CN116677793A - 一种新型双向密封提升杆球阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型双向密封提升杆球阀，属于提升杆球阀技术领域。包括阀体、球体、阀杆、阀座等；所述提升杆球阀还包括联动加压组件，所述联动加压组件包括压力隔膜、上压盘、下压盘以及连接管路；所述压力腔、压力流道一、连接管路、环形流道以及压力流道二依次连通并形成压力通道对阀座施加朝向球面密封环的反向作用力。通过本发明，在球阀整体上增设联动加压组件，执行机构施加给阀杆的下降作用力，执行机构施加的下降作用力共同施加至阀杆上连接的联动加压组件，对阀座进行辅助施压，与阀体中的介质压力共同作用到阀座上，使其向左微移动后与球体接触，能够同时满足高介质压力与低介质压力的高质量密封需求。

Description

一种新型双向密封提升杆球阀

技术领域

本发明涉及一种新型双向密封提升杆球阀，属于提升杆球阀技术领域。

背景技术

提升杆球阀是一种常见的阀门类型，通常用于流体控制和切断。它由阀体、球体、阀杆和填料等组成。

以下是提升杆球阀的一般工作原理和主要组成部分：

阀体：阀体是球阀的外壳，通常采用铸造或锻造工艺制成。它具有进口和出口连接口，用于与管道系统连接。

球体：球体是阀门内部的关键部件，通常由金属(如不锈钢、铜合金等)制成。球体具有一个孔道，可通过旋转实现流体的开关和调节。当球体与阀座配合时，可以实现流体的切断。

阀杆：阀杆是连接球体和手柄或传动装置的部件，通常由金属制成。通过旋转或上下移动阀杆，可以控制球体的位置，从而实现流体的开关和调节。

提升杆：提升杆是用于控制阀杆上下运动或旋转的部件。它与阀杆相连，并通过手柄或传动装置来提升、下降或阀杆。

填料：填料位于阀杆与阀体之间的填料函内，用于提供密封和防止介质泄漏。常见的填料材料包括柔性石墨、聚四氟乙烯(PTFE)等。

提升杆球阀通过旋转手柄或操作传动装置，使阀杆上升、下降或旋转，从而控制球体的位置，实现流体的开关和调节。当阀杆上升时，球体与阀座分离，允许流体通过；当阀杆下降时，球体与阀座接触，切断流体的通路。

提升杆球阀通常具有简单、可靠、密封性能好等特点，适用于多种工业领域的流体控制应用。它们广泛应用于石油、化工、电力、水处理等行业。

普通球阀的开关是通过阀杆简单旋转90°而没有提升动作，这样造成球体和阀座始终一直处于接触摩擦状态，阀门经过长时间的开关后球体和阀座的密封面容易因磨损而产生泄漏。同时，普通球阀主要通过管道介质的压力来实现密封，在管道内介质压力很低或消失的工况下，阀门很难实现“零”泄漏。

提升杆球阀较普通球阀的最大优势是开关磨损小和密封性较强。提升杆球阀开启时，阀杆首先提升使球体与阀座脱离接触，然后阀杆驱动球体旋转90°到开启位置。提升杆球阀关闭时，阀杆带动球体在不接触阀座的情况下旋转90°，然后阀杆下降压迫球体压紧在阀座上。与普通球阀相比，提升杆球阀将启闭时球体与阀座的接触摩擦转换为阀杆轨道槽与导向销之间的摩擦。提升杆球阀不仅受到管道介质的压力实现密封，而且通过阀杆底部的楔形面提供一个机械的楔紧力强迫球体压紧阀座来实现密封。

虽然，现有的提升杆球阀性能与功能都得到了很大的改进与提升，比如不仅能够解决阀门在线检查和维修时无法实现快速更换阀座的问题，而且还能够适用于需要双向紧密关闭或零泄露的工况，但是，在现有的双向密封提升杆球阀中，仍然存在一些难以解决的问题：

(1)提升杆球阀的填料函的填料通常需要通过压紧来保持紧密的密封性，如果压紧力不足或压紧方式不正确，阀杆的上下移动会使填料函的填料松动，但是对于阀杆运动频率过高的应用场景，比如在需要频繁调节流量的系统中，阀杆可能需要频繁上下移动来实现流量的调节。例如，流程控制系统或流量调节设备中的阀门；在需要频繁进行流程切换或介质分流的系统中，阀杆可能需要频繁移动来切换流程或分配介质，包括多路阀系统、多阀门组合系统等。如果阀杆的上下运动频率过高，填料函的填料会没有足够的时间来稳定和适应阀杆的运动，容易导致松动。

(2)提升杆球阀的阀杆向下产生机械楔紧力将球体以下支点推向阀座的同时，由于杠杆原理，球面密封环上半圆的密封面可紧紧的与阀座的密封面靠紧密封，但是球面密封环下半圆的密封面由于楔紧力相对较小的缘故，容易与阀座的密封面产生间隙，使阀门泄漏，不利于高效密封。

(3)当介质压力作用于阀座时，会迫使阀座向一侧微移动，与球体形成紧密的接触。这种接触产生的接触应力能够有效地封闭阀座另一侧的空间，阻止介质从阀座与球体之间泄漏或渗透。由于介质压力越高，阀座与球体的接触应力也增加，从而提高了密封效果。但是，在介质压力较小的情况下，球体与阀座密封面之间的压力也随之变小，不足以完全地封闭介质，球体与阀座之间的密封面之间容易产生泄露路径，介质就有可能从泄漏路径中逸出。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种新型的双向密封提升杆球阀，不仅能够保证填料函内填料与阀杆之间的高强密封性，同时能够保证阀座与球体之间的高强密封性，有效增强双向密封提升杆球阀的整体密封性。

