CN117006263A - 一种球阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球阀，包括一对夹持于球体两侧的组合密封阀座；阀座圈的内圆柱面与球体紧密接触；阀座圈的外圆柱面的头部和尾部分别通过阀座O型圈和防尘圈与阀体内腔端面密封接触；阀座圈的外圆柱面的中间部与阀体内腔端面形成隐藏腔；按照距离球体由远及近依次设置于隐藏腔内的圆柱弹簧、压圈和阀座密封圈；圆柱弹簧的一端与阀体相抵，另一端与压圈相抵；压圈与阀座密封圈相抵，阀座密封圈与阀座圈过盈接触；且阀座密封圈的上下表面分别与阀体和阀座圈的过盈接触；组合密封阀座实现阀体和球体之间的双重密封；阀门在打开或者关闭瞬间，阀座密封圈由于还受到压圈和圆柱弹簧的挤压，而继续保持与阀体的内腔端面过盈接触实现密封。

Description

一种球阀

技术领域

本发明涉及一种球阀，特别涉及一种适用于易自聚介质的球阀，属于极高频开关阀门技术领域。

背景技术

球阀具有最小的流体阻力、开启状态下球体的球面和阀座密封面可以防止介质的冲击、密封可靠和启闭迅速等优点，广泛运用于石油化工装置中。考虑球体安装尺寸要求，球体与阀体内表面通常需要5mm以上的间隙。球阀在启闭过程中，介质会进入球体与阀体内表面的间隙中，这对于输送水、油、气等普通介质几乎没什么影响，但对于输送易自聚介质且需要极高频开关的苛刻工况是非常不利的。如在聚烯烃装置中，将气相聚乙烯(或聚丙烯)在流化床反应器中，在催化剂作用下反应生成粉状的聚乙烯(或聚丙烯)，当粉状的产品在反应器床层堆积一定量时，通过产品排料系统(Products Discharge System)即PDS系统排料。其中，排料阀属于极高频开关，最高开关频率为160万次/年。PDS系统需使用大量的排料阀也称PDS阀，PDS阀按逻辑顺序动作实现产品的排放，任何一个阀门动作不到位或故障，PDS系统将无法正常操作。根据多年实际使用情况来看，目前的排料阀使用寿命短的只有3个月，不能满足排料系统长周期、稳定运行的要求。通过技术分析，排料阀使用寿命短的原因主要有：

阀门的介质为聚乙烯(或聚丙烯)颗粒粉末，具有较强的自聚性。当颗粒粉末介质停留在球体与阀体内表面的间隙中会自聚且越来越大，影响阀门的开关，严重时会导致阀门抱死。当自聚性颗粒粉末介质堆积在阀座预紧弹簧腔时，阀座预紧弹簧容易失去固有的弹性功能，处于卡死状态，最终导致阀门出现卡顿现象。

因此，急需一种新的阀门来满足输送易自聚介质且需要极高频开关的苛刻工况要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种球阀，解决了易自聚的颗粒粉末停留在球体与阀体内表面的间隙中或堆积在阀座预紧弹簧腔，导致阀门抱死、卡死和卡顿等问题。

方案一，本发明提供了一种球阀，还包括设置于阀体内腔中的球体，还包括一对夹持于球体两侧的组合密封阀座；所述组合密封阀座包括：

阀座圈，所述阀座圈的内圆柱面与球体紧密接触；所述阀座圈的外圆柱面的头部和尾部分别通过阀座O型圈和防尘圈与阀体内腔端面密封接触；所述阀座圈的外圆柱面的中间部与阀体内腔端面形成隐藏腔；

按照距离球体由远及近依次设置于隐藏腔内的圆柱弹簧、压圈和阀座密封圈；所述圆柱弹簧的一端与阀体内腔端面相抵，所述圆柱弹簧的另一端与压圈相抵，所述压圈与阀座密封圈的外圆柱面相抵，所述阀座密封圈的内圆柱面与阀座圈过盈接触；且所述阀座密封圈的上表面与阀体的内腔端面过盈接触，所述阀座密封圈的下表面与阀座圈的外圆柱面过盈接触。

