CN115789289A - 一种高压力球阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压力球阀，包括主阀体、侧阀体、阀杆和球体；所述球体设置于所述主阀体的内腔中并与所述阀杆连接；所述阀杆具备适配部分，所述适配部分与所述球体采用齿形配合连接；所述适配部分设置有腔室，在所述球体上设置有与所述腔室连通的流体通道，所述流体通道用于将球阀上游侧的高压介质流体的压力引入所述腔室中使所述腔室向外膨胀，并使所述插齿的两侧面与所述齿形槽紧密贴合。根据本发明提供的高压力球阀能够使插齿的两侧面与齿形槽紧密贴合，由此消除了原来插齿与齿形槽之间的间隙。因此能够有效降低插齿与齿形槽之间的磨损，提高了阀杆的使用寿命。

Description

一种高压力球阀

技术领域

本发明涉及阀门，具体涉及一种高压力球阀。

背景技术

现有技术中应用于液体介质传输部分的高压力球阀，通常采用的结构是：在上游阀座组件设置一个唇形密封圈，密封来自上游端的介质压力；在下游阀座组件设置一个双活塞唇形密封圈或者背向安装两个唇形密封圈以实现双向密封，密封来自下游端的介质压力和密封来自阀腔的压力；并在球体与阀杆之间采用齿形配合传递执行器的驱动力。例如，申请号为ZL202111388058.4的专利中即公开了采用齿形槽和插齿，使得球体和阀杆的连接部位传递大力矩时更加平稳，不会出现大扭矩瞬间冲击造成连接部位的塑形变形。

上述结构虽然能有效实现上下游密封，并使得球体和阀杆的连接部位传递大力矩时更加平稳。然而当球阀处于关闭状态时，来自上游侧的高压介质流体作用在球体上，球体将承受来自上游侧的作用力，并将该作用力传递至阀杆与球体之间的适配部分。在该作用力的作用下，使球体与阀杆的适配部分之间出现一个相对位移量，这个相对位移量使得阀杆在一侧与球体紧密贴合，而在另外一侧存在间隙。同时，当驱动阀杆使球体逐渐打开的过程中，阀杆的适配部分与球体之间不仅承受该作用力，阀杆本身还要承受来自执行器的转矩。因此，在该作用力和/或转矩的作用下，阀杆的适配部分与球体之间将承受变化的载荷，从而加剧该适配部分的磨损，降低阀杆使用寿命。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高压力球阀，以提升该球阀的使用寿命以及安全可靠性。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种高压力球阀，包括：主阀体、侧阀体、阀杆和球体；所述主阀体的壁上开有用于所述阀杆插入的外孔，所述侧阀体上开有用于物料流通的固定通道，沿所述固定通道方向，所述主阀体与所述侧阀体对接；

所述阀杆通过所述外孔伸入所述主阀体的内腔，所述主阀体的外孔与所述阀杆适配；

所述球体设置于所述主阀体的内腔中并与所述阀杆连接；所述球体上开设有与所述固定通道对应、贯通的活动通道，通过驱动所述阀杆转动以控制所述活动通道与所述固定通道的对接或断开；

所述球体上设置有用于与所述阀杆一端对接的内孔，所述内孔的孔壁排布有沿所述内孔的轴线延伸的齿形槽，所述阀杆与所述内孔之间的适配部分排布有与所述齿形槽适配的插齿；

所述适配部分设置有腔室，在所述球体上设置有与所述腔室连通的流体通道，所述流体通道用于将球阀上游侧的高压介质流体的压力引入所述腔室中使所述腔室向外膨胀，并使所述插齿的两侧面与所述齿形槽紧密贴合。

优选地，所述流体通道包括：在所述球体上游侧，沿所述球体径向开设的与所述活动通道贯通的第一通孔；沿所述内孔的轴向开设的与所述腔室贯通的第二通孔；高压介质流体经由所述第一通孔、所述活动通道、所述第二通孔与所述腔室连通。

