CN114278755B - 一种角形双联球阀的低流阻全封闭流道结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种角形双联球阀的低流阻全封闭流道结构，包括阀体及设置在阀体内的球体，阀体包括从左到右一体设置的腔体Ⅰ和腔体Ⅱ，且腔体Ⅰ与腔体Ⅱ相连通，球体包括球体Ⅰ和球体Ⅱ，球体Ⅰ通过密封组件Ⅰ安装在腔体Ⅰ内，球体Ⅰ上设置有用于带动球体Ⅰ进行开闭的阀杆Ⅰ；球体Ⅱ通过密封组件Ⅱ安装在腔体Ⅱ内，球体Ⅱ上设置有用于带动球体Ⅱ进行开闭的阀杆Ⅱ，球体Ⅱ为角球，本专利采用一体式阀体、偏心角球和封闭流道，提高阀门的介质流通能力，降低阀门的尺寸及重量，解决现有船用关键阀门的尺寸重量大、流阻高的问题，同时具有较高的抗振动、冲击性能，避免海水介质中泥沙和海生物进入球体与阀体之间。

Description

一种角形双联球阀的低流阻全封闭流道结构

技术领域

本发明涉及通海阀技术领域，特别是涉及一种角形双联球阀的低流阻全封闭流道结构。

背景技术

通海阀是一种用于连接进、出口管路具有一定角度的阀门，一般而言进出口管路角度呈90°。现有通海阀通常采用截止阀结构，由阀瓣升降控制阀门的启闭，阀门全开时阀内紊流程度高，流体对流道的冲刷严重，且阀门流阻大。由于球阀相对其它阀门类型具有低流阻的特征，通常在需要流阻较低的管路中较多采用。对于船用环境，尤其船用通海阀门领域，为提高阀门安全性，在采用球阀结构时通常使用双球阀结构，即由双道阀进行流体控制，同时要求阀门具有低流阻、耐冲刷、泥沙沉积少、耐海生物附着等特点，现有阀门结构尚无法达到该环境应用需求。目前在用的双联球阀通常采用分体式结构，即一道角形球阀与一道直通球阀通过法兰进行连接，其本质为两台阀门通过紧固件进行串联，整体的结构尺寸及重量较大，抗振动、冲击性能较低，同时不具有防泥沙沉积和海生物附着的功能，且目前在用的角形球阀，其采用的角球结构为进口与出口呈90°，角球的旋转中心位于进、出口流道中心线，该种方案受球体结构尺寸限制，其弯角半径较小，导致阀门流阻较大。

发明内容

为了解决现有技术瓶颈，本发明提供一种角形双联球阀的低流阻全封闭流道结构，采用一体式阀体、偏心角球和封闭流道结构，提高阀门的介质流通能力，降低阀门的尺寸及重量，解决现有船用关键阀门的尺寸重量大、流阻高的问题，同时具有较高的抗振动、冲击性能，避免海水介质中泥沙和海生物进入球体与阀体之间，导致泥沙沉积和海生物附着，尤其适用用船用通海阀门领域。

本发明所采用的技术方案是：一种角形双联球阀的低流阻全封闭流道结构，包括阀体及设置在阀体内的球体，阀体包括从左到右一体设置的腔体Ⅰ和腔体Ⅱ，且腔体Ⅰ与腔体Ⅱ相连通，球体包括球体Ⅰ和球体Ⅱ，球体Ⅰ通过密封组件Ⅰ安装在腔体Ⅰ内，球体Ⅰ上设置有用于带动球体Ⅰ进行开闭的阀杆Ⅰ；球体Ⅱ通过密封组件Ⅱ安装在腔体Ⅱ内，球体Ⅱ上设置有用于带动球体Ⅱ进行开闭的阀杆Ⅱ，球体Ⅱ为角球。

进一步的，密封组件Ⅰ包括从左到右依次设置的阀座Ⅰ和阀座Ⅱ，阀座Ⅰ和阀座Ⅱ分别设置在腔体Ⅰ的出口端和入口端，球体Ⅰ设置在阀座Ⅰ和阀座Ⅱ之间。

进一步的，球体Ⅰ为直球。

进一步的，密封组件Ⅱ包括阀座Ⅲ和阀座压套，阀座Ⅲ设置在腔体Ⅱ的入口端，球体Ⅱ设置在阀座Ⅲ的上方，阀座压套设置在腔体Ⅱ的出口端，腔体Ⅱ的出口端与腔体Ⅰ的入口端相连通。

