CN114635999B - 一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，解决了现有技术中球体和阀座相互粘连，暖气管道内介质内的杂质对球体的腐蚀，或杂质加大球体与阀座之间摩擦的问题，具有消除球体与阀座之间的摩擦的有益效果，具体方案如下：一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，包括设置在阀体内部的球体，球体沿阀体轴向方向两侧设置阀座，阀座远离球体一侧固定浮动阀座支撑件，球体顶部与上阀杆端部间隙连接，上阀杆端部还与上凸轮固定套接，球体底部固定连接下阀杆，下阀杆与下凸轮固定套接，上凸轮和下凸轮分别与浮动阀座支撑件上下两端接触，阀杆连接轴一端固定连接上阀杆，另一端固定连接下阀杆。

Description

一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀

技术领域

本发明涉及流体管路中阀门技术领域，尤其是一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

电动球阀是工业自动化控制系统中的重要执行机构，电动球阀不仅是可以实现节流、截止、切断、通断、转流等要求的优良产品，还是流量调节系统中的首选品。它有耐压、耐温、耐腐、流动阻力小、使用寿命长、应用范围广等多种特点。由于以上优点，电动球阀在暖气管道、水管道和天然气管道中具有较为广泛的应用。由于球阀的球体在在工作中经常转动，会与周围的结构产生摩擦，导致球体磨损，使得球阀的密封性和使用性能都会大大降低，球阀的应用环境不同，造成磨损的原因也不尽相同；

例如电动球阀在供暖管道中的应用，由于暖气管道的工作特性，管道上的球阀开关周期格外长，容易造成球体和阀座相互粘连的情况，不仅加大了球体的磨损，而且导致扭矩变大，且暖气管道内的电动球阀多采用电池供电，此原因导致电动球阀耗电多，电池使用寿命短；

除此之外，球阀长时间的使用，暖气管道内介质内的杂质对球体的腐蚀，或者介质内的杂质进入到球体与阀座之间，加大了球体与阀座之间的摩擦，造成球体的磨损。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，消除了球体转动时与阀座之间的摩擦，减少了球体磨损，同时降低了电动球阀的电能损耗。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，包括设置在阀体内部的球体，球体沿阀体轴向方向两侧设置阀座，阀座远离球体一侧固定浮动阀座支撑件；

球体顶部与上阀杆端部间隙连接，上阀杆端部还与上凸轮固定套接，球体底部固定连接下阀杆，下阀杆与下凸轮固定套接，上凸轮和下凸轮分别与浮动阀座支撑件上下两端接触，阀杆连接轴一端固定连接上阀杆，另一端固定连接下阀杆。

如上所述的球阀，通过上阀杆与球体间隙连接，使得球体在转动时阀座和球体不发生接触，球体和凸轮不同步转动，从而减小了球阀状态改变时阀座对球体的摩擦，减小了球体的磨损、扭动时阀杆的转矩和电池电量的消耗。

如上所述的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，所述所述阀杆连接轴位于所述球体内部并与球体同轴设置。

如上所述的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，所述上阀杆端部设置第一内花键和第二内花键，所述球体顶部设置外花键。

如上所述的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，所述第一内花键与所述阀杆连接轴顶端固定连接。

如上所述的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，所述第二内花键与外花键配合连接，第二内花键尺寸大于外花键尺寸。

如上所述的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，所述上阀杆端部还设有键槽，所述上凸轮与上阀杆端部通过键槽实现平键连接，所述下阀杆与下凸轮平键连接。

如上所述的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，所述浮动阀座支撑件为圆环型，浮动阀座支撑件靠近球体一侧的上下两端分别设置圆柱销。

如上所述的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，所述圆柱销沿着所述阀体轴向方向设置，所述浮动阀座支撑件上下两端的圆柱销分别与上凸轮和下凸轮直接接触，构成对心直动从动件盘型凸轮机构。

如上所述的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，所述浮动阀座支撑件远离球体一侧的上下两端分别设置弹簧，所述弹簧与所述圆柱销对应设置于所述浮动阀座支撑件两侧，所述浮动阀座支撑件通过弹簧与所述阀体间接接触。

