CN115059774A - 一种低扭矩球阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低扭矩球阀，包括主阀体、球体、阀盖以及阀杆，主阀体内设有中腔，主阀体两端分别设有第一流道和第二流道，球体设置在中腔中；还包括第一泄压组件和第二泄压组件，主阀体内位于第一流道和第二流道的内壁上分别设有第一泄压流道和第二泄压流道，主阀体位于中腔两侧壁的部位分别开设有第一安装腔和第二安装腔，第一安装腔与第一泄压流道之间通过第一泄压小孔相连通，第二安装腔与第二泄压流道之间通过第二泄压小孔相连通；阀杆的内端设有方形联动部，球体上设有方形联动孔，方形联动部的每个侧面上均设有一个斜面，斜面与方形联动孔侧壁形成10°～15°的角度间隙。本发明具有开关扭矩小、密封性能长期稳定以及自清洁功能优异的优点。

Description

一种低扭矩球阀

技术领域

本发明涉及阀门技术领域，特别是涉及一种低扭矩球阀。

背景技术

专利公开号为CN 1757959A的专利中，公开了一种高压无扭矩球阀，其包括主阀体、连接体、球体、阀杆和阀座，阀座上设有储油室，储油室与控油装置相连，控油装置包括顶杆套、设于顶杆套内的顶杆，设于主阀体内的单向阀、进油道和出油道，设于阀座内的阀座油道；顶杆套的前部位于连接体内；顶杆套的尾部位于主阀体内；单向阀顶于顶杆的顶端；出油道一端连储油室，另一端通过单向阀与进油道相连；进油道与阀座油道相连；阀杆的边侧设有锥形凹窝，顶杆套的尾端顶在该锥形凹窝内；随着顶杆套外移，位于顶杆套内的顶杆也随之顶于阀杆而外移，从而推开单向阀打开，储油室的高压油推动阀座反向移动，使阀座脱离球体，使阀门开启轻松。

但这种球阀存在不少缺陷，一是阀门关闭时，由于油路设计的缺陷，高压储油室的压力并不能完全释放，阀门不能完全关闭造成泄漏；二是如果阀座完全脱离球体，容易造成高压介质对阀座非金属密封面的强烈冲刷，同时易粘结介质容易吸附在球体表面不能自清洁；三是油道的密封件均为非金属材料，不能承受高温介质的应用，常温高压介质、特别是高压气体介质也存在应用的安全隐患。

专利公开号为CN 103234057A的发明专利公开了一种新型高压时的微扭矩球阀，其包括阀杆、连接体、球体、阀座和阀座推出机构，阀座推出机构包括带压时阀座推出机构和无压时推出机构；带压时阀座推出机构包括与阀杆连接的传动板、顶杆、独立的单向阀、下游油道、单向阀安装于连接体内，储压腔体通过下游油道与单向阀与单向阀的下游连通，单向阀的上游通过上游有道与管道上游连通；储压腔体由阀座、储压腔体压板和连接体围成，储压腔体压板连接有固定板，顶杆安装于储压腔体压板和固定板上；球体上安装有顶杆定位块，顶杆定位块上设有定位凹槽，顶杆尾端设有定位凸头。当开启球阀转动阀杆时，顶杆从传动板的凹槽内先顶出，开启单向阀，阀座与球体脱离，再转动阀杆带动球体打开阀门；当关闭球阀时，反方向转动阀杆到关闭位置，阀杆定位块与顶杆尾部的定位结构卡合，单向阀被阀弹簧压回，单向阀关闭，球阀被阀座密封。

该发明专利虽然在有利于加工的单向阀结构设计、高压推开阀座以及无压推开阀座方面进行了改进设计，但仍然存在缺陷，一是该专利一直强调阀座与球体的完全脱离，实际上忽视了球阀相对于其他开关阀最优的自清洁功能，脱开阀座后的球体无疑完全暴露于介质中，其整个球体也得不到必要的擦拭清洁以保持长期稳定的密封性能；二是该专利另一个关键点是利用微泄压通道来解决阀座最后关闭的问题，从该专利附图中可以看到，单向阀关闭后，储油腔体不再进高压介质，阀座是在背面弹簧的推动下将储油腔体内的储油从微泄压通道排除到阀门中腔，由于微泄压孔只能设置很小尺寸的通道孔（因为微泄压孔尺寸大了，阀门开启时进入储油腔体的高压介质一部分就要从微泄压孔排除而损失一部分推动阀座脱离的介质压力），因而如果弹簧不是设置较大的话，很难把阀座快速并紧密的与球体贴合，但如果弹簧设置的较大，储油腔体的面积就得设置得更大，否则无法推动阀座脱离球体，因此，该设计对于阀座的脱开与阀座与球体的紧密密封都存在较大的矛盾和密封隐患；三是该专利同样必须应用大量的橡胶密封圈等不耐热的非金属材料进行密封，不能应用在高温工况中，由于橡胶材料极易老化，阀门也很难长期保持良好的密封性能。

