CN110785593A - 一种非减压球阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及球阀领域。本发明设计一种非减压球阀，包括：一个阀杆，连接手柄用于调节进入球阀的高压流体流速；一个球体，连接阀杆用于控制球阀内的高压流体流速；一个阀座，拼接球体以固定；一个密封垫圈，位于球阀内，用于当球阀处于闭合状态时限制球阀内的高压流体流动；一个开槽环，位于球阀的阀座与密封垫圈之间。调节开槽环，以允许高压流体进入开槽环的槽内，实现阀座任一侧的流体压力平衡。

Description

一种非减压球阀
技术领域
本发明涉及机械工程领域。具体来说，本发明涉及球阀座结构领域。
背景技术
球阀通常用于通过管道限制或允许流体流速的应用。球阀在工作过程中频繁开启和闭合，从而控制流经球阀的流体流速。球阀打开和闭合过程中，流体多次滞留在阀腔内。连续打开和闭合球阀将导致流体持续滞留在阀腔内，因温度变化对阀腔产生过高压力。阀腔压力过高将损坏阀门部件，降低阀门性能。传统上，球阀利用自减压机制降低压力。
传统球阀通常由两个阀座拼接形成球形表面，当球体处于闭合状态时限制流经球阀的流速。拼接球形表面的阀座可以是单向(阻止一侧流动)或双向(阻止阀座两侧流动)。
在一些应用中，需要在球阀内提供双重隔离机制，即，当球阀上游的阀座因腐蚀、生锈等原因损坏，无法执行预期功能时，应由球阀下游的阀座限制流体流速。对于此类应用，使用非减压设计的球阀。
非减压球阀由一个单向阀座(限制一侧流速)和一个双向阀座(限制阀座两侧流速)，或者两个双向阀座组成。以下情况下建议采用球阀的非减压设计：进入球阀的流体未能限制流速导致系统故障时，另一个阀座发挥作用，持续拼接球形表面处于球阀闭合状态，阻止流体从阀腔向球阀下游流动。球阀的非减压设计在球阀下游形成额外隔离。
例如，如图1所示，传统非减压类型设计的双向阀座通常使用O形圈或唇形密封作为密封件。当一个隔离机制(即上游阀座)失效时，流体进入球阀腔。流体对阀座区域A1和A2施加的力始终将阀座推向球体。这样确保阀座持续拼接为球形表面，避免流体从阀腔向球阀下游流动。
但如果使用石墨垫圈密封球阀，此类非减压设计非常难以在阀座背面接触线以下获得所需区域，从而不允许腔内流体进入接触直径以下的区域。此类非减压双重隔离机制目前仅限制于使用O形圈或唇形密封的应用，因为此类密封自我充能，而对于O形圈或唇形密封不适用而使用石墨垫圈密封球阀的特定应用，则此类机制不适用，因为此类密封不能自我充能。
因此，需要一种非减压球阀，其阀座配备的垫圈密封能够减轻上述缺陷。
发明目的
本发明的一些目的如下，并通过以下至少一种具体实施方式满足：
本发明的一个目的是提供一种非减压球阀，阀座配备垫圈密封。
本发明的另一个目的是提供一种非减压球阀，阻止下游流体流动，从而减小/消除隔离失效时管件/设备下游发生任何损坏的可能。
本发明的另一个目的是提供一种非减压球阀，提高阀门的性能并延长寿命。
本发明的另一个目的是提供一种非减压球阀，降低维护成本。
本发明的另一个目的是提供一种非减压球阀，适用于高温和低温应用以及定制要求。本发明的其他目的和优势在以下描述中更加明显，但不限制本发明的范围。
发明内容
本发明设计一种非减压球阀，包括：(i)一个执行球阀开关操作以促进球阀内高压流体流动的阀杆，(ii)一个与阀杆连接的球体，用于限制流经球阀的高压流体流速，(iii)一个拼接球体的阀座，用于当球体处于闭合状态时限制高压流体泄漏，(iv)一个位于球阀内的密封垫圈，用于限制球阀内高压流体的流动，(v)一个安装在阀体的阀座与密封垫圈之间的开槽环。调整非降压球阀的开槽环以允许高压流体进入开槽环间隙，从阀座背面向球体施加所需的额外力，从而实现阀座与球体的拼接。从阀座背面向球体施加额外力可阻止高压流体从球阀阀腔向球阀上游/下游流动。