如上所述的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，所述浮动阀座支撑件远离球体一侧与阀体之间、所述球体与所述上阀杆之间，所述球体与所述下阀杆之间、所述上阀杆与阀座之间、所述下阀杆与阀座之间、所述上阀杆与所述阀体之间，所述下阀杆与所述阀体之间均采用不锈钢金属垫片进行密封。

上述本发明的有益效果如下：

1)本发明通过上阀杆与球体间隙连接，使得球体在转动时阀座和球体不发生接触，球体和凸轮不同步转动，从而减小了球阀状态改变时阀座对球体的摩擦，减小了球体的磨损、扭动时阀杆的转矩和电池电量的消耗。

2)本发明浮动阀座支撑件上的圆柱销与凸轮直接接触，构成对心直动从动件盘型凸轮机构，阀杆带动凸轮转动，凸轮推动浮动阀座支撑件移动。通过设置凸轮的轮廓曲线并依靠弹簧的弹性力，实现浮动阀座支撑件的左右移动，从而实现阀座的左右移动，使得球阀在状态改变时阀座和球体不发生接触。

3)本发明添加了凸轮、弹簧、浮动阀座支撑件等结构，对球阀各个部件之间采用不锈钢金属垫片进行密封，防止管道内介质内的杂质对球体的腐蚀，具有良好的密封性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀的整体结构示意图。

图2是本发明根据一个或多个实施方式的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀的整体结构剖面示意图。

图3是本发明根据一个或多个实施方式的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀的侧面结构示意图。

图4是本发明根据一个或多个实施方式的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀的上阀杆整体结构示意图。

图5是本发明根据一个或多个实施方式的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀的整体机构示意图。

图6是本发明根据一个或多个实施方式的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀的浮动阀座支撑件的结构示意图。

图7是本发明根据一个或多个实施方式的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀处于导通状态时工作状态示意图。

图8是本发明根据一个或多个实施方式的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀处于状态改变时的工作状态示意图。

图9是本发明根据一个或多个实施方式的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀处于闭合状态时的工作状态示意图。

图10是本发明根据一个或多个实施方式的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀所包括的凸轮从动件位移曲线图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。

其中：1.上阀杆，2.下阀杆，3.上凸轮，4.下凸轮，5.弹簧，6.阀杆连接轴，7.浮动阀座支撑件，8.阀座，9.球体，10.阀体，11.第一内花键，12.第二内花键，13.键槽，14.外花键，15.圆柱销。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术所介绍的，现有技术中球体和阀座相互粘连，暖气管道内介质内的杂质对球体的腐蚀，或杂质加大球体与阀座之间摩擦的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀。

实施例一

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1-图10所示，一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，包括设置在阀体10内部与阀体10相配合的球体9，球体9能够在阀体10内转动，球体9沿阀体10的轴向方向的左右两侧设置阀座8，阀座8远离球体9的一侧固定连接浮动阀座支撑件7。

球体9的顶部连接上阀杆1的底端，球体9的底部连接下阀杆2的顶端，球体9与上阀杆1之间、球体9与下阀杆2之间采用不锈钢金属垫片进行密封，另外，上凸轮3与上阀杆1的底端固定套接，上阀杆1的底端与下阀杆2的顶端通过阀杆连接轴6采用无间隙的花键固定连接。

如图2和图3所示，上阀杆1、下阀杆2和阀杆连接轴6与球体9均同轴设置，阀杆连接轴6位于球体9内部，保证了结构的整体性和可靠性，也限定了本结构适用于大尺寸球阀，上阀杆1和下阀杆2通过阀杆连接轴6紧密连接，能够实现上阀杆1和下阀杆2的同步运动。

如图2、图4和图5所示，上阀杆1的底端分别设置第一内花键11和第二内花键12，球体9顶部设置外花键14，其中第一内花键11用于与阀杆连接轴6的顶端配合固定连接，实现上阀杆1、阀杆连接轴6、下阀杆2三者的同步运动；

第二内花键12用于与球体9顶部的外花键14配合连接，第二内花键12的尺寸稍大于外花键14尺寸，从而实现了上阀杆1与阀杆连接轴6是紧密连接，而上阀杆1与球体9是间隙连接，这种设置方式使得上阀杆1的第一内花键11与球体9上的外花键14连接时存在一定的间隙，以实现球体9和上阀杆1的不同步转动。

