CN112984148A - 一种带流量调节的截断球阀及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带流量调节的截断球阀及其使用方法，包括阀体机构、阀芯球体机构和电动执行器，电动执行器通过阀杆和阀芯球体机构传动连接，阀体机构包括第一阀体、第二阀体和端盖，阀芯球体机构位于第一阀体、第二阀体和端盖围成的中间空腔，阀芯球体机构包括阀芯球体、左阀座和右阀座，左阀座和所述右阀座均与阀芯球体密封连接，左阀座内设置有左通道，右阀座内设置右通道，第一阀体内设置第一流道，第一流道和右通道连通，第二阀体内设置第二流道，阀芯球体中设置中间流道，中间流道的进口能与右通道连通，中间流道的出口与第二流道连通，中间流道的进口为V型进口。本发明能满足截断、流量线性调节、截断后零泄漏。
Description
技术领域
本发明属于阀门技术领域，尤其是涉及一种带流量调节的截断球阀及其使用方法。
背景技术
天然气采集后需要向集气站进行输送。为了保持输气管线的安全和满足采气工艺套压要求，至少需要安装调节阀、紧急截断阀、开关闸阀(或球阀)，才能满足上述要求，造成自动控制难度增加，工艺控制成本增加，严重阻碍了采气远程控制数字化工作的推进。
是因为在上述几类阀中，调节阀都是采用针型阀，这类阀的输出特性曲线为二次曲线，要进行小流量调节难度很大，当开度达到20％以上基本无法实现流量调节，且截断时无法实现零泄漏；当下游管线出现压力异常时，只能靠紧急截断阀动作来实现管路截断。因此，需要有一种能实现截断、流量调节的产品来满足采气工艺和集气输送，必须能实现紧急截断，截断后不允许有泄露，且能根据管道下游压力实现流量调节。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种带流量调节的截断球阀，其设计合理，能满足截断、流量调节、截断后零泄漏，可靠性高，使用寿命长。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：包括阀体机构、设置在所述阀体机构内的阀芯球体机构和设置在所述阀体机构上的电动执行器，所述电动执行器通过阀杆和所述阀芯球体机构传动连接；
所述阀体机构包括第一阀体、第二阀体和端盖，所述第一阀体、所述第二阀体和所述端盖围设成中间空腔，所述阀芯球体机构位于所述中间空腔，所述阀芯球体机构包括阀芯球体、对称安装在所述阀芯球体两侧的左阀座和右阀座，所述左阀座和所述右阀座均与所述阀芯球体密封连接，所述左阀座内设置有左通道，所述右阀座内设置有右通道，所述第一阀体内设置有第一流道，所述第一流道和右通道连通，所述第二阀体内设置有第二流道，所述阀芯球体中设置有中间流道，所述中间流道的进口能与所述右通道连通，所述中间流道的出口与第二流道连通，所述中间流道的进口为V型进口。
上述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：所述阀芯球体底部连接下阀杆，所述阀芯球体顶部连接上阀杆，所述左阀座和右阀座位于所述中间空腔中，所述左阀座和所述右阀座对称布设，所述左阀座和所述右阀座的结构相同，所述左阀座和所述右阀座均包括阀座体和抵接在阀座体远离阀芯球体外侧面的预紧弹簧，所述阀座体上设置有密封面，所述密封面紧贴阀芯球体的外侧壁，且阀芯球体的外侧壁和密封面密封连接，所述阀座体靠近阀芯球体的侧面为弧形面，所述阀座体靠近预紧弹簧的侧面为平面。
上述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：当所述第一流道的中心线和第二流道的中心线呈垂直布设时，与所述右阀座抵接的预紧弹簧伸入第一阀体内，与所述左阀座抵接的预紧弹簧伸入端盖内，所述左阀座中阀座体的外侧壁和所述端盖的内侧壁之间以及所述右阀座中阀座体的外侧壁和第一阀体的内侧壁之间均设置有内O型密封圈，所述端盖的外侧壁和第二阀体的内侧壁之间以及第一阀体的外侧壁和第二阀体的内侧壁之间均设置有外O型密封圈；
当所述第一流道的中心线和第二流道的中心线水平重合布设时，与所述右阀座抵接的预紧弹簧伸入第一阀体内，与所述左阀座抵接的预紧弹簧伸入第二阀体内，所述左阀座中阀座体的外侧壁和所述第二阀体的内侧壁之间以及所述右阀座中阀座体的外侧壁和所述第一阀体的内侧壁之间均设置有内O型密封圈，所述端盖的内侧壁和第二阀体的外侧壁之间以及端盖的内侧壁和第一阀体的外侧壁之间均设置有外O型密封圈。
上述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：当所述第一流道的中心线和第二流道的中心线呈垂直布设时，所述第二阀体中设置有第一贯穿孔和第一上通孔，所述第一贯穿孔、第一上通孔和第二流道均连通，所述第一阀体的一端伸入第一贯穿孔的一端，所述端盖的一端伸入第一贯穿孔的另一端，所述第一阀体和第二阀体一个端部的接触面以及端盖和第二阀体另一端部的接触面均设置有金属缠绕垫片；所述第二阀体中还设置有供下阀杆伸入的第一下容纳槽，所述下阀杆外侧壁和所述第一下容纳槽内侧壁之间设置有金属缠绕垫片，所述上阀杆伸入第一上通孔；
