CN2781115Y - 一种具有自动恒流量控制功能的球阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有自动恒流量控制功能的球阀，包括球阀体(1)和与球阀体(1)相连的开关控制器(2)，球阀体(1)内设有通道(9)；在通道(9)内设置自动流量控制器。此自动流量控制器包括与通道(9)相连通的壳体(3)，衬套(5)的上端与壳体(3)相连通，衬套(5)的下端与设有通孔(8)的压紧盖(7)相连；在壳体(3)内设置阀芯(4)，阀芯(4)的开口端(12)与衬套(5)的内壁相密封地滑动连接；阀芯(4)的侧面设有与开口端(12)相连通的侧通道(11)，在阀芯(4)与压紧盖(7)之间设置弹性装置(6)。本球阀利用简单的机械自力式原理，使得流过球阀的水流量自动恒定在设计流量点。

Description

一种具有自动恒流量控制功能的球阀

技术领域

本实用新型涉及一种球阀，特别是一种具有自动恒流量控制功能的球阀。

背景技术

球阀因其结构简单、制造容易、价格便宜等优点，被广泛应用在工业、民用的各个领域。但是球阀在全开状态时流通能力过大，几乎没有任何节流阻力。在很多场合因节约水资源、平衡水力管网系统等的应用需要，必须对流过球阀的水流量必须进行有效控制，使其自动恒定在给定数值上。

目前公知的还没有发现具有机械自力式自动恒流量控制功能的球阀。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种利用机械自力式原理来恒定水流量的具有自动恒流量控制功能的球阀。

本实用新型为达到以上目的，是通过这样的技术方案来实现的：提供一种具有自动恒流量控制功能的球阀，包括球阀体和与球阀体相连的开关控制器，球阀体内设有通道；在此通道内设置自动流量控制器。

作为本实用新型的一种改进：自动流量控制器包括与通道相连通的壳体，衬套的上端与壳体相连通，衬套的下端与设有通孔的压紧盖相连；在壳体内设置阀芯，阀芯的开口端与衬套的内壁相密封地滑动连接；阀芯的侧面设有与开口端相连通的侧通道，在阀芯与压紧盖之间设置弹性装置。

作为本实用新型的进一步改进：阀芯的上端面设有与开口端相连通的通孔。

作为本实用新型的进一步改进：侧通道的横截面沿水流的方向逐渐增大。

作为本实用新型的进一步改进：弹性装置为高精度不锈钢弹簧。

作为本实用新型的进一步改进：开关控制器为机械手柄或电动开关(电动执行器)。

本实用新型的具有自动恒流量控制功能的球阀，是在现有球阀的基础上对其进行有效改进，将自动流量控制器与普通球阀有机组合于一体，结构加工简单、制造成本低。在球阀处于开通状态时，水从通道的进口流入壳体内，再同时通过阀芯上端面的通孔和侧面的侧通道流入阀芯内腔，再从阀芯的开口端流出，再依次经过衬套的内腔、压紧盖上的通孔后，最后从通道的出口流出。随着水压的改变，阀芯在弹簧的弹力作用下能左右移动。当水压很低时，阀芯上的整个侧通道位于壳体内，此时阀芯的通流面积最大；当水压逐渐升高时，阀芯向右移动，此时只有部分的侧通道位于壳体内，因此阀芯的通流面积逐渐减小；从而实现阀门的定流量自动控制功能。本实用新型的具有自动恒流量控制功能的球阀利用简单的机械自力式原理，使得流过球阀的水流量自动恒定在设计流量点，既不过流也不欠流，从而节约系统资源，降低阀门噪声。

附图说明

图1是本实用新型的具有自动恒流量控制功能的球阀的局部剖视结构示意图。

具体实施方式

参照上述附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。图1给出了一种具有自动恒流量控制功能的球阀，包括球阀体1和与球阀体1相连的开关控制器2，此开关控制器2可选择机械手柄或电动开关(电动执行器)，用来对球阀实施开关操作。球阀体1内设有通道9，在通道9内设置自动流量控制器，即在通道9的进出口之间设置自动流量控制器。此自动流量控制器包括壳体3，壳体3通过螺纹连接固定在球阀体1的内部，且与通道9相连通。衬套5的上端与壳体3相连通，衬套5的下端与设有通孔8的压紧盖7相连接，此衬套5由不锈钢制成。在壳体3内设置阀芯4，阀芯4的下端面为开口端12，此开口端12与衬套5的内壁相对密封地滑动连接；即阀芯4的开口端12能沿着衬套5的内壁左右移动。阀芯4的侧面设有与开口端12相连通的侧通道11，此侧通道11可设置一个，也可以根据实际需要、在阀芯4的侧面均匀的设置若干个侧通道11；此侧通道11的横截面的尺寸沿水流的方向逐渐增大，如图所示，从左到右逐渐增大，呈逐渐放大的弧形边缘。阀芯4的上端面设有与开口端12相连通的通孔10。高精度不锈钢制成的弹簧6一端紧紧顶着阀芯4的开口端12、另一端紧紧顶着压紧盖7。