因而，改进后的微扭矩球阀存在着较大的设计缺陷，阀门的密封性能和使用安全还得不到完全的保证，其应用的范围也较为局限。

为了解决这些问题，特别是实现阀门能够低扭矩开关、又能够保持球阀原有最优自清洁特性、且能够在高温高压工况中无障碍长期安全应用的球阀，必须采用一种更为先进的、且更为简单方便的结构加以设计应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低扭矩球阀，本发明具有开关扭矩小、密封性能长期稳定以及自清洁功能优异的优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低扭矩球阀，包括主阀体、球体、阀盖以及阀杆，所述主阀体内设有中腔，主阀体两端分别设有一个与所述中腔相连通的第一流道和第二流道，所述球体设置在中腔中，所述第一流道和第二流道内分别设有一个用于与球体构成密封配合的阀座组件，所述阀盖安装于主阀体上端，所述阀杆贯穿阀盖，并且所述阀杆的内端伸入中腔中与所述球体联动连接，所述阀盖的上端安装有支架，所述支架上安装有执行器，所述执行器的输出端与阀杆的外端联动连接；还包括以阀杆为中心对称设置在阀杆两侧的第一泄压组件和第二泄压组件，所述主阀体内位于第一流道和第二流道的内壁上分别沿径向开设有第一泄压流道和第二泄压流道，所述主阀体位于中腔两侧壁的部位分别开设有第一安装腔和第二安装腔，第一安装腔与第一泄压流道之间通过第一泄压小孔相连通，第二安装腔与第二泄压流道之间通过第二泄压小孔相连通，所述第一泄压组件和第二泄压组件分别安装在第一安装腔和第二安装腔上；所述阀杆的内端设有方形联动部，所述球体上设有与方形联动部相配合的方形联动孔，所述方形联动部的每个侧面上均设有一个斜面，所述斜面与方形联动孔上对应的侧壁之间形成10°～15°的角度间隙，在该角度间隙范围内阀杆转动时，阀杆驱动第一泄压组件和第二泄压组件同时开启或关闭，并且球体不动作。

通过采用上述技术方案，在阀杆带动球体转动之前，阀杆先打开第一泄压组件和第二泄压组件，把第一流道、中腔和第二流道相连通，实现将阀门前端高压介质快速排放泄压的效果，继续转动阀杆促使阀杆带动球体转动，球体转动过程中在两端阀座组件的贴合作用下实现自动切结，操作扭矩极小且稳定，无论阀门前端多高的介质压力，其打开阀门的扭矩几乎不会变化，且由于球阀设置为金属硬密封，其内部非金属材料为耐高温的柔性石墨，阀门可以在高温工况中长期安全应用。

本发明进一步设置为，所述第一泄压组件和第二泄压组件的结构相同，所述第一泄压组件包括第一泄压阀体、第一阀芯、第一推杆、第一弹性件以及第一滚珠，所述第一泄压阀体安装于第一安装腔的出口端，所述第一泄压阀体内沿轴向依次设有第一大通道和第一小通道，所述第一阀芯沿轴向依次包括第一大圆柱部和第一锥形密封部，第一推杆包括第一小圆柱部、第一连接部以及第一联动部，所述第一大圆柱部的外周与第一大通道的内周紧密贴合，所述第一小圆柱部的外周以及第一联动部的外周均与第一小圆柱部的外周紧密贴合，所述第一大通道与第一小通道之间形成一个用于与所述第一锥形密封部构成密封配合的密封台阶，所述第一大圆柱部上设有多个用于将第一大通道与第一安装腔相连通的第一大通槽，所述第一小圆柱部上设有多个用于将第一小通道与第一大通道相连通的第一小通槽，所述第一泄压阀体的侧部还开设有多个用于将第一小通道与所述中腔相连通的第一泄压孔，所述第一弹性件设置在第一安装腔内并作用于第一阀芯，第一阀芯与第一推杆相抵触，使得第一推杆将第一滚珠抵紧在阀杆侧壁上，所述阀杆的侧壁上开设有与第一滚珠相配合的第一凹面凸轮槽，第一凹面凸轮槽的凸轮曲线角也为10°～15°。

