CN108006256A - 一种可低扭矩开启的球阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阀门领域，尤其涉及一种可低扭矩开启的球阀。所述可低扭矩开启的球阀包括设有内腔的阀体，设于所述内腔中的球体，以及用于驱动所述球体旋转的驱动装置，所述内腔的流体入口和/或流体出口安装有主阀座，所述主阀座与所述阀体滑动密封连接，且所述主阀座与所述球体保持密封接触。本发明的可低扭矩开启的球阀，只需很小的扭矩即可进行阀门的开启和关闭，相对于现有的球阀，本发明的球阀在开启时更省时省力，只需很低的扭矩即可将阀门打开；同时，较短的开启时间不但提高了生产效率，而且开启过程减少了球体与流通通道相贯处被长时间冲蚀，提高了产品密封性，延长了使用寿命。

Description

一种可低扭矩开启的球阀

技术领域

本发明涉及阀门领域，尤其涉及一种可低扭矩开启的球阀。

背景技术

高压球阀紧急截断装置广泛应用于石油、天然气等行业，其因体积小、重量轻、流通阻力小等优点，常被使用单位作为首选设备。目前应用在天然气井井口的高压球阀截断装置都存在开启力矩大，开启时间长等现象，严重影响到产出的使用效果，同时增加了用户的维修成本；因此，改善上述缺陷以及提高产品的稳定性和可靠性，成为了迫切需要解决的问题。根据气田气井生产现状的需要，本领域进行了远控电动紧急切断球阀的研究。

目前现场使用的高压球阀截断装置，开启时，通过电机带动传动机构，实现球体旋转，该过程需要克服球体与阀座的摩擦以及主弹簧力，压力越大摩擦越大，开启力矩越大。

目前现场使用的另一种高压球阀截断装置，需要电机旋转一周才能实现球阀开启，开启过程需要至少32秒，开启时间较长。而高压球阀截断装置开启时间过长，会引起球体与流通通道相贯处被长时间冲蚀，从而会影响阀门的密封性，降低产品的可靠性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种可低扭矩开启的球阀，以解决现有高压球阀截断装置阀座与球体之间摩擦力较大导致的球阀开启困难的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可低扭矩开启的球阀，包括设有内腔的阀体，设于所述内腔中的球体，以及用于驱动所述球体旋转的驱动装置，所述内腔的流体入口和/或流体出口安装有主阀座，所述主阀座与所述阀体滑动密封连接，且所述主阀座与所述球体保持密封接触。

优选的，所述主阀座安装于所述内腔的流体入口。

进一步地，所述阀体与所述主阀座之间设有第一压缩弹簧，以使所述主阀座沿所述内腔的轴向来回移动；同时也确保了主阀座与球体之间的密封。

进一步地，所述阀体内开设有与所述主阀座相匹配的台阶面，所述第一压缩弹簧的第一端与所述台阶面相抵连接，所述第一压缩弹簧的第二端与所述主阀座的外端面相抵连接。所述主阀座中与所述球体相接触的面为内端面，相应的，所述主阀座的外端面指的是与所述内端面相对的面。

进一步地，所述主阀座的外端面开设有限位槽，所述第一压缩弹簧的第二端设于所述限位槽内。

进一步地，所述主阀座内设有副阀座，所述副阀座与所述主阀座滑动密封连接，所述副阀座与所述主阀座之间设有第二压缩弹簧，以使所述副阀座与所述球体保持密封接触。

优选的，所述副阀座与所述主阀座之间，以及所述主阀座与所述阀体之间，均设有密封条。

优选的，所述第一压缩弹簧和第二压缩弹簧均为多个，且间隔均匀设置。

进一步地，所述驱动装置包括用于驱动所述球体旋转的阀杆，传动齿条以及动力机构，所述阀杆外围套接有第一齿轮，所述传动齿条的第一端与所述第一齿轮啮合，所述传动齿条的第二端与所述动力机构连接，且可在所述动力机构的带动下来回移动。

本发明所述的动力机构可以为电动，也可以为手动。具体而言：

其一：所述动力机构包括电机和多个凸轮，多个所述凸轮均通过连杆与所述电机的输出轴传动连接，所述传动齿条的第二端套接有限位组件，所述限位组件搭设于其中一个所述凸轮上。

优选的，所述输出轴的外围固定套接有圆环，所述连杆一端与所述凸轮连接，另一端与所述圆环固定连接。

进一步地，所述凸轮为三个，三个所述凸轮沿所述电机的输出轴的周向均布。

进一步地，所述限位组件包括依次套接于所述传动齿条的第二端外围的螺母、弹性垫片和限位块，所述螺母用于防止所述限位块滑出所述传动齿条的第二端，所述限位块搭设于其中一个所述凸轮上。

