、阀杆02和与阀杆相连的阀球03，阀体内设置有与进入端012和排出端013相连通的阀腔011，阀球位于阀腔内，阀腔位于进入端和排出端处均设置有阀座支撑圈04，阀座支撑圈包括与阀球同轴设置的固定圈041和垂直固定圈的定位圈042，固定圈和定位圈构成的阀座支撑圈的断面呈“凸”字形。定位圈与阀体之间围绕定位圈的轴线分布有若干个顶紧弹簧06，顶紧定位圈与阀球外壁之间设置有阀球密封圈05。阀球密封圈靠近阀球的一端为密封弧面，密封弧面的弧度与阀球外表面弧度相同。如图3、4所示，阀球底部设置有定位孔07，定位孔与阀杆同轴，阀座底部设置有与定位孔相配合的柔性定位柱08，定位孔的断面呈“D”字形，柔性定位柱与定位孔的断面形状相同，定位孔包括第一旋转柱面072和第一限位直面071，柔性定位柱包括第二旋转柱面082和第二限位直面081。阀门关闭状态时，第一限位直面与第二限位直面贴合，第一旋转柱面与第二旋转柱面贴合。
阀球在阀腔内部旋转，当阀球上的通孔与进入端和排出端连通时，实现阀门开启，当阀球上的通孔与进入端和排出端错开时，实现阀门的关闭。阀腔位于进入端和排出端处均设置阀座支撑圈，阀座支撑圈包括固定圈和定位圈，固定圈用于对定位圈固定，固定圈和定位圈构成的阀座支撑圈的断面呈“凸”字形。阀球密封圈位于定位圈与阀球之间，在定位圈与阀体之间设置顶紧弹簧，顶紧弹簧围绕阀座支撑圈的轴线分布，顶紧弹簧对定位圈和固定圈施加朝向阀球方向的预紧力，进而使阀球密封圈贴合在阀球表面，提高密封效果。当阀球轴向小角度倾斜时，阀球对阀球密封圈局部压力减小，此时，顶紧弹簧的预紧力推动阀座支撑圈朝向阀球方向小角度倾斜，使阀球密封圈完全贴合阀球。阀座支撑圈与阀体为活动连接，当阀球轴向旋转时，顶紧弹簧能够对定位圈和固定圈缓冲，进而抵抗介质对阀球的压力，使阀球旋转所需的力矩减小，便于阀球旋转，便于阀门的开启和关闭。阀球的外表面为球面，阀球密封圈靠近阀球的一端为密封弧面，密封弧面的弧度与阀球外表面弧度相同，能够保证阀球外表面始终与阀球密封圈的密封弧面贴合，即使当阀球便宜时，阀球表面依然能够与阀球密封圈贴合，增强密封性。在阀球底部设置有定位孔，定位孔与阀杆同轴，阀座底部设置有与定位孔相配合的柔性定位柱，柔性定位柱能够在定位孔内转动，当阀杆带动阀球转动时，柔性定位柱能够在定位孔对阀球底部定位，使阀球上下两端始终同轴转动，避免阀球受到介质压力而发生轴向倾斜，增强阀球的密封性和旋转的稳定性。定位孔的断面呈“D”字形，柔性定位柱与定位孔的断面形状相同，当阀球转动时，阀球上的定位孔位置转动，第一限位直面与第二限位直面位置错开并挤压柔性定位柱的第二旋转柱面，即阀球旋转时，柔性定位柱与定位孔为过硬配合，利用第一限位直面与第二限位柱面之间的摩擦力实现阀球底部的定位。在阀门关闭状态时，第一限位直面与第二限位直面贴合，第一旋转柱面与第二旋转柱面贴合，阀门打开时，第一限位直面与第二限位直面位置错开并挤压第二旋转柱面，增大摩擦力实现定位。阀门关闭时，当阀杆旋转不到位时，阀球仍然存在小角度开启，如图5所示，第一限位直面与第二限位直面位置错开但接近贴合，此时，柔性定位柱上的第二限位直面能够对定位孔上的第一限位直面导向，使第一限位直面具有与第二限位直面重合的力，利用第二限位直面对第一限位直面的导向，实现阀球自动旋转至第一限位直面与第二限位直面贴合，进而实现阀门完全关闭，避免阀杆旋转不到位造成阀门泄露。
实施例2：本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于，如图6、7、8所示，定位圈靠近顶紧弹簧的一端为导向斜面0421，导向斜面与顶紧弹簧之间设置有顶紧块09和张紧块10，顶紧块的一端为与导向斜面相配合的顶紧斜面091，顶紧块的另一端为三角形的敞口部092，张紧块的一端为三角形的张紧部101，张紧部与敞口部抵接，张紧块的另一端与顶紧弹簧抵接，导向斜面与水平方向夹角为63°，顶紧斜面与水平面夹角为60°。三角形的张紧部的夹角大于三角形的敞口部的夹角且角度之差为10°，即敞口部的夹角为90°，张紧部的夹角为100°。