优选地，所述流体通道包括：在所述球体上游侧，沿所述球体径向开设的与所述活动通道贯通的第一通孔，所述第一通孔内安装有第一单向阀；在所述球体下游侧，沿所述球体径向开设的与所述活动通道贯通的第三通孔，所述第三通孔内安装有第二单向阀；沿所述内孔的轴向开设的与所述腔室贯通的第二通孔；在上游侧，高压介质流体能经由所述第一单向阀、所述第一通孔、所述活动通道、所述第二通孔与所述腔室连通；在下游侧，高压介质流体能经由所述第二单向阀、所述第三通孔、所述活动通道、所述第二通孔与所述腔室连通。

优选地，所述腔室设置为：使得所述插齿顺着所述阀杆转动方向一侧的侧壁厚度大于另外一侧的侧壁厚度。

优选地，所述主阀体的顶部设置有联结盘，所述联结盘上开设有用于与阀盖连接的螺栓连接孔，所述阀盖与所述主阀体之间通过螺栓连接；所述阀盖上设置有与所述外孔对应的穿孔，所述阀杆的一端依次穿过所述穿孔、所述外孔伸入到所述主阀体的内腔中与所述球体连接。

优选地，在所述阀杆上设置有向外延伸的凸缘，在所述凸缘面向所述阀盖的一侧设置有第一填料压环，所述第一填料压环与所述凸缘之间设置有第一密封垫片；在所述凸缘面向所述球体的一侧设置有第二填料压环，所述第二填料压环与所述凸缘之间设置有第二密封垫片，所述第二填料压环与所述球体之间设置有第三密封垫片。

优选地，沿所述外孔的轴线方向上，在所述球体的两端设置有抵接于所述球体与所述侧阀体之间的轴承体。

优选地，所述球体的表面设置有通过喷涂形成的硬化层。

优选地，沿所述固定通道的方向上，在所述球体和所述侧阀体的内壁之间设置有阀座，所述阀座的表面设置有通过喷涂形成的硬化层。

优选地，所述硬化层外设置有类金刚石镀膜层。

与现有技术相比，本发明提供的一种高压力球阀具备如下有益的技术效果：

本发明巧妙地利用了高压力球阀所输送的高压介质流体，通过将球阀上游侧的高压介质流体的压力引入至阀杆与球体之间的适配部分所开设的腔室中，使得该腔室能向外膨胀，进而使得插齿产生一定变形，使其两侧面与齿形槽紧密贴合，由此消除了原来插齿与齿形槽之间的间隙。因此能够有效降低插齿与齿形槽之间的磨损，提高了阀杆的使用寿命。

经进一步改进后，通过在球阀的上游侧和下游侧分别开设通孔，并在两个通孔内对称设置了一组单向阀。在简化执行器控制的同时，能够保证插齿的两侧面始终与齿形槽紧密贴合，从而有效降低插齿与齿形槽之间的磨损，提高了阀杆的使用寿命。

附图说明

图1为本发明提供的高压力球阀打开状态的示意图；

图2为本发明提供的高压力球阀关闭状态的示意图；

图3为球体与阀杆齿形连接的示意图；

图4为球体与阀杆连接时的局部示意图；

图5为沿A-A方向的截面示意图；

图6为阀杆的局部示意图；

图7为另一实施方式中球体与阀杆连接时的局部示意图；

图8为另一实施方式中适配部分与球体连接的局部示意图。

其中，图中标注符号的含义如下：

1、主阀体；2、侧阀体；3、球体；4、阀杆；5、阀座；6、轴承体；7、阀盖；8、第一填料压环；9、第一密封垫片；10、第二填料压环；11、第二密封垫片；12、第三密封垫片；31、第一通孔；32、第二通孔；33、活动通道；34、内孔；35、第一单向阀；36、第三通孔；37、第二单向阀；41、适配部分；71、穿孔；110、外孔；120、固定通道；130、联结盘；341、齿形槽；411、插齿；412、腔室；4121、横向通道；4122、纵向通道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

如附图1-附图6所示，本发明提供了一种高压力球阀，包括：主阀体1、侧阀体2、阀杆4和球体3；通过控制阀杆4以对主阀体1内的通道的开闭加以控制。前述的主阀体1的通道方向上两端均设置有侧阀体2，安装时将球体3放入后，将侧阀体2与主阀体1对接，侧阀体2与主阀体1之间的缝隙可采用密封垫片密封，图中未示出。