当所述第二流道的中心线和第二流道的中心线水平重合布设时，所述端盖中设置有第二贯穿孔和第二上通孔，所述第一阀体的一端伸入第二贯穿孔的一端，所述第二阀体的一端伸入第二贯穿孔的另一端，所述第一阀体和端盖一个端部的接触面以及第二阀体和端盖另一端部的接触面均设置有金属缠绕垫片；所述端盖中还设置有供下阀杆伸入的第二下容纳槽，所述下阀杆外侧壁和所述第二下容纳槽内侧壁之间设置有金属缠绕垫片，所述上阀杆伸入第二上通孔。
上述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：所述阀杆和上阀杆一体成型，所述阀杆上设置有密封机构，所述密封机构包括套设在阀杆上的填料函、填充在阀杆与填料函之间的填料体和连接在填料体与填料函底部内之间的调节弹簧，所述阀杆上套设有填料压盖，所述填料压盖通过上螺钉与填料函连接，所述填料压盖的顶部和填料函的顶部齐平，所述填料函的顶部延伸至所述阀体机构顶部上。
上述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：所述填料体为聚四氟乙烯填料体；所述填料函底部内设置有下金属垫块，所述填料体底部设置有上金属垫块，所述调节弹簧的下端与下金属垫块连接，所述调节弹簧的上端与所述上金属垫块连接。
上述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：当所述第一流道的中心线和第二流道的中心线呈垂直布设时，所述填料函穿过下阀杆伸入第一上通孔，所述填料函的顶部下表面和第二阀体的顶部表面之间设置有上金属缠绕垫片，所述填料函伸入第一上通孔的外侧壁和第一上通孔的内侧壁之间设置有上O型密封圈；
当所述第二流道的中心线和第二流道的中心线水平重合布设时，所述填料函穿过下阀杆伸入第二上通孔，所述填料函的顶部下表面和端盖的顶部表面之间设置有上金属缠绕垫片，所述填料函伸入第二上通孔的外侧壁和第二上通孔的内侧壁之间设置有上O型密封圈。
上述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：所述电动执行器上设置有控制箱，所述控制箱内设置有电子线路板以及集成在所述电子线路板上的微控制器和无线通信模块，所述电动执行器包括蜗轮蜗杆减速机和电机，所述电机由微控制器进行控制，所述电机的输出轴通过蜗轮蜗杆减速机与阀杆传动连接，所述阀杆和所述阀芯球体传动连接；
所述阀体机构的顶部设置有支架，所述电动执行器通过上螺栓安装在支架的顶部，所述蜗轮蜗杆减速机的输出轴上安装有连接套，所述连接套和阀杆传动连接，所述连接套通过阀杆带动所述阀芯球体转动。
上述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：当所述第一流道的中心线和第二流道的中心线呈垂直布设时，所述中间流道包括设置在阀芯球体的第一通道和与所述第一通道连通且呈垂直布设的第二通道，所述进口为第一通道的进口，所述第二通道穿过下阀杆，所述出口为第二通道的出口；
当所述第一流道的中心线和第二流道的中心线水平重合布设时，所述中间流道包括设置在阀芯球体内的第一通道和设置在阀芯球体内与所述第一通道连通且呈水平布设的第二通道，所述进口为第一通道的进口，所述出口为第二通道的出口。
同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好的带流量调节的截断球阀的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
当需要流量调节时，电动执行器中微控制器通过无线通信模块接收流量调大控制命令，电动执行器中微控制器控制电机逆时针方向转动，电机逆时针方向转动通过蜗轮蜗杆减速机、连接套、阀杆、上阀杆带动阀芯球体逆时针方向转动，阀芯球体逆时针方向转动带动进口的开口逐渐增大，以使中间流道的进口与右通道连通的流体通道面积逐渐增大；其中，进口与所述第一流道连通，第一流道、右通道、进口、所述中间流道、出口和第二流道依次连通；
电动执行器中微控制器通过无线通信模块接收流量调小控制命令，电动执行器中微控制器控制电机顺时针方向转动，电机顺时针方向转动通过蜗轮蜗杆减速机、连接套、阀杆、上阀杆带动阀芯球体顺时针方向转动，阀芯球体顺时针方向转动带动进口的开口逐渐增小，以使中间流道的进口与右通道连通的流体通道面积逐渐增小；其中，进口与所述第一流道连通，第一流道、右通道、进口、所述中间流道、出口和第二流道依次连通；