方案二：基于方案一，为了实现不拆开球阀即可检测填料快速检测到填料的体积是否缩小至损坏或者即将损坏的程度还设置了拨片和发声弹片。具体为：

包括阀杆和滑动套设于阀杆上的填料压套，所述阀杆和填料压套之间还设置有拨片和发声弹片；转动阀杆时，拨片和发声弹片能够通过相互撞击产生声音,说明填料层正常；转动阀杆时，拨片和发声弹片没有相互撞击的声音,说明填料层损坏。

方案四：基于方案一，为了实现阀体的双重密封，同时设置了阀体密封垫片和阀体O型圈。具体为：

优选地，所述阀体包括相互固定连接的主阀体和副阀体，所述主阀体和副阀体的接触端面之间同时设置阀体密封垫片和阀体O型圈，所述阀体密封垫片和阀体O型圈均用于密封主阀体和副阀体的接触端面。阀体密封垫片和阀体O型圈实现双重密封，保证了阀体的密封性能；尤其是当球阀中流通的介质为易自聚介质时，双重密封能够使得球阀适用于防止自聚介质从主阀体和副阀体连接处向外泄漏。

方案四：基于方案一，为了避免下支承轴或阀杆拉伤或“咬死”现象出现，还设置了硬化涂层。具体为：

优选地，所述阀体上固定连接有凸出于阀体内腔的下支承轴，所述下支承轴与阀杆同轴心，所述球体上开设有圆孔，所述下支承轴置于圆孔内部实现支撑球体，所述下支承轴和球体轴承连接；

所述阀杆和主阀体之间轴承连接；

所述下支承轴与轴承接触的外表面上设置硬化涂层；所述阀杆与轴承接触的外表面上设置硬化涂层。

在极高频开关过程中，硬化涂层可有效避免下支承轴或阀杆拉伤或“咬死”现象。

方案五：基于方案一，为了避免自聚性颗粒粉末介质进入低泄漏组合填料密封区域，保持低泄漏组合填料长期可靠密封，还设置了隔环。具体为：

优选地，还包括隔环，所述隔环设于填料函底部开设的垂直孔中，所述隔环外圆与填料函顶部开设的垂直孔配合处设置用于密封的隔环O型圈,所述隔环内圆与阀杆外圆配合处设置用于密封的隔环O型圈。隔环和一对隔环O型圈为阀杆的第一道密封，同时可避免自聚性颗粒粉末介质进入低泄漏组合填料密封区域，保持低泄漏组合填料长期可靠密封。

方案六：基于方案一，为了减少介质自聚的机会以及降低介质容易在球体与阀体内表面自聚的技术问题，还对球阀的阀体的内球面采用镜面级抛光加工工艺制备并且限定了球体的外球面与阀体的内腔面之间的间隙距离。具体为：

优选地，所述球阀的阀体的内球面采用镜面级抛光加工工艺制备。

优选地，所述阀体的内球面与球体的外球面同心且间隙小于0.5mm。

方案七：基于方案一，为了提高了同时提高球体和阀座圈的耐磨和耐冲刷性能以及降低阀门的开关扭矩，在球体和阀座圈密封面均设置复合耐磨涂层。

方案八：基于方案一，为了防止介质在球体表面上自聚，还设置了刮刀，具体为：

优选地，所述阀座圈的内圆柱面上固定连接有设有刮刀，所述刮刀与球体过盈接触。

本发明的有益效果是：

1.球体两侧对称设置有组合密封阀座，通过阀座圈的内圆柱面与球体紧密接触，实现主阀体(或者副阀体)和球体之间的密封，避免介质从主阀体(或者副阀体)与球体之间的间隙漏出，停留在球体与阀体内表面的间隙中。阀座O型圈构成隐藏腔的第一道密封，阀座密封圈构成隐藏腔的第二道密封，第一道密封和第二道密封共同作用防止介质从阀腔进入并堆积在圆柱弹簧处。防尘圈构成隐藏腔的第三道密封，防止介质从阀尾进入并堆积在圆柱弹簧处。阀座圈不会再现卡死状态且阀门不会出现卡顿现象。而且阀座密封圈同时受到沿阀座圈径向的压力和沿阀座圈轴向的压力，阀门在打开或者关闭瞬间，阀座密封圈由于还受到压圈和圆柱弹簧的挤压，该挤压会使阀座密封圈通过“变瘦”而继续保持与主阀体(或副阀体)的内腔端面过盈接触实现密封，所以第二道密封依旧有效，从而避免自聚性颗粒粉末灌入圆柱弹簧内，有效避免介质堆积在阀座预紧弹簧腔，导致的阀门抱死、卡死和卡顿等问题，尤其适用于极高频开关的阀门。

