CN109780253A - 一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，包括半球阀本体、气动驱动装置和自动控制装置，气动驱动装置与半球阀本体活动连接，气动驱动装置包括执行机构、活塞、后盖、连杆、曲柄、转轴、铜套、内六角调整定位轴和缸筒，转轴的一端连接半球阀本体。本气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，阀门采用气封式密封结构和球体转动与密封圈无摩擦结构相结合，能最大程度保护密封圈无磨损和减轻阀门转动扭矩，提高阀门密封的使用寿命，采用半球体结构，其重量较轻，不仅大大降低材料成本，整体转动灵活同时能达到自动补偿的效果。

Description

一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置

技术领域

本发明涉及气动阀门技术领域，具体为一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置。

背景技术

球阀，启闭件(球体)由阀杆带动，并绕球阀轴线作旋转运动的阀门。亦可用于流体的调节与控制，其中硬密封V型球阀其V型球芯与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力，特别适用于含纤维、微小固体颗粒等介质。而多通球阀在管道上不仅可灵活控制介质的合流、分流、及流向的切换，同时也可关闭任一通道而使另外两个通道相连。球阀按照驱动方式分为：气动球阀，电动球阀，手动球阀。现有的球阀一半采用正圆球体作为阀芯，此状态下的阀芯，重量大，所需要的扭矩和摩擦力大，不仅需要很多的材料，同时需要配备的气动驱动装置要求高，这就导致了其生产成本增加，同时稳定性和转动灵活性得不到保证，同时现有的球阀为了保证密封性，导致其磨损较大，同时用于密封的密封件调节不便，导致整体使用效果不佳，使用寿命短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，该装置具有转动灵活、可靠性好，生产成本低、使用寿命长等的优点，可以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，包括半球阀本体、气动驱动装置和自动控制装置，所述气动驱动装置安装在半球阀本体的上方，气动驱动装置与半球阀本体活动连接，气动驱动装置包括执行机构、活塞、后盖、连杆、曲柄、转轴、铜套、内六角调整定位轴和缸筒，执行机构连接缸筒的一端，缸筒的另一端安装有后盖，缸筒的内侧设有活塞和连杆，活塞活动连接缸筒的内壁，活塞连接连杆的一端，连杆的另一端活动连接曲柄，曲柄和转轴均位于执行机构的内侧，执行机构的侧壁上安装有内六角调整定位轴，执行机构的侧壁通过铜套连接转轴，转轴的一端连接半球阀本体，所述半球阀本体包括阀体、阀盖、半球体、气封式密封无摩擦装置、上阀杆、下阀杆、阀杆填料密封自动补偿装置、拨叉和支座，支座的一端固定连接执行机构，支座的另一端固定连接阀体，阀体接触连接有阀盖，阀体的内侧设置有半球体、气封式密封无摩擦装置、上阀杆和下阀杆，上阀杆的一端安装有拨叉，上阀杆的顶端与转轴连接，上阀杆的另一端固定连接半球体，半球体还与下阀杆的一端固定连接，半球体的侧壁接触连接气封式密封无摩擦装置，气封式密封无摩擦装置安装在阀体与阀盖的连接处。

优选的，所述气封式密封无摩擦装置包括浮动套、密封圈、托盘、圆柱弹簧组、第一O型密封圈、第二O型密封圈、第三O型密封圈、第四O型密封圈和第五O型密封圈，螺栓压紧密封圈，密封圈接触连接半球体，密封圈还与浮动套侧壁上的凹槽相配合，浮动套分别通过第一O型密封圈和第二O型密封圈连接阀盖的内壁，浮动套的侧壁通过圆柱弹簧组连接托盘，托盘的一面侧壁连接阀盖，托盘的另一面侧壁通过第三O型密封圈连接浮动套，第四O型密封圈安装在托盘与阀盖的连接处，托盘通过第五O型密封圈连接阀体。

优选的，所述阀杆填料密封自动补偿装置安装在上阀杆与阀体的连接处，阀杆填料密封自动补偿装置包括填料、碟形弹簧和填料压盖，填料通过碟形弹簧连接填料压盖，填料压盖的端面设置拨叉，且预留空隙。