在本发明的一个具体实施方式中，非减压球阀的开槽环采用任何金属或非金属材料制造。在一个首选具体实施方式中，非减压球阀的开槽环采用金属板材制造。在另一个具体实施方式中，根据不同的要求，开槽环安装在球阀的下游、上游或同时安装在上下游。
在一个具体实施方式中，非减压球阀包含一个推动环，当球阀处于闭合状态时，压缩密封垫圈以实现阀座密封，从而限制球阀内的高压流体流动。在另一个具体实施方式中，非减压球阀的密封垫圈采用石墨或可以用于密封的任何类似材料制造。
在另一个具体实施方式中，流体沿球体方向作用在阀座上的力大于流体沿球体相反方向作用在阀座上的力。
在一个具体实施方式中，非减压球阀还包括一个容纳球体、阀座、密封垫圈、推动环、弹簧和开槽环的阀体。
附图说明
下面将借助附图说明本发明的非减压球阀，其中：
图1是用于O形圈和唇形密封应用的传统非减压球阀示意图；
图2是按照本发明一个具体实施方式的非减压球阀示意图；
图3是图2的非减压球阀机制的示意图；
图4a到4d是按照本发明不同具体实施方式的非减压球阀中具有不同形状的开槽环的不同横截面图；
图5是按照本发明一个具体实施方式的非减压球阀的一个替代机制示意图；
参考编号列表
Figure BDA0002324050210000031
Figure BDA0002324050210000051
具体实施方式
球阀通常用于通过管道限制或允许流体流速的应用。球阀在工作过程中频繁开启和闭合，从而控制流经球阀的流体流速。球阀打开和闭合过程中，流体多次滞留在阀腔内。连续打开和闭合球阀将导致流体持续滞留在阀腔内，因温度变化对阀腔产生过高压力。阀腔压力过高将损坏阀门部件，降低阀门性能。传统上，球阀利用自减压机制降低压力。
传统球阀通常由两个阀座拼接形成球形表面，当球体处于闭合状态时限制流经球阀的流速。拼接球形表面的阀座可以是单向(阻止一侧流动)或双向(阻止阀座两侧流动)。
在一些应用中，需要在球阀内提供双重隔离机制，即，当球阀上游的阀座因预期操作或者腐蚀、生锈等原因损坏或失效时，应由球阀下游的阀座限制流体流速，反之亦然。对于此类应用，使用非减压设计的球阀。
非减压球阀由一个单向阀座(限制一侧流速)和一个双向阀座(限制阀座两侧流速)，或者两个双向阀座组成。以下情况下建议采用这种球阀的非减压设计：进入球阀的流体未能限制流速导致系统故障时，另一个阀座发挥作用，持续拼接球形表面处于球阀闭合状态，阻止流体从阀腔向球阀另一侧流动。球阀的非减压设计在球阀上游/下游形成额外隔离。
例如，如图1所示，传统非减压类型设计的双向阀座通常使用O形圈或唇形密封作为密封件。当一个隔离机制(即上游/下游阀座)失效时，流体进入球阀腔。流体对阀座区域A1和A2施加的力始终将阀座推向球体。这样确保阀座持续拼接为球形表面，避免流体从阀腔向球阀上游/下游流动。
但如果使用石墨垫圈密封球阀，此类非减压设计非常难以在阀座背面接触线以下获得所需区域，从而不允许腔内流体进入接触直径以下的区域。此类非减压双重隔离机制目前限制为使用O形圈和唇形密封的应用，不适用于使用石墨密封密封球阀的应用。本发明设计一种非减压球阀，其阀座配备的密封垫圈能够减轻上述缺陷。下面将借助具体实施方式说明本发明的非减压球阀，这些具体实施方式不限制本发明的范围和界限。完全通过实施例和示意图说明非减压球阀。现在参考图2到图4d，说明非减压球阀。
图2是按照本发明一个具体实施方式的非减压球阀150示意图。图3是非减压球阀150机制的示意图。
