CN108916437A

CN108916437A - 自力式球阀

Info

Publication number: CN108916437A
Application number: CN201810737149.6A
Authority: CN
Inventors: 柴为民; 陈永新
Original assignee: HANGZHOU CHUNJIANG VALVE CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU CHUNJIANG VALVE CO Ltd
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2018-11-30
Anticipated expiration: 2038-07-06
Also published as: CN108916437B

Abstract

一种自力式球阀，包括球阀和定差减压阀，球阀具有四通阀体，阀体的内腔腔体一中安装有球体及阀座，上筒体的通孔中设有上阀杆；球体的内腔腔体二是一个与球体同心、大于180°的球缺；球体的下端加工有圆孔，中心线与球体的垂直中心线一致，用以连通腔体二和腔体一，右侧的球壁上加工有节流孔；定差减压阀串联在节流孔后，包括包括底盖、膜片、下阀杆、导向套、密封垫和设于底盖与膜片之间的腔体五内的调压装置；当介质通过节流孔时，如果进、出水孔水压发生波动，由于定差减压阀的压力补偿作用，能保证节流孔两端的压差不变，从而保证输出流量恒定，使被控环境的温度不变。

Description

自力式球阀

技术领域

本发明涉及球阀领域，尤其是一种自力式球阀。

背景技术

球阀由于其具有结构紧凑、密封性能好和操作简便等优点，近几年来在调节流量的功能上得到了广泛的应用，因为在中空球体的球壁上加工出具某种流量特性形状的通孔，便能方便地实现球体开度和通过流量的函数关系，使球阀具有某种流量特性，例如直线流量特性、等百分比流量特性，快开流量特性及抛特线流量特性等。例如在空调系统中，控制系统一般采用线性控制，具体方法如下：盘管的特性是刚开始小的流量输入会引起大的热量输出，而后随着流量的增加，热量输出的斜率会逐渐趋缓(图3-I)，而等百分比特性球阀在刚开始时只提供小的流量，而后随着开度的增加，输出流量的斜率逐渐增大(图3-II)，两者互相补偿，复合成线性(图3-III)。这种控制方法的不足之处是，当球体的开度，即孔(节流孔)的开口面积确定后，如果进口或出口的压力波动引起孔前后压差发生变化时，通过孔的流量不再是原设计要求的理想流量，而是根据压差变化而波动，尤其是在孔前后压差较小的情况下，这将会造成空调系统失控，使被控环境的温度忽冷忽热，让使用者感到不舒服，并浪费能源。

发明内容

本发明的目的是为了解决普通球阀上述技术上的不足，提供一种保证阀门工作时节流孔前后的压差保持不变，从而保证输出流量恒定，使被控环境温度保持不变的自力式球阀。

本发明的具体技术方案是：

一种自力式球阀，包括球阀和定差减压阀，球阀具有四通阀体1，阀体右端通孔的外侧是环状端面，阀体左端筒体的通孔为出水孔E,上、下筒体的通孔在同一垂直轴线上，阀体的内腔腔体一C1中安装有球体2及阀座3，上筒体的通孔中设有上阀杆5；所述球体的内腔腔体二C2是一个与球体同心的球缺，球缺的上平面与球体的垂直中心线垂直；球体的下端加工有圆孔d，中心线与球体的垂直中心线一致，用以连通腔体二C2和腔体一C1，右侧的球壁上加工有节流孔H；定差减压阀串联在节流孔H后，包括底盖22、膜片19、下阀杆29、密封垫13、导向套32及设于底盖与膜片之间的腔体五C5内的调压装置。

作为优选，所述阀体1下通孔中加工有二个卡簧槽，用以用二个卡簧31轴向固定导向套32，导向套将下通孔分隔成互不相通的腔体三C3和腔体四C4；腔体三C3的上方设有水平隔墙W，隔墙W上设有圆孔e，用以连通腔体三C3和腔体一C1；圆孔e的下端有一向下凸出的宽度很窄的环形刃边，作为阀口V的阀座，圆孔e的中心线与阀体1的垂直中心线一致；在下筒体的颈部有一倾斜的凸块G, 凸块G上设有腰形孔A，连通出水孔E 和腔体三C3；下筒体下法兰的下端面上加工有环形凹槽，以嵌入膜片19的加厚边缘。