本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：

一种新型双向密封提升杆球阀，包括阀体、球体、阀杆、阀座、滚柱、阀盖、若干组密封填料、填料压盖、导向销以及执行机构，其中：

所述阀体与阀盖之间通过螺柱和螺母连接并形成压力边界，阀体与阀盖之间设置有密封垫片；

所述阀盖的内腔自上至下顺序包括压盖腔、填料腔以及导向腔；

所述球体活动设置于阀体内部的阀腔，球体包括设有中心通道的球体本体以及固定在球体侧表面且能够与阀座接触密封的球面密封环，球体顶部设置有滚柱孔，球体底部设有外凸部且与阀体底部设置的轴套接触；

所述阀杆可上下移动和转动地设于所述阀盖的内腔中，且阀杆从上而下依次穿设于阀盖顶部、压盖腔内设有的填料压盖、填料腔内设有的若干组密封填料、填料垫以及导向腔；所述阀杆底部设置有驱动部以及楔形部，所述驱动部与所述球体顶部滚柱孔中内嵌的滚柱活动连接，所述楔形部下压过程中楔紧所述球体并使球体的球面密封环抵紧阀座；

所述阀座设置于阀体内部设置的环形安装槽内且阀座与阀体的中心设有同轴的介质流道，所述阀座朝向所述球体的一面为密封面，所述阀座背向所述球体的一面为受压面；

所述导向销，设置于阀盖上，导向销穿过阀盖上方设有的圆柱孔并插入阀杆上设有的轨道槽内；

所述执行机构连接于所述阀杆的上端，用于驱动所述阀杆升降；

本发明在现有的双向密封提升杆球阀上做出首创性改进，具体如下：

沿所述阀座的内圆周方向上均匀设有螺孔，限位螺钉通过螺纹拧入阀座，所述限位螺钉的顶部插入阀体的环形安装槽中，限位螺钉顶部的外圆尺寸小于主阀体环形安装槽宽度；

所述提升杆球阀还包括联动加压组件，所述联动加压组件包括压力隔膜、上压盘、下压盘以及连接管路；

所述阀盖包括上半盖体与下半盖体，上半盖体与下半盖体之间通过锁紧螺栓连接并形成压力边界；

所述阀杆中部开设有环形限位槽，所述环形限位槽外部依次套接有上压盘、压力隔膜以及下压盘，所述上压盘与下压盘与阀杆之间分别设置有密封圈，压力隔膜外部边缘由上半盖体与下半盖体压紧密封；

所述压力隔膜将所述压盖腔分隔并于压力隔膜下方形成压力腔，所述阀盖下半盖体上开设有压力流道一；

所述阀座的受压面外侧的阀体上，开设有环形流道，所述环形流道与阀座受压面之间的阀体圆周方向上开设有多个压力流道二，所述压力腔、压力流道一、连接管路、环形流道以及压力流道二依次连通并形成压力通道对阀座施加朝向球面密封环的反向作用力；

所述压力腔对应的所述下半盖体上连接有止回阀一，所述连接管路上连接有止回阀二。

进一步的，所述阀杆底部的驱动部中轴线与球体本体中轴线之间设置有偏心距A，且偏心距A偏向远离于所述球体上的球面密封环的一侧；

所述球体底部的外凸部中轴线与所述球体本体中轴线之间设置有偏心距B，且偏心距B偏向靠近所述球体上的球面密封环的一侧；

所述滚柱包括左下滚柱与右上滚柱，所述左下滚柱及右上滚柱上均设有垂直切平面和斜切平面，两个滚柱的垂直切平面呈平行状态，两个滚柱的斜切平面也呈平行状态；

所述阀杆底部楔形部的楔形角度为α，当所述球面密封环接触所述阀座时，所述阀杆底部楔形部的斜面底边到与右上滚柱的斜切平面的顶边之间距离为C；

所述偏心距B大小设置为：0＜B≤C*sin(α)。

进一步的，所述连接管路两端分别通过外螺纹接头与压力流道一与环形流道密封螺接。

进一步的，所述压力隔膜采用丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、聚氨酯、聚四氟乙烯中任意一种制成。

进一步的，所述球面密封环上半圆的受压面对应的压力流道二直径，不小于所述球面密封环下半圆的受压面对应的压力流道二直径。

进一步的，所述球体的外凸部上设置有下支撑耳轴，且所述下支撑耳轴外侧面为圆球面，且圆球面上堆焊或喷涂有硬质合金。

进一步的，所述若干组密封填料包括两组编织石墨填料、两组V型柔性石墨组合填料，两组所述编织石墨填料分别位于填料垫的上方和填料压套的下方，在两组编织石墨填料的中间设置两组V型柔性石墨组合填料，两组V型柔性石墨组合填料中间设置隔环；每组所述V型柔性石墨组合填料均由一个下填料、多个中填料和一个上填料成型叠加而成，中填料与下填料、上填料与中填料之间的接触面均为V型。

进一步的，所述阀杆顶部的轨道槽上方设置有丝杆，所述丝杆与阀杆主体之间形成凸肩，当所述阀杆全开启后，所述凸肩与所述阀盖顶部的下平面接触。

进一步的，还包括定位销，所述定位销数量为两个，对称分布在阀体和阀盖连接螺柱的节圆上，其一端嵌入阀体，另一端嵌入阀盖。

进一步的，所述阀杆楔形部的楔形面、阀杆驱动部的右平面和左平面均堆焊或喷涂硬质合金。

本发明的有益效果是：

(1)本发明在现有的双向密封提升杆球阀上做出首创性改进，在球阀整体上增设联动加压组件，执行机构施加给阀杆的下降作用力，用于保证阀杆驱动球体转动并抵接至阀座，进而实现关断阀体，执行机构施加的下降作用力共同施加至阀杆上连接的联动加压组件，其中压力隔膜底部形成压力腔，压力隔膜将压力通过压力流道一、连接管路将压力传递至阀座一侧的环形流道及压力流道二，压力流道二对阀座进行辅助施压，与阀体中的介质压力共同作用到阀座上，使其向左微移动后与球体接触，能够同时满足高介质压力与低介质压力的高质量密封需求。