本发明的非减压球阀150包括一个阀体180、一个阀杆185、一个球体155、一个阀座160、一个密封垫圈165和一个开槽环170。阀杆185用于执行球阀150的开关操作，方便球阀150内的高压流体流动。球体155与阀杆185的另一端连接，用于限制球阀150内的高压流体流动。球体155采用中空穿孔转动机制，当球阀150处于闭合状态时，球体155的中空区域保持与球阀150内的通道垂直，限制高压流体流动。当球阀150处于打开状态时，球体155的中空区域保持平行，即，球体155的中空区域保持打开，与通道交换流体。在一个具体实施方式中，阀杆185旋转或置换球体155，实现球阀150的开启和关闭状态。
当球体155处于闭合状态时，球阀150的阀体160拼接球体155，从而限制高压流体泄漏。
密封垫圈165限制球阀150内的高压流体流动。密封垫圈165通常位于球阀150的阀体180与开槽环170之间。在一个具体实施方式中，非减压球阀150包括一个推动环175，用于压缩密封垫圈165。压缩密封垫圈165可以密封阀座160，从而限制球阀150内的高压流体流动。在另一个具体实施方式中，非减压球阀150的密封垫圈165采用石墨或任何类似密封材料制造。在一个具体实施方式中，非减压球阀150的阀体180包含球体155、阀座160、密封垫圈165、推动环175、弹簧和开槽环170。
开槽环170安装在球阀150的阀座160与密封垫圈165之间。调整非降压球阀150的开槽环170以允许高压流体进入开槽环170间隙，从阀座160背面向球体155施加所需的额外力，从而实现阀座160与球体155的拼接。从阀座160背面向球体155施加额外力可阻止高压流体从球阀150阀腔向球阀150上游/下游流动。通过允许流体进入开槽环170间隙增加密封表面区域，此区域的流体在阀座160的朝向球体155方向施加相等或更大的力，这样阀座160一侧，即力作用在远离球体155方向接触线(图3标记)上方区域的一侧，具有过大压力。在阀座160任一侧施加的流体压力阻止高压流体从球阀150阀腔向球阀150上/下游流动。在本发明的一个具体实施方式中，非减压球阀150的开槽环170采用任何金属或非金属材料制造。在一个首选具体实施方式中，非减压球阀150的开槽环170采用金属板材制造。
在一个具体实施方式中，开槽环170安装在球阀150的下游、上游或同时安装在上下游。以上下游阀座形式在上游和下游提供的开槽环170实现双重隔离。双重隔离限制阀腔内以及向下游的高压流体流动。在一个具体实施方式中，上下游阀座充当双向隔离阀座，即阻止两侧的流体。在此类情况下，需要阀腔减压阀以减小阀腔压力。在另一个具体实施方式中，上游阀座或下游阀座的一个阀座为单向，另一个为双向。在另一个具体实施方式中，本发明的非减压球阀150保持以球体155方向作用在阀座160上的流体压力始终大于以球体155相反方向作用在阀座160上的流体压力。
图3显示非减压球阀150，开槽环170位于阀座160和石墨密封165之间。B1表示阀座接触点区域，远离球体移动阀座。B2表示密封点区域，向球体移动阀座。腔压增加时，区域B1和B2产生的力向球体移动阀座，不减压，从而保持阀座与球体接触。
将本发明的非减压球阀150与传统球阀100相比可以发现，由于阀座160与垫圈密封165之间具有一个开槽环170，将产生额外力阻止阀座160远离球体155移动，保持阀座160与球体155拼接。
图4a到4d是按照本发明不同具体实施方式的非减压球阀100中具有不同形状的开槽环170的不同横截面图。在一个具体实施方式中，开槽环170可以是钻孔环(如图4a所示)，具有四个凸起的加工环(如图4b所示)，环上具有台阶的加工环(如图4c所示)，以及带复数个开槽的环形式(如图4d所示)。在一个具体实施方式中，开槽环170可以具有任何形状或尺寸，图4a到4d显示的横截面图不限制本发明的范围和界限。