2.通过设置拨片和发声弹片，撞击阀杆时，可以通过拨片和发声弹片是否撞击产生声音而辅助判断填料状态是否正常。通过设置至少2圈发声弹片时，还可以通过拨片与发声弹片撞击产生声音的数量判断填料的缩小程度，能够在不打开阀门即可快速检测到填料的体积是否缩小至损坏或者即将损坏的程度，进而实现快速检测阀门的密封性。

3.通过限制阀体内球面与球体的间隙空间，以及阀体内球面镜面级抛光加工工艺可以最大限度的减少介质自聚的机会，解决介质容易在球体与阀体内表面自聚问题，阀门在极高频开关过程中不会发生抱死现象。

4.球体和阀座圈密封面均设置复合耐磨涂层,在极高频开关过程中，球体和阀座圈密封面完全可抵颗粒粉末的冲刷，不会出现拉伤和涂层脱落问题。复合耐磨涂层摩擦系数非常小具有自润滑功能，在极高频开关过程中，阀门开关扭矩很稳定。

5.阀座圈设有刮刀结构，在开关过程中可将球体表面的介质刮削干净，防止介质在球体表面上自聚。

6.下支承轴与球体固定配合处设置下轴承，阀杆与主阀体顶部的配合孔处设置上轴承，可有效减少阀门极高频开关过程中的摩擦阻力，降低阀门的开关扭矩。下支承轴与下轴承配合的外表面，阀杆与上轴承配合的外表面均设置硬化涂层，在极高频开关过程中，可有效避免下支承轴或阀杆拉伤或“咬死”现象。

7.填料压盖上设有碟形弹簧组并采用填料压盖螺柱和填料压盖螺母锁紧固定。在温度和应力交变时，低泄漏组合填料的预紧力可得到连续性补偿，杜绝介质从阀杆向外泄漏。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明组合密封阀座安装于主阀体内的结构示意图；

图3为图2中A处结构放大示意图；

图4为为本发明组合密封阀座安装于副阀体内的结构示意图；

图5为图1中B处结构放大示意图；

图6为本发明中发声弹片固定安装于阀杆上、拨片固定安装于填料压套上时的结构示意图；

图7为本发明中发声弹片固定安装于填料压套上、拨片固定安装于阀杆上时的结构示意图；

图8为阀杆上固定安装有若干圈发声弹片的结构示意图；

图9为图1中C处结构放大示意图；

图10为图1中D处结构放大示意图；

图11为为图1中E处结构放大示意图；

图12为为图1中F处结构放大示意图。

图中：1、阀杆；2、填料压套；3、拨片；4、发声弹片；5、主阀体；6、副阀体；7、阀体密封垫片；8、阀体O型圈；9、球体；10、组合密封阀座；1001、阀座圈；1002、阀座O型圈；1003、阀座密封圈；1004、压圈；1005、圆柱弹簧；1006、防尘圈；1007、隐藏腔；1008、弹簧槽；11、填料函密封垫片；12、填料函O型圈；13、下支撑轴O型圈；14、下支撑轴密封垫；15、减磨垫；16、填料函；17、隔环；18、填料；19、填料压盖；20、支架；21、下支承轴；2101、顶部台阶；22、轴承；23、隔环O型圈；24、刮刀；25、碟形弹簧组；26、刮刀。

具体实施方式

为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“横向”、“纵向”、“末端”、“边沿”、“侧壁”、“上”、“下”、“上部”、“下部”、“正上方”、“表述本发明的技术方案和简化描述，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面”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“端”、“首”、“尾”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。

本实施例提供了一种球阀，如图1-4所示，包括阀体和球体9，阀体由相互固定连接的主阀体5和副阀体6组成，球体9设置于主阀体5和副阀体6形成的内腔中。

如图1所示，主阀体5和副阀体6的轴向内孔中还设置有一对组合密封阀座10；一对组合密封阀座10夹持于球体9两侧；

其中一个组合密封阀座10用于密封主阀体5和球体9之间的间隙，另一个组合密封阀座10用于密封副阀体6和球体9之间的间隙，可实现阀体与球体9的双向密封。

如图3所示，组合密封阀座10包括阀座圈1001、阀座O型圈1002、阀座密封圈1003、压圈1004、处于压缩状态的圆柱弹簧1005和防尘圈1006；阀座圈1001、阀座O型圈1002、阀座密封圈1003、压圈1004和防尘圈1006均为环形。