(2)执行机构施加的下降作用力共同施加至阀杆上连接的联动加压组件时，压力隔膜底部压力腔内的压力会同时对填料腔中的填料施压，使其压紧，即使阀杆保持在较高的上下运动频率，填料函的填料自身在没有足够的时间来稳定和适应阀杆的运动时，压力隔膜也会随着阀杆的每次升降对填料压盖及填料进行施加压力，避免填料自身由于没有适应阀杆运动而导致松动。

(3)阀杆底部的驱动部中轴线与球体本体中轴线之间设置有偏心距A，偏心力A矩会使球体产生旋转运动，从而改变阀门的开闭状态，阀杆底部楔形部的楔形角度为α，当球面密封环接触阀座时，阀杆底部楔形部的斜面底边到与右上滚柱的斜切平面的顶边之间距离为C，通过在球体底部的外凸部中轴线与球体本体中轴线之间设置有偏心距B，偏心距B大小设置为：0＜B≤C*sin(α)，偏心距B用于补偿由于“杠杆原理”导致的球面密封环上下部与阀座的密封程度不均匀，避免由于球面密封环下半圆的密封面由于楔紧力相对较小的缘故，容易与阀座的密封面产生间隙，使阀门泄漏的情况发生。

(4)通过将在球面密封环上半圆的受压面对应的压力流道二直径设计成不小于球面密封环下半圆的受压面对应的压力流道二直径，能够保证即使在没有补偿偏心距B的情况下，不同压力流道半径会产生不同的压强，下半圆压力流道对阀座受压面施加较高压强，其能够补偿阀座密封面与球体下半球体接触面的压力不足，均衡阀座的上下半圆与球体的上下半圆的密封面压力。

(5)密封填料的每组V型柔性石墨组合填料均由一个下填料、多个中填料和一个上填料成型叠加而成，中填料与下填料、上填料与中填料的接触面均为V型，当阀体受到介质压力或温度变化等因素的影响时，会发生一定程度的变形。如果填料无法适应阀体的变形，就会导致填料与阀体之间的间隙产生，从而造成介质泄漏。V型柔性石墨填料的设计可以解决这个问题。通过下、中、上填料的叠加组合，形成了多个接触面，使填料能够更好地适应阀体的变形。当阀体发生变形时，填料能够灵活地沿着V型接触面进行调整，确保填料与阀体之间的紧密贴合，从而有效地防止介质泄漏。

附图说明

图1为本发明实施例中新型双向密封提升杆球阀的剖面结构示意图一；

图2为本发明实施例中新型双向密封提升杆球阀的剖面结构示意图二；

图3为本发明实施例中阀杆的结构示意图；

图4为本发明实施例中联动加压组件的工作原理示意图；

图5为本发明实施例中球体的剖面结构示意图；

图6为本发明实施例中球体的侧面结构示意图；

图7为本发明实施例中阀杆楔形部对滚柱斜切平面的楔紧状态示意图。

图中：

1、阀体；2、轴套；3、球体；3a、滚柱孔；3b、支撑销孔；3c、球面密封环；3d、下支撑耳轴；3e、外凸部；4、阀杆；4a、轨道槽；4b、凸肩；4c、丝杆；4d、外圆柱面；4e、楔形面；4f、阀杆底部右平面；4g、阀杆底部左平面；4h、驱动部；4i、楔形部；5、阀座；6、支撑销；7、滚柱；7a、垂直切平面；7b、斜切平面；8、阀盖；9、密封垫片；10、螺柱；11、螺母；12、填料垫；13、编织石墨填料；14、V型柔性石墨组合填料；15、隔环；16、填料压套；17、填料压盖；18、螺栓；19、挡盖；20、导向销；21、定位销；22、阀座O型圈；23、阀座密封垫片；24、限位螺钉；25、上半盖体；26、上压盘；27、下压盘；28、压力隔膜；29、锁紧螺栓；30、下半盖体；31、外螺纹接头；32、连接管道；33、压盖腔；34、压力腔；35、填料腔；36、导向腔；37、压力流道一；38、环形安装槽；39、上压力流道二；40、环形流道；41、介质流道；42、中心流道；43、下压力流道二；44、止回阀一；45、止回阀二。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

参考图1，本发明提供了一种新型双向密封提升杆球阀，包括阀体1、球体3、阀杆4、阀座5、滚柱7、阀盖8、若干组密封填料、填料压盖17、导向销20以及执行机构，其中：

阀体1与阀盖8之间通过螺柱10和螺母11连接并形成压力边界，阀体1与阀盖8之间设置有密封垫片9。阀体1是阀门的主体部分，其由金属或合金材料制成。阀体1具有连接管道32的作用，用于控制流体的通断和调节。阀体1包括进口和出口接口，用于与管道系统连接，以及内部的流道和阀芯(球体3)安装位置。螺柱10和螺母11的作用是将阀体1和阀盖8固定在一起，确保阀门的整体结构稳固，并能够承受流体压力和操作力。螺柱10和螺母11通常由高强度的金属材料制成，以提供足够的紧固力和抗拉强度。

为了确保阀门的密封性能，阀体1与阀盖8之间设置了密封垫片9。密封垫片9通常由弹性材料制成，如橡胶、聚四氟乙烯(PTFE)等，具有良好的密封性和耐腐蚀性。当螺柱10和螺母11被紧固时，密封垫片9被压紧，形成有效的密封，防止流体泄漏。

