一种螺旋开合装置及其强制密封球阀的制作方法

一种螺旋开合装置及其强制密封球阀，属于密封球阀技术领域。

背景技术：

在流体控制领域，特别是对流体开关控制和关闭严密性要求苛刻的领域，要求阀门能够在直通的状态下尽可能小的产生压降，并且能够提供不受管线介质压力影响的强制扭矩密封，现有技术中，强制密封阀门最为代表的传统提升杆式强制密封球阀，该结构虽然可以实现阀门在开关全程大部分过程中与阀座无接触、无摩擦，但是没有真正做到无摩擦。另外，本申请的申请人在2016年提出了一种全新的强制密封球阀结构，专利号为201610355492.5，该结构实现了真正无摩擦的技术目的。

在上述发明中，采用螺旋顶起的原理，利用安装在阀瓣与阀座之间的顶压机构实现阀瓣与阀座之间的开合与关闭，起强制密封作用的顶压机构由螺柱齿轮与阀瓣间的螺纹配合实现。申请人在实验中发现，两个螺纹间转动时产生的滑动摩擦力消耗了绝大部分阀门操作扭矩，阀门操作扭矩较大，机械传动效率较低，针对直接顶起阀瓣的螺旋顶压机构的效率问题进行了改进。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种阀门操作扭矩较小、降低螺纹间的旋转摩擦、延长了螺纹的寿命，提升传动效率的螺旋开合装置及其强制密封球阀。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：该螺旋开合装置，其特征在于：包括带有连接凸台的主动转轮和带有内螺纹的平移部件，在所述的主动转轮和平移部件之间设有滚动机构，滚动机构可转动的安装在主动转轮的连接凸台上，滚动机构跟随主动转轮一起转动的同时可发生自转，滚动机构与平移部件内侧的内螺纹相啮合，主动转轮通过滚动机构带动平移部件在其连接凸台外圈发生轴向移动。

本发明的螺旋开合装置针对现有技术中的强制密封球阀中的螺旋顶压部分进行了优化改进，在主动转轮和平移部件之间增设滚动机构，滚动机构可转动的安装在主动转轮的连接凸台上，且同时与平移部件内侧的内螺纹相啮合，由此，形成了一种全新的传动方式。即在滚动机构跟随绕主动转轮转动的同时，滚动机构自身同时也发生自转，由此，将现有技术中的滑动摩擦改为滚动摩擦，使螺纹间的摩擦大大降低，提高了传动效率，从而最大程度地延长了螺纹的寿命，提升了传动效率，降低了操作扭矩。

所述的滚动机构为螺旋柱传动机构，螺旋柱传动机构包括多组环形均布在所述的连接凸台上的螺旋柱，连接凸台上设有安装螺旋柱的定位孔，螺旋柱两端分别设有螺旋柱上转轴和螺旋柱下转轴，通过螺旋柱上转轴和螺旋柱下转轴可转动的安装在定位孔内；螺旋柱的中部设有与所述平移部件内侧的内螺纹相啮合的螺旋柱外螺纹。

所述的多组螺旋柱外圈设有强制多组螺旋柱同步转动的同步环，同步环内侧分成上下部分，一部分为光滑的环形内壁，另一部分为带有内啮合齿的环形齿面，所述的螺旋柱上设有与环形齿面相啮合的螺旋柱花键。

通过设置同步环可保证多个滚柱始终处于环形均布的位置，保持每个螺旋柱的转动相位间隔正好与阀瓣内螺纹的升角匹配，保持滚柱轴线与螺旋柱齿轮轴线平行，同时又能多个滚柱同步转动，从而保证滚柱与内外螺纹之间的啮合精度。

优选的，螺旋柱的螺旋起始点按排列顺序每相邻位置相差固定的角度（本实例中这个角度是30度），这样在阀瓣内螺纹旋入时，将依次与所有螺旋柱依次啮合，阀瓣在旋入后不与螺旋柱齿轮环形连接凸台接触。

所述的滚动机构为滚柱机构，滚柱机构包括多组环形均布在所述的连接凸台上的滚柱，滚柱为带有多条等间距环形槽的圆柱体，圆柱体的两端部分别设有短轴，连接凸台上设有安装滚柱的定位孔，滚柱两端分别通过短轴可转动的安装在定位孔内，滚柱通过环形槽与所述平移部件内侧的内螺纹相啮合。

滚柱机构采用等间距的环形槽，使得滚柱与主动转轮及平移部件之间的螺纹啮合处从原来的相互滑动顶压改为滚动顶压，顶压时，由多个滚柱同时、同步相对平移部件的内螺纹和主动转轮的外螺纹滚动，进而实现平移部件在主动转轮上的轴向平移。

