CN1116540C - 一种防漏耐用球阀结构 - Google Patents

Abstract

一种防漏耐用球阀结构，包括相互连接一体的阀体、阀盖及位于其内的阀芯、阀座，当球阀处于全关状态时，阀芯外周面与阀座内周相互接触并保持密封状态，其特征在于阀芯外周面在邻近其贯穿孔处各点至阀芯球心的距离均小于阀芯的球体半径，更好地，所述的阀座内周在与阀芯外周面的接触处为一凸起的表面。本发明阀芯在旋转时与阀座之间不易相互刮磨，且阀芯与阀座之间在球阀处于全关状态时具有较高的比压，而在球阀处于全开状态时具有较小的比压，防漏耐用效果因此得以加强。

Description

一种防漏耐用球阀结构

技术领域

本发明涉及一种球阀结构，特别是一种防漏耐用的球阀结构。

背景技术

目前在工业及民用的水、蒸汽、石油液化气、煤气、天燃气、轻质油、柴油、汽油等管线及相关设备上多采用球阀，其主要优点是开关迅速、操作方便、流体阻力小、结构简单；现有的球阀一般包括有阀体和阀体内的阀座、阀芯，阀芯大致呈球状，由阀杆驱动可相对阀座旋转，当阀芯上的通孔与阀体的进出口相对直时，阀就处于打开状态，反之，阀芯就隔断阀座的进出口，阀则处于关闭状态；

在现有的球阀中，阀座由密封材料制成，阀座与阀芯之间的密封接触面分别为相互吻合的凹球面和凸球面，阀座的外周全部与阀体内壁相贴合，参见图17；众所周知，球阀的阀芯与阀座之间的动密封是靠两者之间存在着一定的比压(单位面积上受的力)而起密封作用的，该比压是在球阀装配期间拧紧阀盖时产生的，当球阀刚刚装配完毕并处于关闭状态时，两者之间的比压值为最大值，以后在使用中该比压值(指全关状态下)只会减小，不会增大；当球阀处于关闭状态或打开状态时，阀芯与阀座之间的接触面均呈环形，而当阀芯相对阀座旋转时，必定会经过半开半闭的中间状态，在此中间状态，阀芯与阀座之间的接触面就不是一个完整的环形，而是半个环形，参见图7、图8，此时阀芯与阀座之间的实际动态比压就会因接触面积减小而增大，阀座表面的形变就会比在关闭状态或打开状态下大，因此也就容易被阀芯的贯穿孔附近部位刮磨到，从而引起阀座的磨损；

另一方面，现有的阀芯与阀座之间的这种密封方式，两者之间接触面较大，因此两者之间的比压也就不容易提高；

再一方面，现有球阀中的阀座一般采用聚四氟乙烯或以聚四氟乙烯为主的复合材料，聚四氟乙烯最大的特点是：化学稳定性和耐磨性好，同时具有特异的自润滑性，即便在高温的浓酸、浓碱或氧化剂中也不易起化学作用，并且在高温水中不分解，耐大气老化性能优良，耐应力开裂性好，具有广泛的高低温使用范围，可在-250～260℃下长期使用，其无填充物时的机械性能为：拉伸强度44mpa，弯曲强度为17.3mpa，压缩强度为5.1mpa，热变形温度(1.82mpa)为51℃；聚四氟乙烯最大的缺点是：抗压强度和热变形温度低，具有冷流性及尺寸不稳定性，抗蠕变性能差；

正因为如此，如果聚四氟乙烯应用于静密封场合或作为阀门填料使用，则正好“扬长避短”，然而应用于球阀内的阀座与阀芯之间的动密封上却变成了“扬短避长”，阀芯与阀座之间的比压值很快就会减小直至产生泄漏，目前市售的球阀使用寿命短，其根本原因就在于此；而且，我国民用阀门使用温度一般规定在200℃以下，因此当球阀使用介质温度在120℃～140℃时，由于聚四氟乙烯热变形温度低，在比压的作用下会产生压缩热变形，从而导致阀芯与阀座之间的比压减少而产生泄漏，球阀在高温介质下使用很短一段时间就会发生泄漏的原因就在于此。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术现状而提供一种阀座不易被阀芯刮磨的防漏耐用球阀结构。

本发明的另一个目的在于针对上述现有技术现状而提供一种球阀处于全关状态时具有高比压的防漏耐用球阀结构。

本发明的目的是这样实现的：防漏耐用球阀结构包括相互连接一体的阀体、阀盖及位于其内的阀芯、阀座，当球阀处于全关状态时，阀芯外周面与阀座内周相互接触并保持密封状态，其特征在于阀芯外周面在邻近其贯穿孔处各点至阀芯球心的距离均小于阀芯的球体半径。

