CN102878316B - 一种密封可靠启闭扭矩小的球阀 - Google Patents

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王汉洲
黄明金
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Abstract

本发明涉及一种阀门，更具体地说涉及一种密封可靠启闭扭矩小的气动球阀。包括具有阀腔的阀体、置于阀腔内部的球体、与球体联动连接的阀杆以及置于阀体与球体之间的阀座密封机构，通过将所述阀座组件与环状阀座组件腔气密配合构成类似活塞结构，在所述阀体背向球体的一侧设有预紧弹性件，并设有三通换向阀控制在不同的状态下阀座组件对球体压力以及气动装置的工作气源，达到阀门关闭时，阀座组件对球体的压力较大，密封性能好，在开启阀门时，阀座组件对球体的压力很小，因此，开启动力小，且过程中不容易引起球体密封面的损坏，延长了使用寿命。

Description

一种密封可靠启闭扭矩小的球阀
技术领域
本发明涉及一种阀门,更具体地说，它涉及一种密封可靠启闭扭矩小的球阀。
背景技术
气动球阀是一种使用十分广泛的阀门，其结构通常包括具有阀腔的阀体、置于阀腔内部的球体、与球体联动连接的阀杆以及置于阀体与球体之间的阀座，所述阀杆部分露置于阀体外部，阀体外部设有驱动阀杆旋转的操作驱动装置，操作驱动装置驱动阀杆带动球体的90°旋转使球阀达到开启和关闭的切换。传统固定球阀的阀座密封结构及受力分析如图1所示，图1中1A是球体，2A是阀座密封圈，3A是阀座，4A是弹簧，5A是阀体，6A是阀体与阀座之间的密封，球体与阀座密封圈之间的密封通常是依靠弹簧的预紧力以及作用在阀座背后的介质力这两个力的合力。通常弹簧的预紧力仅仅是为了确保球体与阀座密封圈的紧密贴合，即起到初始的密封作用。阀座的截面相当于一个活塞，通过改变阀座的设计可以改变作用在阀座上介质力或的大小，增大阀座的差压面积可以增大介质的推力。为了提高球阀的球体与阀座密封圈之间的密封性能，通过加大作用在阀座背后的介质力即可以实现。然而，作用在阀座背后的介质力越大，球体与阀座密封圈之间的贴合力越大，他们之间的摩擦力也越大，开启阀门时就需要更大的操作力，或者需要更大的驱动机构。另外，当球体与阀座密封圈之间的密封力过大时，在开启阀门时容易引起阀门密封面的损坏，特别是当介质中含有固体颗粒时，更容易损坏。总之，从提高阀座密封性能的角度看，需要增大阀座背后的介质推力，但是，从减少阀门的启闭扭矩以及防止密封面的损坏的角度看，需要减少阀座背后的介质推力，因此，这是一对矛盾，该矛盾长期困扰着球阀的设计。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种密封可靠且启闭扭矩小的球阀。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种密封可靠启闭扭矩小的球阀，包括具有阀腔的阀体、置于阀腔内部的球体、与球体联动连接的阀杆以及置于阀体与球体之间的阀座密封机构，阀腔两侧分别与进口通道和出口通道联通，所述阀杆部分露置于阀体外部，阀体外部设有驱动阀杆旋转的气动装置，其特征在于：所述阀座密封机构包括环状阀座组件和三通换向阀，所述阀体内腔壁设有开口朝向球体的环状阀座组件腔，所述阀座组件相对球体可滑动地设置在环状阀座组件腔中，所述阀座组件与环状阀座组件腔气密配合构成类似活塞结构，所述阀体背向球体的一侧设有预紧弹性件，所述阀体上设有与阀座组件背向球体一侧的环状阀座组件腔导通连接的阀座腔通道，所述三通换向阀的三个接口分别与阀座腔通道、进口通道及出口通道联通，在球阀关闭状态下，所述进口通道经过三通换向阀与所述阀座腔通道联通，在球阀开启时，所述阀座腔通道经过三通换向阀与出口通道联通。