阀盖8的内腔自上至下顺序包括压盖腔33、填料腔35以及导向腔36。其中，压盖腔33位于阀盖8的顶部，用于作为填料压盖17的腔室。填料压盖17是用于密封阀杆4与填料之间的部分，以防止填料松动或泄漏。压盖腔33应当保证填料室和管道中的压力，保持良好的密封性能。

填料腔35位于压盖腔33下方的部分，用于承载密封填料。填料腔35是填充密封材料的空间，密封填料与阀杆4紧密接触，形成密封，防止介质泄漏。

导向腔36位于填料腔35的底部，用于对阀杆4底部进行导向。导向腔36的主要功能是确保阀杆4在操作过程中的稳定性和准确性，防止其偏离轨道。

球体3活动设置于阀体1内部的阀腔，球体3包括设有中心流道42的球体3本体以及固定在球体3侧表面且能够与阀座5接触密封的球面密封环3c，球体3顶部设置有滚柱孔3a，滚柱7内嵌于球体3顶部的滚柱孔3a并采用点焊固定，数量为两个，球体3底部设有外凸部3e且与阀体1底部设置的轴套2接触。

其中球体3本体是球状的零件，它是阀门的关键组成部分，也即阀芯。球体3本体具有中心通道，用于控制介质的流动。球体3本体在本发明阀门操作时通过旋转来改变流体通道的开闭状态。

球面密封环3c固定在球体3本体的侧表面，并与阀座5接触密封。当球体3旋转时，球面密封环3c与阀座5之间形成密封接触，以确保阀门的密封性能。

滚柱孔3a设置于球体3的顶部。滚柱孔3a内用于安装滚柱7，滚柱7用于与阀门的阀杆4活动连接。通过滚柱7与阀杆4配合，执行机构可以对阀杆4施加力或扭矩来使球体3旋转，进而控制流体的通断。

外凸部3e和轴套2，球体3底部设有外凸部3e，它是球体3底部突出的部分。外凸部3e与阀体1底部设置的轴套2接触，提供球体3的支撑和导向。轴套2是固定在阀体1底部的套筒，通过与外凸部3e的接触来确保球体3在转动操作过程中的稳定性和准确性。

阀杆4可上下移动和转动地设于阀盖8的内腔中，且阀杆4从上而下依次穿设于阀盖8顶部、压盖腔33内设有的填料压盖17、填料腔35内设有的若干组密封填料、填料垫12以及导向腔36；阀杆4底部设置有驱动部4h以及楔形部4i，驱动部4h与球体3顶部滚柱孔3a中内嵌的滚柱7活动连接，楔形部4i下压过程中楔紧球体3并使球体3的球面密封环3c抵紧阀座5。

其中，如图3所示，阀杆4是连接阀门执行机构和球体3的关键部件。它可以上下移动和转动，以控制球体3的位置和阀门的开闭状态。阀杆4贯穿整个阀盖8的内腔，从上而下穿设于阀盖8顶部、压盖腔33内设有的填料压盖17、填料腔35内设有的若干组密封填料、填料垫12以及导向腔36。

阀杆4从阀盖8顶部穿过压盖腔33。压盖腔33是用于放置填料压盖17的腔室，填料压盖17是用于压实填料并提供密封的部件。

进一步的，阀杆4穿过填料腔35，该腔室用于容纳若干组密封填料。密封填料通常是环形的，放置在填料腔35中，以提供阀杆4与阀盖8之间的密封。填料填料通常是耐磨、耐腐蚀的材料，如聚四氟乙烯(PTFE)等。

填料垫12是放置在填料腔35中的填料上方的垫片。它可以用来提供额外的密封和支撑，确保填料的紧密性和稳定性。

阀杆4继续穿过填料垫12，进入导向腔36。导向腔36位于阀杆4底部，用于对阀杆4底部进行导向。导向腔36于阀盖8底部导向套筒内部形成，导向腔36内部与阀杆4底部接触，提供导向支持。

阀杆4底部设置有驱动部4h和楔形部4i。驱动部4h与球体3顶部滚柱孔3a中内嵌的滚柱7活动连接，以传递操作机构施加的力或扭矩给球体3，从而控制阀门的运动。楔形部4i在下压过程中与球体3接触，通过施加力将球体3固定在阀座5上，使球体3的球面密封环3c与阀座5紧密密封。

阀座5是安装在阀体1内部环形安装槽38中的零件，设于阀体1右侧轴向内孔中，通过限位螺钉24固定在阀体1环形安装槽38上。阀座5与阀体1的中心设有同轴的介质流道41，用于控制流体的通断。阀座5的一面朝向球体3为密封面，与球体3的球面密封环3c接触，实现球体3与阀座5之间的密封。阀座5的另一面背向球体3为受压面，承受介质压力。

阀座O型圈22，设于阀座5外圆柱面4d与主阀体1的内腔之间，实现阀座5与阀体1的径向第一道密封。

阀座密封垫片23，设于阀座5台阶平面与主阀体1内腔平面之间，实现阀座5与阀体1的径向第二道密封。

导向销20位于阀盖8上，并穿过阀盖8上方的圆柱孔，插入阀杆4上的轨道槽4a内,数量为两个，呈左右对称，采用挡盖19和螺栓18固定，防止轴向窜动。导向销20起到导向阀杆4运动的作用，确保阀杆4的稳定性和准确性。它通过与阀杆4的轨道槽4a配合，控制阀杆4的上下移动，防止阀杆4偏离轨道。

支撑销6，内嵌于球体3顶部的支撑销孔3b并采用点焊固定，数量为两个，限制阀杆4前后窜动，避免阀门在开关过程中出现卡阻现象。

执行机构连接于阀杆4的上端，用于驱动阀杆4的升降。执行机构可以是手动操作的手柄、电动驱动装置或其他自动化装置。通过执行机构施加力或扭矩，阀杆4可以上下移动，从而改变球体3的位置和阀门的开闭状态。执行机构使得阀门的操作更加便捷和可控。