为保证连接的稳定性和可靠性，本实施例的花键采用六齿矩形花键进行连接。

本实施例的球阀内部分为上、中、下三个腔体，上腔体为上凸轮3，中间腔体为球体9，下腔体为下凸轮4，球体9位于阀体10的内部，上阀杆1的底端与上凸轮3固定套接，下阀杆2与下凸轮4固定套接；

具体的，上阀杆1的底端还设有键槽13或者凹槽，上凸轮3与上阀杆1底端通过键槽13实现平键连接，下阀杆2与下凸轮4的连接方式同上阀杆与上凸轮的连接方式一致，均是采用平键连接的方式，实现上阀杆1和下阀杆2同步转动时，从而能够带动上凸轮3和下凸轮4同步转动。

如图6所示，上凸轮3和下凸轮4分别设置在球体9的上下两侧，浮动阀座支撑件7为圆环型，浮动阀座支撑件7靠近球体一侧的上下两端分别设置圆柱销15，阀座8位于两个圆柱销15之间，圆柱销15沿着阀体10轴向方向设置，上凸轮3和下凸轮4分别与浮动阀座支撑件7上下两端的圆柱销15接触，构成对心直动从动件盘型凸轮机构，这样当上凸轮3和下凸轮4同步转动时，凸轮顶开圆柱销15，使得浮动阀座支撑件7带动球体两侧的阀座8向着球体9两侧移动。

由于上阀杆1与球体9为间隙连接，而上阀杆1与上凸轮3和阀杆连接轴6为固定连接，因此在一开始上阀杆1转动一定角度时，上下凸轮转动，但是球体9并不转动，凸轮转动推开阀座8一段距离后，球体9开始转动，实现了球体转动时，阀座不与球体接触，球体的球面与阀座的密封面之间无摩擦力产生，降低了球体的磨损，避免了球体和阀座的损坏，延长了阀座与球体的使用寿命。

如图6所示，浮动阀座支撑件7由两个直径不同的圆环组成，圆柱销设置在直径较大的第一圆环上，与圆柱销15位置对应处的第一圆环的另一侧设置弹簧5，弹簧5的位置与圆柱销15对应设置于浮动阀座支撑件7第一圆环的两侧，从图2中可以得出，浮动阀座支撑件7通过弹簧5与阀体10间接接触，阀体10的上腔留有弹簧5的设置空间，阀体10和第二圆环之间的空间大小能够保持弹簧5沿着阀体10的轴向方向设置；

当阀座8向两侧移动后需要复位时，弹簧5释放被压缩后储存的弹性势能，推动浮动阀座支撑件7和阀座8向着球体移动，浮动阀座支撑件7的第二圆环远离球体一侧与阀体之间采用不锈钢金属垫片进行密封。

为了保证阀体10的密封性和浮动阀座支撑件7运动的需要，弹簧5始终保持压缩状态。

本实施例通过利用弹簧5的弹性力和凸轮的推力得以实现浮动阀座支撑件7的左右移动，从而带动阀座8的左右移动，本实施例的球阀为电动球阀，因此上阀杆与电机等驱动装置相连，通过驱动装置驱动上阀杆和下阀杆的转动，进而控制球阀的打开和关闭。

如图7-图9所示，展示了球阀由导通到状态改变再到闭合时的状态，球阀导通时，此时凸轮基圆和浮动阀座支撑件上的圆柱销相接触，浮动阀座支撑件与球体距离最近，阀座和球体保持紧密接触，具有良好密封性的基础上，限制球体的运动。

为了实现球体9左右两侧浮动阀座支撑件7的同步运动，上凸轮和下凸轮的形状为中心对称图形。

如图8和图10中，球阀状态改变时，此时在上阀杆1的带动下，凸轮跟随阀杆同步转动，凸轮进入升程阶段，即β角范围内，推动浮动阀座支撑件7远离球体9，凸轮转动角度达到α时，此时球体9开始转动，实现球体9转动时不与阀座8接触，无摩擦力产生；