当需要截断时，电动执行器中微控制器通过无线通信模块接收截断控制命令，电动执行器中微控制器控制电机继续顺时针方向转动，电机继续顺时针方向转动通过蜗轮蜗杆减速机、连接套、阀杆、上阀杆带动阀芯球体继续顺时针方向转动到设定的关闭位置，以使截断球阀完成截断动作，从而将管路及时截断。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、结构简单、设计合理且安装布设简便，投入成本较低，结合了球阀的开关、密封优点和调节阀调节特点，从而将多个阀的功能集于一个阀，实现了工艺、安全等性能。
2、所采用的电动执行器通过阀杆和所述阀芯球体机构传动连接，通过电动执行器，一方面便于远程控制，实现阀杆的转动，进而实现该截断球阀的截断、流量调节等动作；另一方面便于多个截断球阀的集中管理。
3、所采用中间流道的进口为V型进口，且进口沿阀芯球体逆时针转动的开口逐渐增大，通过设置V型进口，是为了当阀芯球体转动时，V型进口就随着阀芯球体转动，阀芯球体转动角度不同与阀座体而形成不同开度的流体通道；另外设置进口沿阀芯球体逆时针转动的开口逐渐增大，是为了阀芯球体转动一度，流体通道面积改变量非常小，这样使得流量在所有开度范围内的变化率也非常小，从而实现所有开度范围内流量的微量调节。
4、所采用阀芯球体为全圆球体，不同与其他O型球阀的球体截去了两个球冠，在截去球冠处开圆形流体通道，这样采用全圆球体是为了便于在全圆球体的球面上开设的V型进口始终能和阀座形成需要的流体通道，且实际使用时，V型进口的大小可以按照流量输出要求设计，适应范围大。
5、所采用的阀芯球体机构包括阀芯球体、对称安装在所述阀芯球体两侧的左阀座和右阀座，所述左阀座和所述右阀座均靠预紧弹簧紧贴在阀芯球体的球面上，以使所述左阀座和所述右阀座的前端密封面均能与阀芯球体的球面密封连接，以使截断后零泄漏。
6、所采用的带流量调节的截断球阀的使用方法步骤简单、实现方便且操作简便，确保截断后零泄漏以及大于0度小于90度范围内的微流量调节。
7、所采用的带流量调节的截断球阀的使用方法操作简便且使用效果好，能根据管路要求进行流量调节以及截断，且确保截断后的零泄漏，同时，还具备长期的可靠性，有较长的使用寿命。
综上所述，本发明设计合理，能满足截断、流量调节、截断后零泄漏，从而便于进一步地实现管路超压、欠压截断等安全保护功能，还能远程控制下实现球阀动作，可靠性高，使用寿命长。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明带流量调节的截断球阀第一流道的中心线和第二流道的中心线呈垂直布设时的结构示意图。
图2为本发明带流量调节的截断球阀第一流道的中心线和第二流道的中心线水平重合布设时的结构示意图。
图3为本发明带流量调节的截断球阀第一流道的中心线和第二流道的中心线呈垂直布设时第二阀体的结构示意图。
图4为本发明带流量调节的截断球阀第一流道的中心线和第二流道的中心线水平重合布设时端盖的结构示意图。
图5为本发明带流量调节的截断球阀阀芯球体的结构示意图。
图6为本发明带流量调节的截断球阀第一流道的中心线和第二流道的中心线呈垂直布设时中间流道的结构示意图。
图7为本发明带流量调节的截断球阀第一流道的中心线和第二流道的中心线水平重合布设时中间流道的结构示意图。
图8a为本发明带流量调节的截断球阀阀芯球体逆时针转动30°的结构示意图。
图8b为本发明带流量调节的截断球阀阀芯球体逆时针转动45°的结构示意图。
图8c为本发明带流量调节的截断球阀阀芯球体逆时针转动60°的结构示意图。
图8d为本发明带流量调节的截断球阀阀芯球体逆时针转动90°的结构示意图。
图9为本发明带流量调节的截断球阀的电路原理框图。
附图标记说明:
1—阀芯球体； 1-1—进口； 1-1-1—第一通道；
1-1-2—第二通道； 1-2—出口； 1-3—下阀杆；
1-4—上阀杆； 2—螺帽； 3—螺栓；
4—金属缠绕垫片； 5—外O型密封圈； 6—预紧弹簧；
7—阀座体； 8—内O型密封圈； 9—端盖；
9-2—第二下容纳槽； 9-3—第二贯穿孔； 9-4—第二上通孔；
10—连接螺钉； 11—顶螺栓； 12—支架；
13—上螺栓； 14—蜗轮蜗杆减速机； 14-1—微控制器；
14-2—无线通信模块； 15—连接套；
16—填料压盖； 17—上螺钉； 18—填料函；
18-1—填料体； 18-2—调节弹簧； 18-3—下金属垫块；
19—上金属缠绕垫片； 20—上O型密封圈； 21—第一阀体；
22—第一流道； 23—右通道； 24—密封面；
25—阀杆； 26—控制箱； 27—电机；
31—第二阀体； 32—第二流道； 33—第一贯穿孔；
34—第一上通孔； 35—第一下容纳槽。
具体实施方式
如图1至图7所示的一种带流量调节的截断球阀，包括阀体机构、设置在所述阀体机构内的阀芯球体机构和设置在所述阀体机构上的电动执行器，所述电动执行器通过阀杆25和所述阀芯球体机构传动连接；