如图2所示，其中，对于安装于主阀体5内部的组合密封阀座10来说，阀座圈1001安装于主阀体5内部；

如图3所示，主阀体5的内腔端面上开设有防尘圈1006槽，阀座圈1001外圆柱面上开设有阀座O型圈1002槽；阀座O型圈1002置于阀座O型圈1002槽内且阀座O型圈1002因受到阀座圈1001沿其径向的挤压分别与阀座圈1001外圆柱面与主阀体5的内腔端面过盈接触；防尘圈1006置于防尘圈1006槽内且防尘圈1006因受到阀座圈1001沿其径向的挤压分别与阀座圈1001外圆柱面与主阀体5的内腔端面过盈接触；其中，阀座O型圈1002距离球体9最近，防尘圈1006距离球体9最远。

如图3所示，阀座圈1001外圆柱面与主阀体5的内腔端面之间形成隐藏腔1007，隐藏腔1007位于阀座O型圈1002和防尘圈1006之间。隐藏腔1007内按照距离球体9由远及近依次设置有圆柱弹簧1005、压圈1004和阀座密封圈1003；其中，圆柱弹簧1005的一端与主阀体5内腔端面相抵，圆柱弹簧1005的另一端通过卡入开设于压圈1004上的弹簧槽1008与压圈1004相抵，压圈1004与阀座密封圈1003的外圆柱面相抵，阀座密封圈1003的内圆柱面与阀座圈1001过盈接触；且阀座密封圈1003的上表面与阀体的内腔端面过盈接触，阀座密封圈1003的下表面与阀座圈1001的外圆柱面过盈接触。

其中，如图4所示，安装于副阀体6内部的组合密封阀座10的结构与设置于副阀体6内部的组合密封阀座10呈镜面对称，在此不再详述。

圆柱弹簧1005沿着阀座圈1001轴向朝着球体9挤压压圈1004，压圈1004沿着阀座圈1001轴向朝着球体9挤压阀座密封圈1003，阀座密封圈1003沿着阀座圈1001轴向朝着球体9挤压阀座圈1001；同时介质压力作用在阀座圈1001上，将阀座圈1001推向球体9；在弹簧弹力和介质力的共同作用下实现阀座圈1001的内圆柱面与球体9紧密接触，实现主阀体5(或者副阀体6)和球体9之间的密封，避免介质从主阀体5(或者副阀体6)与球体9之间的间隙漏出，停留在球体9与阀体内表面的间隙中。

其中，阀座O型圈1002构成隐藏腔1007的第一道密封，阀座密封圈1003构成隐藏腔1007的第二道密封，第一道密封和第二道密封共同作用防止介质从阀腔进入并堆积在圆柱弹簧1005处。防尘圈1006构成隐藏腔1007的第三道密封，防止介质从阀尾进入并堆积在圆柱弹簧1005处。阀座圈1001不会再现卡死状态且阀门不会出现卡顿现象。

其中，阀座O型圈1002仅仅受到沿阀座圈1001径向的压力实现与主阀体5(或者副阀体6)和阀座圈1001的过盈接触；而阀座密封圈1003同时受到沿阀座圈1001径向的压力和沿阀座圈1001轴向的压力，该沿阀座圈1001轴向的压力是由圆柱弹簧1005赋予的；当球阀处于关闭或者打开状态时，阀座O型圈1002和阀座密封圈1003均能够保持良好的过盈接触和密封效果；但是当阀门在打开或者关闭瞬间，阀座圈1001与球体9之间相对运动会导致阀座圈1001产生微小的震荡，该震荡沿阀体径向方向且对距离球体9较近的阀座O型圈1002和阀座密封圈1003影响较大，但是对距离球体9较远的防尘圈1006几乎没有影响。所以在打开和关闭阀门的瞬间，防尘圈1006始终保持与主阀体5(或副阀体6)的内腔端面过盈接触。但是对于阀座O型圈1002和阀座密封圈1003来说，震荡产生时，阀座圈1001在部分短暂的时间段内不再挤压阀座O型圈1002和阀座密封圈1003。由于阀座O型圈1002仅受到阀座圈1001的挤压而保持与主阀体5(或副阀体6)的内腔端面过盈接触实现密封，所以第一道密封会间歇性的短暂失效。