通过采用上述技术方案，第一凹面凸轮槽与第一滚珠配合应用，使得转动阀杆时，第一滚珠能够推动第一推杆活动，进而推动第一阀芯活动，实现第一泄压组件的启闭，第二泄压组件的启闭原理与第一泄压组件相同。

本发明进一步设置为，所述第一凹面凸轮槽的最大深度大于第一滚珠的直径。

通过采用上述技术方案，阀门全关位置时，第一滚珠能够刚好与第一凹面凸轮槽最深部位置相对应，能够保证第一泄压组件完全关闭。

本发明进一步设置为，所述第一泄压阀体螺纹连接于第一安装腔上，并且第一泄压阀体的外周设有用于抵在主阀体内壁上的第一限位凸缘，所述第一限位凸缘与主阀体内壁之间夹设有第一密封垫。

通过采用上述技术方案，拆装方便，利于前期的组装以及后期的维护操作。

本发明进一步设置为，所述第一弹性件包括第一复位弹簧和第一弹簧垫片，所述第一复位弹簧设置在第一安装腔中，第一复位弹簧的一端将第一弹簧垫片抵紧在第一安装腔的内端面上，第一复位弹簧的另一端抵在第一阀芯的内端面上。

通过采用上述技术方案，安装结构稳定可靠，能够对第一阀芯施加稳定的弹簧力。

本发明进一步设置为，所述主阀体包括左端盖、中体以及右端盖，左端盖和右端盖通过螺栓分别安装在中体两端，并且左端盖与中体之间、右端盖与中体之间均夹设有一个中道垫片。

通过采用上述技术方案，便于整体的加工以及组装，同时利于后期的维护操作。

本发明进一步设置为，所述第一泄压流道和第二泄压流道均延伸至主阀体外部，并且第一泄压流道和第二泄压流道的外端均螺纹连接有一个密封螺钉，所述密封螺钉的螺钉头与主阀体外壁之间夹设有金属垫片。

通过采用上述技术方案，便于第一泄压流道和第二泄压流道的加工操作。

本发明进一步设置为，所述第一流道和第二流道的内壁上分别设置有一个用于安装阀座组件的活动腔，所述阀座组件包括阀座圈、隔离密封圈、碟簧压套、碟簧、密封圈压套以及阀座密封圈，所述活动腔由外至内依次包括第一环形槽、第二环形槽以及第三环形槽，第一环形槽、第二环形槽以及第三环形槽内径依次增大，第一环形槽与第二环形槽之间形成第一台阶，第二环形槽与第三环形槽之间形成第二台阶，所述阀座圈滑动设置在第一流道或第二流道中，阀座圈上设有与第二环形槽内壁相贴合的第一凸缘以及与第三环形槽相贴合的第二凸缘，第一凸缘上设有锥形槽，所述碟簧的两端分别与碟簧压套和密封圈压套相抵，使得碟簧压套将隔离密封圈压紧在第一环形槽内端，密封圈压套将阀座密封圈压紧在锥形槽上，所述第二凸缘外周安装有与第三环形槽内周相贴合的防砂圈。

通过采用上述技术方案，阀座圈依靠碟簧力始终与球体吻合接触，且二者之间的接触吻合推力始终处于稳定且适宜的状态，不仅可以保证必要密封力、限制降低转动力矩，还可在球体转动过程对球体表面进行自动清洁。

本发明进一步设置为，所述球体的上下两端分别通过一个定位组件安装在阀体中腔中，所述定位组件包括定位圈以及多个定位销，所述定位圈的外周沿周向均匀设置有多个数量与定位销相当的第一定位孔，所述主阀体位于中腔的内壁上设有多个数量与定位销相当的第二定位孔，所述定位销的两端分别插设在对应的第一定位孔和对应的第二定位孔中，所述球体的上下两端分别设有一个定位轴，所述定位圈套设在对应的定位轴外周，并且所述定位圈与对应的定位轴之间夹设有轴套。

通过采用上述技术方案，能够对球体进行定位，提升球体转动的稳定性，同时球体转动时受到的摩擦力极小，不仅能够起到保护球体的效果，而且能够降低阀门的启闭扭矩。

本发明进一步设置为，还包括填料密封组件，所述阀盖上端开设有同轴于阀杆的密封腔，所述填料密封组件包括填料压板、填料压套以及密封填料，所述填料压板通过螺栓连接于阀盖上端，填料压板抵在填料压套上端，使得填料压套将密封填料压紧在密封腔中。