所述阀体机构包括第一阀体21、第二阀体31和端盖9，所述第一阀体21、所述第二阀体31和所述端盖9围设成中间空腔，所述阀芯球体机构位于所述中间空腔，所述阀芯球体机构包括阀芯球体1、对称安装在所述阀芯球体1两侧的左阀座和右阀座，所述左阀座和所述右阀座均与所述阀芯球体1密封连接，所述左阀座内设置有左通道，所述右阀座内设置有右通道23，所述第一阀体21内设置有第一流道22，所述第一流道22和右通道23连通，所述第二阀体31内设置有第二流道32，所述阀芯球体1中设置有中间流道，所述中间流道的进口1-1能与所述右通道23连通，所述中间流道的出口1-2与第二流道32连通，所述中间流道的进口1-1为V型进口。
本实施例中，所述阀芯球体1底部连接下阀杆1-3，所述阀芯球体1顶部连接上阀杆1-4，所述左阀座和右阀座位于所述中间空腔中，所述左阀座和所述右阀座对称布设，所述左阀座和所述右阀座的结构相同，所述左阀座和所述右阀座均包括阀座体7和抵接在阀座体7远离阀芯球体1外侧面的预紧弹簧6，所述阀座体7上设置有密封面24，所述密封面24紧贴阀芯球体1的外侧壁，且阀芯球体1的外侧壁和密封面24密封连接，所述阀座体7靠近阀芯球体1的侧面为弧形面，所述阀座体7靠近预紧弹簧6的侧面为平面。
本实施例中，当所述第一流道22的中心线和第二流道32的中心线呈垂直布设时，与所述右阀座抵接的预紧弹簧6伸入第一阀体21内，与所述左阀座抵接的预紧弹簧6伸入端盖9内，所述左阀座中阀座体7的外侧壁和所述端盖9的内侧壁之间以及所述右阀座中阀座体7的外侧壁和第一阀体21的内侧壁之间均设置有内O型密封圈8，所述端盖9的外侧壁和第二阀体31的内侧壁之间以及第一阀体21的外侧壁和第二阀体31的内侧壁之间均设置有外O型密封圈5；
当所述第一流道22的中心线和第二流道32的中心线水平重合布设时，与所述右阀座抵接的预紧弹簧6伸入第一阀体21内，与所述左阀座抵接的预紧弹簧6伸入第二阀体31内，所述左阀座中阀座体7的外侧壁和所述第二阀体31的内侧壁之间以及所述右阀座中阀座体7的外侧壁和所述第一阀体21的内侧壁之间均设置有内O型密封圈8，所述端盖9的内侧壁和第二阀体31的外侧壁之间以及端盖9的内侧壁和第一阀体21的外侧壁之间均设置有外O型密封圈5。
如图3和图4所示，本实施例中，当所述第一流道22的中心线和第二流道32的中心线呈垂直布设时，所述第二阀体31中设置有第一贯穿孔33和第一上通孔34，所述第一贯穿孔33、第一上通孔34和第二流道32均连通，所述第一阀体21的一端伸入第一贯穿孔33的一端，所述端盖9的一端伸入第一贯穿孔33的另一端，所述第一阀体21和第二阀体31一个端部的接触面以及端盖9和第二阀体31另一端部的接触面均设置有金属缠绕垫片4；所述第二阀体31中还设置有供下阀杆1-3伸入的第一下容纳槽35，所述下阀杆1-3外侧壁和所述第一下容纳槽35内侧壁之间设置有金属缠绕垫片，所述上阀杆1-4伸入第一上通孔34；
当所述第二流道22的中心线和第二流道32的中心线水平重合布设时，所述端盖9中设置有第二贯穿孔9-3和第二上通孔9-4，所述第一阀体21的一端伸入第二贯穿孔9-3的一端，所述第二阀体31的一端伸入第二贯穿孔9-3的另一端，所述第一阀体21和端盖9一个端部的接触面以及第二阀体31和端盖9另一端部的接触面均设置有金属缠绕垫片4；所述端盖9中还设置有供下阀杆1-3伸入的第二下容纳槽9-2，所述下阀杆1-3外侧壁和所述第二下容纳槽9-2内侧壁之间设置有金属缠绕垫片，所述上阀杆1-4伸入第二上通孔9-4。
本实施例中，所述阀杆25和上阀杆1-4一体成型，所述阀杆25上设置有密封机构，所述密封机构包括套设在阀杆25上的填料函18、填充在阀杆25与填料函18之间的填料体18-1和连接在填料体18-1与填料函18底部内之间的调节弹簧18-2，所述阀杆25上套设有填料压盖16，所述填料压盖16通过上螺钉17与填料函18连接，所述填料压盖16的顶部和填料函18的顶部齐平，所述填料函18的顶部延伸至所述阀体机构顶部上。
本实施例中，所述填料体18-1为聚四氟乙烯填料体；所述填料函18底部内设置有下金属垫块18-3，所述填料体18-1底部设置有上金属垫块，所述调节弹簧18-2的下端与下金属垫块18-3连接，所述调节弹簧18-2的上端与所述上金属垫块连接。
本实施例中，当所述第一流道22的中心线和第二流道32的中心线呈垂直布设时，所述填料函18穿过下阀杆1-3伸入第一上通孔34，所述填料函18的顶部下表面和第二阀体31的顶部表面之间设置有上金属缠绕垫片19，所述填料函18伸入第一上通孔34的外侧壁和第一上通孔34的内侧壁之间设置有上O型密封圈20；
当所述第二流道22的中心线和第二流道32的中心线水平重合布设时，所述填料函18穿过下阀杆1-3伸入第二上通孔9-4，所述填料函18的顶部下表面和端盖9的顶部表面之间设置有上金属缠绕垫片19，所述填料函18伸入第二上通孔9-4的外侧壁和第二上通孔9-4的内侧壁之间设置有上O型密封圈20。
如图9所示，本实施例中，所述电动执行器上设置有控制箱26，所述控制箱26内设置有电子线路板以及集成在所述电子线路板上的微控制器14-1和无线通信模块14-2，所述电动执行器包括蜗轮蜗杆减速机14和电机27，所述电机27由微控制器14-1进行控制，所述电机27的输出轴通过蜗轮蜗杆减速机14与阀杆25传动连接，所述阀杆25和所述阀芯球体1传动连接；