优选的，所述下阀杆的外侧安装有半球体定位装置，下阀杆通过半球体定位装置连接阀体，半球体定位装置包括自润滑轴承、第一单向推力轴承、第二单向推力轴承、定位套和防尘盖，自润滑轴承和定位套位于第一单向推力轴承的两侧，第一单向推力轴承与第二单向推力轴承分别连接阀体的两个侧壁，防尘盖安装在阀体的外壁上。

优选的，所述阀盖上开设有进气孔口,此进气孔口位于浮动套的斜上方。

优选的，所述气动驱动装置连接自动控制装置，自动控制装置包括五口二位电磁阀和常开型三口二位电磁阀，其中五口二位电磁阀连接气动驱动装置，常开型三口二位电磁阀通过三通球阀连接阀盖。

优选的，所述半球体采用轴支式结构，半球体上开设有两个阀杆孔位，半球体的内壁上设有工艺环形块、螺丝孔位和加力筋。

优选的，所述拨叉与上阀杆间采用锥销连接。

优选的，所述执行机构的外壁上安装有接近开关底板和尼龙显示方套，接近开关底板位于尼龙显示方套的一侧。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，阀门采用气封式密封结构和球体转动与密封圈无摩擦结构相结合，能最大程度保护密封圈无磨损和减轻阀门转动扭矩，提高阀门密封的使用寿命。

2、本气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，采用半球体结构，其重量较同口径球体轻1/2以上，不仅大大降低材料成本，且采用新型结构的半球体，在加工工艺还能解决其加工难的问题，因该半球阀本体采用多种减小阀门驱动操作扭矩的结构，其操作扭矩主要来自管道介质压力，所以气动驱动装置规格可采用较同口径球阀低3级至5级，也可大大降低材料成本。

3、本气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，下阀杆采用定位套、自润滑轴套和单向推力轴承相配合，调整定位和确保半球体处在阀门中心轴线位置，减少转动摩擦系数和增加转动灵活性。

4、本气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，填料密封采用碟形弹簧补偿结构，不但密封可靠耐压，而且更能达到自动补偿的效果。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的B处结构放大示意图；