主阀体1的壁上开有用于阀杆4插入的外孔110，侧阀体2上开设有用于物料流通的固定通道120；阀杆4通过外孔110伸入该主阀体1的内腔，主阀体1的外孔110与阀杆4适配，这里的适配即阀杆4伸入到主阀体1内后，阀杆4能被主阀体1的外孔110内壁给限位固定住即可。

球体3设置于主阀体1的内腔中并与阀杆4连接，通过控制阀杆4驱动球体3转动，球体3上还开设有与上述固定通道120对应、贯通的活动通道33，控制该活动通道33与固定通道120的对接和断开实现阀门的开闭作用。

主阀体1的顶部设置有联结盘130，联结盘130上开设有用于与阀盖7连接的螺栓连接孔，阀盖7与主阀体1之间通过螺栓连接；阀盖7上设置有与外孔110对应的穿孔71，阀杆4的一端依次穿过穿孔71、外孔110伸入到主阀体1的内腔中与球体3连接。

球体3上设置有用于与阀杆4一端对接的内孔34，内孔34的孔壁排布有沿该内孔34的轴线延伸的齿形槽341，阀杆4与内孔34之间的适配部分41排布有与该齿形槽341适配的插齿411。

常规的高压力球阀由于球杆与球体之间采用传统的扁方头连接方式，经过多次大扭矩开关动作后，阀杆与球体之间的适配部分将发生塑形变形，久而久之，变形加剧，最终导致球体无法开关到位，造成泄漏。而在本发明提供的上述结构中，采用了齿形配合的方式，使球体3和阀杆4的适配部分41传递大力矩时更加平稳，不会出现大扭矩瞬间冲击造成适配部分的塑形变形。

然而，发明人通过长期的实践发现，当球阀处于关闭状态时，来自上游侧的高压介质流体作用在球体3上，球体3将承受来自固定通道120轴线方向的作用力F，并将该作用力F传递至阀杆4与球体3之间的适配部分41。在该作用力F的作用下，使阀杆4的适配部分41与球体3之间出现一个相对位移量，这个相对位移量使得阀杆4在一侧与球体3紧密贴合，而在另外一侧存在间隙；同时，当驱动阀杆4使球体3逐渐打开的过程中，阀杆4的适配部分41不仅承受该作用力F，阀杆4本身还要承受来自执行器的转矩T，由此造成插齿411一侧与齿形槽341紧贴，而另一侧与齿形槽341存间隙，如附图5中所示。因此，在该作用力F和/或转矩T的作用下，阀杆4的适配部分41与球体3之间将承受变化的载荷，使得插齿411两侧面与齿形槽341不断摩擦，由此造成适配部分41磨损加剧，降低阀杆4的使用寿命。

为解决这一技术问题，本发明在适配部分41设置有腔室412，在球体3上设置有与腔室412连通的流体通道，通过将上游侧的高压介质流体的压力引入至腔室412中使腔室412向外膨胀，由此使得插齿411的两侧面与齿形槽341紧密贴合。

优选地，该流体通道包括：在球体3上游侧，沿球体3径向开设的与活动通道33贯通的第一通孔31；沿内孔34的轴向开设的与腔室412贯通的第二通孔32；高压介质流体经由第一通孔31、活动通道33、第二通孔32与腔室412连通。其中，腔室412包括横向通道4121和纵向通道4122，横向通道4121位于阀杆4底部，并沿阀杆4的径向方向设置；纵向通道4122位于适配部分41处，并沿阀杆4的轴向方向设置；其中，横向通道4121是在阀杆4的底部设置的一个台阶孔，以作为高压介质流体的中转腔；纵向通道4122是在阀杆4的插齿411内侧设置的空腔，该空腔与插齿411的齿形相似，该空腔用于容纳高压介质流体。采用上述结构的阀杆，一方面可以保证高压介质流体能通过横向通道4121均匀地分配到各个空腔中，另一方面采用与插齿的齿形结构相似的空腔可更为高效的利用高压介质流体，实现在空腔尺寸较小的情况下，完成对插齿内侧的膨胀，避免因空腔结构尺寸过大而导致阀杆强度大幅降低。