在如图5所示的替代具体实施方式中，开槽环170可以配备内有弹簧190的弹簧筒195，用于对阀座160向球体155方向施加压力，通过允许流体进入弹簧筒195的密闭空间，增加密封表面区域，此区域的流体对阀座160向球体155方向施加更大力。弹簧190施加的弹簧力保持阀座160与球阀150的球体155接触。当阀座160在高压状态下远离球体155移动时，通过对阀座160向球体155方向施加更高流体压力，阀座160阻止球阀150阀腔内的高压流体移动。C1表示作用在阀座的球体阀座接触直径上方区域的力，移动阀座远离球体。C2表示作用在阀座的阀座密封直径上方区域的力，向球体方向移动阀座。形成的此力等于C2与C1之间的差，形成球阀150的双重隔离。
在另一个具体实施方式中，非减压球阀可以用于燃气、泵、石油天然气行业、防火保护等应用。非减压球阀的优点包括：(i)阻止或限制球体和阀座布置下游的流体移动，从而消除流体从阀腔进入球阀下游的可能，(ii)提高球阀性能，(iii)降低整体维护成本。
技术优势以上介绍的本发明具有多个技术优势，包括但不局限于实现一种非减压球阀，具有阀座和垫圈密封，具有以下特点：
·阻止上下游流体流动，从而减少/消除任一隔离失效时损坏阀门部件的可能；
·提高阀门性能，延长使用寿命；
·降低维护成本；
·适合用于高温和低温应用以及定制要求。
上述发明借助附带具体实施方式说明，这些具体实施方式不限制本发明的范围和界限。完全通过实施例和示意图形式进行说明。
通过参照下列描述中的非限定性具体实施方式，对此处具体实施方式及其各种特征和有利细节进行说明。其中省去了对已知组分及处理技术的描述，以避免不必要地使本发明的具体实施方式模糊不清。本发明所采用的实施例仅旨在便于理解本发明具体实施方式可能的实践方式，并进而使本领域的技术人员能够实践本发明的实施方式。因此，不应将此类实施例视为限制本发明具体实施方式的范围。
上述具体实施方式的描述充分披露本发明中具体实施方式的一般性，在没有脱离一般概念的前提下，其他人可以很容易地运用现有知识修改和/或调整此类具体实施方式的各种应用。因此，这些调整和修改应被确定为包含在与所披露的具体实施方式相当的含义和范围内。应当理解为，本文采用的措辞和术语是为了描述而非限制的目的。因此，虽然文中的具体实施方式描述的是首选具体实施方式，熟知本领域的技术人员认识到在所描述的具体实施方式的精神与范围内，可以对文中的具体实施方式进行修改。
贯穿本说明书中的单词“包括”，或其变形都被理解为意指包含一种所述要素、整数或步骤、或一组要素、整数或步骤，但不排除任何其他要素、整数或步骤，或要素、整数或步骤组。
词语“至少”或“至少一个”的用法表明使用一个或多个元素或成分或数量，本发明实施例中的使用是为实现一个或多个期望的对象或结果。
本说明书中包括的所有文件、行为、材料、设备、物品等的讨论是专为本发明提供一个上下文环境。这并不意味着承认了这些资料的部分或全部就构成了在此项专利申请之前就已存在于任何国家相关领域的常识。
提到的各种物理参数、尺寸或数量的数值仅为近似值，应理解为高于/低于分配给这些参数、尺寸或数量的数值的值也属于本发明的范围内，除非本说明书中有具体的相反声明。
虽然已将相当多的重点放在首选实施方式的组件和组件部件上，但应理解为，在不偏离本发明原则的前提下，可以有多种实施方式，并且可以对优选实施方式做出许多更改。根据本发明内容，本领域的技术人员将很容易地对本发明的优选实施方式及其它实施方式的所做出的这些及其它变化，由此可以清楚地了解以上实施方式的描述仅仅为本发明内容的说明性描述，而非限制性描述。

Claims (8)

1.一种非减压球阀(150)，包括：