其二：所述动力机构包括手轮和第二齿轮，所述第二齿轮的一端与所述手轮连接，另一端与所述传动齿条的第二端啮合。

优选的，所述传动齿条的第一端和第二端上的锯齿相对设置，这样可以更便于传动齿条的第一端和第二端分别与第一齿轮和第二齿轮的啮合。

优选的，所述传动齿条竖直设置，相应的，所述阀杆水平设置。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的可低扭矩开启的球阀，在内腔的流体入口或流体出口处安装了主阀座，该主阀座与阀体滑动密封连接，且主阀座与球体保持密封连接，即主阀座可沿内腔的轴向来回移动，且主阀座在来回移动过程中始终与球体保持密封接触。由此，当驱动装置驱使球体旋转以进行开关阀门的过程中，球体虽然会对主阀座进行挤压，但由于主阀座可在内腔中作轴向移动，从而球体的挤压力会使主阀座作相应的移动，但球体与主阀座之间无相对运动，进而使球体与主阀座之间基本不会产生摩擦力，因而球体的转动更省力，只需很小的电机扭矩即可进行阀门的开启和关闭，相对于现有的球阀，本发明的球阀在开启时更省时省力，只需很低的扭矩即可将阀门打开，甚至在使用现场无电源或馈电的情况下，仅凭24伏的蓄电池也可将阀门打开；同时，较短的开启时间不但提高了生产效率，而且开启过程减少了球体与流通通道相贯处被长时间冲蚀，延长了使用寿命。

2、进一步地，为了使上述主阀座的轴向移动更加灵活，同时确保主阀座与球体之间的密封效果，本发明进一步在阀体与主阀座之间设置了第一压缩弹簧，并在阀体内开设了与主阀座相匹配的台阶面，这相当于为主阀座提供了轴向移动的动力和轴向移动的空间，因此第一压缩弹簧的设置更好地减小甚至避免了球体与主阀座之间的摩擦力，而且增强了主阀座与球体之间的气密性；同理，本发明的第二压缩弹簧进一步减小了主阀座与副阀座之间的摩擦力，增强了副阀座与球体之间的气密性。

3、本发明同时还对用于驱动球体旋转的驱动装置进行了优化，具体表现在，本发明设置了第一齿轮、传动齿条、凸轮和电机，电机带动传动齿条旋转，进而带动第一齿轮旋转，再由第一齿轮带动阀杆旋转，从而使球体转动，进行阀门的开启和关闭。本发明采用独特的多位凸轮设计，在阀门开启过程中，凸轮处于限位块下方，开启程序启动后，电机带动凸轮旋转，第一个凸轮挑起限位块带动传动齿条向上移动，传动齿条通过第一齿轮带动球体逆时针使球体旋转90°，阀门打开，此时第二个凸轮旋转到第一个凸轮起始位置，准备执行第二次开阀。这样使得电机无空行程现象，开启时间相对现有阀门的开启时间节约2/3时间，开启迅速，进一步提高了生产效率；同时在开启过程中进一步减少了球体与流通通道相贯处被长时间冲蚀，进一步提高了产品密封的可靠性及使用寿命。另外，本发明除了可使用电机作为动力来源外，也可以灵活选择使用人工转动手轮，驱动第二齿轮转动的方式，进行球体阀门的开启，从而为球阀的使用和操作提供了更多的可能性，增强了使用便捷性。

附图说明

图1为本发明实施例所述可低扭矩开启的球阀的俯视图(横剖面图)；

图2为图1中的A部放大图，示意球阀关闭时的状态；

图3为图1中的A部放大图，示意球阀的开启过程；

图4为本发明实施例所述驱动装置的侧视图(纵剖面图)；

图5为图4中的B部放大图；

其中，1、内腔；2、阀体；3、球体；4、主阀座；5、第一压缩弹簧；6、限位槽；7、副阀座；8、第二压缩弹簧；9、密封条；10、阀杆；11、传动齿条；12、第一齿轮；13、凸轮；14、连杆；15、输出轴；16、圆环；17、螺母；18、弹性垫片；19、限位块；20、传动齿条的第一端；21、传动齿条的第二端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～图5所示，本实施例提供了一种可低扭矩开启的球阀，包括设有内腔1的阀体2，设于内腔1中的球体3，以及用于驱动球体3旋转的驱动装置，内腔1的流体入口和/或流体出口安装有主阀座4(本实施例的主阀座4优选安装于内腔1的流体入口)，主阀座4与阀体2滑动密封连接，且主阀座4与球体3保持密封接触。