在使用过程中，当球阀处于连通状态时，此时高压介质流体经由固定通道120、活动通道33与腔室412连通，在该工况下高压介质流体将使腔室412向外膨胀，由此使得插齿411的两侧面与齿形槽341紧密贴合。

当控制执行器驱动阀杆4转动90°后，球阀处于关闭状态，此时高压介质流体经由第一通孔31、活动通道33、第二通孔32与腔室412连通，高压介质流体同样将使腔室412向外膨胀，由此使得插齿411的两侧面与齿形槽341紧密贴合。当控制执行器驱动阀杆4沿反方向转动90°后，球阀则再次处于连通状态。

本发明中提出的技术方案能够在球阀处于打开、关闭状态下，使得插齿411的两侧面始终与齿形槽341紧密贴合，从而有效降低插齿与齿形槽之间的磨损，提高了阀杆的使用寿命。

实施例二

实施一中需要执行器控制阀杆4在90°的范围内反复转动，不利于执行器控制。进一步参见附图1-附图8，为了克服上述问题，在实施例二中，对流体通道进行了改进。

优选地，流体通道包括：在球体3上游侧，沿球体3径向开设的与活动通道33贯通的第一通孔31，第一通孔31内安装有第一单向阀35；在球体3下游侧，沿球体3径向开设的与活动通道33贯通的第三通孔36，第三通孔36内安装有第二单向阀37；在上游侧，高压介质流体能够经由第一单向阀35、第一通孔31、活动通道33、第二通孔32与腔室412连通；在下游侧，高压介质流体能够经由第二单向阀37、第三通孔36、活动通道33、第二通孔32与腔室412连通。当第一通孔31位于上游侧时，此时球阀处于关闭状态，其过程与实施例一中过程类似，对此不再做赘述。此后控制执行器驱动阀杆4转动90°则打开球阀。若需要再次关闭球阀，则继续控制执行器驱动阀杆4转动90°，此时位于下游侧的第三通孔36将转动至上游侧，第二单向阀37使得高压介质流体能够经由第三通孔36、活动通道33、第二通孔32与腔室412连通，使插齿411的两侧面与齿形槽341紧密贴合。而此时由于下游侧的第一单向阀35阻止高压介质流体经由第一通孔31流向下游侧，因此保证了球阀有效密封。随后，若需打开球阀，则继续控制执行器驱动阀杆4转动90°即可。因此，在简化执行器控制的同时，能够保证插齿411的两侧面始终与齿形槽341紧密贴合，从而有效克服插齿与齿形槽之间的磨损，提高了阀杆的使用寿命。

优选地，为了保证阀杆的使用要求，纵向通道4122设置为：使得插齿411顺着阀杆4转动方向一侧的壁厚D大于另外一侧的壁厚d。这样设置能够有效地使适配部分41向外膨胀以降低插齿与齿形槽之间的磨损。

优选地，为了实现球阀有效密封，在阀杆4上设置有向外延伸的凸缘，在该凸缘面向阀盖7的一侧设置有第一填料压环8，第一填料压环8与该凸缘之间设置有第一密封垫片9；在该凸缘面向球体3的一侧设置有第二填料压环10，第二填料压环10与该凸缘之间设置有第二密封垫片11，第二填料压环10与球体3之间设置有第三密封垫片12。采用上述设置方式，能够有效对阀腔进行密封，避免造成高压介质流体泄漏。

优选地，沿固定通道120的方向上，在球体3与侧阀体2的内壁之间设置有阀座5。球体3和阀座5的表面均设置有通过喷涂形成的硬化层。上述硬化层外设置有类金刚石镀膜层。采用上述特殊处理的球体3和阀座5能够大幅度降低阀门扭矩，从而降低执行器的输出扭矩。

