CN113357398A - 一种基于流体压力的智能球阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于流体压力的智能球阀，属于球阀技术领域，本发明可以通过在阀芯内设置中空推柱的方式，利用流体压力作用于阀芯上，将其往后推动来与出口处的复合橡胶圈实现高强度的密封，同时通过流量传感器来监测流量，从而计算出中空推柱处受到的压力，在流体压力不足时，通过启动复合橡胶圈内的电磁铁主动对中空推柱进行吸附，从而与流体压力配合仍可以保持良好的密封效果，在复合橡胶圈受到挤压后依靠内部的油触发膨胀动作来促使其充分贴合，并在油意外泄漏后主动形成油层进行临时密封，与现有的球阀密封方式相比，本发明中的阀芯可以主动与复合橡胶圈进行配合密封，不易出现变形和缝隙而造成流体介质泄漏的情况。

Description

一种基于流体压力的智能球阀

技术领域

本发明涉及球阀技术领域，更具体地说，涉及一种基于流体压力的智能球阀。

背景技术

球阀，启闭件（球体）由阀杆带动，并绕球阀轴线作旋转运动的阀门。亦可用于流体的调节与控制，其中硬密封V型球阀其V型球芯与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力，特别适用于含纤维、微小固体颗料等的介质。而多通球阀在管道上不仅可灵活控制介质的合流、分流、及流向的切换，同时也可关闭任一通道而使另外两个通道相连。本类阀门在管道中一般应当水平安装。球阀按照驱动方式分为：气动球阀，电动球阀，手动球阀。

球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。球阀最适宜做开关、切断阀使用，V型球阀。电动阀门除应注意管道参数外，尚应特别注意其使用的环境条件，由于电动阀门中的电动装置是一机电设备，其使用状态受其使用环境影响很大。

球阀的密封性往往取决于密封圈的密封效果，然后随着工作时间的推移，密封圈经常会出现变形或者出现缝隙的现象，导致球阀的密封性失效，出现流体介质泄漏的情况。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于流体压力的智能球阀，可以通过在阀芯内设置中空推柱的方式，利用流体压力作用于阀芯上，将其往后推动来与出口处的复合橡胶圈实现高强度的密封，同时通过流量传感器来监测流量，从而计算出中空推柱处受到的压力，在流体压力不足时，通过启动复合橡胶圈内的电磁铁主动对中空推柱进行吸附，从而与流体压力配合仍可以保持良好的密封效果，与现有的球阀密封方式相比，本发明中的阀芯可以主动与复合橡胶圈进行配合密封，不易出现变形和缝隙而造成流体介质泄漏的情况。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种基于流体压力的智能球阀，包括阀体，所述阀体内活动安装有阀芯，所述阀体的出口处安装有与阀芯相匹配的复合橡胶圈，所述阀体外端固定安装有控制盒，所述阀体内安装有流量传感器，所述阀芯内端固定连接有中空推柱，所述中空推柱包括中空柱体、磁压球以及压力传感器，所述中空柱体靠近阀体的进口端截面形状为流线型，所述中空柱体靠近阀体的进口端开设有与磁压球相匹配的压力槽，所述磁压球活动镶嵌于压力槽内，所述压力传感器安装于磁压球和压力槽之间，所述复合橡胶圈内安装有电磁铁，所述流量传感器、压力传感器以及电磁铁均与控制盒连接。

进一步的，所述中空柱体与阀芯之间一体成型，所述磁压球采用铁磁性材料制成。

进一步的，所述复合橡胶圈包括依次连接的固定底座、内密封层以及外密封层，且外密封层位于靠近阀芯的一侧，固定底座起到基础支撑作用，并对电磁铁进行容纳安装，内密封层和外密封层相互配合起到对阀芯的密封作用。

进一步的，所述内密封层和外密封层之间留设有储液腔，所述内密封层和外密封层之间固定连接有多个均匀分布的压胀球，所述储液腔内填充有油，利用压胀球对内密封层和外密封层进行定形，同时利用其可形变的作用来对油进行挤压膨胀，迫使外密封层未与压胀球相连的区域与阀芯充分贴合，不易出现局部缝隙。

进一步的，所述固定底座采用硬质材料制成，所述内密封层和外密封层均采用弹性密封材料制成。

进一步的，所述压胀球包括一对定位半球、中压套以及多根弹力丝，一对所述定位半球对称连接于弹力丝两端，并分别与外密封层和内密封层固定连接，所述弹力丝均匀镶嵌于中压套内侧，所述定位半球和中压套围成的空间内同样填充有油，所述中压套上开设有漏油孔，在受到阀芯的挤压后，定位半球对中间的中压套进行挤压，迫使内部的油挤出后与外部的油混合，形成膨胀的效果，保证外密封层可以与阀芯充分贴合，以提高密封效果。