进一步的，球体Ⅱ为偏心角球，其角球的旋转中心与水平流道中心具有一定的偏心量。

进一步的，球体Ⅱ的偏心角球的球体直径为1.5～1.6倍的其流道直径，偏心角球的最大偏心量为0.2～0.3倍的其流道直径，转角半径为1～1.1倍的流道直径。

进一步的，阀座Ⅰ、阀座Ⅱ、阀座Ⅲ及阀座压套均为环形。

进一步的，腔体Ⅱ的顶部设置有用于密封阀门的阀盖；阀盖通过锁紧螺栓固定在阀体上。

本专利的有益效果表现在以下方面：

1）本发明装置采用一体式阀体结构，两个阀腔之间无法兰连接，即无泄漏点，降低阀门外漏风险，同时有效降低阀门整体的结构尺寸和重量，提高抗振动、抗冲击性能；

2）本发明装置采用全封闭流道，即全开时阀内流道为全封闭状态，避免介质在阀体内部流动时紊流严重导致的流阻增大，同时避免海水介质中泥沙和海生物进入球体与阀体之间，导致泥沙沉积和海生物附着；

3）本专利采用偏心角球结构，即球体的旋转中心与流道存在一定的偏心量，球体内部流道的弯角半径增大，流阻降低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是发明的腔体Ⅱ的A-A剖视结构示意图；

图3是发明的阀门全开时的结构示意图；

图4是发明的阀门全关时的结构示意图；

图5是实施例1中现有角球的结构示意图；

图6是实施例1中偏心角球的结构示意图；

图示标记，1、阀体，107、腔体Ⅰ，108、腔体Ⅱ，201、阀座Ⅰ，202、阀座Ⅱ，3、球体Ⅰ，6、阀杆Ⅰ，7、阀座压套，9、阀盖，10、锁紧螺栓，11、球体Ⅱ，12、阀座Ⅲ，14、阀杆Ⅱ。

具体实施方式

下面结合实施例附图和具体实施例对本发明做进一步具体详细的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种角形双联球阀的低流阻全封闭流道结构，包括阀体1及设置在阀体1内的球体，阀体1包括从左到右一体设置的腔体Ⅰ107和腔体Ⅱ108，且腔体Ⅰ107与腔体Ⅱ108相连通，球体包括球体Ⅰ3和球体Ⅱ11，球体Ⅰ3通过密封组件Ⅰ安装在腔体Ⅰ107内，球体Ⅰ3上设置有用于带动球体Ⅰ3进行开闭的阀杆Ⅰ6；球体Ⅰ3为直球密封组件Ⅰ包括从左到右依次设置的阀座Ⅰ201和阀座Ⅱ202，阀座Ⅰ201和阀座Ⅱ202分别设置在腔体Ⅰ107的出口端和入口端，球体Ⅰ3设置在阀座Ⅰ201和阀座Ⅱ202之间。

球体Ⅱ11通过密封组件Ⅱ安装在腔体Ⅱ108内，球体Ⅱ11上设置有用于带动球体Ⅱ11进行开闭的阀杆Ⅱ14，球体Ⅱ11为角球。

密封组件Ⅱ包括阀座Ⅲ12和阀座压套7，阀座Ⅲ12设置在腔体Ⅱ108的入口端，球体Ⅱ11设置在阀座Ⅲ12的上方，阀座压套7设置在腔体Ⅱ108的出口端，阀座压套7设置在阀座Ⅱ202的右侧，腔体Ⅱ108的出口端与腔体Ⅰ107的入口端相连通。阀座Ⅰ201、阀座Ⅱ202、阀座Ⅲ12及阀座压套7均为环形。腔体Ⅱ108的顶部设置有用于密封阀门的阀盖9；阀盖9通过锁紧螺栓10固定在阀体1上。

球体Ⅱ11为偏心角球，其角球的旋转中心与水平流道中心具有一定的偏心量。球体Ⅱ11的偏心角球的球体直径为1.5～1.6倍的其流道直径，偏心角球的最大偏心量为0.2～0.3倍的其流道直径，转角半径为1～1.1倍的流道直径。

本发明结构的阀座Ⅰ201通过腔体Ⅱ108顶部设置的盲板法兰孔安装于腔体Ⅰ107内腔，阀座Ⅰ201右侧与球体Ⅰ3配合形成密封副，

球体Ⅰ3上端与阀杆Ⅰ6连接，由阀杆Ⅰ6旋转带动球体Ⅰ3启闭，球体Ⅰ3右侧与阀座Ⅱ202配合形成密封副，阀座Ⅱ202安装于阀座压套7内部，阀座压套7可由挡圈进行限位。