通过采用上述技术方案，能够提升阀杆与阀盖之间的密封性，避免内部介质从二者之间的间隙泄漏。

附图说明

图1为本发明全开状态的结构示意图；

图2为本发明全关状态的结构示意图；

图3为本发明第一泄压组件全开状态的结构示意图；

图4为图3中A部的放大结构示意图；

图5为本发明第一泄压组件全关状态的结构示意图；

图6为图5中B部的放大结构示意图；

图7为本发明的泄压原理图（全开状态）；

图8为本发明阀座组件的结构示意图；

图9为本发明阀杆的立体图；

图10为本发明阀杆的右视图；

图11为本发明阀杆的主视图；

图12为图11的I-I剖视图；

图13为本发明填料密封组件的结构示意图。

图中：1、主阀体；2、球体；3、阀盖；4、阀杆；5、中腔；6、第一流道；7、第二流道；8、阀座组件；9、支架；10、执行器；11、第一泄压组件；12、第二泄压组件；13、第一泄压流道；14、第二泄压流道；15、第一安装腔；16、第二安装腔；17、第一泄压小孔；18、第二泄压小孔；19、方形联动部；20、方形联动孔；21、斜面；22a、第一泄压阀体；22b、第二泄压阀体；23a、第一阀芯；23b、第二阀芯；24a、第一推杆；24b、第二推杆；25、第一弹性件；26、第一滚珠；27a、第一大通道；27b、第二大通道；28a、第一小通道；28b、第二小通道；29、第一大圆柱部；30、第一锥形密封部；31、第一小圆柱部；32、第一连接部；33、第一联动部；34、密封台阶；35a、第一大通槽；35b、第二大通槽；36a、第一小通槽；36b、第二小通槽；37a、第一泄压孔；37b、第二泄压孔；38、第一凹面凸轮槽；39、第一限位凸缘；40、第一密封垫；41、第一复位弹簧；42、第一弹簧垫片；43、左端盖；44、中体；45、右端盖；46、中道垫片；47、密封螺钉；48、金属垫片；49、活动腔；50、阀座圈；51、隔离密封圈；52、碟簧压套；53、碟簧；54、密封圈压套；55、阀座密封圈；56、第一环形槽；57、第二环形槽；58、第三环形槽；59、第一台阶；60、第二台阶；61、第一凸缘；62、第二凸缘；63、锥形槽；64、防砂圈；65、定位组件；66、定位圈；67、定位销；68、第一定位孔；69、第二定位孔；70、定位轴；71、轴套；72、填料密封组件；73、密封腔；74、填料压板；75、填料压套；76、密封填料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如附图1～13所示的一种低扭矩球阀，包括主阀体1、球体2、阀盖3以及阀杆4，所述主阀体1内设有中腔5，主阀体1两端分别设有一个与所述中腔5相连通的第一流道6和第二流道7，所述球体2设置在中腔5中，所述第一流道6和第二流道7内分别设有一个用于与球体2构成密封配合的阀座组件8，所述阀盖3安装于主阀体1上端，所述阀杆4贯穿阀盖3，并且所述阀杆4的内端伸入中腔5中与所述球体2联动连接，所述阀盖3的上端安装有支架9，所述支架9上安装有执行器10，所述执行器10的输出端与阀杆4的外端联动连接；还包括以阀杆4为中心对称设置在阀杆4两侧的第一泄压组件11和第二泄压组件12，所述主阀体1内位于第一流道6和第二流道7的内壁上分别沿径向开设有第一泄压流道13和第二泄压流道14，所述主阀体1位于中腔5两侧壁的部位分别开设有第一安装腔15和第二安装腔16，第一安装腔15与第一泄压流道13之间通过第一泄压小孔17相连通，第二安装腔16与第二泄压流道14之间通过第二泄压小孔18相连通，所述第一泄压组件11和第二泄压组件12分别安装在第一安装腔15和第二安装腔16上；所述阀杆4的内端设有方形联动部19，所述球体2上设有与方形联动部19相配合的方形联动孔20，所述方形联动部19的每个侧面上均设有一个斜面21，所述斜面21与方形联动孔20上对应的侧壁之间形成10°～15°的角度间隙，在该角度间隙范围内阀杆4转动时，阀杆4驱动第一泄压组件11和第二泄压组件12同时开启或关闭，并且球体2不动作。在阀杆4带动球体2转动之前，阀杆4先打开第一泄压组件11和第二泄压组件12，把第一流道6、中腔5和第二流道7相连通，实现将阀门前端高压介质快速排放泄压的效果，继续转动阀杆4促使阀杆4带动球体2转动，球体2转动过程中在两端阀座组件8的贴合作用下实现自动切结，操作扭矩极小且稳定，无论阀门前端多高的介质压力，其打开阀门的扭矩几乎不会变化，且由于球阀设置为金属硬密封，其内部非金属材料为耐高温的柔性石墨，阀门可以在高温工况中长期安全应用。