所述阀体机构的顶部设置有支架12，所述电动执行器通过上螺栓13安装在支架12的顶部，所述蜗轮蜗杆减速机14的输出轴上安装有连接套15，所述连接套15和阀杆25传动连接，所述连接套15通过阀杆25带动所述阀芯球体1转动。
如图6和图7所示，本实施例中，当所述第一流道22的中心线和第二流道32的中心线呈垂直布设时，所述中间流道包括设置在阀芯球体1的第一通道1-1-1和与所述第一通道1-1-1连通且呈垂直布设的第二通道1-1-2，所述进口1-1为第一通道1-1-1的进口，所述第二通道1-1-2穿过下阀杆1-3，所述出口1-2为第二通道1-1-2的出口；
当所述第一流道22的中心线和第二流道32的中心线水平重合布设时，所述中间流道包括设置在阀芯球体1内的第一通道1-1-1和设置在阀芯球体1内与所述第一通道1-1-1连通且呈水平布设的第二通道1-1-2，所述进口1-1为第一通道1-1-1的进口，所述出口1-2为第二通道1-1-2的出口。
本实施例中，实际使用时，当所述第一流道22的中心线和第二流道32的中心线呈垂直布设时，所述端盖9内和第一阀体21内设置有供预紧弹簧6伸入的安装槽，所述右阀座中阀座体7的外侧面和第一阀体21的内侧面之间设置有间隙，所述左阀座中阀座体7的外侧面和端盖9的内侧面之间设置有间隙；所述端盖9和所述第一阀体21分别通过螺栓3和螺帽2与第二阀体31的两端连接；所述第一阀体21伸入第一贯穿孔33端部内设置有供右阀座中阀座体7安装的第一容纳腔，以及所述端盖9伸入第一贯穿孔33的端部内设置有供左阀座中阀座体7安装的第一容纳腔，所述阀座体7靠近所述阀芯球体1的一端伸出所述第一容纳腔。
本实施例中，所述金属缠绕垫片4为不锈钢304+石墨金属缠绕垫片。
本实施例中，当所述第二流道22的中心线和第二流道32的中心线水平重合布设时，第一阀体21和第二阀体31内均设置有供预紧弹簧6伸入的安装槽，所述右阀座中阀座体7的外侧面和第一阀体21的内侧面之间设置有间隙，所述左阀座中阀座体7的外侧面和第二阀体31的内侧面之间设置有间隙；所述第一阀体21和第二阀体31分别通过螺栓3和螺帽2与端盖9的两端连接；所述第一阀体21伸入第二贯穿孔9-3端部内设置有供右阀座中阀座体7安装的第二容纳腔，以及所述第二阀体31伸入第二贯穿孔9-3的端部内设置有供左阀座中阀座体7安装的第二容纳腔，所述阀座体7靠近所述阀芯球体1的一端伸出所述第二容纳腔。
本实施例中，当所述第一流道22的中心线和第二流道32的中心线呈垂直布设时，所述填料函18的顶部通过连接螺钉10与第二阀体31的顶部连接；当所述第二流道22的中心线和第二流道32的中心线水平重合布设时，所述填料函18的顶部通过连接螺钉10与端盖9的顶部连接。
本实施例中，设置调节弹簧18-2，是为了当填料体18-1有磨损时，可以补充填料体18-1的压紧力，以使填料体18-1和填料压盖16密封连接。
本实施例中，设置下金属垫块18-3和所述上金属垫块，是为了让弹簧受压均匀，从而让填料体18-1受压均匀，提高密封效果。
本实施例中，所述支架12通过顶螺栓11安装在填料函18顶部。
本实施例中，所述连接套15的底部设置有方孔，所述阀杆25的顶部为方头部，所述方头部伸入所述方孔实现间隙配合，从而将连接套15的旋转运动传递至阀杆25和阀芯球体1。
本实施例中，当所述第一流道22的中心线和第二流道32的中心线呈垂直布设时，所述中间流道的出口1-2与第二流道32连通；
当所述第一流道22的中心线和第二流道32的中心线水平重合布设时，所述中间流道的出口1-2通过左通道与第二流道32连通。
本实施例中，所述微控制器14-1为单片机、DSP微控制器或ARM微控制器。
本实施例中，进一步优选，所述微控制器14-1为STM32F103ZET6微控制器。
本实施例中，所述电机27为直流电机。实际使用时，所述微控制器14-1的输出端接有用于驱动电机27的电机驱动器。
本实施例中，实际使用时，所述无线通信模块14-2为ZLAN8303-7通信模块。
本实施例中，实际使用时，微控制器14-1根据远程计算机的命令或接收到的管线压力信号，控制电机27正向转动或者反向转动带动阀杆25转动，阀杆25转动通过上阀杆1-4带动阀芯球体1转动，实现该截断球阀的截断、流量调节，实现远程控制，减少人工劳动强度，避免工作人员在天然气开采现场操作，提高人身安全系数。
本实施例中，现在使用的球阀有两类，即O型球阀和V型球阀；其中，O型球阀只能实现管道的开和关动作，不能实现调节功能，但这类阀门的流阻系数小，能实现快速启闭，可以设计到超高压工况使用，密封可靠，能实现零泄漏；而具备调节功能的V型球阀，其一是不能做到零泄漏，其二是不能实现超高压状态使用，因而在高压或超高压状态一般都是使用针型调节阀，但针型调节阀虽然能实现调节功能，但其调节输出曲线为二次曲线，且调节控制精度低，开度达到20％就基本无法完成小流量调节，超过开度50％后基本无法对流量进行控制，同时，截断时也不能实现零泄漏，因此，对于同时需要具备超高压工况、小流量调节、零泄漏功能、快速启闭等要求的工作环境，就需要用多个不同功能的阀进行组合，方能满足工艺要求，这样，造成控制难度加大，工艺状态不稳定，生产成本和工艺成本增加等状况。