而阀座密封圈1003由于还受到压圈1004和圆柱弹簧1005的挤压，该挤压会使阀座密封圈1003通过“变瘦”而继续保持与主阀体5(或副阀体6)的内腔端面过盈接触实现密封，所以第二道密封依旧有效，从而避免自聚性颗粒粉末灌入圆柱弹簧1005内。

在另外一些实施例中，包括阀杆1和滑动套设于阀杆1上的填料压套2，填料压套2随着填料18的膨胀或者收缩能够沿着阀杆1轴向移动；阀杆1和填料压套2之间还设置有拨片3和发声弹片4；转动阀杆1时，拨片3和发声弹片4能够通过相互撞击产生声音。

拨片3和发声弹片4的设置方式包括但不限于如下方式：

如图6所示，拨片3为一个，固定连接于填料压套2的内侧壁上；发声弹片4也为一个，发声弹片4固定连接于阀杆1外侧壁上；

如图7所示，拨片3为一个，固定连接于阀杆1的外侧壁上；发声弹片4也为一个，发声弹片4固定连接于填料压套2的内侧壁上。

当填料压套2套设于阀杆1上时。若是填料18正常，拨片3与发声弹片4位于阀杆1轴向上的同一位置，转动阀杆1时，拨片3与发声弹片4相触碰，形成一声撞击声音。

正常情况下，填料18层在一定范围内的膨胀或者收缩是能够预期且符合操作条件的，且膨胀后会再收缩。膨胀再收缩的体积差异小于1‰。所以如果填料18性能正常，那么拨片3和发声弹片4的高度会一一对应，拨片3与发声弹片4依次触碰。所以拨片3与发声弹片4依次触碰能够听到拨片3和发声弹片4因碰撞产生的规律声音。

但是在反复或者长时间膨胀后，再加上阀杆1转动产生的机械摩擦损耗，所以填料18层会损坏。当填料函16损坏时，可能会导致填料18材料的脱落、磨损或压缩等问题。这可能导致填料函16的体积发生变化，通常情况下填料函16的体积是缩小的。填料函16的体积变化可能会导致密封性能下降或失效，从而影响球阀的正常运行。对于小型球阀，填料函16的高度通常在10-20mm；对于中型球阀，填料函16的高度通常在20-50mm。对于大型球阀，填料函16的高度通常超过50mm。

根据实际使用经验，当填料函16的体积缩小超过原始尺寸的10％时，可以被视为明显磨损。这是一个经验性的估计，实际情况可能具体数字略有出入。所以当填料函16体积缩小超过原始尺寸的10％时，填料函16会沿着填料函16的高度方向缩小约10％。对于小型球阀来说，该缩小量通常为1-2mm；对于中型球阀来说，该缩小量通常为2-5mm；对于大型球阀来说，该缩小量通常大于5mm；所以拨片3和发声弹片4的宽度均可以设置为0.5-1mm，所以当拨片3和发声弹片4的高度错位超过拨片3或者发声弹片4的宽度时，就会导致拨片3和弹片不再碰撞而不发出声音。

当然，造成填料函16泄露的其他因素还包括因为磨损产生的开裂或者变形。本实施例提供的装置虽然无法直接检测到填料函16的开裂和变形，但是通常因磨损产生开裂或者变形的同时也会伴随着体积的缩小，所以通过检测到体积的缩小可以检测出部分开裂和变形的情况。

虽然本实施例提供的拨片3和发声弹片4并不能对所有填料函16密封问题均检测到，但是在体积缩小方面具有较为明确的指向性，能够在不打开阀门即可快速检测到填料18的体积是否缩小至损坏或者即将损坏的程度，进而实现快速检测阀门的密封性。

所以拨片3与发声弹片4之间相互配合产生声音，能够辅助判断填料18的变形程度，进而辅助判断是否需要拆开阀门进行检查。

在另外一些实施例中，为了进一步的显示出填料函16的体积缩小程度，还可以设置至少两圈发声弹片4，若干圈发声弹片4分别位于阀杆1轴向不同位置处，每圈发声弹片4的数量不同。