如附图3～7所示，所述第一泄压组件11和第二泄压组件12的结构相同，所述第一泄压组件11包括第一泄压阀体22a、第一阀芯23a、第一推杆24a、第一弹性件25以及第一滚珠26，所述第一泄压阀体22a安装于第一安装腔15的出口端，所述第一泄压阀体22a内沿轴向依次设有第一大通道27a和第一小通道28a，所述第一阀芯23a沿轴向依次包括第一大圆柱部29和第一锥形密封部30，第一推杆24a包括第一小圆柱部31、第一连接部32以及第一联动部33，所述第一大圆柱部29的外周与第一大通道27a的内周紧密贴合，所述第一小圆柱部31的外周以及第一联动部33的外周均与第一小圆柱部31的外周紧密贴合，所述第一大通道27a与第一小通道28a之间形成一个用于与所述第一锥形密封部30构成密封配合的密封台阶34，所述第一大圆柱部29上设有多个用于将第一大通道27a与第一安装腔15相连通的第一大通槽35a，所述第一小圆柱部31上设有多个用于将第一小通道28a与第一大通道27a相连通的第一小通槽36a，所述第一泄压阀体22a的侧部还开设有多个用于将第一小通道28a与所述中腔5相连通的第一泄压孔37a，所述第一弹性件25设置在第一安装腔15内并作用于第一阀芯23a，第一阀芯23a与第一推杆24a相抵触，使得第一推杆24a将第一滚珠26抵紧在阀杆4侧壁上，所述阀杆4的侧壁上开设有与第一滚珠26相配合的第一凹面凸轮槽38，第一凹面凸轮槽38的凸轮曲线角也为10°～15°。第一凹面凸轮槽38与第一滚珠26配合应用，使得转动阀杆4时，第一滚珠26能够推动第一推杆24a活动，进而推动第一阀芯23a活动，实现第一泄压组件11的启闭，第二泄压组件12的启闭原理与第一泄压组件11相同。第二泄压组件12上的第二凹面凸轮槽与第一泄压组件11上的第一凹面凸轮槽38以阀杆4为中心完全对称。

其中，所述第一凹面凸轮槽38的最大深度大于第一滚珠26的直径，第一凹面凸轮槽38最底部与外环面的深度必须大于第一阀芯23a的位移尺寸。阀门全关位置时，第一滚珠26能够刚好与第一凹面凸轮槽38最深部位置相对应，且必须保持间隙，能够保证第一泄压组件11完全关闭。

如附图3所示，所述第一泄压阀体22a螺纹连接于第一安装腔15上，并且第一泄压阀体22a的外周设有用于抵在主阀体1内壁上的第一限位凸缘39，所述第一限位凸缘39与主阀体1内壁之间夹设有第一密封垫40。该设计拆装方便，利于前期的组装以及后期的维护操作。

如附图3所示，所述第一弹性件25包括第一复位弹簧41和第一弹簧垫片42，所述第一复位弹簧41设置在第一安装腔15中，第一复位弹簧41的一端将第一弹簧垫片42抵紧在第一安装腔15的内端面上，第一复位弹簧41的另一端抵在第一阀芯23a的内端面上。该设计安装结构稳定可靠，能够对第一阀芯23a施加稳定的弹簧力。

如附图1所示，所述主阀体1包括左端盖43、中体44以及右端盖45，左端盖43和右端盖45通过螺栓分别安装在中体44两端，并且左端盖43与中体44之间、右端盖45与中体44之间均夹设有一个中道垫片46。该设计便于整体的加工以及组装，同时利于后期的维护操作。

如附图1所示，所述第一泄压流道13和第二泄压流道14均延伸至主阀体1外部，并且第一泄压流道13和第二泄压流道14的外端均螺纹连接有一个密封螺钉47，所述密封螺钉47的螺钉头与主阀体1外壁之间夹设有金属垫片48。该设计便于第一泄压流道13和第二泄压流道14的加工操作。