球阀处于打开状态时的实际工作过程如下：

1、当水压很低时，水流无法克服弹簧6的阻力向右推动阀芯4，此时阀芯4侧面的整个侧通道11位于壳体3内，此时阀芯4的通流面积最大。壳体3内的水同时通过阀芯4上端面的通孔10和侧面的侧通道11流入阀芯4内腔，再从阀芯4的开口端12流出。

2、当水压逐渐升高时，水流克服弹簧6的阻力向右推动阀芯4(此时弹簧6被压缩)，此时阀芯4侧面的侧通道11的一部分位于壳体3内、另一部分位于衬套5的内腔；因此阀芯4的通流面积已经逐渐减少。壳体3内的水同时通过阀芯4上端面的通孔10和侧面的部分侧通道11(指的是位于壳体3内的部分)流入阀芯4内腔，再从阀芯4的开口端12流出。

3、当水压继续升高至设定值(或大于设定值)时，阀芯4继续右移，此时阀芯4侧面的侧通道11全部位于衬套5的内腔，此时阀芯4的通流面积最小。壳体3内的水只能通过阀芯4上端面的通孔10涌入阀芯4内腔，再从阀芯4的开口端12流出。

具体工作原理如下：

当球阀开启时，水流作用在阀芯4上，使阀芯4与衬套5有相对运动位移s。同时在阀芯4两侧形成压降ΔP。

此时经过阀门的流量(Q)表达式：

$Q=\mathrm{Cv}\×\sqrt{\mathrm{\ΔP}}$

Cv为阀门的流量系数

阀芯4在动作时，侧通道11面积在改变，使其有不同的流通能力，Cv是位移s的函数，其数学表达式：

Cv＝Cv(s)

阀芯4两端的压降ΔP作用在阀芯4上的力与弹簧6的弹力F平衡，我们采用具有线性变形特性的高精度不锈钢弹簧，弹力F是位移s(即弹簧压缩量)的线性函数，ΔP也是位移s的函数。

假设阀芯4的顶端投影面积Ap(属于常数)，初始的弹力F₀，K为弹簧6的弹性模量，它们有如下关系式：它们有如下关系式：

$Q=\mathrm{Cv}\left(s\right)\×\sqrt{\mathrm{\ΔP}\left(s\right)}$

F＝K×s+F₀＝ΔP(s)×Ap

侧通道11的过流面属于圆柱面开孔(当阀芯4为圆形时)，因此侧通道11的过流面面积A可以通过展开图面积表示：

A＝A(s)

根据流体力学连续性方程和动量方程方程的一维模型简化，在流体流经阀门的阀芯4时，为了保持流量恒定，可以通过联立求解方程组得到关系式：

A(s)＝C₁×(F₀+K×s+C₂)^-1/2

其中C₁、C₂、F₀均为常数，K为弹簧的弹性模量，通过阀门模数化流量时利用实验数据标定得到，具体数据可以查找模数化样本。这种过流面积的开孔在数控加工机上很容易实现。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1、一种具有自动恒流量控制功能的球阀，包括球阀体(1)和与球阀体(1)相连的开关控制器(2)，球阀体(1)内设有通道(9)；其特征是：在所述通道(9)内设置自动流量控制器。

2、根据权利要求1所述的具有自动恒流量控制功能的球阀，其特征是：所述自动流量控制器包括与通道(9)相连通的壳体(3)，衬套(5)的上端与所述壳体(3)相连通，衬套(5)的下端与设有通孔(8)的压紧盖(7)相连；在壳体(3)内设置阀芯(4)，阀芯(4)的开口端(12)与所述衬套(5)的内壁相密封地滑动连接；所述阀芯(4)的侧面设有与开口端(12)相连通的侧通道(11)，在所述阀芯(4)与压紧盖(7)之间设置弹性装置(6)。

3、根据权利要求2所述的具有自动恒流量控制功能的球阀，其特征是：所述阀芯(4)的上端面设有与开口端(12)相连通的通孔(10)。

4、根据权利要求3所述的具有自动恒流量控制功能的球阀，其特征是：所述侧通道(11)的横截面沿水流的方向逐渐增大。

5、根据权利要求4所述的具有自动恒流量控制功能的球阀，其特征是：所述弹性装置(6)为高精度不锈钢弹簧。

6、根据权利要求5所述的具有自动恒流量控制功能的球阀，其特征是：所述开关控制器(2)为机械手柄或电动开关。

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