作为优选，所述下阀杆与导向套的内孔滑配，下阀杆通过螺母27、压板28与膜片及弹簧座21连成一体；膜片的加厚边缘夹在阀体下法兰与底盖的法兰之间，并由若干付螺栓16，垫圈17、螺母18压紧在阀体下法兰端面的环形凹槽中；调压装置包括：调压螺杆23，与调压螺杆旋合的调节螺套26、弹簧座21及弹簧30，弹簧设置在弹簧座和导向套之间；下阀杆29由阀杆和上方的法兰组成，阀杆的中心加工有小孔b，下部加工有横向通孔g，以使腔体二C2与腔体四C4相通，密封垫23设置在法兰的凹槽中，并由卡簧二33固定，密封垫与孔e下方凸出的环形刃边组成定差减压阀的阀口V；底盖22由筒体和法兰组成，调节螺杆及调节螺套位于筒体的腔体五中；筒体的壁上设有小孔b₁；平面轴承25用以减小调压时的转动力矩。

作为优选，所述阀体1右端外侧的环状端面上连接有带有筒体的有右侧盖10，筒体上设有小孔a，筒体的内孔为进水孔I，小孔a通过管道12、接头20与底盖22筒体上的小孔b₁连通，以使进水孔I与腔体五C5相通。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该自力式球阀使用过程中，转动球体，孔H的开口面积由大变小直至关闭，或由小变大直至全开；当用于空调系统中时，节流孔H开口的大小由被控环境所需的温度决定，要求温度调高时，通过的热水就多，开度就大；反之，开度就小。当球体2定位在某一要求位置时，孔H开口的大小就已确定，本专利能保证当进、出水孔水压发生波动时，节流孔H二端的压差不变，从而保证输出流量恒定，使被控环境的温度不变，让使用者感到舒适，并节约能源。

附图说明

图1：本发明的纵向剖视图

图2：图1中的M向视图，孔口H全开时的形状及位置

图3：I---盘管特性曲线，II----等百分比特性阀门特性曲线，III-----盘管和等百分比特性阀门组合后的理想效果曲线。

图中，阀体1、球体2、阀座3、O形密封圈一4、上阀杆5、螺套6、垫片7、螺钉8、弹垫9、右侧盖10、O型密封圈二11、管道12、密封垫13、O形密封圈三14、O形密封圈四15、螺栓16、垫圈17、螺母18、膜片19、接头20、弹簧座21、底盖22、调节螺杆23、o形密封圈五24、平面轴承25、调节螺套26、螺母27、压板28、下阀杆29、弹簧30、卡簧31、导向套32、卡簧33、进水孔I、出水孔E、节流孔H、腰形孔A、圆孔e、小孔a、小孔b、小孔b₁、通孔g、圆孔d、圆孔e、通孔g、隔墙W、凸块G、阀口V、腔体一C1、腔体二C2 、腔体三C3、腔体四C4、腔体五C5。

具体实施方式

下面结合附图所示对本发明进行进一步描述。

如附图1、附图2、附图3所示：

本发明包括球阀和定差减压阀二部分。球阀包括阀体1、球体2、阀座3、O形密封圈一4、上阀杆5、螺套6、垫片7、右侧盖10、O型密封圈二11。阀体1是个四通阀体，左端筒体的通孔为出水孔E，与右端通孔位于同一水平轴线上，上下筒体的通孔在同一垂直轴线上，二轴线垂直相交；出水孔E右端内腔的内壁上有一圆形凹坑，左端的法兰和下游管道的相应法兰连接，对于小口径球阀可采用螺纹连接；阀体1右端的通孔直径略大于球体2的直径，以便在装配时能把球体2和阀座3装入阀体1的内腔腔体一C1中；阀体1的右端有一环状端面，其中心线与阀体1的水平中心线一致，端面上有6-8只均布的螺孔；阀体1的下通孔中加工有二条卡簧槽，用以用二只卡簧31轴向固定导向套32，导向套32将下通孔分隔成互不相通的腔体三C3和腔体四C4；在下通孔筒体的颈部，有一倾斜的凸块G，凸块G中设有腰形孔A连通出水孔E和腔体三C3；腔体三C3的上方设有水平隔墙W，隔墙W上设有圆孔e，用以连通腔体三C3和阀体1的中心腔体一C1，圆孔e的下端有一向下凸出的宽度很窄的环形刃边，作为阀口V的阀座，圆孔e的中心线与阀体1 的垂直中心线一致；下筒体下端的法兰与定差减压阀底盖22的法兰用若干付螺栓16、垫圈17及螺母18连接；下筒体法兰的下端面上，加工有环形凹槽，用以安装和固定膜片19.