阀座Ⅲ12通过腔体Ⅱ108顶部设置的盲板法兰孔安装于腔体Ⅱ108内腔，阀座Ⅲ12上端与球体Ⅱ11-角球配合形成密封副，球体Ⅱ的左端与阀座压套7配合形成密封副。

全开时，本发明结构沿介质流动方向的密封副描述如下：阀座Ⅲ12上端与球体Ⅱ11角球配合形成密封副，球体Ⅱ的左端与阀座压套7配合形成密封副，阀座压套7与阀座Ⅱ202配合形成密封副，阀座Ⅱ202与球体Ⅰ3右侧配合形成密封副，球体Ⅰ3左端与阀座Ⅰ201配合形成密封副。由上可知，全开时两道阀的流道为全封闭状态，即，介质流道为封闭流道；

球体Ⅱ11角球上端与阀杆Ⅱ14连接，由阀杆Ⅱ14旋转带动球体Ⅱ11启闭。阀盖9通过锁紧螺栓10与阀体形成固定连接；

本专利中的双联球阀为一体式阀体结构，即阀体内安装两道球体，腔体Ⅰ和腔体Ⅱ之间无法兰连接；

所述球体Ⅱ11采用偏心结构，即球体的旋转中心与流道存在一定的偏距；

所述球体Ⅱ11全开状态下，球体Ⅱ11的出口端与阀座压套7形成配合；

两道阀全开时，球体Ⅰ3的出口端与进口端分别与阀座Ⅰ201、阀座Ⅱ202接触形成配合，球体Ⅰ3的出口端与阀座Ⅰ201相连通，球体Ⅰ3的进口端与阀座Ⅱ202 相连通，球体Ⅱ11的出口端与进口端分别与阀座压套7、阀座Ⅲ12接触形成配合，球体Ⅱ11的出口端与阀座压套7相连通，球体Ⅱ11的出口端与阀座Ⅲ12相连通。

本专利的偏心角球结构可广泛应用于进出口流道方向不一致的场合，使用的规格可根据管路需要进行设计，应用规格较多的流道直径为50～500mm。以流道直径为基准参数进行说明，通常情况下该结构的偏心角球的球体直径约为1.5～1.6倍的流道直径，较现有结构的球体直径降低约0.1倍的流道直径，最大偏心量不应超过0.3倍的流道直径，转角半径约为1～1.1倍的流道直径，较现有结构的转角半径提高1.5～1.6倍的流道直径，通过角球的局部阻力损失系数约为现有结构的0.25倍。

实施例1

本发明的一种角形双联球阀的低流阻全封闭流道结构，采用一体式阀体内安装一个直通球和一个角球的结构，形成两道相互独立控制的球阀，一体式阀体具有结构紧凑、尺寸小、重量轻等特点，同时避免在两道阀腔之间采用法兰连接，减少泄漏点。全开时两道阀的流道为全封闭状态，避免介质在阀体内部流动时紊流严重导致的流阻增大，同时避免海水介质中泥沙和海生物进入球体与阀体之间，导致泥沙沉积和海生物附着。该双联球阀的角球采用偏心结构，即球体的旋转中心与流道存在一定的偏心距，以增加球体内部流道的弯角半径，从而降低流阻，同时球体的直径减小，与之配合各零件尺寸减小，阀门整体重量降低。

以流道直径为160mm的球体举例说明，图5为现有角球结构，图6为偏心角球结构，角球的旋转中心与水平流道中心的偏心量为50mm，在保证密封面宽度和内圈壁厚的条件下，采用现有角球的流道转角半径为103mm、球体直径为270mm，偏心角球的流道转角半径为165mm、球体直径为255mm。相同流道直径下偏心角球的球径更小，有助于阀门整体结构降低。

弯管局部损失系数：

d——流道直径

R——转弯半径

通过计算图5、图6的局部阻力损失系数分别为0.893和0.277，即通过偏心角球的流阻约为现有角球流阻的0.25倍。

实施例2

本发明为一种角形双联球阀的低流阻全封闭流道结构，该发明装置采用一体式阀体双球阀结构。将阀座Ⅰ201通过腔体Ⅱ的盲板法兰孔安装至腔体Ⅰ107内部，球体Ⅰ3为直通球，将球体Ⅰ3通过盲板法兰孔安装腔体Ⅰ107内，使球体Ⅰ3左侧与阀座Ⅰ201形成密封副。将阀座Ⅱ202装入阀座压套7内，形成阀座Ⅱ-压套组件，整体通过腔体Ⅱ的盲板法兰孔装入腔体Ⅰ107内，与球体Ⅰ3右侧形成密封副，最后安装阀杆Ⅰ6，完成一道阀的安装；