如附图7和附图8所示，所述第一流道6和第二流道7的内壁上分别设置有一个用于安装阀座组件8的活动腔49，所述阀座组件8包括阀座圈50、隔离密封圈51、碟簧压套52、碟簧53、密封圈压套54以及阀座密封圈55，所述活动腔49由外至内依次包括第一环形槽56、第二环形槽57以及第三环形槽58，第一环形槽56、第二环形槽57以及第三环形槽58内径依次增大，第一环形槽56与第二环形槽57之间形成第一台阶59，第二环形槽57与第三环形槽58之间形成第二台阶60，所述阀座圈50滑动设置在第一流道6或第二流道7中，阀座圈50上设有与第二环形槽57内壁相贴合的第一凸缘61以及与第三环形槽58相贴合的第二凸缘62，第一凸缘61上设有锥形槽63，所述碟簧53的两端分别与碟簧压套52和密封圈压套54相抵，使得碟簧压套52将隔离密封圈51压紧在第一环形槽56内端，密封圈压套54将阀座密封圈55压紧在锥形槽63上，阀座密封圈55的截面呈等腰梯形形状，密封圈压套54与锥形密封圈接触的一面为锥形斜面21，第一凸缘61与锥形密封圈接触的一面也为锥形斜面21，所述第二凸缘62外周安装有与第三环形槽58内周相贴合的防砂圈64。阀座圈50依靠碟簧53力始终与球体2吻合接触，且二者之间的接触吻合推力始终处于稳定且适宜的状态，不仅可以保证必要密封力、限制降低转动力矩，还可在球体2转动过程对球体2表面进行自动清洁。

如附图1所示，所述球体2的上下两端分别通过一个定位组件65安装在阀体中腔5中，所述定位组件65包括定位圈66以及多个定位销67，所述定位圈66的外周沿周向均匀设置有多个数量与定位销67相当的第一定位孔68，所述主阀体1位于中腔5的内壁上设有多个数量与定位销67相当的第二定位孔69，所述定位销67的两端分别插设在对应的第一定位孔68和对应的第二定位孔69中，所述球体2的上下两端分别设有一个定位轴70，所述定位圈66套设在对应的定位轴70外周，并且所述定位圈66与对应的定位轴70之间夹设有轴套71。该设计能够对球体2进行定位，提升球体2转动的稳定性，同时球体2转动时受到的摩擦力极小，不仅能够起到保护球体2的效果，而且能够降低阀门的启闭扭矩。

如附图1和附图13所示，该低扭矩球阀还包括填料密封组件72，所述阀盖3上端开设有同轴于阀杆4的密封腔73，所述填料密封组件72包括填料压板74、填料压套75以及密封填料76，所述填料压板74通过螺栓连接于阀盖3上端，填料压板74抵在填料压套75上端，使得填料压套75将密封填料76压紧在密封腔73中。该设计能够提升阀杆4与阀盖3之间的密封性，避免内部介质从二者之间的间隙泄漏。

工作原理：当打开阀门时，执行器10首先逆时针转动阀杆4，由于阀杆4下端方形联动部19设置的斜面21与球体2方形联动孔20上对应的侧壁具有10°~15°的角度间隙，在此角度范围内阀杆4转动的时候球体2均不动作，此时，阀杆4的两个凹面凸轮槽分别与两个泄压组件的滚珠配合，其中，阀杆4的第一凹面凸轮槽38带动第一滚珠26滚动并推动第一推杆24a后退，第一推杆24a后退带动第一阀芯23a后退，使得第一阀芯23a的第一锥形密封部30离开密封台阶34，第一泄压组件11打开，阀门前端高压介质压力将从第一流道6通过第一泄压流道13、第一泄压小孔17进入第一安装腔15，并通过第一阀芯23a的若干第一大通槽35a、第一大通道27a、第一推杆24a的若干第一小通槽36a及第一泄压阀体22a外环第一泄压孔37a与阀门中腔5相连通，而中腔5此时又通过第二泄压组件12的的第二泄压阀体22b外环第二泄压孔37b、第二泄压阀体22b内的第二小通道28b、第二推杆24b的若干第二小通槽36b、第二泄压阀体22b内的第二大通道27b、第二阀芯23b的若干第二大通槽35b、第二安装腔16、第二泄压小孔18及第二泄压流道14与出口端第二流道7连通，把阀门前端高压介质快速排放泄压，当继续转动阀杆4到预定转角后，阀杆4将带动球体2转动，球体2转动过程中在两端阀座圈50的贴合作用下实现自动清洁，而此时球体2与阀座圈50仅存阀座圈50背面碟簧53的推力产生的扭矩，该扭矩极小且稳定，无论阀门前端多高的介质压力，其打开阀门的扭矩几乎不会变化，且由于球阀设置为金属硬密封，其内部非金属材料为耐高温的柔性石墨，阀门可以在高温工况中长期安全应用。