右侧盖10的中部是一筒体，中心设有进水孔I，筒壁上设有小孔a，进水孔I的直径与出水孔E的直径一致；右侧盖的二端是法兰，右端法兰用于与上游管道的相应法兰连接，对于小口径球阀可采用螺纹连接；左端法兰的外径与阀体１右端环形端面的外径一致，法兰上有６～８只均布的通孔，与阀体1右端环形端面上６～８只螺孔匹配；左端法兰的左面有一圆形凸台，凸台外径与阀体1右通孔滑配，凸台的中心有一圆形凹坑，通过若干付螺钉8和弹垫9将右侧盖10固定在阀体1右端的环形端面上；安装后进水孔I和出水孔E的中心线一致；O形密封圈=11用以防止介质外漏。

阀座3亦起到密封作用，由聚合材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)等弹性材料制成。阀座3的内径比出水孔E的直径略大；二只阀座3分别设置在阀体1出水孔E右端内腔内壁及侧盖10左端凸台相应的圆形凹坑内，通过调整垫片7 的厚度，由螺钉8等调节对球体2的压紧程度，既保证密封，又保证适当的转动力矩，球体2定位后，其中心基本上位于阀体1的水平轴线和垂直轴线的交点上。

上阀杆5动配在阀体1的上通孔中，上阀杆5下端有一扁销，扁销的二侧与球体2顶部的凹槽松配，略有间隙，以便在压紧球体2时使球体2在水平方向有一定的移动量。上阀杆5上端的小轴与手柄或电机连接，通过转动上阀杆带动球体2转动，以调节节流孔H的开度；螺套6用以限制上阀杆5的轴向位置，O形密封圈一4用以防止介质外漏，阀体1上筒体上端的法兰用来安装电机或球体2的开度指示盘。

球体2是中空的，腔体二C2 是一个与球体2同心的、大于180°的球缺，球缺的上平面与球体2的垂直中心线垂直；球体2的下端加工有中心线与球体2 的垂直中心线一致的圆孔d，用以连通腔体二C2和腔体一C1，右侧的球壁上加工有具有特定流量特性的节流孔H(参照图2)；球体2的顶端加工有长槽，长槽的对称平面通过球体2的垂直中心线，以保证球体2的旋转轴线与球体2的垂直中心线一致，为了防止球体2转动时节流孔H的边缘切割弹性体阀座3，节流孔H的边缘均有光滑倒圆

定差减压阀由底盖22、调节螺杆23、调节螺套26、o形密封圈五24、平面轴承25、膜片19、压板28、弹簧座21、弹簧30、下阀杆29、导向套32、密封垫13、卡簧33及O形密封圈三14、O形密封圈四15等零件组成。下阀杆29与导向套32的内孔滑配，O形密封圈三14及O形密封圈四15用以防止介质内泄，下阀杆29通过螺母27、压板28与膜片19，弹簧座21连成一体；膜片19的加厚边缘夹在阀体1 下法兰与底盖22的法兰之间，并由若干付螺栓16，垫圈17 螺母18等压紧在阀体1下法兰端面的环形凹槽中，既固定了膜片19，又起密封作用；弹簧30设置在弹簧座21和导向套32之间；下阀杆29由阀杆和上方的法兰组成，阀杆的中心加工有小孔b，下部加工有横向通孔g，用以将腔体二C2，即孔H后的有压介质引入到腔体四C4中，密封垫13设置在法兰上方的凹槽中，并由卡簧二33 固定，密封垫13与孔e下方凸出的环形刃边组成定差减压阀的阀口V。