将阀座Ⅲ12通过腔体Ⅱ的盲板法兰孔安装至腔体Ⅱ108内部，将球体Ⅱ11通过盲板法兰孔安装至腔体Ⅱ108内部，使阀座Ⅲ12上端与球体Ⅱ11-角球配合形成密封副，球体Ⅱ的设置在腔体Ⅱ108出口端的位置与阀座压套7配合形成密封副，最后安装阀杆Ⅱ14，完成二道阀的安装。将阀盖9安装于腔体Ⅱ的盲板法兰孔上方对腔体Ⅱ进行密封，并用锁紧螺栓10进行紧固。

本发明装置通过旋转阀杆6带动球体Ⅰ3实现直通球阀的启闭，通过旋转阀杆Ⅱ14带动球体Ⅱ11实现角球阀的启闭。全关时介质被阻断，两道阀形成两道密封，全开时球体Ⅰ3与阀座Ⅰ201、阀座Ⅱ202之接触形成配合，球体Ⅱ11与阀座压套7、阀座Ⅲ12接触形成配合，介质流道为封闭流道。

本发明装置的球体Ⅰ3由支撑板Ⅰ5提供位移约束，通过阀杆Ⅰ6带动球体Ⅰ3进行旋转运动，实现直通球的启闭，球体Ⅱ为角球，角球由支撑板Ⅱ13提供位移约束，通过阀杆Ⅱ14带动角球11进行旋转运动，实现角球阀的启闭，两道阀门独立控制、互不影响。通常情况下两道阀门同时开启或关闭，当两道阀开启后，球体Ⅰ上的通孔Ⅰ与球体Ⅱ上的通孔Ⅱ相连通，介质开始流通，当两道阀关闭后可对任意方向流通的介质形成两道密封。图1中所示介质流动方向仅为方便描述本发明装置实施例的装配关系，不代表介质必须按此方向流动。

除上述实施例外，本发明装置还可以有其他型式，应当指出，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种角形双联球阀的低流阻全封闭流道结构，包括阀体及设置在阀体内的球体，其特征在于：阀体包括从左到右一体设置的腔体Ⅰ和腔体Ⅱ，且腔体Ⅰ与腔体Ⅱ相连通，球体包括球体Ⅰ和球体Ⅱ，球体Ⅰ通过密封组件Ⅰ安装在腔体Ⅰ内，球体Ⅰ上设置有用于带动球体Ⅰ进行开闭的阀杆Ⅰ；球体Ⅱ通过密封组件Ⅱ安装在腔体Ⅱ内，球体Ⅱ上设置有用于带动球体Ⅱ进行开闭的阀杆Ⅱ，球体Ⅱ为角球，密封组件Ⅰ包括从左到右依次设置的阀座Ⅰ和阀座Ⅱ，阀座Ⅰ和阀座Ⅱ分别设置在腔体Ⅰ的出口端和入口端，球体Ⅰ设置在阀座Ⅰ和阀座Ⅱ之间；

密封组件Ⅱ包括阀座Ⅲ和阀座压套，阀座Ⅲ设置在腔体Ⅱ的入口端，球体Ⅱ设置在阀座Ⅲ的上方，阀座压套设置在腔体Ⅱ的出口端，腔体Ⅱ的出口端与腔体Ⅰ的入口端相连通；

全开时，两道阀的流道为全封闭状态阀座Ⅲ 上端与球体Ⅱ角球配合形成密封副，球体Ⅱ 的左端与阀座压套配合形成密封副，阀座压套与阀座Ⅱ配合形成密封副，阀座Ⅱ 与球体Ⅰ 右侧配合形成密封副，球体Ⅰ 左端与阀座Ⅰ 配合形成密封副；

球体Ⅱ为偏心角球，其角球的旋转中心与水平流道中心具有一定的偏心量，以增加球体内部流道的弯角半径，从而降低流阻，同时球体的直径减小，与之配合各零件尺寸减小，阀门整体重量降低；

球体Ⅱ的偏心角球的球体直径为1.5～1.6倍的其流道直径，偏心角球的最大偏心量为0.2～0.3倍的其流道直径，转角半径为1～1.1倍的流道直径。

2.根据权利要求1所述的一种角形双联球阀的低流阻全封闭流道结构，其特征在于：球体Ⅰ为直球。

3.根据权利要求1所述的一种角形双联球阀的低流阻全封闭流道结构，其特征在于：阀座Ⅰ、阀座Ⅱ、阀座Ⅲ及阀座压套均为环形。

4.根据权利要求1所述的一种角形双联球阀的低流阻全封闭流道结构，其特征在于：腔体Ⅱ的顶部设置有用于密封阀门的阀盖；阀盖通过锁紧螺栓固定在阀体上。