优选的，相邻的两组所述滚柱在轴向安装位置上具有位置差l，l的数值为一条环形槽的间距值除以滚柱的总个数，环形槽的间距与平移部件内侧的内螺纹的螺距相同。

多组滚柱的高度排列沿螺旋线的上升轨迹排列，这样阀瓣内侧螺纹可正常与环形设置的多组滚柱依次啮合，阀瓣在旋入后不与螺旋柱齿轮环形连接凸台接触。

所述的定位孔包括环形均布在主动转轮端面上的一组通孔和环形均布在连接凸台上的通孔，设置在主动转轮端面上的通孔为圆形通孔，设置在连接凸台上的通孔为横截面呈半圆形设置、纵截面呈凸字形设置的阶梯通孔，阶梯通孔内设有阻挡螺旋柱或滚柱轴向移动的限位挡台。

一种螺旋开合装置形成的强制密封球阀，包括阀体、阀座、阀球基体和阀杆，其特征在于：所述的阀杆与阀球基体之间设有齿轮组传动机构，齿轮组传动机构的阀杆齿轮安装在阀球基体的上部并连接阀杆下部，阀球基体与阀座之间安装所述的螺旋开合装置，主动转轮可转动的安装在阀球基体一侧，阀杆齿轮通过中间传动齿轮连接所述的主动转轮；平移部件的外圈设有限制其转动的限位梳齿。

具体的，在该强制密封球阀中，螺旋柱齿轮作为主动转轮，阀瓣为平移部件，螺旋柱齿轮通过滚动机构连接阀瓣，阀瓣的外圈设有限制其转动的限位梳齿。由于螺旋柱的螺纹与阀瓣螺纹相啮合，而阀瓣因受到约束不能随螺旋柱齿轮一起转动，因此螺旋柱将绕自身的轴发生自转。与阀瓣螺纹啮合的螺纹将因此顶起或收回阀瓣。在这个过程中，螺旋柱螺纹与阀瓣螺纹始终啮合并不发生滑动，而是相互发生滚动，从而使螺纹间的摩擦大大降低，从而最大程度地延长了螺纹的寿命，提升了传动效率，降低了操作扭矩。

所述的阀球基体上设有两组对称设置的螺旋开合装置和两组中间传动齿轮，两组中间传动齿轮同时与同一阀杆齿轮相啮合。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

本发明的螺旋开合装置针对现有技术中的强制密封球阀中的螺旋顶压部分进行了优化改进，在主动转轮和平移部件之间增设滚动机构，滚动机构可转动的安装在主动转轮的连接凸台上，且同时与平移部件内侧的内螺纹相啮合，由此，形成了一种全新的传动方式。即在滚动机构跟随绕主动转轮转动的同时，滚动机构自身同时也发生自转，由此，将现有技术中的滑动摩擦改为滚动摩擦，使螺纹间的摩擦大大降低，降低了操作扭矩，提高了传动效率。

由螺旋开合装置形成的强制密封球阀，采用上述的滚柱机构，使得阀瓣与齿轮组之间的螺旋顶压动作由原来的滑动摩擦改为滚柱与阀瓣内螺纹和螺旋柱齿轮的外螺纹的滚动摩擦，从而降低了阀门操作扭矩，提高了机械传动效率，同时又最大程度地延长了螺纹的寿命，降低了后期的维护成本。

附图说明

图1为实施例1的螺旋开合装置结构示意图。

图2为图1的a部分局部放大示意图。

图3为实施例1的螺旋开合装置爆炸图示意图。

图4为实施例1的螺旋柱与同步环及螺旋柱齿轮之间的连接关系示意图。

图5为实施例1的强制密封球阀内部结构示意图。

图6为实施例1的强制密封球阀结构爆炸图示意图。

图7为实施例2的滚柱与螺旋柱齿轮之间连接关系示意图。

图8为图7的b部分局部放大示意图。

图9为实施例2的滚柱机构示意图。

图10为实施例2的螺旋开合装置爆炸图示意图。

图11为实施例2的强制密封球阀内部结构示意图。

图12为图11的c部分的局部放大示意图。

图13为图12的d部分的局部放大示意图。

其中，1、阀体2、阀球基体3、阀杆齿轮4、阀瓣5、螺旋柱齿轮501、上转轴定位孔502、下转轴定位孔503、连接凸台504、限位挡台6、中间传动齿轮7、阀端8、下枢轴支撑板9、上枢轴支撑板10、防尘密封11、螺旋柱齿轮压环12、中间传动齿轮压盖13、阀杆14、扭力弹簧15、阀杆键16、阀杆上盖17、上盖螺钉18、排污嘴19、限位梳齿20、螺旋柱2001、螺旋柱上转轴2002、螺旋柱花键2003、螺旋柱外螺纹2004、螺旋柱下转轴21、同步环2101、同步环导环2102、同步环内齿环22、滚柱2201、环形槽2202、短轴。