所述的阀芯外周面在邻近其贯穿孔处的相邻各点之间以平滑过渡为佳。

所述的阀芯外周面在位于贯穿孔边缘处以平滑过渡的凸曲面为佳。

所述的阀座内周在与阀芯表面的接触处最好为一凸起的表面，此时所述的“阀芯外周面在邻近其贯穿孔处”为阀芯外周面自其打开状态时与阀座的接触处至其贯穿孔边缘之间的各处。

所述的“凸起的表面”可以是圆滑过渡的凸曲面，也可以是非圆滑过渡的尖凸面。

所述的阀座外周仅以其局部的表面与阀体/阀盖的内壁相接触。

与现有技术相比，本发明阀芯外周面在其贯穿孔附近的特殊处理则使得阀芯在旋转时与阀座之间不会相互刮磨，从而有效地减少了阀座磨损的机会，同时使得球阀在处于全开状态时，阀芯、阀座之间具有较小的比压，阀座就不易受压缩而蠕形变；同时，阀芯与阀座之间以及阀座与阀体、阀盖之间具有较小的密封接触面，因此当球阀处于全关状态时，在同等条件下就有较高的比压，防漏耐用效果因此得以加强；而再选择合适的新型密封材料，则还可进一步增强防漏耐用效果。

附图说明

附图说明：

图1为本发明实施例一处于打开状态时的结构剖视示意图。

图2为图1中的实施例处于关闭状态时的结构剖视示意图。

图3为图1中阀座7的放大示意图。

图4为图1中阀芯4与阀座7的放大示意图。

图5为图4的局部放大图(图中阀芯4与阀座7不接触)。

图6为图2中阀芯4与阀座7的放大示意图。

图7为图1中的实施例处于半开半闭状态时阀芯4与阀座7的放大示意图。

图8为图7的左视图。

图9为本发明实施例二的结构剖视示意图。

图10为本发明实施例三的结构剖视示意图。

图11为本发明实施例四的结构剖视示意图。

图12为本发明实施例五的结构剖视示意图。

图13为本发明实施例六的结构剖视示意图

图14为本发明实施例七的结构剖视示意图

图15为本发明实施例八的结构剖视示意图

图16为图15的A-A剖视图。

图17为现有球阀的结构剖视示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1、图2所示，为本发明的实施例一，图中1为背帽，2为手柄，3为O形圈，4为阀芯，5为阀盖，6为阀盖垫片，7为阀座，8为阀体，9为阀杆，当手转动手柄2时，带动阀杆9转动，阀杆9下端带动阀芯4转动而实现开关动作；

其中阀芯4大致呈一球体被贯穿一直孔的形状，阀座7呈环状，由密封材料制成，在阀芯4两侧各设有一个，它们的内周与阀芯4外周面相抵，且阀座7在与阀芯4外周面的接触处为一圆滑过渡的凸曲面71，参见图3、图4；其中一个阀座7(在图1中处于左侧)的外周与阀体8的内台阶内壁相抵，且两者的接触面仅为阀座7外周的局部73，参见图3，之所以如此，是因为阀座7的外周两侧均被削去了一角，如图3所示的72、74，另一个阀座7(在图1中处于右侧)的外周与阀盖5的内台阶内壁相抵，两者的接触面同样也仅为阀座7外周的局部；

从图4及图5中可见，所述的阀芯4外周面自其打开状态时与阀座7的接触处M至其贯穿孔边缘N之间的各处41至球心O的距离均小于球体半径R，且以相邻各处均为平滑过渡为最佳，如此设计就使得阀芯4相对阀座7旋转时，阀芯4的该部位41就始终不易与阀座7相接触，也就不易对阀座7产生刮磨，参见图7、图8，同时在球阀处于全开状态时，阀芯4与阀座7之间具有较小的比压；事实上，在球阀处于全开状态时，阀芯4外周面在邻近其贯穿孔处与阀座7之间相互不接触也是可以的，如图5所示，只要在球阀处于全关状态时，阀芯4外周面与阀座7内周相互接触并保持密封状态即可，如图6所示；由于球阀(特别是应用于管道中的球阀)在使用时，大多数时间是处于全开状态的，因此，此时如果阀芯4外周面与阀座7之间相互接触时具有较小的比压甚至相互不接触而没有比压，则阀座7就不易受压缩而蠕形变，从而能保证球阀处于关闭状态时能在较长的时间内保持足够的比压而不泄漏，延长球阀的使用寿命。

从图4中还可以看到，阀芯4外周面位于贯穿孔边缘处42为平滑过渡的凸曲面，因为该处是对阀座7产生刮磨的主要部位，如此设计，使得阀芯4相对阀座7旋转时，更不易对阀座7产生刮磨。

如图9所示，为本发明的实施例二，与实施例一的不同之处在于阀座7为金属材质，而在阀芯4外还套有一由密封材料制成的阀芯套10，因此阀座7的内周与阀芯套10之间仍然是金属与密封材料之间的接触。