上述内容基本上介绍了本发明中提升杆球阀以及现有的提升杆球阀的结构组成与原理。

而在现有技术中的提升杆球阀仍然具有诸多问题需要解决：

首先，由于提升杆球阀的填料函的填料通常需要通过压紧来保持紧密的密封性，如果压紧力不足或压紧方式不正确，阀杆4的上下移动会使填料函的填料松动，但是对于阀杆4运动频率过高的应用场景，比如在需要频繁调节流量的系统中，阀杆4可能需要频繁上下移动来实现流量的调节。例如，流程控制系统或流量调节设备中的阀门；在需要频繁进行流程切换或介质分流的系统中，阀杆4可能需要频繁移动来切换流程或分配介质，包括多路阀系统、多阀门组合系统等。如果阀杆4的上下运动频率过高，填料函的填料会没有足够的时间来稳定和适应阀杆4的运动，容易导致松动。

其次，提升杆球阀的阀杆4向下产生机械楔紧力将球体3以下支点推向阀座5的同时，由于杠杆原理，球面密封环3c上半圆的密封面可紧紧的与阀座5的密封面靠紧密封，但是球面密封环3c下半圆的密封面由于楔紧力相对较小的缘故，容易与阀座5的密封面产生间隙，使阀门泄漏，不利于高效密封。

针对这一问题，上海耐莱斯·詹姆斯伯雷阀门有限公司于2011年3月11日申请，于2012年10月17日公开了，名称为“一种提升杆式球阀”，公开号为“CN102734484A”的发明专利，其通过在球体3的球面密封环3c的上下外表面上分别相向地并且垂直于密封环的轴线地切割一弹性补偿槽；利用这两个弹性补偿槽可以使球面密封环3c的密封面上不均匀的楔紧力可通过自适应的弹性变形，从而将密封力均匀的分布在阀座5的密封面上，使阀门可以高效的密封。

但是，该设计存在一些潜在的缺陷和限制：一是弹性补偿槽的设计复杂性：在球体3的球面密封环3c上切割弹性补偿槽需要精确的加工和制造，这增加了制造成本和工艺要求。此外，确保弹性补偿槽的可靠性和长期性能可能需要进一步的工程验证和测试。

二是潜在的泄漏风险：尽管弹性补偿槽可以通过自适应的弹性变形来均匀分布楔紧力，但存在泄漏的潜在风险。弹性补偿槽可能会在长时间使用或高压力条件下失去弹性，导致密封性能下降或泄漏。

三是维护和更换困难：由于弹性补偿槽的设计，维护和更换球体3的球面密封环3c可能更为复杂和耗时。如果需要更换球面密封环3c，可能需要拆卸和重新加工球体3，增加了维修和维护的难度。

最后，当介质压力作用于阀座5时，会迫使阀座5向一侧微移动，与球体3形成紧密的接触。这种接触产生的接触应力能够有效地封闭阀座5另一侧的空间，阻止介质从阀座5与球体3之间泄漏或渗透。由于介质压力越高，阀座5与球体3的接触应力也增加，从而提高了密封效果。但是，在介质压力较小的情况下，球体3与阀座5密封面之间的压力也随之变小，不足以完全地封闭介质，球体3与阀座5之间的密封面之间容易产生泄露路径，介质就有可能从泄漏路径中逸出。

本发明提供的一种新型双向密封提升杆球阀，针对上述现有的提升杆球阀所存在的缺陷与限制，在现有的双向密封提升杆球阀上做出首创性改进，具体如下：

沿阀座5的内圆周方向上均匀设有螺孔，限位螺钉24，通过螺纹拧入阀座5，顶部插入主阀体1环形安装槽38中，数量至少为四个；限位螺钉24顶部的外圆尺寸略小于阀体1环形安装槽38宽度，阀座5可左右微移动。

提升杆球阀还包括联动加压组件，其中，联动加压组件包括压力隔膜28、上压盘26、下压盘27以及连接管路。

具体的，将原有的一体成型的阀盖8设计成包括上半盖体25与下半盖体30的结构，上半盖体25与下半盖体30之间通过锁紧螺栓29连接并形成压力边界。

如图1-图3所示，阀杆4中部开设有环形限位槽，环形限位槽外部依次套接有上压盘26、压力隔膜28以及下压盘27。上压盘26与下压盘27与阀杆4之间设置有密封圈。压力隔膜28将压盖腔33分隔，并形成压力腔34。阀盖8下半盖体30上开设有压力流道一37。

如图1与图2所示，压力腔34对应的下半盖体30上连接有止回阀一44，连接管路的连接管道32上连接有止回阀二45，其中止回阀一44用于保证外部大气压向压力腔方向只进不出，当阀杆4向上抬起时，压力隔膜28向上升起，压力腔34形成负压，将外部大气压吸入；止回阀二45用于保证压力腔34内部的压力只出不进，止回阀二45能够阻挡阀体1介质流道41内部的介质压力进入压力腔34。

另外，如图1与图4所示，阀座5的受压面外侧的阀体1上开设有环形流道40。环形流道40与阀座5受压面之间的阀体1圆周方向上开设有多个压力流道二。压力腔34、压力流道一37、连接管路、环形流道40以及压力流道二依次连通并形成压力通道，对阀座5施加朝向球面密封环3c的反向作用力。

这个设计的目的是通过压力通道施加反向作用力于阀座5的受压面，以增加阀座5与球面密封环3c之间的密封力。具体实现是通过压力隔膜28将压盖腔33分隔成压力腔34，并利用压力流道二和环形流道40来形成压力通道，使得压力可以传递到阀座5的受压面。这样，压力通道对阀座5施加的反向作用力可以帮助提高密封性能，确保阀门在关闭状态下的有效密封。