具体实施方式

图7~13是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~13对本发明做进一步说明。

实施例1

参照附图1~6：一种螺旋开合装置，包括带有连接凸台503的主动转轮和带有内螺纹的平移部件，在主动转轮和平移部件之间设有滚动机构，滚动机构可转动的安装在主动转轮的连接凸台503上，滚动机构跟随主动转轮一起转动的同时可发生自转，滚动机构与平移部件内侧的内螺纹相啮合，主动转轮通过滚动机构带动平移部件在其连接凸台503外圈发生轴向移动。

滚动机构为螺旋柱传动机构，螺旋柱传动机构包括多组环形均布在连接凸台503上的螺旋柱20，连接凸台503上设有安装螺旋柱20的定位孔，螺旋柱20两端分别设有螺旋柱上转轴2001和螺旋柱下转轴2004，通过螺旋柱上转轴2001和螺旋柱下转轴2004可转动的安装在定位孔内；螺旋柱20的中部设有与平移部件内侧的内螺纹相啮合的螺旋柱外螺纹2003。

多组螺旋柱20外圈设有强制多组螺旋柱20同步转动的同步环21，同步环21内侧分成上下部分，一部分为光滑的环形内壁，即如图中所示的同步环导环2101，另一部分为带有内啮合齿的环形齿面，即如图中所示的同步环内齿环2102，螺旋柱20上设有与环形齿面（同步环内齿环2102）相啮合的螺旋柱花键2002。定位孔包括环形均布在主动转轮端面上的一组通孔和环形均布在连接凸台503上的通孔，设置在主动转轮端面上的通孔为圆形通孔，圆形通孔为图中所示的上转轴定位孔501，设置在连接凸台503上的通孔为横截面呈半圆形设置、纵截面呈凸字形设置的阶梯通孔，阶梯通孔为图中所示的下转轴定位孔502，阶梯通孔内设有阻挡螺旋柱20或滚柱22轴向移动的限位挡台504。螺旋柱20的螺旋起始点按排列顺序每相邻位置相差固定的角度（本实例中这个角度优选30度），这样在阀瓣4内螺纹旋入时，将依次与所有螺旋柱20依次啮合，阀瓣4在旋入后不与螺旋柱齿轮5的连接凸台503接触。

一种螺旋开合装置形成的强制密封球阀，包括阀体1、阀座、阀球基体2和阀杆13，阀杆13与阀球基体2之间设有齿轮组传动机构，齿轮组传动机构的阀杆齿轮3安装在阀球基体2的上部并连接阀杆13下部，阀球基体2与阀座之间安装所述的螺旋开合装置，主动转轮可转动的安装在阀球基体2一侧，阀杆齿轮3通过中间传动齿轮6连接主动转轮；平移部件的外圈设有限制其转动的限位梳齿19。

具体的，该强制密封球阀中，螺旋柱齿轮5为主动转轮，阀杆齿轮3通过中间传动齿轮6连接螺旋柱齿轮5，阀瓣4为平移部件，螺旋柱齿轮5通过滚动机构连接阀瓣4，阀瓣4的外圈设有限制其转动的限位梳齿19。

另，本发明中的相关部件介绍如下：

阀杆13：阀门顶部操作阀门的传递扭矩的轴；

阀座：设置在阀体1内部，阀门上主要的密封部件，跟阀瓣4抱合后实现密封；

阀球基体2：本发明中承载齿轮组传动和阀瓣4的部分；

阀瓣4：阀球基体2上实现与阀座密封的部件；

阀杆齿轮3：与阀杆13连接形成传动的齿轮；

螺旋柱齿轮5：与阀瓣4连接形成螺旋配合的齿轮；

中间传动齿轮6：与阀杆齿轮3及螺旋柱齿轮5啮合形成传动系统的传动齿轮；

阀体1：阀门外壳的中间部分；

阀端7：与阀体1组合成外壳整体的端部；本发明中涉及两个阀端7；

同步环21：联结各个螺旋柱20使它们同步旋转的环形部件。

工作原理与工作过程：本发明在工作时，与阀瓣4直接配合的螺旋柱齿轮5上设有一圈环形均布的螺旋柱20，螺旋柱20两端设有螺旋柱上转轴2001和螺旋柱下转轴2004，紧挨螺旋柱上转轴2001处设有螺旋柱花键2002，在螺旋柱花键2002与螺旋柱下转轴2004之间设有螺旋柱外螺纹2003，螺旋柱外螺纹2003的螺距和螺纹形状与阀瓣4内侧的螺旋相同，可以相互啮合。螺旋柱花键2002与同步环内齿环2102的内齿相啮合。螺旋柱齿轮5上设有环形连接凸台503，在连接凸台503上均匀分布定位孔，用于安置螺旋柱20，本实例中布置了12个螺旋柱20的空槽位置。螺旋柱20从侧面安装到螺旋柱齿轮5环形连接凸台503的空槽位置，上下均被空槽约束，同步环21的同步环内齿环2102与螺旋柱20的螺旋柱花键2002啮合，同步环导环2101与螺旋柱齿轮5的环形连接凸台503顶部同轴并有转动间隙。螺旋柱20的螺旋起始点按排列顺序每相邻位置相差固定的角度（本实例中这个角度是21度），这样在阀瓣4内螺纹旋入时，将依次与所有螺旋柱20依次啮合，阀瓣4在旋入后不与螺旋柱齿轮5环形连接凸台503接触。

