专利名称：真空自压叠加自动补偿非廻转球阀的制作方法
技术领域：
本发明属于管道输送系统控制装置。主要提出一种真空自压叠加自动补偿非廻转球阀。 阀门，因渗漏、维修量大、使用寿命短、用材多、能耗高、安全性差等缺陷，给用户、给社会造成 了诸多麻烦与损失。目前就五种切断阀综合评价，公认属球阀基本结构较佳，这主要体现在阻力小、流 量大、重量轻、用材少等几个方面。但它仍存在着严重缺陷。现在绝大多数球阀无补偿量，就是有补偿 量的球阀不但结构很复杂、工艺难度过大、生产成本高并且补偿后寿命仍不高。
发明内容
本发明所提出的真空自压叠加自动补偿非廻转球阀的目的，就是要消除它的短命缺陷，更有效地提 高它的工作寿命，并且生产成本低廉。
本发明所采取的技术方案有6项 (1 ) 真空补偿与介质自压补偿的技术方案
由阀体、接盘、球、十字滑块、阀杆、导套、补偿盘、锁轮、锁轮座、拉簧、密封环、支撑环等相 关件及辅件组成。其技术方案是在阀体与接盘连接处的内腔，由导套、补偿盘及其两者同轴内外轴径间 两个O形密封圈所共同构成的一个集密封、补偿于一身的发力装置。该发力装置可产生两种力 一是由 上述四者所围构成的密闭环形腔处于真空所产生的负压力；二是由介质压力和压力差作用在补偿盘全部 右端面上的向左推力。这两种力方向相同，其叠加后将自动、不间断地推动密封环紧压球面对介质进行 密封与补偿。
除上述发力装置所用两项技术外，还有如下4项技术与其配套，
(2) 浮动漂移技术。其技术方案是将被密封环与支撑环夹在中间的球，既要能使其作到传递来自 阀杆的扭矩，又要能满足上述三者(两环一球)之间相互磨损后而使球在阀的轴线上向左自由位移。为 此，在阀杆与球之间设置一个十字滑块。
(3 )补偿锁定技术。其技术方案是在锁轮座与同轴的锁轮之间设有多头、单面、自锁螺旋斜面付机 构，通过拉簧，转动锁4仑来消除因补偿盘在轴向补偿位移后所留下的轴向空隙，达到《吏补偿盘只能向左 前进而不可后退的目的。(4) 非廻转操作阀杆。阀杆在启闭扭转操作中，均按手柄上的箭头所示顺时针单一方向转动，最大 限度地消除非均匀差异性磨损。
(5) 铁塑复合球。其技术方案是用普通铸铁做空心球体，其球面和中心通孔用塑料经注塑工艺复合而成。
本发明球阀通过上述6项新技术整合，对球阀性能有较大改善与提高
(l)有效排除了原传统球阀使用寿命超短的致命性缺陷。它可以取代价格较高的截止阀和闸阀，并 且寿命比闸阀更高，密封更加安全可靠，又免于维修，能最大限度地提高管网运行效率，相应提高了用 户经济效益。
(2) 由于取代了用材较多的截止阀和闸阀，节省了一定数量钢铁铸件生产，不但相应节省了钢铁原 材料，也相应节省了钢铁铸件生产中必用的大量煤炭及电能消耗，同时也相应减少了对环境的废气、废 物、废7JC排放污染，提高了社会效益。特别是完全可以省去了两种主流产品截止阀和闸阀结构中必用的 贵重铜材。
(3) 取代进口，节省外汇。国内不少大中城市燃气公司为了确保管网运行安全、防止重大事故出现， 从根源上采取了断然措施，不少公司杜绝使用国产阀门而转向从国外进口 (如辽宁沈阳市燃气公司不用 国产阀门，全部从韩国进口)。本技术产品取代进口产品后，每年可节省一定数量外汇。
(4) 铁塑复合球。在一定介质性质、温度等适应条件下使用该球，可节省不锈钢材料及其该球面多 工序、高精度加工设备和加工费用，并且生产成本低廉、球面摩擦系数小，可明显提高阀门使用寿命， 况又具有突出的廉价高抗腐性。尤其是用在燃气管网中最适宜。
附图1是本发明球阀A型结构示意图(图中球的方位处于开启状态)。
附图2是图1的B-B剖面图。
附图3是图1的A-A剖视图。
附图4是图1的E局部放大图。
附图5是图1的M向视图。
附图6是图1的P局部放大图。