这种设计的优势在于通过利用阀杆4在执行机构驱动力的带动下，阀杆4的下降的驱动力，不仅用于驱动滚柱7并带动球体3进行转动与阀座5密封，同时阀杆4下降时的驱动力还会通过压力隔膜28对压盖腔33分隔形成压力腔34进行压缩，使压力腔34内的气体介质压力或气体和液体混合的介质形成超过常态下的压力，这种额外的辅助介质压力经过联动加压组件传递至阀座5的受压面，与阀体1内原本就具有的介质压力合并，压力隔膜28将压力通过压力流道一37、连接管路将压力传递至阀座5一侧的环形流道40及压力流道二，压力流道二对阀座5进行辅助施压，与阀体1中的介质压力共同作用到阀座5上，使其向左微移动后与球体3接触，能够同时满足高介质压力与低介质压力的高质量密封需求。

不仅如此，联动加压组件还会产生协同效果，即在阀杆4下降的过程中，阀杆4会带动压力隔膜28向下挤压，原有的压盖腔33内基本上属于无压状态，也即常规大气压，而压力隔膜28将原有的压盖腔33分隔形成压力腔34后，压力隔膜28底部压力腔34内的压力会同时对填料腔35中的填料施压，使其压紧，即使阀杆4保持在较高的上下运动频率，填料函的填料自身在没有足够的时间来稳定和适应阀杆4的运动时，压力隔膜28也会随着阀杆4的每次升降对填料压盖17及填料进行施加压力，能够长期有效避免填料自身由于没有适应阀杆4运动而导致松动。

作为本发明的其他实施方式，阀杆底部右平面4f和阀杆底部左平面4g始终与滚柱7的垂直切平面7a接触，带动阀杆4作90°旋转运动，阀杆底部右平面4f和阀杆底部左平面4g中心与阀杆4的中心存在偏心距，也即阀杆4底部的驱动部4h中轴线与球体3本体中轴线之间设置有偏心距A，且偏心距A偏向远离于球体3上的球面密封环3c的一侧。当阀杆4下降时，阀杆4驱动部4h的力矩与球体3中轴线之间的偏心距A产生偏心力矩；这个偏心力矩会使球体3产生旋转运动，从而改变阀门的开闭状态。

如图5与图6所示，另外本申请人在现有的提升杆球阀的球体3本体上进行改进，即将球体3底部的外凸部3e中轴线与球体3本体中轴线之间设置有偏心距B，且偏心距B偏向靠近所述球体3上的球面密封环3c的一侧；偏心距B的设置是通过将外凸部3e向球体3的右侧偏移来实现。

滚柱7包括左下滚柱7与右上滚柱7，左下滚柱7及右上滚柱7上均设有垂直切平面7a和斜切平面7b，两个滚柱7的垂直切平面7a呈平行状态，两个滚柱7的斜切平面7b也呈平行状态。

如图7所示，阀杆4底部楔形部4i的楔形角度为α，当球面密封环3c接触阀座5时，阀杆4底部楔形部4i的斜面底边到与右上滚柱7的斜切平面7b的顶边之间距离为C。

偏心距B大小设置为：0＜B≤C*sin(α)。

偏心距B的设计用于补偿由于杠杆原理导致的球面密封环3c上下部与阀座5的密封程度不均匀情况。杠杆原理指的是在应用力的作用下，较远离支点的部分将产生更大的力矩。在阀门中，通过驱动部4h与球体3顶部滚柱孔3a中内嵌的滚柱7活动连接，当驱动部4h下压时，楔形部4i会向下施加力，使球体3的球面密封环3c抵紧阀座5。

然而，由于杠杆原理的作用，球面密封环3c下半圆的密封面受到的楔紧力相对较小，可能会产生与阀座5的密封面之间的间隙，导致阀门泄漏。

为了解决这个问题，引入了偏心距B。偏心距B是球体3底部的外凸部3e中轴线与球体3本体中轴线之间设置的向右偏移的距离，可以通过调整其数值来平衡上下部密封程度的不均匀性。通过增加或减小偏心距B，可以改变球体3底部外凸部3e的位置，也即改变“杠杆原理”中较远支点的位置，偏心距B在0＜B≤C*sin(α)的范围内，其数值越大，平衡密封力的能力越强，进而使得球面密封环3c下半圆的密封面能够与阀座5的密封面更加均匀地接触，减少间隙，提高密封性能，从而避免阀门泄漏的情况发生。

如图7所示，偏心距B的大小是由通过阀杆4底部楔形部4i的楔形面4e底边到与右上滚柱7的斜切平面7b的顶边之间距离的C来决定的，当楔形部4i的楔形角度α一定时，距离C越大，即C+n，需要补偿的偏心距B就需要设置的越大。

与名称为“一种提升杆式球阀”，公开号为“CN102734484A”的发明专利不同，本发明是通过对球体3的底部外凸部3e进行改进，对球面密封环3c下半圆增加补偿，而球体3外凸部3e不会出现弹性补偿槽可能会在长时间使用或高压力条件下失去弹性，导致密封性能下降或泄漏的问题。

作为本发明的其他实施方式，如图1与图2所示，连接管路的两端可以通过外螺纹接头31与压力流道一37和环形流道40进行密封螺纹连接。这种连接方式可以确保连接的牢固性和密封性，防止介质泄漏或外部杂质进入系统。

通过外螺纹接头31，连接管路的一端可以与压力流道一37进行螺纹连接，而另一端可以与环形流道40进行螺纹连接。螺纹连接可以提供可靠的紧固和密封效果，确保管路与流道之间的连接紧密且不泄漏。