图3为本发明的气动驱动装置竖向剖视示意图；

图4为本发明的气动驱动装置横向剖视示意图；

图5为本发明的执行机构外观示意图；

图6为本发明的阀门控制示意图。

图中：1、半球阀本体；11、阀体；12、阀盖；13、半球体；14、气封式密封无摩擦装置；141、浮动套；142、密封圈；143、托盘；144、圆柱弹簧组；145、第一O型密封圈；146、第二O型密封圈；147、第三O型密封圈；148、第四O型密封圈；149、第五O型密封圈；15、上阀杆；16、下阀杆；17、阀杆填料密封自动补偿装置；171、填料；172、碟形弹簧；173、填料压盖；18、拨叉；19、支座；2、气动驱动装置；21、执行机构；211、接近开关底板；212、尼龙显示方套；22、活塞；23、后盖；24、连杆；25、曲柄；26、转轴；27、铜套；28、内六角调整定位轴；29、缸筒；3、自动控制装置；31、五口二位电磁阀；32、常开型三口二位电磁阀；4、半球体定位装置；41、自润滑轴承；42、第一单向推力轴承；43、第二单向推力轴承；44、定位套；45、防尘盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，包括半球阀本体1、气动驱动装置2和自动控制装置3，气动驱动装置2连接自动控制装置3，自动控制装置3包括五口二位电磁阀31和常开型三口二位电磁阀32，其中五口二位电磁阀31连接气动驱动装置2，常开型三口二位电磁阀32通过三通球阀连接阀盖12，气动驱动装置2安装在半球阀本体1的上方，气动驱动装置2与半球阀本体1活动连接，气动驱动装置2控制半球阀本体1，气动驱动装置2包括执行机构21、活塞22、后盖23、连杆24、曲柄25、转轴26、铜套27、内六角调整定位轴28和缸筒29，执行机构21的外壁上安装有接近开关底板211和尼龙显示方套212，接近开关底板211位于尼龙显示方套212的一侧，接近开关底板211和尼龙显示方套212可装接近开关作为开关信号装置，传送远程控制的信号，执行机构21连接缸筒29的一端，缸筒29的另一端安装有后盖23，缸筒29的内侧设有活塞22和连杆24，活塞22活动连接缸筒29的内壁，活塞22连接连杆24的一端，连杆24的另一端活动连接曲柄25，曲柄25和转轴26均位于执行机构21的内侧，执行机构21的侧壁上安装有内六角调整定位轴28，执行机构21的侧壁通过铜套27连接转轴26，转轴26的一端连接半球阀本体1，半球阀本体1包括阀体11、阀盖12、半球体13、气封式密封无摩擦装置14、上阀杆15、下阀杆16、阀杆填料密封自动补偿装置17、拨叉18和支座19，下阀杆16的外侧安装有半球体定位装置4，下阀杆16通过半球体定位装置4连接阀体11，半球体定位装置4包括自润滑轴承41、第一单向推力轴承42、第二单向推力轴承43、定位套44和防尘盖45，自润滑轴承41和定位套44位于第一单向推力轴承42的两侧，第一单向推力轴承42与第二单向推力轴承43分别连接阀体11的两个侧壁，其中定位套44将半球体13固定在阀门中心轴线的位置，防止半球体13左右走动影响密封效果，安装自润滑轴承41，既能防止半球体13受压产生位移，又能达到自润滑的作用，减少阀杆转动摩擦系数，安装两个单向推力轴承，能增加阀杆转动的灵活性，防尘盖45安装在阀体11的外壁上，安装防尘盖45不仅防止灰尘进入体腔内，还防止下阀杆16转动使O形密封圈摩擦损坏而介质向体腔外泄漏，支座19的一端固定连接执行机构21，支座19的另一端固定连接阀体11，阀体11接触连接有阀盖12，阀盖12上开设有进气孔口,此进气孔口位于浮动套141的斜上方，阀体11的内侧设置有半球体13、气封式密封无摩擦装置14、上阀杆15和下阀杆16，由于采用半球体13设计，半球体13的重量轻，所以较同口径球阀的驱动操作扭矩减少了数倍，可选用较小的气动驱动装置，大大降低材料成本，阀杆填料密封自动补偿装置17安装在上阀杆15与阀体11的连接处，阀杆填料密封自动补偿装置17包括填料171、碟形弹簧172和填料压盖173，填料171通过碟形弹簧172连接填料压盖173，填料压盖173的端面设置拨叉18，且预留空隙，阀杆填料密封自动补偿装置17能实现上阀杆15与阀体11之间的密封，阀杆填料密封自动补偿装置17是依靠碟形弹簧172的变形量预紧力达到密封无泄漏，当填料171组合在一定磨损范围内，起到自动补偿的作用，在该结构装置中采用两个碟形弹簧172对合组合方式，增加变形量和自动补偿高度，能更好地体现出自动补偿的效果，上阀杆15的一端安装有拨叉18，拨叉18与上阀杆15间采用锥销连接，拨叉18跟随上阀杆15转动，当阀门转至全关状态，拨叉18压紧机械阀圆轮，机械阀此时为通气状态，拨叉18在阀门的启闭过程中，不仅可起到限位的作用，还是阀门机械联动气动控制的关键部件，上阀杆15的顶端与转轴26连接，上阀杆15的另一端固定连接半球体13，半球体13采用轴支式结构，半球体13上开设有两个阀杆孔位，其作用是减小阀门操作扭矩和增强密封的可靠程度，半球体13的内壁上设有工艺环形块、螺丝孔位和加力筋，半球体13内壁上设置的工艺环形块和螺丝孔位可与专用夹具杆配合装夹定位在数控车床上加工圆弧面，解决半球体在球面车床上装夹和加工难的问题，同时加力筋能增加圆弧面和支承面的强度，半球体13还与下阀杆16的一端固定连接，半球体13的侧壁接触连接气封式密封无摩擦装置14，气封式密封无摩擦装置14安装在阀体11与阀盖12的连接处。