底盖22由筒体和法兰组成，在筒体与膜片19之间的腔体五C5中设置有调节螺杆23及调节螺套26等，平面轴承25用以减小调压时的旋转力矩，O形密封圈五24用以防止介质外漏；筒体的壁上加工有小孔b₁。右侧盖10筒体上的小孔a通过管道12和接头20与小孔b₁连接，用以将进口压力水，即孔H前的压力水引入腔体五C5中。

由上述介绍可知，节流孔H前的水压和腔体五C5 内的水压与进水孔I的水压P1 相同；节流孔H后，即腔体二C2内的水压P₂和腔体一C1及腔体四C4内的水压相同；腔体三C3内的水压与出水孔E的水压P3相同。

5.工作原理

转动球体2，节流孔H的开口面积由大变小直至关闭，或由小变大直至全开，当用于空调系统中时，孔H开口的大小由被控制环境所需的温度决定，要求温度调高时，通过的热水就多，开度就大；反之，开度就小。当球体2定位在某一要求位置时，节流孔H开口的大小就已确定，当进、出口水压发生波动时，由于本专利能保证节流孔H前后的压差保持不变，这样通过的流量也不变，不受进、出水孔水压波动的影响。

本发明的工作原理如下：通水前，下阀杆29在弹簧30的作用下下降至最低位置，此时阀口V全开；通水后，压力水经小孔a、管道12、进入腔体C5，并作用在膜片19的下方，推动下阀杆29向上运动，阀口V关小，节流作用增大，腔体二C2内的水压升高。同时腔体二C2内的水经下阀杆29的小孔b和g进入腔体四C4内，并作用在膜片19的上方；当作用在膜片19上、下方的力和弹簧30的设定力平衡时，阀口V处于理想的设计位置，此时孔H前后的压差△P =F/S(见后说明)，式中F-弹簧30的设定力，S –膜片19的有效作用面积。进水孔I的压力水经节流孔H、腔体二C2、腔体一C1、孔e、阀口V、腔体三C3、腰形孔A及出水孔E向下游供水，由于定差减压阀的作用，保证输出流量不变。

当进水压力P1升高时，腔体C5内的水压也相应升高，作用在膜片19下方的推力增大，推动下阀杆29向上运动，阀口V减小，节流作用增大，腔体二C2 内的水压P2随之升高，直至孔H二端的压差△P=Ｐ１－Ｐ２保持不变；反之，当进水压力Ｐ１降低时，下阀杆２９向下运动，阀口V增大，节流作用减弱，腔体Ｃ２内的水压Ｐ２降低，直至△Ｐ＝P1-P2保持不变。

当出水孔E的水压P3升高时，由于P3升高的瞬间下阀杆29来不及动作，因此腔体二C2内水压P2同步升高，推动下阀杆29 向下运动，阀口V变大，节流作用减弱，腔体二C2内的水压P2随之降低，直至P2恢复至原值，使△P=P1-P2保持不变；反之，当出水孔E的水压P3降低时，下阀杆29向上运动，阀口减小，节流作用增大，腔体二C2内的水压P2升高，直至恢复至原值，使△P=P1-P2保持不变。

由上述自动调节过程可知，本阀门工作时，不管进、出口的压力如何波动，由于定差减压阀对节流孔H二端的压力进行压力补偿，使其前后压差保持不变，故能维持稳定的流量。

节流孔H二端的压差值可以通过调节弹簧30的预压力来设定。转动调压螺杆23，即能使调压螺套26上下移动，从而达到调节弹簧30的预压力。

下面对孔H二端的压差值△P进行计算：

当下阀杆29处于某一平衡位置时，下阀杆29的受力平衡方程式为：

P1xS=P2xS+K (Xo+X)+G±F_M

即 △P =(P1-P2) xS= K (X0-X)+G±FM……(1)