进一步的，所述定位半球采用硬质材料制成，所述中压套和弹力丝均采用弹性材料制成。

进一步的，所述外密封层外边缘处固定连接有油封环，所述油封环包括中空环壳、遇油膨胀块、柔性防水膜以及多个尖刺，所述遇油膨胀块连接于中空环壳内侧靠近阀芯的一端，所述柔性防水膜固定连接于中空环壳中部，所述尖刺均匀连接于遇油膨胀块靠近柔性防水膜的一端，在外密封层意外破裂导致油泄漏时，在经过油封环区域时被吸收，并触发遇油膨胀块的膨胀动作，进而推动尖刺刺破柔性防水膜，实现中空环壳内部材料的混合，一方面利用遇油膨胀块的膨胀来形成封堵作用，另一方面触发降温动作使得油凝固来降低流动性，从而形成油膜进行密封性。

进一步的，所述中空环壳采用硬质材料制成，且靠近阀芯一端留设有缺口，所述遇油膨胀块采用吸油膨胀材料制成，正常状态下阀芯即使挤压到中空环壳也不会干扰到遇油膨胀块，仅在油泄漏时通过缺口被遇油膨胀块吸收，从而促使其膨胀，在封堵的同时触发柔性防水膜的刺破动作。

进一步的，所述柔性防水膜远离遇油膨胀块一侧与中空环壳形成的空间内填充有水，所述柔性防水膜靠近遇油膨胀块一侧与中空环壳形成的空间内填充有硝石，在柔性防水膜被刺破后水与硝石混合，硝石在溶解于水时会吸收大量的热量形成降温，油在降温后逐渐凝固流动性降低，从而辅助进行密封，不易出现流体介质泄漏的情况。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案可以通过在阀芯内设置中空推柱的方式，利用流体压力作用于阀芯上，将其往后推动来与出口处的复合橡胶圈实现高强度的密封，同时通过流量传感器来监测流量，从而计算出中空推柱处受到的压力，在流体压力不足时，通过启动复合橡胶圈内的电磁铁主动对中空推柱进行吸附，从而与流体压力配合仍可以保持良好的密封效果，与现有的球阀密封方式相比，本发明中的阀芯可以主动与复合橡胶圈进行配合密封，不易出现变形和缝隙而造成流体介质泄漏的情况。

（2）复合橡胶圈包括依次连接的固定底座、内密封层以及外密封层，且外密封层位于靠近阀芯的一侧，固定底座起到基础支撑作用，并对电磁铁进行容纳安装，内密封层和外密封层相互配合起到对阀芯的密封作用。

（3）内密封层和外密封层之间留设有储液腔，内密封层和外密封层之间固定连接有多个均匀分布的压胀球，储液腔内填充有油，利用压胀球对内密封层和外密封层进行定形，同时利用其可形变的作用来对油进行挤压膨胀，迫使外密封层未与压胀球相连的区域与阀芯充分贴合，不易出现局部缝隙。

（4）压胀球包括一对定位半球、中压套以及多根弹力丝，一对定位半球对称连接于弹力丝两端，并分别与外密封层和内密封层固定连接，弹力丝均匀镶嵌于中压套内侧，定位半球和中压套围成的空间内同样填充有油，中压套上开设有漏油孔，在受到阀芯的挤压后，定位半球对中间的中压套进行挤压，迫使内部的油挤出后与外部的油混合，形成膨胀的效果，保证外密封层可以与阀芯充分贴合，以提高密封效果。

（5）外密封层外边缘处固定连接有油封环，油封环包括中空环壳、遇油膨胀块、柔性防水膜以及多个尖刺，遇油膨胀块连接于中空环壳内侧靠近阀芯的一端，柔性防水膜固定连接于中空环壳中部，尖刺均匀连接于遇油膨胀块靠近柔性防水膜的一端，在外密封层意外破裂导致油泄漏时，在经过油封环区域时被吸收，并触发遇油膨胀块的膨胀动作，进而推动尖刺刺破柔性防水膜，实现中空环壳内部材料的混合，一方面利用遇油膨胀块的膨胀来形成封堵作用，另一方面触发降温动作使得油凝固来降低流动性，从而形成油膜进行密封性。

（6）柔性防水膜远离遇油膨胀块一侧与中空环壳形成的空间内填充有水，柔性防水膜靠近遇油膨胀块一侧与中空环壳形成的空间内填充有硝石，在柔性防水膜被刺破后水与硝石混合，硝石在溶解于水时会吸收大量的热量形成降温，油在降温后逐渐凝固流动性降低，从而辅助进行密封，不易出现流体介质泄漏的情况。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A处的结构示意图；