其中气封式密封无摩擦装置14包括浮动套141、密封圈142、托盘143、圆柱弹簧组144、第一O型密封圈145、第二O型密封圈146、第三O型密封圈147、第四O型密封圈148和第五O型密封圈149，螺栓压紧密封圈142，密封圈142接触连接半球体13，密封圈142还与浮动套141侧壁上的凹槽相配合，浮动套141分别通过第一O型密封圈145和第二O型密封圈146连接阀盖12的内壁，浮动套141的侧壁通过圆柱弹簧组144连接托盘143，托盘143的一面侧壁连接阀盖12，托盘143的另一面侧壁通过第三O型密封圈147连接浮动套141，第四O型密封圈148安装在托盘143与阀盖12的连接处，托盘143通过第五O型密封圈149连接阀体11，阀盖12上开设有进气孔口,此进气孔口位于浮动套141的斜上方，当半球体13转至阀门全关时，进气孔口对阀盖12体腔内充气，浮动套141受压向下行至密封圈142与半球体13紧密挤压，达到气封式密封的效果，当阀盖12体腔内无气压，托盘143中的圆柱弹簧组144自动展开，顶起浮动套141，密封圈142随之与半球体13脱离接触，阀门在转动时半球体13与密封圈142无摩擦，能最大限度提高阀门密封的使用寿命和减轻阀门转动操作扭矩。

本气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置的工作原理为：

本半球阀采用电动控制和气动控制原理相结合来实现其启闭动作，阀门的密封是采用电动控制、气动控制和机械联动配合来实现的，阀门开闭是通过气动驱动装置2驱使半球体13正反回转90°，使阀门处于全开或全关状态，而气动驱动装置2是通过电磁阀来控制的，采用五口二位单头双位置电磁阀，即电磁阀得电阀门开启，失电阀门关闭的控制原理；阀门的密封是通过气封式的原理来实现的，如需阀门开，控制气动驱动装置2的电磁阀和控制三通球阀气缸的电磁阀同时得电，控制三通球阀瞬间转动排气，弹簧复位自动展开，密封脱离接触，如需阀门关，两个电磁阀同时失电，由于机械阀处在断气状态，控制三通球阀气缸的电磁阀失气无法转动，密封圈与半球体处在无摩擦状态，阀门转至全关位置，拨叉压紧机械阀，机械阀通气，控制三通球阀转动向阀门内部充气，弹簧受压收缩，密封圈与半球体紧密挤压，达到气封式密封的效果。

综上所述：本气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，采用气封式密封结构和球体转动与密封圈无摩擦结构相结合，能最大程度保护密封圈无磨损和减轻阀门转动扭矩，提高阀门密封的使用寿命；采用半球体结构，其重量轻，不仅大大降低材料成本，且采用新型结构的半球体，在加工工艺还能解决其加工难的问题；下阀杆采用定位套、自润滑轴套和单向推力轴承相配合，调整定位和确保半球体处在阀门中心轴线位置，减少转动摩擦系数和增加转动灵活性；填料密封采用碟形弹簧补偿结构，不但密封可靠耐压，而且更能达到自动补偿的效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，包括半球阀本体(1)、气动驱动装置(2)和自动控制装置(3)，其特征在于：所述气动驱动装置(2)安装在半球阀本体(1)的上方，气动驱动装置(2)与半球阀本体(1)活动连接，气动驱动装置(2)包括执行机构(21)、活塞(22)、后盖(23)、连杆(24)、曲柄(25)、转轴(26)、铜套(27)、内六角调整定位轴(28)和缸筒(29)，执行机构(21)连接缸筒(29)的一端，缸筒(29)的另一端安装有后盖(23)，缸筒(29)的内侧设有活塞(22)和连杆(24)，活塞(22)活动连接缸筒(29)的内壁，活塞(22)连接连杆(24)的一端，连杆(24)的另一端活动连接曲柄(25)，曲柄(25)和转轴(26)均位于执行机构(21)的内侧，执行机构(21)的侧壁上安装有内六角调整定位轴(28)，执行机构(21)的侧壁通过铜套(27)连接转轴(26)，转轴(26)的一端连接半球阀本体(1)，所述半球阀本体(1)包括阀体(11)、阀盖(12)、半球体(13)、气封式密封无摩擦装置(14)、上阀杆(15)、下阀杆(16)、阀杆填料密封自动补偿装置(17)、拨叉(18)和支座(19)，支座(19)的一端固定连接执行机构(21)，支座(19)的另一端固定连接阀体(11)，阀体(11)接触连接有阀盖(12)，阀体(11)的内侧设置有半球体(13)、气封式密封无摩擦装置(14)、上阀杆(15)和下阀杆(16)，上阀杆(15)的一端安装有拨叉(18)，上阀杆(15)的顶端与转轴(26)连接，上阀杆(15)的另一端固定连接半球体(13)，半球体(13)还与下阀杆(16)的一端固定连接，半球体(13)的侧壁接触连接气封式密封无摩擦装置(14)，气封式密封无摩擦装置(14)安装在阀体(11)与阀盖(12)的连接处。