而本申请中阀芯球体1采用全圆球体设计后，实现了球阀和调节阀的全部功能：
其一，保持了O型球阀流阻系数小、密封可靠、能实现零泄漏、开关迅速、可以在高压、超高压工况稳定安全使用的优点；
其二，实现了在任意开度位置对流体进行流量控制，达到所需要的工艺流量的目的；
其三，由于流量输出特性曲线为一次直线，使得流量控制变得更加方便，把在整个开度范围内的小流量调节变为可能。
基于以上优点，本发明截断球阀在采气和集气输送过程能得到广泛应用，不仅实现了开关、紧急截断、流量调节，还通过远程数据传输，实现了采气气井开关自动化、管道安全保护自动化、采气工艺参数控制数字化也成为可能，为天然气开采、输送的数字化进程发挥了极大作用。
如图8a-图8d所示的一种带流量调节的截断球阀的使用方法，该方法包括以下步骤：
(1)当需要流量调节时，电动执行器中微控制器14-1通过无线通信模块14-2接收流量调大控制命令，电动执行器中微控制器14-1控制电机27逆时针方向转动，电机27逆时针方向转动通过蜗轮蜗杆减速机14、连接套15、阀杆25、上阀杆1-4带动阀芯球体1逆时针方向转动，阀芯球体1逆时针方向转动带动进口1-1的开口逐渐增大，以使中间流道的进口1-1与右通道23连通的流体通道面积逐渐增大；其中，进口1-1与所述第一流道22连通，第一流道22、右通道23、进口1-1、所述中间流道、出口1-2和第二流道32依次连通；
电动执行器中微控制器14-1通过无线通信模块14-2接收流量调小控制命令，电动执行器中微控制器14-1控制电机27顺时针方向转动，电机27顺时针方向转动通过蜗轮蜗杆减速机14、连接套15、阀杆25、上阀杆1-4带动阀芯球体1顺时针方向转动，阀芯球体1顺时针方向转动带动进口1-1的开口逐渐增小，以使中间流道的进口1-1与右通道23连通的流体通道面积逐渐增小；其中，进口1-1与所述第一流道22连通，第一流道22、右通道23、进口1-1、所述中间流道、出口1-2和第二流道32依次连通；
(2)当需要截断时，电动执行器中微控制器14-1通过无线通信模块14-2接收截断控制命令，电动执行器中微控制器14-1控制电机27继续顺时针方向转动，电机27继续顺时针方向转动通过蜗轮蜗杆减速机14、连接套15、阀杆25、上阀杆1-4带动阀芯球体1继续顺时针方向转动到设定的关闭位置，以使截断球阀完成截断动作，从而将管路及时截断。
本实施例中，当阀芯球体1逆时针方向转动0°～90°时，V型进口和所述右通道23连通的流体通道截面逐渐增大，直至当阀芯球体1逆时针方向转动90°时，V型进口和所述右通道23全部连通，该截断球阀调节至最大；反之，阀芯球体1顺时针从90至0°转动时，V型进口和所述右通道23连通的流体通道截面逐渐减少，直至当阀芯球体1顺时针方向转动至0°时，V型进口和所述右通道23不连通，该截断球阀截断，通过阀芯球体1的球面和密封面24密封连接，实现了截断时的零泄漏。
综上所述，本发明设计合理，确保截断后零泄漏以及大于0度小于90度范围内的微流量调节，从而便于进一步地实现管路超压、欠压截断等安全保护功能，还能远程控制下实现球阀动作，可靠性高，使用寿命长。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：包括阀体机构、设置在所述阀体机构内的阀芯球体机构和设置在所述阀体机构上的电动执行器，所述电动执行器通过阀杆(25)和所述阀芯球体机构传动连接；
所述阀体机构包括第一阀体(21)、第二阀体(31)和端盖(9)，所述第一阀体(21)、所述第二阀体(31)和所述端盖(9)围设成中间空腔，所述阀芯球体机构位于所述中间空腔，所述阀芯球体机构包括阀芯球体(1)、对称安装在所述阀芯球体(1)两侧的左阀座和右阀座，所述左阀座和所述右阀座均与所述阀芯球体(1)密封连接，所述左阀座内设置有左通道，所述右阀座内设置有右通道(23)，所述第一阀体(21)内设置有第一流道(22)，所述第一流道(22)和右通道(23)连通，所述第二阀体(31)内设置有第二流道(32)，所述阀芯球体(1)中设置有中间流道，所述中间流道的进口(1-1)能与所述右通道(23)连通，所述中间流道的出口(1-2)与第二流道(32)连通，所述中间流道的进口(1-1)为V型进口。