式中：P1---节流孔H前的压力

P2----节流孔H后的压力

S---膜片19的有效作用面积

G---下阀杆29、压板28、弹簧30及弹簧座21等零件的重量

F_M—下阀杆29 运动时的摩擦力

K—弹簧刚度

Ｘｏ――设定压差下的弹簧压缩量

Ｘ――－孔Ｈ前后水压发生变化时弹簧的附加变动量，可正可负。

为简化计算，因重量Ｇ及摩擦力Ｆ_Ｍ相对弹簧的设定压力很小，故可忽略不计，(１)式可简化为：

△P =Ｐ１－Ｐ２＝KＸｏ／Ｓ＋KＸ／Ｓ．．．．．．(２)

由于在设计中采用较大的膜片面积Ｓ，较小的弹簧刚度K，和较大的压缩量Xo，并且当孔H前后水压变化时弹簧的附加变动量X很小，因此K X/S也可忽略不计

(2)式可简化为：

△P =P1-P2= K Xo/S=F/S……(3)

式中F= KＸｏ即为弹簧３０的设定压力。

Claims

1.一种自力式球阀，包括球阀和定差减压阀，球阀具有四通阀体(1)，阀体右端通孔的外侧是环状端面，阀体左端筒体的通孔为出水孔(E),上、下筒体的通孔在同一垂直轴线上，阀体的内腔腔体一(C1)中安装有球体(2)及阀座(3)，上筒体的通孔中设有上阀杆(5)；其特征在于：所述球体的内腔腔体二(C2)是一个与球体同心的球缺，球缺的上平面与球体的垂直中心线垂直；球体的下端加工有圆孔(d)，中心线与球体的垂直中心线一致，用以连通腔体二(C2)和腔体一(C1)，右侧的球壁上加工有节流孔(H)；定差减压阀串联在节流孔(H)后，包括底盖(22)、膜片(19)、下阀杆(29)、密封垫(13)、导向套(32)及设于底盖与膜片之间的腔体五(C5)内的调压装置。

2.根据权利要求1所述的自力式球阀，其特征在于：所述阀体(1)下通孔中加工有二个卡簧槽，用以用二个卡簧(31)轴向固定导向套(32)，导向套将下通孔分隔成互不相通的腔体三(C3)和腔体四(C4)；腔体三(C3)的上方设有水平隔墙(W)，隔墙(W)上设有圆孔(e)，用以连通腔体三(C3)和腔体一(C1)；圆孔(e)的下端有一向下凸出的宽度很窄的环形刃边，作为阀口V的阀座，圆孔(e)的中心线与阀体(1)的垂直中心线一致；在下筒体的颈部有一倾斜的凸块(G), 凸块(G)上设有腰形孔(A)，连通出水孔(E) 和腔体三(C3)；下筒体下法兰的下端面上加工有环形凹槽，以嵌入膜片(19)的加厚边缘。

3.根据权利要求1所述的自力式球阀，其特征在于：所述下阀杆与导向套的内孔滑配，下阀杆通过螺母(27)、压板(28)与膜片及弹簧座(21)连成一体；膜片的加厚边缘夹在阀体下法兰与底盖的法兰之间，并由若干付螺栓(16)，垫圈(17)、螺母(18)压紧在阀体下法兰端面的环形凹槽中；调压装置包括：调压螺杆(23)，与调压螺杆旋合的调节螺套(26)、弹簧座(21)及弹簧(30)，弹簧设置在弹簧座和导向套之间；下阀杆(29)由阀杆和上方的法兰组成，阀杆的中心加工有小孔(b)，下部加工有横向通孔(g)，以使腔体二(C2)与腔体四(C4)相通，密封垫(13)设置在法兰的凹槽中，并由卡簧二(33)固定，密封垫与孔(e)下方凸出的环形刃边组成定差减压阀的阀口(V)；底盖(22)由筒体和法兰组成，调节螺杆及调节螺套位于筒体的腔体五中；筒体的壁上设有小孔(b₁)；平面轴承(25)用以减小调压时的转动力矩。

4.根据权利要求1或3所述的自力式球阀，其特征在于：所述阀体(1)右端外侧的环状端面上连接有带有筒体的有侧盖(10)，筒体上设有小孔(a)，筒体的内孔为进水孔(I)，与出水孔(E)为同一水平轴线；小孔(a)通过管道(12)、接头(20)与底盖(22)上的小孔((b₁)连通，以使进水孔(I)与腔体五(C5)相通。