具体而言，阀体2与主阀座4之间设有第一压缩弹簧5，以使主阀座4沿内腔1的轴向来回移动；同时也确保了主阀座4与球体3之间的密封。进一步地，阀体2内开设有与主阀座4相匹配的台阶面，第一压缩弹簧5的第一端与台阶面相抵连接，第一压缩弹簧5的第二端与主阀座4的外端面相抵连接。主阀座4中与球体3相接触的面为内端面，相应的，主阀座4的外端面指的是与内端面相对的面。进一步地，主阀座4的外端面开设有限位槽6，第一压缩弹簧5的第二端设于限位槽6内。

本实施例中，主阀座4内还设有副阀座7，副阀座7与主阀座4滑动密封连接，副阀座7与主阀座4之间设有第二压缩弹簧8，以使副阀座7与球体3保持密封接触。本实施例中，副阀座7与主阀座4之间，以及主阀座4与阀体2之间，均设有密封条9。第一压缩弹簧5和第二压缩弹簧8均为多个，且间隔均匀设置。

本实施例中，驱动装置包括用于驱动球体3旋转的阀杆10，传动齿条11以及动力机构，阀杆10外围套接有第一齿轮12，传动齿条11的第一端20与第一齿轮12啮合，传动齿条的第二端21与动力机构连接，且可在动力机构的带动下来回移动。其中，本实施例中的球体3、阀杆10和第一齿轮12一体成型。

本实施例的动力机构可以为电动，也可以为手动。具体而言：

其一：动力机构包括电机和三个凸轮13，三个凸轮13均通过连杆14与电机的输出轴15传动连接，传动齿条的第二端21套接有限位组件，限位组件搭设于其中一个凸轮13上。进一步地，输出轴15的外围固定套接有圆环16，连杆14一端与凸轮13连接，另一端与圆环16固定连接。本实施例中，三个凸轮13沿电机的输出轴15的周向均布。限位组件包括依次套接于传动齿条的第二端21外围的螺母17、弹性垫片18和限位块19，螺母17用于防止限位块19滑出传动齿条的第二端21，限位块19搭设于其中一个凸轮13上。

其二：动力机构包括手轮和第二齿轮(图中未示出)，第二齿轮的一端与手轮连接，另一端与传动齿条的第二端21啮合。传动齿条的第一端20和第二端21上的锯齿相对设置，这样可以更便于传动齿条的第一端20和第二端21分别与第一齿轮12和第二齿轮的啮合。

本实施例中，传动齿条11竖直设置，相应的，阀杆10水平设置。

综上所述，本实施例的可低扭矩开启的球阀，在内腔的流体入口或流体出口处安装了主阀座，该主阀座与阀体滑动密封连接，且主阀座与球体保持密封连接，即主阀座可沿内腔的轴向进行来回移动，且主阀座在来回移动过程中始终与球体保持密封接触。相应的，副阀座的运动方式与主阀座相同。由此，当驱动装置驱使球体旋转以进行开关阀门的过程中，球体虽然会对主阀座进行挤压，但由于主阀座可在内腔中作轴向移动，从而球体的挤压力会使主阀座作相应的移动，但球体与主阀座之间无相对运动，进而使球体与主阀座之间基本不会产生摩擦力，因而球体的转动更省力，只需很小的电机扭矩即可进行阀门的开启和关闭，相对于现有的球阀，本发明的球阀在开启时更省时省力，只需很低的扭矩即可将阀门打开，甚至在使用现场无电源或馈电的情况下，仅凭24伏的蓄电池也可将阀门打开，从而大大节省了电力能源；同时，较短的开启时间不但提高了生产效率，而且开启过程减少了球体与流通通道相贯处被长时间冲蚀，延长了使用寿命。

进一步地，为了使上述主阀座的轴向移动更加灵活，同时确保主阀座与球体之间的密封效果，本实施例进一步在阀体与主阀座之间设置了第一压缩弹簧，并在阀体内开设了与主阀座相匹配的台阶面，这相当于为主阀座提供了轴向移动的动力和轴向移动的空间，因此第一压缩弹簧的设置更好地减小甚至避免了球体与主阀座之间的摩擦力，而且增强了主阀座与球体之间的气密性；同理，本发明的第二压缩弹簧进一步减小了主阀座与副阀座之间的摩擦力，增强了副阀座与球体之间的气密性。