如图10所示，为本发明的实施例三，与实施例一的不同之处在于在阀芯4外还套有一由密封材料制成的阀芯套10，因此阀座7的内周与阀芯套10之间其实是密封材料与密封材料之间的接触。

如图11所示，为本发明的实施例四，与实施例一的不同之处在于阀座7呈一O型圈状。

如图12所示，为本发明的实施例五，与实施例一的不同之处在于，阀座7的内周在与阀芯4外周面的接触处为一尖凸面。

从上述可知，本发明的设计要点有二：一是对阀芯4外周面在其贯穿孔附近处作特殊处理，使得该处各点至阀芯球心的距离均小于阀芯的球体半径，从而使得阀芯4在旋转时该局部与阀座7之间不会相互刮磨，有效地减少了阀座7磨损的机会，同时使得球阀在处于全开状态时，阀芯4与阀座7之间具有较小的比压，阀座7就不易受压缩而蠕形变；二是减小球阀中阀芯4与阀座7之间、阀座7与阀体8/阀盖5之间的接触面积，即阀座7与阀芯4之间的接触面是一较小的接触面，阀座7与阀体8/阀盖5内壁的接触面也是一较小的接触面，所以当球阀处于全关状态时，在同样的作用力作用下，单位面积上作用力大，也即比压值大，因此动静密封性能好，另一方面，凸曲面或凸面与球面相接触，流体中的硬性杂质不容易卡在动密封面上，而且开关力小，手感轻松。

为达到最佳的密封防漏效果，所述的密封材料(包括阀芯套10和可能采用该材料的阀座7)应当热变形温度高，耐热性好，抗蠕变性能强，无冷流，尺寸稳定性好，因此以采用抗压强度高、硬度大、耐磨、高低温机械性能优秀的特殊工程塑料或超级工程塑料为最佳，如PAI(聚酰胺-酰亚胺)、PPS(聚苯硫醚)、LCP(液晶聚合物)等。

当然，所述的阀体与阀座、阀盖与阀座也可以是一体的，均为工程塑料，如图13所示的实施例六就是一例；事实上，只要保证上述的设计要点，阀芯与阀座均为金属材质也可，但是两者的硬度应为一大一小，以保证是硬—软接触，如图14所示的实施例七。

本发明的上述设计要点与球阀的其他零部件无关，它们的改变并不影响本发明的实质内容，都在本发明保护范围之内。球阀的种类也不限于上述实施例，如图15、图16所示的实施例八，就是一个三通球阀的实施例，其结构大致与实施一相同，其他种类的球阀依此类推，不赘述。

Claims (19)

1.一种防漏耐用球阀结构，包括相互连接一体的阀体、阀盖及位于其内的阀芯、阀座，当球阀处于全关状态时，阀芯外周面与阀座内周相互接触并保持密封状态，其特征在于阀芯外周面在邻近其贯穿孔处各点至阀芯球心的距离均小于阀芯的球体半径。

2.如权利要求1所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的阀芯外周面在邻近其贯穿孔处的相邻各点之间均为平滑过渡。

3.如权利要求1或2所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的阀座内周在与阀芯外周面的接触处为一凸起的表面，所述的“阀芯外周面在邻近其贯穿孔处”为阀芯外周面自其打开状态时与阀座的接触处至其贯穿孔边缘之间的各处。

4.如权利要求3所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的“凸起的表面”是圆滑过渡的凸曲面。

5.如权利要求3所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的“凸起的表面”是非圆滑过渡的尖凸面。

6.如权利要求3所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的阀座外周仅以其局部的表面与阀体/阀盖的内台阶内壁相贴合。

7.如权利要求6所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的阀座外周两侧均有削角。

8.如权利要求6所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的阀座呈O型圈状。

9.如权利要求1或2所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的阀芯外周面位于贯穿孔边缘处为平滑过渡的凸曲面。

10.如权利要求1或2所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的阀芯由金属材料制成，所述的阀座由密封材料制成。

11.如权利要求1或2所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的阀芯由密封材料制成，所述的阀座由金属材料制成。

12.如权利要求1或2所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的阀芯、阀座均由金属材料制成，且两者的硬度为一大一小。

13.如权利要求1或2所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于在所述的阀芯外套有一由密封材料制成的阀芯套。

14.如权利要求1或2所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的阀体、阀盖均采用密封材料，所述的二阀座中，一个与阀体注塑一体，另一个与阀盖注塑一体。

15.如权利要求3所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的阀芯由金属材料制成，阀座由密封材料制成。

16.如权利要求3所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的阀芯由密封材料制成，所述的阀座由金属材料制成。

17.如权利要求3所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的阀芯、阀座均由金属材料制成，且两者的硬度为一大一小。

18.如权利要求3所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于在所述的阀芯外套有一由密封材料制成的阀芯套。

19.如权利要求3所述的防漏耐用球阀结构，其特征在于所述的阀体、阀盖均采用密封材料，所述的二阀座中，一个与阀体注塑一体，另一个与阀盖注塑一体。

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