通过采用上述技术方案，当球体处在关闭位置即球阀关闭时，为了确保阀门可靠密封，操纵三通换向阀，使阀座腔通道与进口通道联通而与出口通道断开，此时，阀门进口侧较高压力的介质进入到环状阀座组件腔，介质压力推动阀座组件贴向球体，从而形成严密的密封。当需要开启时，首先切换三通换向阀，使阀座腔通道与出口通道联通而与进口通道断开，此时，环状阀座组件腔内的压力与阀门出口侧较低的压力相同，阀座组件两侧的压力基本平衡，阀座组件贴向球体的压力仅来自于预紧弹性件，而预紧弹性件的弹性预紧力通常较小，此时，阀座组件对球体的压力和密封力很小，密封面的摩擦力也很小，因此可以采用较小扭矩力开启球阀，即可以选用较小的气动装置开启阀门，减小了阀门的体积，降低了成本；另外，由于在开启阀门时，阀座组件与球体的密封力很小，因此，不容易引起球体密封面及阀座密封圈的损坏，延长了使用寿命，解决了启闭扭力和球阀密封性能之间的矛盾。
本发明进一步设置为：所述环状阀座组件腔为截面近似矩形的环形凹槽构成，所述阀座组件包括截面形状与环形凹槽截面相配的环状阀座本体和嵌设在环状阀座本体上的阀座密封圈，所述环状阀座本体的内外环形侧壁上均设有密封环与环状阀座组件腔的侧壁密封接触构成所述活塞结构，所述阀座密封圈的密封面与球体相贴，所述环状阀座本体与设有阀座密封圈相背的面上均匀设有多个弹簧容腔，所述弹簧容腔中设有压缩弹簧构成所述预紧弹性件；所述阀体上靠近环状阀座组件腔的位置设有与环形凹槽底部联通的管道构成所述阀座腔通道。
通过采用上述结构的环状阀座组件腔和阀座组件，结构比较简单，制作方便。
本发明更进一步设置为：所述三通换向阀与进口通道和出口通道联通的管路中设有过滤装置。
考虑到在某些工况下，管路***中的流体介质含有固体杂质，通过采取在三通换向阀与进口通道和出口通道联通的管路中设有过滤装置或活塞机构，能有效地防止固体杂质进入到三通换向阀以及环状阀座组件腔体中。
附图说明
图1为现有球阀阀座部位结构剖视图；
图2为现有球阀阀座部位受力示意图；
图3为本发明具体实施例结构示意图；
图4为本发明具体实施例阀座压力控制部分管路连接示意图；
图5为本发明阀座压力控制部分设有活塞时结构示意图；
具体实施方式
如图3、4所示，密封可靠启闭扭矩小的球阀包括具有阀腔的阀体1、置于阀腔内部的球体2、与球体2联动连接的阀杆3以及置于阀体1与球体2之间的阀座密封机构，阀腔两侧分别与进口通道4和出口通道5联通，所述阀杆3部分露置于阀体1外部，阀体1外部设有驱动阀杆3旋转的操作驱动装置6，所述阀座密封机构包括环状阀座组件和三通换向阀7，所述阀体1内腔壁设有开口朝向球体2的环状阀座组件腔8，所述阀座组件相对球体2可滑动地设置在环状阀座组件腔8中，所述阀座组件与环状阀座组件腔8气密配合构成类似活塞结构，所述阀体1背向球体2的一侧设有预紧弹性件9，所述阀体1上设有与阀座组件背向球体2一侧的环状阀座组件腔8导通连接的阀座腔通道10，所述三通换向阀7的三个接口分别与阀座腔通道10、进口通道4及出口通道5联通，在阀门关闭状态下，所述进口通道4经过三通换向阀7与所述阀座腔通道10联通，在阀门开启时，所述阀座腔通道10经过三通换向阀7与出口通道5联通。本具体实施例中，所述环状阀座组件腔8为截面近似矩形的环形凹槽构成，所述阀座组件包括截面形状与环形凹槽截面相配的环状阀座本体11和嵌设在环状阀座本体11上的阀座密封圈12，所述环状阀座本体11的内外环形侧壁上均设有密封环13与环状阀座组件腔8的侧壁密封接触构成所述活塞结构，所述阀座密封圈12的密封面与球体2相贴，所述环状阀座本体11与设有阀座密封圈12相背的面上均匀设有多个弹簧容腔14，一般3-6个即可，所述弹簧容腔14中设有压缩弹簧，压缩弹簧的自由长度略长于弹簧容腔14的深度，两端分别抵在弹簧容腔14和环形凹槽的底部构成所述预紧弹性件9。所述预紧弹性件9也可以为其他弹性材料构成，如橡胶，考虑到弹簧的弹性変量较大、活动灵活，本实施例优选。为了防止环状阀座本体11脱落，在所述环状阀座组件腔8的开口处优选设有环形压板16；所述阀体1上靠近环状阀座组件腔8的位置设有与环形凹槽底部联通的管道构成所述阀座腔通道10。考虑到在某些工况下，管路***中的流体介质含有固体杂质，为了避免杂质进入三通换向阀7和环状阀座组件腔8中导致不能正常工作，如图5所示，所述三通换向阀7与进口通道4和出口通道5联通的管路中设有过滤装置或活塞装置17，通过活塞装置17中活塞的左右平衡移动，使环状阀座组件腔8能够根据需要与阀门进口端或出口端的压力平衡，同时有效的防止固体杂质进入到三通换向阀7以及环状阀座组件腔8中。
本密封可靠启闭扭矩小的球阀的环状阀座组件腔8和环状阀座本体11截面形状并不是唯一的，只要其两个环形侧壁所在的圆柱面的中心轴线重合或平行即可。