当阀杆13驱动阀杆齿轮3并通过中间传动齿轮6传动螺旋柱齿轮5旋转时，螺旋柱齿轮5将通过环形连接凸台503驱动螺旋柱20绕螺旋柱齿轮轴公转，由于螺旋柱20的螺旋柱外螺纹2003与阀瓣4内螺纹相啮合，而阀瓣4受限位梳齿19的约束不能随螺旋柱齿轮5一起转动，因此，螺旋柱20将绕自身的轴发生自转。与阀瓣4内螺纹啮合的螺纹将因此顶起或收回阀瓣。在这个过程中，螺旋柱外螺纹2003与阀瓣4内螺纹始终啮合并不发生滑动，而是相互发生滚动，从而使螺纹间的摩擦大大降低，提升了传动效率，降低了操作扭矩。

实施例2

参照附图7~13：滚动机构为滚柱机构，滚柱机构包括多组环形均布在连接凸台503上的滚柱22，滚柱22为带有多条等间距环形槽2201的圆柱体，圆柱体的两端部分别设有短轴2202，连接凸台503上设有安装滚柱22的定位孔，滚柱22两端分别通过短轴2202可转动的安装在定位孔内，滚柱22通过环形槽2201与平移部件（阀瓣4）内侧的内螺纹相啮合。相邻的两组滚柱22在轴向安装位置上具有的位置差l，l的数值为一条环形槽2201的间距值除以滚柱22的总个数，环形槽2201的间距与平移部件（阀瓣4）内侧的内螺纹的螺距相同。

工作原理与工作过程：

阀瓣4内侧设有内螺纹，与阀瓣4直接配合的螺旋柱齿轮5上，设有一圈滚柱22，滚柱22两端设有短轴2202，中间部分设有环形槽2201，环形槽2201的间距与阀瓣4内侧螺纹螺距相同，因此可以相互部分啮合。螺旋柱齿轮5上设有环形连接凸台503，在连接凸台503上均匀分布用于安装滚柱22的定位孔，本实例中布置了10个安装滚柱22的保持位置。其中下保持位为下转轴定位孔502，而上保持位为上转轴定位孔501，上转轴定位孔501为半轴孔。上下保持位相对的两个面间距保持一致，为滚柱22有丝部分的高度，但各个保持位的布置高度依次等差升序排列，第一个和第十个滚丝保持位的累积高度为一倍的环形槽2201间距也就是阀瓣4内侧螺纹的螺距。也就是说滚柱22的高度排列沿螺旋线的上升轨迹排列，这样阀瓣4内侧螺纹可正常与滚柱22依次啮合。阀瓣4在旋入后不与螺旋柱齿轮5的环形连接凸台503接触。

当阀杆13驱动阀杆齿轮3并通过中间传动齿轮6传动螺旋柱齿轮5旋转时，螺旋柱齿轮5将通过环形连接凸台503驱动滚柱22绕螺旋柱齿轮轴公转，由于滚柱22的螺纹与阀瓣4螺纹相啮合，而阀瓣4受限位梳齿19的约束不能随螺旋柱齿轮5一起转动，因此，滚柱22将绕自身的轴发生自转。与阀瓣4螺纹啮合的环形槽2201将因此顶起或收回阀瓣4。在这个过程中，滚柱22的环形槽2201与阀瓣4内螺纹始终啮合并不发生滑动，而是相互发生滚动，其他设置和工作原理与实施例1相同。

实施例3

本发明的阀球基体2上设有两组对称设置的螺旋开合装置和两组中间传动齿轮6，两组中间传动齿轮6同时与同一阀杆齿轮3相啮合。螺旋开合装置设有两组时，阀球基体2上设有两组对称设置的阀瓣4、两组螺旋柱齿轮5和两组中间传动齿轮6，两组中间传动齿轮6同时与同一阀杆齿轮3相啮合。

此外，本发明的强制密封球阀可为侧装式球阀、顶装式球阀或全焊接式球阀，侧装式球阀为阀芯部件从侧面安装到阀体内的球阀形式；顶装式球阀为阀芯部件从顶部安装到阀体内的球阀形式；全焊接式球阀为阀体接缝采用完全焊接的球阀形式。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。