例如，如图5和图8所示，在阀杆1的外侧面上设置三圈发声弹片4，每圈发声弹片4位于阀杆1轴向相同位置处，三圈发声弹片4分别位于阀杆1轴向不同位置处。且每圈发声弹片4的数量不同。命名位于阀杆1轴向最高处的一圈发声弹片4为第一圈发声弹片4，向下依次为第二圈发声弹片4和第三圈发声弹片4。第一圈发声弹片4设置8个发声弹片4，第二圈发声弹片4设置12个发声弹片4，第三圈发声弹片4设置16个发声弹片4。

当填料18正常时，转动阀杆1一圈，拨片3应当与第一圈发声弹片4相互触碰发生8次碰撞声音；填料18缩小后，填料压套2沿着阀杆1轴向移动，转动阀杆1，拨片3与第二圈发声弹片4相互触碰发生12次碰撞声音；填料18进一步缩小后，填料压套2沿着阀杆1轴向进一步移动，转动阀杆1时，拨片3与第三圈发声弹片4相互触碰发生16次碰撞声音；填料18缩小至损坏时，转动阀杆1，拨片3与发声弹片4不会触碰因而不会发生声音。检测时，转动阀杆1一圈通过数撞击声音的次数即可判断拨片3与第几圈发声弹片4相互碰撞，从而判断出填料函16的体积缩小情况。填料函16的体积缩小情况有利于辅助判断填料函16的预期更换时间和工作量，以实现合理安排接下来的生产作业。

在其他实施例中，发声弹片4的圈数可以为大于1的任意一个正整数。每圈发声弹片4的数量也可以为任意一个正整数，在此不再详述。

在其他实施例中，还可以将若干圈发声弹片4固定连接于填料压套2上同时将拨片3固定连接于阀杆1上，在此不再详述。

本实施例提供的发声弹片4和拨片3结构，既适用于手动驱动阀杆1的球阀，又适用于电动驱动的球阀。当适用于手动驱动阀杆1的球阀时，需要将与阀门连接的驱动装置拆卸掉，再进行检测。

如图9和图10所示，在另外一些实施例中，阀体包括相互固定连接的主阀体5和副阀体6，主阀体5和副阀体6的接触端面之间同时设置阀体密封垫片7和阀体O型圈8。

主阀体5和副阀体6通过螺柱和螺母固定连接在一起形成了阀体，主阀体5和副阀体6的接触端面之间同时设置阀体密封垫片7和阀体O型圈8，实现双重密封，保证了阀体的密封性能；尤其是当球阀中流通的介质为易自聚介质时，双重密封能够使得球阀适用于防止自聚介质从主阀体5和副阀体6连接处向外泄漏。

如图1和图11所示，在另外一些实施例中，阀杆1自下而上依次穿过轴承22、减磨垫15、填料函16、隔环17、低泄漏组合填料18、填料压套2、填料压盖19和支架20；阀杆1底部伸入球体9的键槽孔，通过键与球体9连接。

其中，填料函16设于主阀体5的顶部并通过螺柱和螺母固定在主阀体5上，填料函16与主阀体5采用定位销定位，确保填料函16与主阀体5安装阀杆1的内孔严格对中；

支架20,底部固定连接于主阀体5上，顶部用于安装执行机构(图中未示出，如果是手动驱动的阀门，该执行机构为手柄、手轮或杠杆等；若是自动驱动的阀门，则执行机构为电动执行器或气动执行器。)以带动阀杆1及球体9作360°旋转运动，从而开启或关闭阀门。支架20与主阀体5连接采用定位销定位，确保执行机构(图中未示出)安装后的传动零件与主阀体5安装阀杆1的内孔严格对中；这样，阀门的传动链中心应不会偏移，阀门开关扭矩稳定，阀杆1不会出现拉伤或“咬”死问题；填料函16和主阀体5之间设置填料函16密封垫片11和填料函16O型圈12，实现双重密封，防止自聚介质从填料函16和主阀体5连接处向外泄漏。

球阀还包括下支承轴21；下支承轴21通过螺栓密封固定连接于主阀体5的底部，下支承轴21的顶部台阶2101穿过主阀体5后卡入球体9底部的圆孔中，下支承轴21和主阀体5之间通过下支撑轴O型圈13和下支撑轴密封垫14密封。下支承轴21与阀杆1同轴心且下支承轴21对球体9起到支撑的功能。下支承轴21的顶部台阶2101与球体9之间轴承22连接，阀杆1与主阀体5之间轴承22连接，可有效减少阀门极高频开关过程中的阀杆1受到的摩擦阻力，降低阀门的开关扭矩。轴承22优选由低摩擦系数、自润滑、高强度的材料制备，如PEEK、DEVLON等。