Claims (4)

1.一种密封可靠启闭扭矩小的球阀，包括具有阀腔的阀体、置于阀腔内部的球体、与球体联动连接的阀杆以及置于阀体与球体之间的阀座密封机构，阀腔两侧分别与进口通道和出口通道联通，所述阀杆部分露置于阀体外部，阀体外部设有驱动阀杆旋转的操作驱动装置，其特征在于：所述阀座密封机构包括环状阀座组件和三通换向阀，所述阀体内腔壁设有开口朝向球体的环状阀座组件腔，所述阀座组件相对球体可滑动地设置在环状阀座组件腔中，所述阀座组件与环状阀座组件腔气密配合构成类似活塞结构，所述阀体背向球体的一侧设有预紧弹性件，所述阀体上设有与阀座组件背向球体一侧的环状阀座组件腔导通连接的阀座腔通道，所述三通换向阀的三个接口分别与阀座腔通道、进口通道及出口通道联通，在球阀关闭状态下，所述进口通道经过三通换向阀与所述阀座腔通道联通，在球阀开启时，所述阀座腔通道经过三通换向阀与出口通道联通。
2.根据权利要求1所述的密封可靠启闭扭矩小的球阀，其特征在于：所述环状阀座组件腔为截面近似矩形的环形凹槽构成，所述阀座组件包括截面形状与环形凹槽截面相配的环状阀座本体和嵌设在环状阀座本体上的阀座密封圈，所述环状阀座本体的内外环形侧壁上均设有密封环与环状阀座组件腔的侧壁密封接触构成所述活塞结构，所述阀座密封圈的密封面与球体相贴，所述环状阀座本体与设有阀座密封圈相背的面上均匀设有多个弹簧容腔，所述弹簧容腔中设有压缩弹簧构成所述预紧弹性件；所述阀体上靠近环状阀座组件腔的位置设有与环形凹槽底部联通的管道构成所述阀座腔通道。
3.根据权利要求1所述的密封可靠启闭扭矩小的球阀，其特征在于：所述三通换向阀与进口通道和出口通道联通的管路中设有过滤装置。
4.根据权利要求1所述的密封可靠启闭扭矩小的球阀，其特征在于：所述三通换向阀与进口通道和出口通道联通的管路中设有活塞装置。
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