·一个阀杆(185)，用于执行球阀(150)的开关操作，方便所述球阀(150)内的高压流体流动；
·一个球体(155)，与所述阀杆(185)连接，用于限制所述球阀(150)内的高压流体流动；
·一个与所述球体(155)拼接的阀座(160)，当球体(155)处于闭合状态时，限制高压流体泄漏；
·一个密封垫圈(165)，用于限制所述高压流体从所述球阀(150)的任一侧流经所述球阀(150)；
·一个开槽环(170)，安装在所述球阀(150)的所述阀座(160)与所述密封垫圈(165)之间；
调整所述开槽环(170)以允许高压流体进入所述开槽环(170)间隙，从所述阀座(160)背面向所述球体(155)施加所需的额外力，实现所述阀座(160)与所述球体(155)的拼接，从而阻止高压流体从所述球阀(150)的阀腔向所述球阀(150)上下游流动。
2.如权利要求1所述的非减压球阀(150)，其中所述开槽环(170)采用金属和非金属材料制造，通常为金属板材。
3.如权利要求1所述的非减压球阀(150)，其中所述开槽环(170)安装在所述球阀(150)的下游、上游或同时安装在上下游。
4.如权利要求1所述的非减压球阀(150)，包括一个推动环(175)，用于压缩所述密封垫圈(165)以密封所述阀座(160)，从而限制所述高压流体从所述球阀(150)任一侧流过所述球阀(150)。
5.如权利要求1所述的非减压球阀(150)，其中所述密封垫圈(165)采用石墨和类似密封材料制造。
6.如权利要求1所述的非减压球阀(150)，其中所述球阀(150)保持流体作用在所述阀座(160)的所述球体(155)方向的力大于流体作用在所述阀座(160)的所述球体(155)相反方向的力。
7.如权利要求1所述的非减压球阀(150)，其阀体(180)包含所述球体(155)、所述阀座(160)、所述密封垫圈(165)、所述推动环(175)、所述弹簧(190)和所述开槽环(170)。
8.一种非减压球阀(150)，包括：
·一个阀杆(185)，用于执行球阀(150)的开关操作，方便所述球阀(150)内的高压流体流动；
·一个球体(155)，与所述阀杆(185)连接，用于限制所述球阀(150)内的高压流体流动；
·一个与所述球体(155)拼接的阀座(160)，当球体(155)处于闭合状态时，限制高压流体泄漏；
·一个密封垫圈(165)，用于限制所述高压流体从所述球阀(150)的任一侧流经所述球阀(150)；
·一个弹簧筒(195)；
·一个弹簧位于所述弹簧筒(195)内，用于对所述阀座(160)向所述球体(155)施加压力，工作方式是允许流体进入所述弹簧筒(195)的密闭空间，从而增加密封表面区域，此区域的流体对所述阀座(160)向所述球体(155)方向施加相等或更大的力。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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Inventor after: Vicas pandiland nigholt

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Inventor before: Vicas pandiland nigholt

Inventor before: Ramchandra gillish Moore

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GR01 Patent grant
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