附图7是图1的F局部放大图。
附图8是本发明球阀B型结构示意总图(困中球的方位处于开启状态)。图中1阀体、2接盘、3 3求、4十字滑块、5阀杆、6导套、7补偿盘、8锁轮座、9锁轮、10上压盘、 ll调压块、12顶支板、13拉簧、14键板、15密封环、16支撑环、17、 18、 19、 20、 21 O形密封團、 22V形密封圏组、23垫片、24 0形密封圏、25、 26环形腔、27方孔、28、 29斜面、30锁轮转动方向、 31表盘、32指针、33手柄、34内六方螺钉、35、 36、 37、 38半圆头螺钉、39、 40螺钉、41塑料管、 42不锈钢锒块、43、 44、 45、 46垫團、47、 48定位孔、49内六方螺钉、50塑料复合层、51球体铁件、 52挂钩、53左端面、54右端面、55平台、56轴头、57防缩钩、58、 59箭头、60鼻管、61通道、62 箭头、63键槽、64环形槽、65箭头、66犬牙结构。
具体实施例方式
参照
编号、名称对结构具体加以说明
阀体l与接盘2用螺栓40进行总装连接。导套6伙同其上的两个0形密封圈18、 21被阀体1和接 盘2挤压、固定在其间，实现从轴向和径向对其连接部位进行密封。
导套6与其内两个同轴阶梯轴径分别相配套的补偿盘7(详见附图l)及其两者大小轴径间分别所装的 0形密封圈19、 20，共同构成一个集密封、补偿于一身的发力装置。该发力装置可产生两种力 一是由 上述四者所围构成的并处于真空状态的密闭环形腔25所产生的负压力；二是由介质自身压力及压力差作 用在补偿盘7全部右端面上的向左推力。这两种力方向相同，其叠加后，将自动地、不间断地去推动密 封环15于球面处对介质进行密封和补偿。
发力装置中，环形密闭腔25内的真空是借助于螺栓40将阀体1与接盘2连接过程中自然形成的， 并非专门将其内空气抽出所致。具体过程是在总装前，将补偿盘7、 O形密封圈19、 20按图l装入导套 6内，并将补偿盘7的左端面53与导套6内腔右端面54直##触，使其内的空气从螺钉38的螺孔中完 全排出后，用半圆头螺钉38及0形密封圈24完全彻底给予堵封。当阀体1与接盘2用螺栓40连接过 程中，其内完全排空的发力装置，联同密封环15， 一起压在球面上进行总装，当螺栓40将阀体1与接 盘2完全连接后，原本不存在的真空环形腔25就自然形成了。由于大气压的作用，使补偿盘7将密封环 15始终紧压在球3表面上。这个负压力的大小，直接与环形腔25的轴向投影面积有关，其投影面积越 大，负压力就越大，这个负压力将随补偿位移量的增加而有所降低。
以上是发力装置所产生的第一种力。发力装置所产生的第二种力就是介质自身压力及压力差作用在 补偿盘7全部右端面上的向左推力。球阀在关闭情况下，球3前后就形成了一个压力差(见附图1所示)， 由于发力装置中两个O形密封圏19、 20共同对介质的隔离及其所在轴径大小差别的作用，具有一定压这向左的推力集中传给密封环15及球面。补偿盘7上两个0形密封圈19、 20所在直径差别越大向左推 力就越大。球3前后压力差越大，向左推力也越大。发力装置所产生的这两种力方向一致，均迫使密封环15不间断地对球3表面进行密封及对三者(两 环一球)相互磨损后所出现的轴向间隙及时给予自动补偿，由此可靠实现延长球阀工作寿命之目的。0形密封圈19、20，分别用其内径和外径进行滑动密封，目的在于使补偿盘7在补偿行程中均能 使O形密封團19、 20与被保护在环形腔25内的内外两圆柱面始终处于良好滑动密封接触，保护发力装 置始终有效。球3属于浮动结构，为保证球3与其两边的密封环15、支撑环16'在相互磨损后所出现的轴向间隙 能给予补偿，球3应具备轴向自由漂移功能。