关闭阀门时正好相反，首先执行器10顺时针转动阀杆4，由于此时两个泄压组件的滚珠并没有和阀杆4上各自对应的凹面凸轮槽配合，而是和阀杆4光面外面配合，因此，第一流道6、第一泄压组件11、阀体的中腔5、第二泄压组件12及第二流道7均处于压力连通状态，阀杆4所承受的扭矩力只有阀座圈50背面碟簧53的推力产生的扭矩，当阀杆4继续转动，阀杆4上两个凹面凸轮槽逐渐与两个滚珠接触配合时，两个泄压组件上的阀芯在各自对应的复位弹簧的作用下逐渐关闭直至完全密封（阀芯上的锥形密封部抵在对应的密封台阶34上），此时球体2与阀座圈50也完全到位，阀门关闭。

Claims (10)

1.一种低扭矩球阀，包括主阀体(1)、球体(2)、阀盖(3)以及阀杆(4)，所述主阀体(1)内设有中腔(5)，主阀体(1)两端分别设有一个与所述中腔(5)相连通的第一流道(6)和第二流道(7)，所述球体(2)设置在中腔(5)中，所述第一流道(6)和第二流道(7)内分别设有一个用于与球体(2)构成密封配合的阀座组件(8)，所述阀盖(3)安装于主阀体(1)上端，所述阀杆(4)贯穿阀盖(3)，并且所述阀杆(4)的内端伸入中腔(5)中与所述球体(2)联动连接，所述阀盖(3)的上端安装有支架(9)，所述支架(9)上安装有执行器(10)，所述执行器(10)的输出端与阀杆(4)的外端联动连接；其特征在于：还包括以阀杆(4)为中心对称设置在阀杆(4)两侧的第一泄压组件(11)和第二泄压组件(12)，所述主阀体(1)内位于第一流道(6)和第二流道(7)的内壁上分别沿径向开设有第一泄压流道(13)和第二泄压流道(14)，所述主阀体(1)位于中腔(5)两侧壁的部位分别开设有第一安装腔(15)和第二安装腔(16)，第一安装腔(15)与第一泄压流道(13)之间通过第一泄压小孔(17)相连通，第二安装腔(16)与第二泄压流道(14)之间通过第二泄压小孔(18)相连通，所述第一泄压组件(11)和第二泄压组件(12)分别安装在第一安装腔(15)和第二安装腔(16)上；所述阀杆(4)的内端设有方形联动部(19)，所述球体(2)上设有与方形联动部(19)相配合的方形联动孔(20)，所述方形联动部(19)的每个侧面上均设有一个斜面(21)，所述斜面(21)与方形联动孔(20)上对应的侧壁之间形成10°～15°的角度间隙，在该角度间隙范围内阀杆(4)转动时，阀杆(4)驱动第一泄压组件(11)和第二泄压组件(12)同时开启或关闭，并且球体(2)不动作。

2.根据权利要求1所述的一种低扭矩球阀，其特征在于：所述第一泄压组件(11)和第二泄压组件(12)的结构相同，所述第一泄压组件(11)包括第一泄压阀体(22a)、第一阀芯(23a)、第一推杆(24a)、第一弹性件(25)以及第一滚珠(26)，所述第一泄压阀体(22a)安装于第一安装腔(15)的出口端，所述第一泄压阀体(22a)内沿轴向依次设有第一大通道(27a)和第一小通道(28a)，所述第一阀芯(23a)沿轴向依次包括第一大圆柱部(29)和第一锥形密封部(30)，第一推杆(24a)包括第一小圆柱部(31)、第一连接部(32)以及第一联动部(33)，所述第一大圆柱部(29)的外周与第一大通道(27a)的内周紧密贴合，所述第一小圆柱部(31)的外周以及第一联动部(33)的外周均与第一小圆柱部(31)的外周紧密贴合，所述第一大通道(27a)与第一小通道(28a)之间形成一个用于与所述第一锥形密封部(30)构成密封配合的密封台阶(34)，所述第一大圆柱部(29)上设有多个用于将第一大通道(27a)与第一安装腔(15)相连通的第一大通槽(35a)，所述第一小圆柱部(31)上设有多个用于将第一小通道(28a)与第一大通道(27a)相连通的第一小通槽(36a)，所述第一泄压阀体(22a)的侧部还开设有多个用于将第一小通道(28a)与所述中腔(5)相连通的第一泄压孔(37a)，所述第一弹性件(25)设置在第一安装腔(15)内并作用于第一阀芯(23a)，第一阀芯(23a)与第一推杆(24a)相抵触，使得第一推杆(24a)将第一滚珠(26)抵紧在阀杆(4)侧壁上，所述阀杆(4)的侧壁上开设有与第一滚珠(26)相配合的第一凹面凸轮槽(38)，第一凹面凸轮槽(38)的凸轮曲线角也为10°～15°。