优选地，在沿外孔110的轴线方向上，球体3的两端设置有抵接于该球体3与侧阀体2之间的轴承体6。现有技术中球体的固定方式中，为了提升高压力球阀中球体的承压刚性，一般都采用上下枢轴的固定方式，阀杆承受推力使阀杆产生挠曲变形，造成阀杆处的轴承磨损严重。在本发明中，通过在球体3与侧阀体2内腔壁之间设置轴承体6以让球体3在主阀体1内能有更好的定位和限位，有更大的承压能力，同时保障球体3可绕阀杆4的自转。当然，为了保证阀杆4的对中性，可在主阀体1与阀杆4接触的部分设置额外的轴承体，此处不作过多赘述。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种高压力球阀，其特征在于，包括：主阀体、侧阀体、阀杆和球体；所述主阀体的壁上开有用于所述阀杆插入的外孔，所述侧阀体上开有用于物料流通的固定通道，沿所述固定通道方向，所述主阀体与所述侧阀体对接；

所述阀杆通过所述外孔伸入所述主阀体的内腔，所述主阀体的外孔与所述阀杆适配；

所述球体设置于所述主阀体的内腔中并与所述阀杆连接；所述球体上开设有与所述固定通道对应、贯通的活动通道，通过驱动所述阀杆转动以控制所述活动通道与所述固定通道的对接或断开；

所述球体上设置有用于与所述阀杆一端对接的内孔，所述内孔的孔壁排布有沿所述内孔的轴线延伸的齿形槽，所述阀杆与所述内孔之间的适配部分排布有与所述齿形槽适配的插齿；

所述适配部分设置有腔室，在所述球体上设置有与所述腔室连通的流体通道，所述流体通道用于将球阀上游侧的高压介质流体的压力引入所述腔室中使所述腔室向外膨胀，并使所述插齿的两侧面与所述齿形槽紧密贴合。

2.如权利要求1所述的球阀，其特征在于，所述流体通道包括：在所述球体上游侧，沿所述球体径向开设的与所述活动通道贯通的第一通孔；沿所述内孔的轴向开设的与所述腔室贯通的第二通孔；高压介质流体经由所述第一通孔、所述活动通道、所述第二通孔与所述腔室连通。

3.如权利要求1所述的球阀，其特征在于：所述流体通道包括：在所述球体上游侧，沿所述球体径向开设的与所述活动通道贯通的第一通孔，所述第一通孔内安装有第一单向阀；在所述球体下游侧，沿所述球体径向开设的与所述活动通道贯通的第三通孔，所述第三通孔内安装有第二单向阀；沿所述内孔的轴向开设的与所述腔室贯通的第二通孔；在上游侧，高压介质流体能经由所述第一单向阀、所述第一通孔、所述活动通道、所述第二通孔与所述腔室连通；在下游侧，高压介质流体能经由所述第二单向阀、所述第三通孔、所述活动通道、所述第二通孔与所述腔室连通。

4.如权利要求2-3任意一项所述的球阀，其特征在于：所述主阀体的顶部设置有联结盘，所述联结盘上开设有用于与阀盖连接的螺栓连接孔，所述阀盖与所述主阀体之间通过螺栓连接；所述阀盖上设置有与所述外孔对应的穿孔，所述阀杆的一端依次穿过所述穿孔、所述外孔伸入到所述主阀体的内腔中与所述球体连接。

5.如权利要求4所述的球阀，其特征在于：在所述阀杆上设置有向外延伸的凸缘，在所述凸缘面向所述阀盖的一侧设置有第一填料压环，所述第一填料压环与所述凸缘之间设置有第一密封垫片；在所述凸缘面向所述球体的一侧设置有第二填料压环，所述第二填料压环与所述凸缘之间设置有第二密封垫片，所述第二填料压环与所述球体之间设置有第三密封垫片。

6.如权利要求5所述的球阀，其特征在于：沿所述外孔的轴线方向上，在所述球体的两端设置有抵接于所述球体与所述侧阀体之间的轴承体。

7.如权利要求6所述的球阀，其特征在于：所述球体的表面设置有通过喷涂形成的硬化层。

8.如权利要求7所述的球阀，其特征在于：沿所述固定通道的方向上，在所述球体和所述侧阀体的内壁之间设置有阀座，所述阀座的表面设置有通过喷涂形成的硬化层。

9.如权利要求7-8任意一项所述的球阀，其特征在于：所述硬化层外设置有类金刚石镀膜层。

Images