为此在阀杆5与球3之间设置一个十字滑块4(详见附图1 )。 由于十字滑块4上键宽S1与附图2中键宽S2相互垂直，所以既能保证传递来自阀杆5的扭矩，又可使 球3在阀的轴线上向左自由位移。这为补偿盘7能在两环一球相互磨损后进行统一补偿创造了条件。本发明球阀有两种结构A型与B型(具体分别详见附图l和图8)。两种结构主要区别是A型有补 偿锁定机构而B型则无。A型主要用于中高压介质控制，罔为中高压所用密封环15及支撑环16往往不 是软密封材料，所需必须密封比压较高。A型中补偿锁定机构的唯一功能是弥补发力装置中负压力量不足时而不能充分留住中高压介质对补 偿盘7所有右端面被推动下向左补偿的最左到达位置。特别是本球阀用到一半时间(约15 20年)时， 随着补偿位移的增加，发力装置中负压程度在下降情况下，其补偿锁定机构在保证补偿盘7只能向左前 进、防止后退功能上才真正开始发挥其作用。补偿锁定机构主要有锁轮9、锁轮座8及拉簧13组成(详见附图1、 3)。锁轮座8与其同轴的锁轮 9之间设有多头单面自锁螺斜面付机构，当补偿盘7向左补偿位移后，在锁轮座8上的斜面28(详见附图1 中由双点划线表示)与锁轮9上的斜面29之间就出现一个轴向间隙。锁轮9以不锈钢垫片23为支撑(而 不锈钢垫片23之后又是接盘2内腔右端面为支撑)，锁轮9在拉簧13拉动自转后，使锁轮座8上的斜面 28与锁轮9上的斜面29在新的高度斜面位置上重新接触，由此消除因补偿位移后所出现的轴向间隙。在补偿锁定中，为防止锁轮座8、补偿盘7随锁轮9转动，用键板14、半圆头螺钉37将补偿盘7 和锁轮座8连为一个整体，又通过导套6上键槽63对键板14之限制，使锁轮座8、补偿盘7始终与导 套6乃至闽体1处于相对静止状态。因为在总装后导套6被两边两个0形密封圈18、 21强有力的摩擦7紧紧卡在中间而不会发生转动。锁轮9和锁轮座8上的多头斜面在目前还无法用金属切削工艺加工出来的情况下，只能通过压铸工 艺和注塑工艺来加工。这就要根据球阀介质种类、温度、压力等条件来确定锁轮9与锁轮座8的具体应 该选用何种较适应的材料来配套。拉簧13 —端钩在键板14的小孔内，另一端钩在锁轮9的锒埋件挂钩52上。键板14上小孔48与锁 轮9上小孔47在一条直线上，两孔是在总装过程中专门用来将拉簧13固定至初始工作状态之用的装配 工艺孔。球3是一个用普通铸铁制成的球体铁件51，中心通孔是塑料管41，通过注塑工艺将所需的塑料复合 在球体铁件41的球3上。为了确保棵露在球3外部键槽侧面不被腐蚀，球体铁件41在铸造时将不锈钢 锒块42铸为一个整体。为了符合注塑工艺需要，在球面复合层50顶部留有定位平台55、定位轴头56 及防缩钩57。中心塑料管41与塑料复合层50之间用犬牙结构66连结。为了符合大批量生产工艺要求，阀杆5的防脱机构与由上压盘10的下端面来泉扭。上压盘10与阀 体l之间用O形密封圈17来密封，并且两者之间用内六方螺钉34来固定。上压盘10与阀杆5之间用 V形密封圏组22来密封。当V形密封圈组22被磨损出现渗漏时，可通过调整顶支板12上的半圆头螺 钉35使调压块11下压V形密封團组22，使其重新恢复到原有良好密封状态。顶支板12外圆轴径卡在上压盘10内圆轴径底部，并通过内六方螺钉49与上压盘10固定，这可确 保阀杆5在手柄33操作中永处稳定状态。为了克服以往球阀启闭操作中在90。角度内往复廻转中使球面与其两边的密封环15及支撑环16出 现严重不均匀差异性磨损，本阀采取非廻转操作方法，即按手柄33上所示箭头65单一转动方向操作。 除单一方向转动手柄外，并设置一些相应结构与其配套①用半圆头螺钉36与上压盘10连在一起的表 盘31上标有两个"开"点和两个"关"点位置。