2.按照权利要求1所述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：所述阀芯球体(1)底部连接下阀杆(1-3)，所述阀芯球体(1)顶部连接上阀杆(1-4)，所述左阀座和右阀座位于所述中间空腔中，所述左阀座和所述右阀座对称布设，所述左阀座和所述右阀座的结构相同，所述左阀座和所述右阀座均包括阀座体(7)和抵接在阀座体(7)远离阀芯球体(1)外侧面的预紧弹簧(6)，所述阀座体(7)上设置有密封面(24)，所述密封面(24)紧贴阀芯球体(1)的外侧壁，且阀芯球体(1)的外侧壁和密封面(24)密封连接，所述阀座体(7)靠近阀芯球体(1)的侧面为弧形面，所述阀座体(7)靠近预紧弹簧(6)的侧面为平面。
3.按照权利要求1所述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：当所述第一流道(22)的中心线和第二流道(32)的中心线呈垂直布设时，与所述右阀座抵接的预紧弹簧(6)伸入第一阀体(21)内，与所述左阀座抵接的预紧弹簧(6)伸入端盖(9)内，所述左阀座中阀座体(7)的外侧壁和所述端盖(9)的内侧壁之间以及所述右阀座中阀座体(7)的外侧壁和第一阀体(21)的内侧壁之间均设置有内O型密封圈(8)，所述端盖(9)的外侧壁和第二阀体(31)的内侧壁之间以及第一阀体(21)的外侧壁和第二阀体(31)的内侧壁之间均设置有外O型密封圈(5)；
当所述第一流道(22)的中心线和第二流道(32)的中心线水平重合布设时，与所述右阀座抵接的预紧弹簧(6)伸入第一阀体(21)内，与所述左阀座抵接的预紧弹簧(6)伸入第二阀体(31)内，所述左阀座中阀座体(7)的外侧壁和所述第二阀体(31)的内侧壁之间以及所述右阀座中阀座体(7)的外侧壁和所述第一阀体(21)的内侧壁之间均设置有内O型密封圈(8)，所述端盖(9)的内侧壁和第二阀体(31)的外侧壁之间以及端盖(9)的内侧壁和第一阀体(21)的外侧壁之间均设置有外O型密封圈(5)。
4.按照权利要求1所述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：当所述第一流道(22)的中心线和第二流道(32)的中心线呈垂直布设时，所述第二阀体(31)中设置有第一贯穿孔(33)和第一上通孔(34)，所述第一贯穿孔(33)、第一上通孔(34)和第二流道(32)均连通，所述第一阀体(21)的一端伸入第一贯穿孔(33)的一端，所述端盖(9)的一端伸入第一贯穿孔(33)的另一端，所述第一阀体(21)和第二阀体(31)一个端部的接触面以及端盖(9)和第二阀体(31)另一端部的接触面均设置有金属缠绕垫片(4)；所述第二阀体(31)中还设置有供下阀杆(1-3)伸入的第一下容纳槽(35)，所述下阀杆(1-3)外侧壁和所述第一下容纳槽(35)内侧壁之间设置有金属缠绕垫片，所述上阀杆(1-4)伸入第一上通孔(34)；
当所述第二流道(22)的中心线和第二流道(32)的中心线水平重合布设时，所述端盖(9)中设置有第二贯穿孔(9-3)和第二上通孔(9-4)，所述第一阀体(21)的一端伸入第二贯穿孔(9-3)的一端，所述第二阀体(31)的一端伸入第二贯穿孔(9-3)的另一端，所述第一阀体(21)和端盖(9)一个端部的接触面以及第二阀体(31)和端盖(9)另一端部的接触面均设置有金属缠绕垫片(4)；所述端盖(9)中还设置有供下阀杆(1-3)伸入的第二下容纳槽(9-2)，所述下阀杆(1-3)外侧壁和所述第二下容纳槽(9-2)内侧壁之间设置有金属缠绕垫片，所述上阀杆(1-4)伸入第二上通孔(9-4)。
5.按照权利要求1所述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：所述阀杆(25)和上阀杆(1-4)一体成型，所述阀杆(25)上设置有密封机构，所述密封机构包括套设在阀杆(25)上的填料函(18)、填充在阀杆(25)与填料函(18)之间的填料体(18-1)和连接在填料体(18-1)与填料函(18)底部内之间的调节弹簧(18-2)，所述阀杆(25)上套设有填料压盖(16)，所述填料压盖(16)通过上螺钉(17)与填料函(18)连接，所述填料压盖(16)的顶部和填料函(18)的顶部齐平，所述填料函(18)的顶部延伸至所述阀体机构顶部上。
6.按照权利要求5所述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：所述填料体(18-1)为聚四氟乙烯填料体；所述填料函(18)底部内设置有下金属垫块(18-3)，所述填料体(18-1)底部设置有上金属垫块，所述调节弹簧(18-2)的下端与下金属垫块(18-3)连接，所述调节弹簧(18-2)的上端与所述上金属垫块连接。
7.按照权利要求5所述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：当所述第一流道(22)的中心线和第二流道(32)的中心线呈垂直布设时，所述填料函(18)穿过下阀杆(1-3)伸入第一上通孔(34)，所述填料函(18)的顶部下表面和第二阀体(31)的顶部表面之间设置有上金属缠绕垫片(19)，所述填料函(18)伸入第一上通孔(34)的外侧壁和第一上通孔(34)的内侧壁之间设置有上O型密封圈(20)；