图3为现有技术中球阀的结构示意图；

图4为本发明实施例2中复合橡胶圈的结构示意图；

图5为图4中B处的结构示意图；

图6为本发明压胀球的结构示意图；

图7为本发明压胀球挤压前后外密封层的结构示意图；

图8为本发明油封环的结构示意图；

图9为本发明油封环的剖视图；

图10为本发明油层形成的结构示意图。

图中标号说明：

1阀体、2阀芯、3复合橡胶圈、31固定底座、32内密封层、33外密封层、4控制盒、5中空推柱、51中空柱体、52磁压球、53压力传感器、6压胀球、61定位半球、62中压套、63弹力丝、7油封环、71中空环壳、72遇油膨胀块、73柔性防水膜、74尖刺。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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。

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”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-3，一种基于流体压力的智能球阀，包括阀体1，阀体1内活动安装有阀芯2，阀体1的出口处安装有与阀芯2相匹配的复合橡胶圈3，阀体1外端固定安装有控制盒4，阀体1内安装有流量传感器，阀芯2内端固定连接有中空推柱5，中空推柱5包括中空柱体51、磁压球52以及压力传感器53，中空柱体51靠近阀体1的进口端截面形状为流线型，中空柱体51靠近阀体1的进口端开设有与磁压球52相匹配的压力槽，磁压球52活动镶嵌于压力槽内，压力传感器53安装于磁压球52和压力槽之间，复合橡胶圈3内安装有电磁铁，流量传感器、压力传感器53以及电磁铁均与控制盒4连接。

中空柱体51与阀芯2之间一体成型，磁压球52采用铁磁性材料制成。

实施例2：

请参阅图4-5，与实施例1相比，将普通的密封圈进行替换，复合橡胶圈3包括依次连接的固定底座31、内密封层32以及外密封层33，且外密封层33位于靠近阀芯2的一侧，固定底座31起到基础支撑作用，并对电磁铁进行容纳安装，内密封层32和外密封层33相互配合起到对阀芯2的密封作用。

内密封层32和外密封层33之间留设有储液腔，内密封层32和外密封层33之间固定连接有多个均匀分布的压胀球6，储液腔内填充有油，油可以采用花生油，其特殊的性质在环境温度12℃以下，就会出现半凝固现象，温度越低就会越凝固，温度2℃以下的温度就会全部凝固，利用压胀球6对内密封层32和外密封层33进行定形，同时利用其可形变的作用来对油进行挤压膨胀，迫使外密封层33未与压胀球6相连的区域与阀芯2充分贴合，不易出现局部缝隙。

固定底座31采用硬质材料制成，内密封层32和外密封层33均采用弹性密封材料制成。

请参阅图6-7，压胀球6包括一对定位半球61、中压套62以及多根弹力丝63，一对定位半球61对称连接于弹力丝63两端，并分别与外密封层33和内密封层32固定连接，弹力丝63均匀镶嵌于中压套62内侧，定位半球61和中压套62围成的空间内同样填充有油，中压套62上开设有漏油孔，在受到阀芯2的挤压后，定位半球61对中间的中压套62进行挤压，迫使内部的油挤出后与外部的油混合，形成膨胀的效果，保证外密封层33可以与阀芯2充分贴合，以提高密封效果。

定位半球61采用硬质材料制成，中压套62和弹力丝63均采用弹性材料制成。

与实施例1相比，本实施例中的复合橡胶圈3密封强度更高，且使用寿命显著延长。

实施例3：

请参阅图8-10，外密封层33外边缘处固定连接有油封环7，油封环7包括中空环壳71、遇油膨胀块72、柔性防水膜73以及多个尖刺74，遇油膨胀块72连接于中空环壳71内侧靠近阀芯2的一端，柔性防水膜73固定连接于中空环壳71中部，尖刺74均匀连接于遇油膨胀块72靠近柔性防水膜73的一端，在外密封层33意外破裂导致油泄漏时，在经过油封环7区域时被吸收，并触发遇油膨胀块72的膨胀动作，进而推动尖刺74刺破柔性防水膜73，实现中空环壳71内部材料的混合，一方面利用遇油膨胀块72的膨胀来形成封堵作用，另一方面触发降温动作使得油凝固来降低流动性，从而形成油膜进行密封性。

中空环壳71采用硬质材料制成，且靠近阀芯2一端留设有缺口，遇油膨胀块72采用吸油膨胀材料制成，正常状态下阀芯2即使挤压到中空环壳71也不会干扰到遇油膨胀块72，仅在油泄漏时通过缺口被遇油膨胀块72吸收，从而促使其膨胀，在封堵的同时触发柔性防水膜73的刺破动作。