两"开"点所连直线与两"关"点所连直线互为垂直。 ②在阀杆5上装有指针32 (详见附图1、 5 )。阀杆5与手柄33之间用方键连接，并且螺松39和大垫圈46将两者固定在一起。球阀中各个零件材料如密封环15、导套6、阀体1等可根据不同介质及其所处温度、压力来选用。 不管以上零件用什么材料，但阀杆5 (主要是阀杆大头)与十字滑块4最好是要用不锈钢材料。因为阀 杆5每操作开关一次，十字滑块4上的上下两键(附图1中的Sl和图2中的S2)就与其配合的键槽滑 动一次。本发明球间B型除了没有补偿锁定机构外，在结构上基本与A型相同。B型结构简单(详见附图8)， 主要用于低压的介质控制。当球3处于关闭状态下，球3前后就出现有一定介质压力差，带压力差的介 质分两部分向左施压①在密封环15内径以内的介质压向球面，而球3又将此压力传给支撑环16，支 撑环16背后在阀体1支撑下，使Jf求3处于相对稳定状态。②介质通过补偿盘7与接盘2上的鼻管60 之间通道61压向补偿盘7全部右端而上，这个右端面上所承受的压力通过密封环15，最终压向球3表 面对介质自己进行密封与补偿。B型结构之所以不用补偿锁定机构，是因为其密闭环形腔25里真空所产生的负压力能保证将补偿盘 7通过密封环15紧紧压在球3表面上而不会自动后退。低压时所用的密封环15、支撑环16绝大部分是 软密封材料(如四氧乙烯等)，其所需的密封必须比压不高，只用发力装置中真空所产生的负压就可达到 甚至超过密封时所需的必须比压额定值。尤其是中小球阀。附图8中箭头58用来表示真空负压。箭头59表示介质压力差对补偿盘7产生的推力。箭头62示意 介质流向。附图5中手柄33上顺时针箭头65是指示手柄开关转向。本发明球阀补偿位移量较大，新阀时球3中心应偏阀杆5轴线右边C个距离，经数十年工作后，球 3中心就移至阀杆5轴线左边。总补偿量应〉2C (详见附图1 )。 C的大小主要决定于支撑环16所用材 料的耐磨性能。当导套6、补偿7使用非抗腐材料制造时，为防止轴径间生锈卡死而不能补偿左移，为此，如图4、 图6所示那样，分别将补偿盘7和导套6从密封槽边起给一个适当的倒角，以免接触卡死。当阀体l是非防腐材料时，为防止阀体1的阀杆孔壁生锈卡死阀杆5，可按附图7所示那样，在阀 杆5大端轴径上加工一个环形槽64，其两头只留h高度，以免使两者接触过多。环形槽64应放入含油 毛线为宜。本发明球阀中各个零部件及外购件(其中包括密封圈)所用材料，可根据不同介质、不同温度、不 同压力及环镜，使之获得最佳的组合效果。在锁轮9与接盘2之间设有一个不锈钢垫片23，主要考虑到当接盘2是易生锈材料时，球阀在数十 年使用中可有助于锁轮9 了转动时减少摩擦。本发明球阀除上述一些独特结构外，在其它结构方面均与现用球阀大致相同，这里不再具体一一详述。9
权利要求
1、一种真空自压叠加自动补偿非廻转球阀，由阀体(1)、接盘(2)、球(3)、十字滑块(4)、阀杆(5)、导套(6)、补偿盘(7)、锁轮座(8)、锁轮(9)、拉簧(13)、密封环(15)、支撑环(16)等相关件及辅件组成，其特征是由导套(6)、补偿盘(7)及其两者同轴内外轴径间两个O形密封圈(19)、(20)共同构成的一个集密封、补偿于一身的发力装置，该发力装置可产生两种力(1)由上述四者所围构成的密闭环形腔(25)处于真空状态所产生能拉动补偿盘(7)向左的负压力。(2)由介质压力和压力差作用在补偿盘(7)全部右端面上的向左推力。这两种力方向相同，其叠加后将自动地、不间断地推动密封环(15)与球面紧密接触从而对介质进行密封及球3与其两边紧密接触的密封环(15)、支撑环(16)在相互磨损后所出现的轴向间隙及时给予补偿。