这种连接方式的优点是简单可靠，安装和拆卸方便。外螺纹接头31的设计使得连接紧固牢固，能够承受一定的压力和力矩，并保持密封性能。

作为本发明的其他实施方式，压力隔膜28采用丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、聚氨酯、聚四氟乙烯中任意一种制成。压力隔膜28采用柔性材料制成，以实现更好的适应性和密封性能。

柔性压力隔膜28使用弹性材料，如本实施例中采用橡胶或弹性聚合物，以确保其具有良好的弹性和变形能力。这种柔性隔膜可以在受到压力或力的作用时，快速地回复到初始状态，从而保持紧密的密封性。柔性压力隔膜28具有以下优点：

适应性强：柔性材料的隔膜能够适应不同的压力和力的变化，确保密封性能不受影响。

良好的密封性：由于柔性隔膜能够与阀座5或其他密封部件紧密接触，可以有效地防止介质泄漏。

抗疲劳性能好：柔性材料能够承受多次的弯曲和变形，具有较高的耐久性和寿命。

作为本发明的其他实施方式，如图2所示，球面密封环3c上半圆的受压面对应的压力流道二直径，即上压力流道二39直径，不小于球面密封环3c下半圆的受压面对应的压力流道二直径，即下压力流道二43直径。如此设计能够保证即使在没有补偿偏心距B的情况下，不同压力流道半径会产生不同的压强，下半圆压力流道，即下压力流道二43对阀座5受压面施加较高压强，其能够补偿阀座5密封面与球体3下半球体3接触面的压力不足，均衡阀座5的上下半圆与球体3的上下半圆的密封面压力。

作为本发明的其他实施方式，球体3的外凸部3e上设置有下支撑耳轴3d，且下支撑耳轴3d外侧面为圆球面，且圆球面上堆焊或喷涂有硬质合金，有效提高了下支承耳轴外侧面的耐磨性能，延长了阀门的使用寿命。另外，作为本发明的其他实施方式，阀杆4楔形部4i的楔形面4e、阀杆4驱动部4h的右平面和左平面均堆焊或喷涂硬质合金，同样能够有效提高阀门的耐磨性能。另外，与阀盖8接触外圆柱面4d堆焊或喷涂硬质合金，防止在阀门开关过程中出现拉伤或磨损问题

作为本发明的其他实施方式，如图1所示，若干组密封填料包括两组编织石墨填料13、两组V型柔性石墨组合填料14，两组所述编织石墨填料13分别位于填料垫12的上方和填料压套16的下方，在两组编织石墨填料13的中间设置两组V型柔性石墨组合填料14，两组V型柔性石墨组合填料14中间设置隔环15；每组所述V型柔性石墨组合填料14均由一个下填料、多个中填料和一个上填料成型叠加而成，中填料与下填料、上填料与中填料之间的接触面均为V型。当阀体1受到介质压力或温度变化等因素的影响时，会发生一定程度的变形。如果填料无法适应阀体1的变形，就会导致填料与阀体1之间的间隙产生，从而造成介质泄漏。V型柔性石墨填料的设计可以解决这个问题。通过下、中、上填料的叠加组合，形成了多个接触面，使填料能够更好地适应阀体1的变形。当阀体1发生变形时，填料能够灵活地沿着V型接触面进行调整，确保填料与阀体1之间的紧密贴合，从而有效地防止介质泄漏。

作为本发明的其他实施方式，如图3所示，阀杆4顶部的轨道槽4a上方设置有丝杆4c，丝杆4c与阀杆4主体之间形成凸肩4b，当所述阀杆4全开启后，凸肩4b与所述阀盖8顶部的下平面接触，实现阀杆4的防飞出功能，阀杆4在介质的作用下不会飞出，保证了设备和人员的安全。

作为本发明的其他实施方式，如图1所示，球阀还包括定位销21，定位销21数量为两个，对称分布在阀体1和阀盖8连接螺柱10的节圆上，其一端嵌入阀体1，另一端嵌入阀盖8。保证阀体1和阀盖8装配后的同轴度，避免阀开关过程中出现卡阻现象。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种新型双向密封提升杆球阀，包括阀体(1)、球体(3)、阀杆(4)、阀座(5)、滚柱(7)、阀盖(8)、若干组密封填料、填料压盖(17)、导向销(20)以及执行机构，其中：

所述阀体(1)与阀盖(8)之间通过螺柱(10)和螺母(11)连接并形成压力边界，阀体(1)与阀盖(8)之间设置有密封垫片(9)；

所述阀盖(8)的内腔自上至下顺序包括压盖腔(33)、填料腔(35)以及导向腔(36)；

所述球体(3)活动设置于阀体(1)内部的阀腔，球体(3)包括设有中心通道的球体(3)本体以及固定在球体(3)侧表面且能够与阀座(5)接触密封的球面密封环(3c)，球体(3)顶部设置有滚柱孔(3a)，球体(3)底部设有外凸部(3e)且与阀体(1)底部设置的轴套(2)接触；

所述阀杆(4)可上下移动和转动地设于所述阀盖(8)的内腔中，且阀杆(4)从上而下依次穿设于阀盖(8)顶部、压盖腔(33)内设有的填料压盖(17)、填料腔(35)内设有的若干组密封填料、填料垫(12)以及导向腔(36)；所述阀杆(4)底部设置有驱动部(4h)以及楔形部(4i)，所述驱动部(4h)与所述球体(3)顶部滚柱孔(3a)中内嵌的滚柱(7)活动连接，所述楔形部(4i)下压过程中楔紧所述球体(3)并使球体(3)的球面密封环(3c)抵紧阀座(5)；