在另外一些实施例中，下支承轴21与轴承22接触的外表面设置有聚氨酯硬化涂层，阀杆1与轴承22接触的外表面设置聚氨酯硬化涂层，在极高频开关过程中，可有效避免下支承轴21或阀杆1拉伤或“咬死”现象。

如图11所示，在另外一些实施例中，还包括一对减磨垫15,一对减磨垫15设置于阀杆1的凸缘和填料函16的底部之间，一对减磨垫15叠放在一起。一对减磨垫15叠加在一起使用，可以提供更大的接触面积和更均匀的负荷分布，从而降低阀杆1转动时的摩擦阻力、降低阀门的开关扭矩以及减磨效率和降低单个减磨垫15的磨损程度。尤其适用于阀杆1在极高频开关过程中的使用。

在另外一些实施例中，隔环17设于填料函16底部开设的垂直孔中，防止阀杆1转动时，低泄漏组合填料18向下挤出影响密封性能。低泄漏组合填料18设于隔环17的上方，在填料压套2和填料压盖19的轴向压缩下，实现阀杆1的第二道密封。填料压套2的顶部采用填料压盖19固定。隔环17外圆与填料函16顶部开设的垂直孔配合处设置隔环O型圈23,与阀杆1外圆配合处设置隔环O型圈23。该结构为阀杆1的第一道密封，同时可避免自聚性颗粒粉末介质进入低泄漏组合填料18密封区域，保持低泄漏组合填料18长期可靠密封。

在另外一些实施例中，主阀体5设有主阀体5内球面，副阀体6设有副阀体6内球面，主阀体5内球面和副阀体6内球面采用镜面级抛光加工工艺加工；主阀体5和副阀体6连接在一起后主阀体5内球面和副阀体6内球面形成了阀体的内球面，阀体的内球面与球体9的外球面同心且间隙小于0.5mm。通过限制阀体内球面与球体9的间隙空间，以及阀体内球面镜面级抛光加工工艺可以最大限度的减少介质自聚的机会，解决介质容易在球体9与阀体内表面自聚问题，阀门在极高频开关过程中不会发生抱死现象。

在另外一些实施例中，球体9和阀座圈1001密封面均设置复合耐磨涂层,在提高了耐磨和耐冲刷的同时，可以降低阀门的开关扭矩，非常适合于极高频开关工况。

复合耐磨涂层的第一道涂层采用超音速喷涂或热喷焊方法制成，喷涂材料优选碳化钨或镍基碳化钨；第二道涂层是在第一道涂层的基础上采用气相沉积形成金刚石类涂层，硬度大于2000HV，摩擦系数小于0.05，表面粗糙度小于Ra0.1。复合耐磨涂层硬度非常高，在极高频开关过程中，球体9和阀座圈1001密封面完全可抵抗聚乙烯(或聚丙烯)颗粒粉末的冲刷，不会出现拉伤和涂层脱落问题。此外，复合耐磨涂层摩擦系数非常小具有自润滑功能，在极高频开关过程中，阀门开关扭矩很稳定。经测试，使用复合耐磨涂层的阀门的开关扭矩可降低20～30％。

在另外一些实施例中，阀座圈1001的内圆柱面上设有刮刀2624，刮刀2624与球体9过盈接触。在开关过程中刮刀2624可将球体9表面的介质刮削干净，防止介质在球体9表面上自聚。

在另外一些实施例中，填料压盖19上设有碟形弹簧组25并采用填料压盖19螺柱和填料压盖19螺母锁紧固定。在温度和应力交变时，低泄漏组合填料18的预紧力可得到连续性补偿，杜绝介质从阀杆1向外泄漏。

常用聚四氟乙烯填料18的的膨胀系数约为10×10^-5-20×10^-5/℃；石墨填料的膨胀系数约为7×10^-6-9×10^-6/℃；聚醚醚酮填料的膨胀系数约为3×10^-5/℃-4×10^-5/℃。常用不锈钢阀杆的膨胀系数约为16×10^-6/℃-19×10^-6/℃；常用碳钢的膨胀系数约为11×10^-6/℃-16×10^-6/℃；常用合金钢的膨胀系数约为10×10^-6/℃-13×10^-6/℃；常用钛合金的膨胀系数约为8×10^-6/℃-9×10^-6/℃。