柔性防水膜73远离遇油膨胀块72一侧与中空环壳71形成的空间内填充有水，柔性防水膜73靠近遇油膨胀块72一侧与中空环壳71形成的空间内填充有硝石，在柔性防水膜73被刺破后水与硝石混合，硝石在溶解于水时会吸收大量的热量形成降温，油在降温后逐渐凝固流动性降低，从而辅助进行密封，不易出现流体介质泄漏的情况。

与实施例2相比，本实施例新增油的泄漏检测功能，并且利用油的泄漏动作来进行临时密封，值得注意的是，还可以在固定底座31内安装温度传感器，利用明显的温度降低来进行监测，从而获悉油的泄漏。

本发明可以通过在阀芯2内设置中空推柱5的方式，利用流体压力作用于阀芯2上，将其往后推动来与出口处的复合橡胶圈3实现高强度的密封，同时通过流量传感器来监测流量，从而计算出中空推柱5处受到的压力，在流体压力不足时，通过启动复合橡胶圈3内的电磁铁主动对中空推柱5进行吸附，从而与流体压力配合仍可以保持良好的密封效果，与现有的球阀密封方式相比，本发明中的阀芯2可以主动与复合橡胶圈3进行配合密封，不易出现变形和缝隙而造成流体介质泄漏的情况。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于流体压力的智能球阀，包括阀体（1），所述阀体（1）内活动安装有阀芯（2），所述阀体（1）的出口处安装有与阀芯（2）相匹配的复合橡胶圈（3），其特征在于：所述阀体（1）外端固定安装有控制盒（4），所述阀体（1）内安装有流量传感器，所述阀芯（2）内端固定连接有中空推柱（5），所述中空推柱（5）包括中空柱体（51）、磁压球（52）以及压力传感器（53），所述中空柱体（51）靠近阀体（1）的进口端截面形状为流线型，所述中空柱体（51）靠近阀体（1）的进口端开设有与磁压球（52）相匹配的压力槽，所述磁压球（52）活动镶嵌于压力槽内，所述压力传感器（53）安装于磁压球（52）和压力槽之间，所述复合橡胶圈（3）内安装有电磁铁，所述流量传感器、压力传感器（53）以及电磁铁均与控制盒（4）连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于流体压力的智能球阀，其特征在于：所述中空柱体（51）与阀芯（2）之间一体成型，所述磁压球（52）采用铁磁性材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种基于流体压力的智能球阀，其特征在于：所述复合橡胶圈（3）包括依次连接的固定底座（31）、内密封层（32）以及外密封层（33），且外密封层（33）位于靠近阀芯（2）的一侧。

4.根据权利要求3所述的一种基于流体压力的智能球阀，其特征在于：所述内密封层（32）和外密封层（33）之间留设有储液腔，所述内密封层（32）和外密封层（33）之间固定连接有多个均匀分布的压胀球（6），所述储液腔内填充有油。

5.根据权利要求3所述的一种基于流体压力的智能球阀，其特征在于：所述固定底座（31）采用硬质材料制成，所述内密封层（32）和外密封层（33）均采用弹性密封材料制成。

6.根据权利要求4所述的一种基于流体压力的智能球阀，其特征在于：所述压胀球（6）包括一对定位半球（61）、中压套（62）以及多根弹力丝（63），一对所述定位半球（61）对称连接于弹力丝（63）两端，并分别与外密封层（33）和内密封层（32）固定连接，所述弹力丝（63）均匀镶嵌于中压套（62）内侧，所述定位半球（61）和中压套（62）围成的空间内同样填充有油，所述中压套（62）上开设有漏油孔。

7.根据权利要求6所述的一种基于流体压力的智能球阀，其特征在于：所述定位半球（61）采用硬质材料制成，所述中压套（62）和弹力丝（63）均采用弹性材料制成。

8.根据权利要求4所述的一种基于流体压力的智能球阀，其特征在于：所述外密封层（33）外边缘处固定连接有油封环（7），所述油封环（7）包括中空环壳（71）、遇油膨胀块（72）、柔性防水膜（73）以及多个尖刺（74），所述遇油膨胀块（72）连接于中空环壳（71）内侧靠近阀芯（2）的一端，所述柔性防水膜（73）固定连接于中空环壳（71）中部，所述尖刺（74）均匀连接于遇油膨胀块（72）靠近柔性防水膜（73）的一端。

9.根据权利要求8所述的一种基于流体压力的智能球阀，其特征在于：所述中空环壳（71）采用硬质材料制成，且靠近阀芯（2）一端留设有缺口，所述遇油膨胀块（72）采用吸油膨胀材料制成。

10.根据权利要求8所述的一种基于流体压力的智能球阀，其特征在于：所述柔性防水膜（73）远离遇油膨胀块（72）一侧与中空环壳（71）形成的空间内填充有水，所述柔性防水膜（73）靠近遇油膨胀块（72）一侧与中空环壳（71）形成的空间内填充有硝石。

Images