定位圈靠近顶紧弹簧的一端为导向斜面，导向斜面与顶紧弹簧之间设置有顶紧块和张紧块，顶紧弹簧将预紧力传递给张紧块，再由张紧块传递给顶紧块，再由顶紧块传递到定位圈上。顶紧块的一端为与导向斜面相配合的顶紧斜面，顶紧斜面与导向斜面接触，由于顶紧弹簧的预紧力方向为水平方向，导向斜面和顶紧斜面能够将水平方向的预紧力分解和导向，分解出来的分力能够使定位圈受力方向向轴线方向集中，进一步增大阀球密封圈与阀球的贴合程度。顶紧块的另一端为三角形的敞口部，张紧块的一端为三角形的张紧部，张紧部与敞口部抵接，三角形的张紧部将水平方向的预紧力传递到顶紧块的敞口部处，张紧部能够对敞口部张紧，保证预紧力传递均匀和平稳。导向斜面与水平方向夹角为63°，而且顶紧斜面与水平面夹角为60°，即顶紧斜面与导向斜面的接触位置较高，不仅能够对导向斜面顶紧，而且能够分解出朝向轴线方向挤压的压力。三角形的张紧部的夹角大于三角形的敞口部的夹角，即张紧部与敞口部为线接触，接触面积小，力在传递过程中，由接触处对水平方向的预紧力分解，增大张紧部对敞口部的张紧效果。角度之差为10°，增强力传递的平稳性。
实施例3：本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于，如图9所示，进入端的固定圈内表面是朝向轴线方向靠拢的圆台面0411。进入端的固定圈内表面是朝向轴线方向靠拢的圆台面，圆台面能够对由进入端进入的介质导向，使介质具有朝向轴线方向聚拢的趋势和加速度，避免介质进入阀座支撑圈与阀球密封圈之间的间隙处。
应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种活塞式浮动球阀，包括阀体、阀杆和与阀杆相连的阀球，其特征在于，所述的阀体内设置有与进入端和排出端相连通的阀腔，阀球位于阀腔内，阀腔位于进入端和排出端处均设置有阀座支撑圈，阀座支撑圈包括与阀球同轴设置的固定圈和垂直固定圈的定位圈，定位圈与阀体之间围绕定位圈的轴线分布有若干个顶紧弹簧，顶紧定位圈与阀球外壁之间设置有阀球密封圈，所述的阀球密封圈靠近阀球的一端为密封弧面，密封弧面的弧度与阀球外表面弧度相同。
2.根据权利要求1所述的活塞式浮动球阀，其特征在于，所述的定位圈靠近顶紧弹簧的一端为导向斜面，导向斜面与顶紧弹簧之间设置有顶紧块和张紧块，顶紧块的一端为与导向斜面相配合的顶紧斜面，顶紧块的另一端为三角形的敞口部，张紧块的一端为三角形的张紧部，张紧部与敞口部抵接，张紧块的另一端与顶紧弹簧抵接。
3.根据权利要求2所述的活塞式浮动球阀，其特征在于，所述的导向斜面与水平方向夹角为45°-75°，顶紧斜面与水平面夹角小于导向斜面与水平方向夹角。
4.根据权利要求2所述的活塞式浮动球阀，其特征在于，所述的三角形的张紧部的夹角大于三角形的敞口部的夹角且角度之差为5°-15°。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的活塞式浮动球阀，其特征在于，所述的阀球底部设置有定位孔，定位孔与阀杆同轴，阀座底部设置有与定位孔相配合的柔性定位柱。
6.根据权利要求5所述的活塞式浮动球阀，其特征在于，所述的定位孔的断面呈“D”字形，柔性定位柱与定位孔的断面形状相同，定位孔包括第一旋转柱面和第一限位直面，柔性定位柱包括第二旋转柱面和第二限位直面。
7.根据权利要求6所述的活塞式浮动球阀，其特征在于，阀门关闭状态时，第一限位直面与第二限位直面贴合，第一旋转柱面与第二旋转柱面贴合。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的活塞式浮动球阀，其特征在于，进入端的固定圈内表面是朝向轴线方向靠拢的圆台面。
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