本实施例同时还对用于驱动球体旋转的驱动装置进行了优化，具体表现在，本实施例设置了第一齿轮、传动齿条、凸轮和电机，电机带动传动齿条旋转，进而带动第一齿轮旋转，再由第一齿轮带动阀杆旋转，从而使球体转动，进行阀门的开启和关闭。本实施例采用独特的多位凸轮设计，在阀门开启过程中，凸轮处于限位块下方，开启程序启动后，电机带动凸轮旋转，第一个凸轮挑起限位块带动传动齿条向上移动，传动齿条通过第一齿轮带动球体逆时针使球体旋转90°，阀门打开(如图3所示)，此时第二个凸轮旋转到第一个凸轮起始位置，准备执行第二次开阀。这样使得电机无空行程现象，开启时间相对现有阀门的开启时间节约2/3时间，开启迅速，进一步提高了生产效率；同时在开启过程中进一步减少了球体与流通通道相贯处被长时间冲蚀，进一步提高了产品密封的可靠性及使用寿命。阀门的关闭过程与开启过程相反，因而上述传动齿条、第一齿轮和阀杆的运动方向也正好相反，当然主阀座和副阀座的移动方向也正好相反，如图2所示。另外，本实施例除了可使用电机作为动力来源外，也可以灵活选择使用人工转动手轮，驱动第二齿轮转动的方式，进行球体阀门的开启，从而为球阀的使用和操作提供了更多的可能性，增强了使用便捷性。

该可低扭矩开启的球阀降低了维护成本，有效提升了产气量；提高了天然气井的利用率；经济效益明显提高，一次投入，长期受益。大大减少了维护人员的上井次数，降低了成本，同时在劳动组织优化、生产管理组织优化方面也取得较好的效果。

本发明的实施例是为了示例和描述而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种可低扭矩开启的球阀，包括设有内腔的阀体，设于所述内腔中的球体，以及用于驱动所述球体旋转的驱动装置，其特征在于，所述内腔的流体入口和/或流体出口安装有主阀座，所述主阀座与所述阀体滑动密封连接，且所述主阀座与所述球体保持密封接触。

2.根据权利要求1所述的可低扭矩开启的球阀，其特征在于，所述阀体与所述主阀座之间设有第一压缩弹簧，以使所述主阀座沿所述内腔的轴向来回移动。

3.根据权利要求2所述的可低扭矩开启的球阀，其特征在于，所述阀体内开设有与所述主阀座相匹配的台阶面，所述第一压缩弹簧的第一端与所述台阶面相抵连接，所述第一压缩弹簧的第二端与所述主阀座的外端面相抵连接。

4.根据权利要求3所述的可低扭矩开启的球阀，其特征在于，所述主阀座的外端面开设有限位槽，所述第一压缩弹簧的第二端设于所述限位槽内。

5.根据权利要求2所述的可低扭矩开启的球阀，其特征在于，所述主阀座内设有副阀座，所述副阀座与所述主阀座滑动密封连接，所述副阀座与所述主阀座之间设有第二压缩弹簧，以使所述副阀座与所述球体保持密封接触。

6.根据权利要求1～5任一项所述的可低扭矩开启的球阀，其特征在于，所述驱动装置包括用于驱动所述球体旋转的阀杆，传动齿条以及动力机构，所述阀杆外围套接有第一齿轮，所述传动齿条的第一端与所述第一齿轮啮合，所述传动齿条的第二端与所述动力机构连接，且可在所述动力机构的带动下来回移动。

7.根据权利要求6所述的可低扭矩开启的球阀，其特征在于，所述动力机构包括电机和多个凸轮，多个所述凸轮均通过连杆与所述电机的输出轴传动连接，所述传动齿条的第二端套接有限位组件，所述限位组件搭设于其中一个所述凸轮上。

8.根据权利要求7所述的可低扭矩开启的球阀，其特征在于，所述凸轮为三个，三个所述凸轮沿所述电机的输出轴的周向均布。

9.根据权利要求7或8所述的可低扭矩开启的球阀，其特征在于，所述限位组件包括依次套接于所述传动齿条的第二端外围的螺母、弹性垫片和限位块，所述螺母用于防止所述限位块滑出所述传动齿条的第二端，所述限位块搭设于其中一个所述凸轮上。

10.根据权利要求6所述的可低扭矩开启的球阀，其特征在于，所述动力机构包括手轮和第二齿轮，所述第二齿轮的一端与所述手轮连接，另一端与所述传动齿条的第二端啮合。