所述阀座(5)设置于阀体(1)内部设置的环形安装槽(38)内且阀座(5)与阀体(1)的中心设有同轴的介质流道(41)，所述阀座(5)朝向所述球体(3)的一面为密封面，所述阀座(5)背向所述球体(3)的一面为受压面；

所述导向销(20)，设置于阀盖(8)上，导向销(20)穿过阀盖(8)上方设有的圆柱孔并插入阀杆(4)上设有的轨道槽(4a)内；

所述执行机构连接于所述阀杆(4)的上端，用于驱动所述阀杆(4)升降；

其特征在于，

沿所述阀座(5)的内圆周方向上均匀设有螺孔，限位螺钉(24)通过螺纹拧入阀座(5)，所述限位螺钉(24)的顶部插入阀体(1)的环形安装槽(38)中，限位螺钉(24)顶部的外圆尺寸小于主阀体(1)环形安装槽(38)宽度；

所述提升杆球阀还包括联动加压组件，所述联动加压组件包括压力隔膜(28)、上压盘(26)、下压盘(27)以及连接管路；

所述阀盖(8)包括上半盖体(25)与下半盖体(30)，上半盖体(25)与下半盖体(30)之间通过锁紧螺栓(29)连接并形成压力边界；

所述阀杆(4)中部开设有环形限位槽，所述环形限位槽外部依次套接有上压盘(26)、压力隔膜(28)以及下压盘(27)，所述上压盘(26)与下压盘(27)与阀杆(4)之间分别设置有密封圈，压力隔膜(28)外部边缘由上半盖体(25)与下半盖体(30)压紧密封；

所述压力隔膜(28)将所述压盖腔(33)分隔并于压力隔膜(28)下方形成压力腔(34)，所述阀盖(8)下半盖体(30)上开设有压力流道一(37)；

所述阀座(5)的受压面外侧的阀体(1)上，开设有环形流道(40)，所述环形流道(40)与阀座(5)受压面之间的阀体(1)圆周方向上开设有多个压力流道二，所述压力腔(34)、压力流道一(37)、连接管路、环形流道(40)以及压力流道二依次连通并形成压力通道对阀座(5)施加朝向球面密封环(3c)的反向作用力；

所述压力腔(34)对应的所述下半盖体(30)上连接有止回阀一(44)，所述连接管路上连接有止回阀二(45)。

2.根据权利要求1所述的一种新型双向密封提升杆球阀，其特征在于，所述阀杆(4)底部的驱动部(4h)中轴线与球体(3)本体中轴线之间设置有偏心距A，且偏心距A偏向远离于所述球体(3)上的球面密封环(3c)的一侧；

所述球体(3)底部的外凸部(3e)中轴线与所述球体(3)本体中轴线之间设置有偏心距B，且偏心距B偏向靠近所述球体(3)上的球面密封环(3c)的一侧；

所述滚柱(7)包括左下滚柱(7)与右上滚柱(7)，所述左下滚柱(7)及右上滚柱(7)上均设有垂直切平面(7a)和斜切平面(7b)，两个滚柱(7)的垂直切平面(7a)呈平行状态，两个滚柱(7)的斜切平面(7b)也呈平行状态；

所述阀杆(4)底部楔形部(4i)的楔形角度为α，当所述球面密封环(3c)接触所述阀座(5)时，所述阀杆(4)底部楔形部(4i)的斜面底边到与右上滚柱(7)的斜切平面(7b)的顶边之间距离为C；

所述偏心距B大小设置为：0＜B≤C*sin(α)。

3.根据权利要求1中任意一项所述的新型双向密封提升杆球阀，其特征在于，所述连接管路两端分别通过外螺纹接头(31)与压力流道一(37)与环形流道(40)密封螺接。

4.根据权利要求1所述的新型双向密封提升杆球阀，其特征在于，所述压力隔膜(28)采用丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、聚氨酯、聚四氟乙烯中任意一种制成。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的新型双向密封提升杆球阀，其特征在于，所述球面密封环(3c)上半圆的受压面对应的压力流道二直径，不小于所述球面密封环(3c)下半圆的受压面对应的压力流道二直径。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的新型双向密封提升杆球阀，其特征在于，所述球体(3)的外凸部(3e)上设置有下支撑耳轴(3d)，且所述下支撑耳轴(3d)外侧面为圆球面，且圆球面上堆焊或喷涂有硬质合金。

7.根据权利要求1所述的新型双向密封提升杆球阀，其特征在于，所述若干组密封填料包括两组编织石墨填料(13)、两组V型柔性石墨组合填料(14)，两组所述编织石墨填料(13)分别位于填料垫(12)的上方和填料压套(16)的下方，在两组编织石墨填料(13)的中间设置两组V型柔性石墨组合填料(14)，两组V型柔性石墨组合填料(14)中间设置隔环(15)；每组所述V型柔性石墨组合填料(14)均由一个下填料、多个中填料和一个上填料成型叠加而成，中填料与下填料、上填料与中填料之间的接触面均为V型。

8.根据权利要求1所述的新型双向密封提升杆球阀，其特征在于，所述阀杆(4)顶部的轨道槽(4a)上方设置有丝杆(4c)，所述丝杆(4c)与阀杆(4)主体之间形成凸肩(4b)，当所述阀杆(4)全开启后，所述凸肩(4b)与所述阀盖(8)顶部的下平面接触。

9.根据权利要求1所述的新型双向密封提升杆球阀，其特征在于，还包括定位销(21)，所述定位销(21)数量为两个，对称分布在阀体(1)和阀盖(8)连接螺柱(10)的节圆上，其一端嵌入阀体(1)，另一端嵌入阀盖(8)。

10.根据权利要求1所述的新型双向密封提升杆球阀，其特征在于，所述阀杆(4)楔形部(4i)的楔形面(4e)、阀杆(4)驱动部(4h)的右平面和左平面均堆焊或喷涂硬质合金。