2.根据权利要求1所述的一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，其特征在于：所述气封式密封无摩擦装置(14)包括浮动套(141)、密封圈(142)、托盘(143)、圆柱弹簧组(144)、第一O型密封圈(145)、第二O型密封圈(146)、第三O型密封圈(147)、第四O型密封圈(148)和第五O型密封圈(149)，螺栓压紧密封圈(142)，密封圈(142)接触连接半球体(13)，密封圈(142)还与浮动套(141)侧壁上的凹槽相配合，浮动套(141)分别通过第一O型密封圈(145)和第二O型密封圈(146)连接阀盖(12)的内壁，浮动套(141)的侧壁通过圆柱弹簧组(144)连接托盘(143)，托盘(143)的一面侧壁连接阀盖(12)，托盘(143)的另一面侧壁通过第三O型密封圈(147)连接浮动套(141)，第四O型密封圈(148)安装在托盘(143)与阀盖(12)的连接处，托盘(143)通过第五O型密封圈(149)连接阀体(11)。

3.根据权利要求1所述的一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，其特征在于：所述阀杆填料密封自动补偿装置(17)安装在上阀杆(15)与阀体(11)的连接处，阀杆填料密封自动补偿装置(17)包括填料(171)、碟形弹簧(172)和填料压盖(173)，填料(171)通过碟形弹簧(172)连接填料压盖(173)，填料压盖(173)的端面设置拨叉(18)，且预留空隙。

4.根据权利要求1所述的一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，其特征在于：所述下阀杆(16)的外侧安装有半球体定位装置(4)，下阀杆(16)通过半球体定位装置(4)连接阀体(11)，半球体定位装置(4)包括自润滑轴承(41)、第一单向推力轴承(42)、第二单向推力轴承(43)、定位套(44)和防尘盖(45)，自润滑轴承(41)和定位套(44)位于第一单向推力轴承(42)的两侧，第一单向推力轴承(42)与第二单向推力轴承(43)分别连接阀体(11)的两个侧壁，防尘盖(45)安装在阀体(11)的外壁上。

5.根据权利要求1所述的一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，其特征在于：所述阀盖(12)上开设有进气孔口,此进气孔口位于浮动套(141)的斜上方。

6.根据权利要求1所述的一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，其特征在于：所述气动驱动装置(2)连接自动控制装置(3)，自动控制装置(3)包括五口二位电磁阀(31)和常开型三口二位电磁阀(32)，其中五口二位电磁阀(31)连接气动驱动装置(2)，常开型三口二位电磁阀(32)通过三通球阀连接阀盖(12)。

7.根据权利要求1所述的一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，其特征在于：所述半球体(13)采用轴支式结构，半球体(13)上开设有两个阀杆孔位，半球体(13)的内壁上设有工艺环形块、螺丝孔位和加力筋。

8.根据权利要求1所述的一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，其特征在于：所述拨叉(18)与上阀杆(15)间采用锥销连接。

9.根据权利要求1所述的一种气封式密封无摩擦气动半球阀及其控制装置，其特征在于：所述执行机构(21)的外壁上安装有接近开关底板(211)和尼龙显示方套(212)，接近开关底板(211)位于尼龙显示方套(212)的一侧。