2、 根据权利要求1所述的真空自压叠加自动补偿非廻转球阀中由导套(6)、补偿(7)及其两者内外轴径间两个O形密封围(19)、 (20)共同构成的发力装置，其特征有(1) 两个O形密封圏(19)、 (20),分别用内径和外径进行滑动密封。(2) 由上述四者所围构成的密闭环形腔(25)两侧端面(53)、 (54)其形状、轮廊线走向完全相同。(3) 补偿盘(7)右端面上设置一个排气螺孔，在对环形腔(25)完全彻底排气消容后，用半园头螺钉(38 )和0形密封图(24 )对该排气螺孔彻底给予堵封。(4 )在导套(6 )和补偿盘(7 )两主件中，导套(6 )右端轴径伸入接盘(2 )相应孔径中较深距离，这有利于在总装过程顺便将其环形腔(25)拉成真空时作定位导向之用。
3、 根据权利要求1所述的真空自压叠加自动补偿非廻转球阀中去掉锁轮座(8)、锁轮(9)及拉簧(13)等件之后的B型结构中其特征是接盘上的鼻管(60)伸进补偿盘(7)中心部位，并在鼻管(60)头部与补偿盘(7 )之间留有介质通道(61 )。
4、 根据权利要求1所述的真空自压叠力。自动补偿非廻转球阀，其特征是导套(6 )伙同其两端的两个0形密封圏(18 )、 ( 21)被阀体(1)和接盘(2 )挤压、固定在其间，实现从轴向和径向对其连接部位进行密封。
5、 根据权利要求1所述的真空自压叠加自动补偿非廻转球阀，其特征是在阀杆(5 )与球(3 )之间设置一个十字滑块(4)。
6、 根据权利要求l所述的真空自压叠加自动补偿非廻转球阀，其特征是在阀杆(5)轴径外围设置一个用六方螺钉(34)与阀体(1)连为一个整体的上压盘(10)。
7、 根据权利要求1所述的真空自压叠加自动补偿非廻转球阀中以阀杆(5 )轴径外围所设置的上压盘(10 )为依托与相关件组合后的特征是(1 )上压盘(10 )与阀杆(5 )之间设有V形密封圈组(22 );并通过半圓头螺钉(35 )和调压块(11 )来调整V形密封圏组(22)对阀杆(5)的密封程度。(2 )内六方螺钉(49 )与上压盘(10 )固定在一起的顶支板(12 )可防止阀杆(5 )在操作中摇摆。(3 )半圆头螺钉(36 )与上压盘(10 )固定在一起的表盘(31 )与阀杆(5 )固定在一起的指针(32配套，形成本阀操作指示系统。(4 )用上压盘(10 )下端面顶住阀杆(5 )大端轴肩，防止阀杆(5 ) ^L介质压力吹出。
8、 根据权利要求1所述的真空自压叠加自动补偿非廻转球阀，其特征是在A型结构中，与补偿盘(7 )连为一体的锁轮座(8 )与同轴的锁轮(9 )之间设有多头、单面、自锁螺旋斜面付结构，通过拉簧(13 )转动锁轮(9)来消除因补偿盘(7)补偿位移后所出现的轴向间隙，确保补偿盘(7)永远向左前进。
9、 根据权利要求1所述的真空自压叠加自动补偿非廻转球阀，其特征是不锈钢锒块(42 )与球体铁件(51)为锒铸关系；球(3)顶部的塑料复合层(50)做一个平台(55)来留出定位轴头(56)及防缩钩(57);中心塑料管(41)与塑料复合层(50)之间由犬牙结构(66)连结。
全文摘要
该真空自压叠加自动补偿非廻转球阀，主要有阀体、接盘、导套、补偿盘等件组成。由导套、补偿盘以及两者同轴间两个O形密封圈共同构成的发力装置可产生两种力，一是由其内真空所产生的负压力；二是由介质压力差对补偿盘外部所产生的推力。这两种力方向相同，其叠加后将自动、不间断地推动密封环紧压球面对介质进行密封与补偿，及时有效消除了密封环、支撑环与球面磨损后所造成的渗漏间隙，提高了球阀使用寿命。
文档编号F16K5/06GK101666385SQ20081018970
公开日2010年3月10日 申请日期2008年12月28日 优先权日2008年12月28日
发明者胡勇坤 申请人:胡勇坤