3.根据权利要求2所述的一种低扭矩球阀，其特征在于：所述第一凹面凸轮槽(38)的最大深度大于第一滚珠(26)的直径。

4.根据权利要求2所述的一种低扭矩球阀，其特征在于：所述第一泄压阀体(22a)螺纹连接于第一安装腔(15)上，并且第一泄压阀体(22a)的外周设有用于抵在主阀体(1)内壁上的第一限位凸缘(39)，所述第一限位凸缘(39)与主阀体(1)内壁之间夹设有第一密封垫(40)。

5.根据权利要求2所述的一种低扭矩球阀，其特征在于：所述第一弹性件(25)包括第一复位弹簧(41)和第一弹簧垫片(42)，所述第一复位弹簧(41)设置在第一安装腔(15)中，第一复位弹簧(41)的一端将第一弹簧垫片(42)抵紧在第一安装腔(15)的内端面上，第一复位弹簧(41)的另一端抵在第一阀芯(23a)的内端面上。

6.根据权利要求1所述的一种低扭矩球阀，其特征在于：所述主阀体(1)包括左端盖(43)、中体(44)以及右端盖(45)，左端盖(43)和右端盖(45)通过螺栓分别安装在中体(44)两端，并且左端盖(43)与中体(44)之间、右端盖(45)与中体(44)之间均夹设有一个中道垫片(46)。

7.根据权利要求1所述的一种低扭矩球阀，其特征在于：所述第一泄压流道(13)和第二泄压流道(14)均延伸至主阀体(1)外部，并且第一泄压流道(13)和第二泄压流道(14)的外端均螺纹连接有一个密封螺钉(47)，所述密封螺钉(47)的螺钉头与主阀体(1)外壁之间夹设有金属垫片(48)。

8.根据权利要求1所述的一种低扭矩球阀，其特征在于：所述第一流道(6)和第二流道(7)的内壁上分别设置有一个用于安装阀座组件(8)的活动腔(49)，所述阀座组件(8)包括阀座圈(50)、隔离密封圈(51)、碟簧压套(52)、碟簧(53)、密封圈压套(54)以及阀座密封圈(55)，所述活动腔(49)由外至内依次包括第一环形槽(56)、第二环形槽(57)以及第三环形槽(58)，第一环形槽(56)、第二环形槽(57)以及第三环形槽(58)内径依次增大，第一环形槽(56)与第二环形槽(57)之间形成第一台阶(59)，第二环形槽(57)与第三环形槽(58)之间形成第二台阶(60)，所述阀座圈(50)滑动设置在第一流道(6)或第二流道(7)中，阀座圈(50)上设有与第二环形槽(57)内壁相贴合的第一凸缘(61)以及与第三环形槽(58)相贴合的第二凸缘(62)，第一凸缘(61)上设有锥形槽(63)，所述碟簧(53)的两端分别与碟簧压套(52)和密封圈压套(54)相抵，使得碟簧压套(52)将隔离密封圈(51)压紧在第一环形槽(56)内端，密封圈压套(54)将阀座密封圈(55)压紧在锥形槽(63)上，所述第二凸缘(62)外周安装有与第三环形槽(58)内周相贴合的防砂圈(64)。

9.根据权利要求1所述的一种低扭矩球阀，其特征在于：所述球体(2)的上下两端分别通过一个定位组件(65)安装在阀体中腔(5)中，所述定位组件(65)包括定位圈(66)以及多个定位销(67)，所述定位圈(66)的外周沿周向均匀设置有多个数量与定位销(67)相当的第一定位孔(68)，所述主阀体(1)位于中腔(5)的内壁上设有多个数量与定位销(67)相当的第二定位孔(69)，所述定位销(67)的两端分别插设在对应的第一定位孔(68)和对应的第二定位孔(69)中，所述球体(2)的上下两端分别设有一个定位轴(70)，所述定位圈(66)套设在对应的定位轴(70)外周，并且所述定位圈(66)与对应的定位轴(70)之间夹设有轴套(71)。

10.根据权利要求1所述的一种低扭矩球阀，其特征在于：还包括填料密封组件(72)，所述阀盖(3)上端开设有同轴于阀杆(4)的密封腔(73)，所述填料密封组件(72)包括填料压板(74)、填料压套(75)以及密封填料(76)，所述填料压板(74)通过螺栓连接于阀盖(3)上端，填料压板(74)抵在填料压套(75)上端，使得填料压套(75)将密封填料(76)压紧在密封腔(73)中。

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