当所述第二流道(22)的中心线和第二流道(32)的中心线水平重合布设时，所述填料函(18)穿过下阀杆(1-3)伸入第二上通孔(9-4)，所述填料函(18)的顶部下表面和端盖(9)的顶部表面之间设置有上金属缠绕垫片(19)，所述填料函(18)伸入第二上通孔(9-4)的外侧壁和第二上通孔(9-4)的内侧壁之间设置有上O型密封圈(20)。
8.按照权利要求1所述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：所述电动执行器上设置有控制箱(26)，所述控制箱(26)内设置有电子线路板以及集成在所述电子线路板上的微控制器(14-1)和无线通信模块(14-2)，所述电动执行器包括蜗轮蜗杆减速机(14)和电机(27)，所述电机(27)由微控制器(14-1)进行控制，所述电机(27)的输出轴通过蜗轮蜗杆减速机(14)与阀杆(25)传动连接，所述阀杆(25)和所述阀芯球体(1)传动连接；
所述阀体机构的顶部设置有支架(12)，所述电动执行器通过上螺栓(13)安装在支架(12)的顶部，所述蜗轮蜗杆减速机(14)的输出轴上安装有连接套(15)，所述连接套(15)和阀杆(25)传动连接，所述连接套(15)通过阀杆(25)带动所述阀芯球体(1)转动。
9.按照权利要求1所述的一种带流量调节的截断球阀，其特征在于：当所述第一流道(22)的中心线和第二流道(32)的中心线呈垂直布设时，所述中间流道包括设置在阀芯球体(1)的第一通道(1-1-1)和与所述第一通道(1-1-1)连通且呈垂直布设的第二通道(1-1-2)，所述进口(1-1)为第一通道(1-1-1)的进口，所述第二通道(1-1-2)穿过下阀杆(1-3)，所述出口(1-2)为第二通道(1-1-2)的出口；
当所述第一流道(22)的中心线和第二流道(32)的中心线水平重合布设时，所述中间流道包括设置在阀芯球体(1)内的第一通道(1-1-1)和设置在阀芯球体(1)内与所述第一通道(1-1-1)连通且呈水平布设的第二通道(1-1-2)，所述进口(1-1)为第一通道(1-1-1)的进口，所述出口(1-2)为第二通道(1-1-2)的出口。
10.一种带流量调节的截断球阀的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)当需要流量调节时，电动执行器中微控制器(14-1)通过无线通信模块(14-2)接收流量调大控制命令，电动执行器中微控制器(14-1)控制电机(27)逆时针方向转动，电机(27)逆时针方向转动通过蜗轮蜗杆减速机(14)、连接套(15)、阀杆(25)、上阀杆(1-4)带动阀芯球体(1)逆时针方向转动，阀芯球体(1)逆时针方向转动带动进口(1-1)的开口逐渐增大，以使中间流道的进口(1-1)与右通道(23)连通的流体通道面积逐渐增大；其中，进口(1-1)与所述第一流道(22)连通，第一流道(22)、右通道(23)、进口(1-1)、所述中间流道、出口(1-2)和第二流道(32)依次连通；
电动执行器中微控制器(14-1)通过无线通信模块(14-2)接收流量调小控制命令，电动执行器中微控制器(14-1)控制电机(27)顺时针方向转动，电机(27)顺时针方向转动通过蜗轮蜗杆减速机(14)、连接套(15)、阀杆(25)、上阀杆(1-4)带动阀芯球体(1)顺时针方向转动，阀芯球体(1)顺时针方向转动带动进口(1-1)的开口逐渐增小，以使中间流道的进口(1-1)与右通道(23)连通的流体通道面积逐渐增小；其中，进口(1-1)与所述第一流道(22)连通，第一流道(22)、右通道(23)、进口(1-1)、所述中间流道、出口(1-2)和第二流道(32)依次连通；
(2)当需要截断时，电动执行器中微控制器(14-1)通过无线通信模块(14-2)接收截断控制命令，电动执行器中微控制器(14-1)控制电机(27)继续顺时针方向转动，电机(27)继续顺时针方向转动通过蜗轮蜗杆减速机(14)、连接套(15)、阀杆(25)、上阀杆(1-4)带动阀芯球体(1)继续顺时针方向转动到设定的关闭位置，以使截断球阀完成截断动作，从而将管路及时截断。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113932032A (zh) * | 2021-09-23 | 2022-01-14 | 沈阳泰科流体控制有限公司 | 一种全焊接压差自动过滤排污球阀 |
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- 2021-03-03 CN CN202110234856.5A patent/CN112984148A/zh active Pending
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