对于常规温度和压力的工业应用中的球阀，由于其工作温差较小，所以填料18和阀杆1能够适应热膨胀引起的微小体积变化。

但在一些特殊的高温或高压应用中——例如石油精炼中的裂化、重整以及加氢等作业车间、发电厂的高温高压锅炉、冶炼行业中的熔炼、压缩、喷吹等作业车间等，这些操作温度均高于500℃。当温度在高于500℃工作时，填料18和阀杆1的膨胀程度较明显。且填料18和阀杆1的热膨胀系数并不相同，所以二者体积膨胀量并不相同，这就会影响球阀的正常运行和密封性能。

设置碟形弹簧组25，当填料18和阀杆1同时膨胀时，填料18和阀杆1相互挤压，填料18会沿着阀杆1轴心线向上膨胀，压设于填料18上的填料压套2受到沿着阀杆1轴心线向上的挤压力，填料压套2挤压填料压盖19，填料压盖19挤压碟形弹簧组25，由于碟形弹簧组25可以轻微变形，所以受到挤压的填料压盖19和填料压套2沿着阀杆1轴心线同步上升微小高度，以适应填料18沿着阀杆1轴心线向上膨胀变形需求。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种球阀，还包括设置于阀体内腔中的球体，其特征在于，还包括一对夹持于球体两侧的组合密封阀座；所述组合密封阀座包括：

阀座圈，所述阀座圈的内圆柱面与球体紧密接触；所述阀座圈的外圆柱面的头部和尾部分别通过阀座O型圈和防尘圈与阀体内腔端面密封接触；所述阀座圈的外圆柱面的中间部与阀体内腔端面形成隐藏腔；

按照距离球体由远及近依次设置于隐藏腔内的圆柱弹簧、压圈和阀座密封圈；所述圆柱弹簧的一端与阀体内腔端面相抵，所述圆柱弹簧的另一端与压圈相抵，所述压圈与阀座密封圈的外圆柱面相抵，所述阀座密封圈的内圆柱面与阀座圈过盈接触；且所述阀座密封圈的上表面与阀体的内腔端面过盈接触，所述阀座密封圈的下表面与阀座圈的外圆柱面过盈接触。

2.根据权利要求1所述的一种球阀，还包括阀杆和滑动套设于阀杆上的填料压套，其特征在于，所述阀杆和填料压套之间还设置有拨片和发声弹片；转动阀杆时，拨片和发声弹片能够通过相互撞击产生声音。

3.根据权利要求1所述的一种球阀，阀体包括相互固定连接的主阀体和副阀体，其特征在于，所述主阀体和副阀体的接触端面之间同时设置阀体密封垫片和阀体O型圈，所述阀体密封垫片和阀体O型圈均用于密封主阀体和副阀体的接触端面。

4.根据权利要求1所述的一种球阀，其特征在于，所述阀体上固定连接有凸出于阀体内腔的下支承轴，所述下支承轴与阀杆同轴心，所述球体上开设有圆孔，所述下支承轴置于圆孔内部实现支撑球体，所述下支承轴和球体轴承连接；

所述阀杆和主阀体之间轴承连接；

所述下支承轴与轴承接触的外表面上设置硬化涂层；所述阀杆与轴承接触的外表面上设置硬化涂层。

5.根据权利要求1所述的一种球阀，其特征在于，还包括隔环，所述隔环设于填料函底部开设的垂直孔中，所述隔环外圆与填料函顶部开设的垂直孔配合处设置用于密封的隔环O型圈,所述隔环内圆与阀杆外圆配合处设置用于密封的隔环O型圈。

6.根据权利要求1所述的一种球阀，其特征在于，所述球阀的阀体的内球面采用镜面级抛光加工工艺制备。

7.根据权利要求1所述的一种球阀，其特征在于，所述阀体的内球面与球体的外球面同心且间隙小于0.5mm。

8.根据权利要求1所述的一种球阀，其特征在于，所述球体和阀座圈密封面均设置复合耐磨涂层。

9.根据权利要求1所述的一种球阀，其特征在于，所述阀座圈的内圆柱面上固定连接有设有刮刀，所述刮刀与球体过盈接触。