当升程阶段结束后，凸轮旋转角度达到β～γ范围内，此时凸轮进入远休止阶段，阀座8和球体9的距离保持不变；

随着阀杆带动凸轮继续转动，远休止阶段结束后，凸轮旋转角度进入γ～δ范围内，凸轮进入回程阶段；

回程阶段中，在弹簧5弹性力的作用下，左右两侧浮动阀座支撑件7逐渐靠近球体。回程阶段结束，凸轮转动(90+α)°，球体转动90°(δ与α角度之差为90°)，凸轮和球体同步停止运动，在回程运动结束时刻阀座和球体刚好接触，阀座与球体在弹簧的挤压力作用下实现紧密接触，阀座8和球体9无接触状态下电动球阀状态的改变得以实现。

如图9所示，是球阀处于闭合状态，此时凸轮的基圆和浮动阀座支撑件7上的圆柱销15相接触，阀座8和球体9保持紧密接触，在具有良好密封性的基础上限制住球体的运动

为了满足球阀的密封性，防止流动管道内的杂质对球阀内的各个部件腐蚀，上阀杆、下阀杆与阀座之间，上阀杆、下阀杆与阀体之间均采用不锈钢金属垫片进行密封。

如图10所示，是本实施例所提供的凸轮行程图，需要注意的是，为实现球体9和凸轮的不同步转动，假定球阀由导通状态到闭合状态阀杆为顺时针旋转，若想让球阀由闭合状态转换至导通状态，阀杆应逆时针旋转相同角度。即阀杆转动角度最大值为(90+α)°，所以球阀由导通到闭合和由闭合到导通均符合该行程图；

作为优选，凸轮升程角β为40-50°，γ角与β角度数差的范围为3-5°。

综上，通过上阀杆与球体间隙连接，使得球体在转动时阀座和球体不发生接触，球体和凸轮不同步转动，从而减小了球阀状态改变时阀座对球体的摩擦，减小了球体的磨损、扭动时阀杆的转矩和电池电量的消耗。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，其特征在于，包括设置在阀体内部的球体，球体沿阀体轴向方向两侧设置阀座，阀座远离球体的一侧固定浮动阀座支撑件；

球体顶部与上阀杆端部间隙连接，上阀杆端部还与上凸轮固定套接，球体底部固定连接下阀杆，下阀杆与下凸轮固定套接，上凸轮和下凸轮分别与浮动阀座支撑件上下两端接触，阀杆连接轴一端固定连接上阀杆，另一端固定连接下阀杆，阀杆连接轴位于所述球体内部并与球体同轴设置；

上阀杆端部设置第一内花键和第二内花键，所述球体顶部设置外花键；

第一内花键与所述阀杆连接轴顶端固定连接，第二内花键与外花键配合连接，第二内花键尺寸大于外花键尺寸；

所述浮动阀座支撑件靠近球体一侧的上下两端分别设置圆柱销，所述浮动阀座支撑件远离球体一侧的上下两端分别设置弹簧，所述弹簧与所述圆柱销对应设置于所述浮动阀座支撑件两侧。

2.根据权利要求1所述的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，其特征在于，所述上阀杆端部还设有键槽，所述上凸轮与上阀杆端部通过键槽实现平键连接，所述下阀杆与下凸轮平键连接。

3.根据权利要求1所述的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，其特征在于，所述浮动阀座支撑件为圆环型。

4.根据权利要求3所述的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，其特征在于，所述圆柱销沿着所述阀体轴向方向设置，所述浮动阀座支撑件上下两端的圆柱销分别与上凸轮和下凸轮直接接触，构成对心直动从动件盘型凸轮机构。

5.根据权利要求4所述的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，其特征在于，所述浮动阀座支撑件通过弹簧与所述阀体间接接触。

6.根据权利要求1所述的一种凸轮驱动的浮动阀座式球阀，其特征在于，所述浮动阀座支撑件远离球体一侧与阀体之间、所述球体与所述上阀杆之间，所述球体与所述下阀杆之间、所述上阀杆与阀座之间、所述下阀杆与阀座之间、所述上阀杆与所述阀体之间，所述下阀杆与所述阀体之间均采用不锈钢金属垫片进行密封。

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