一种防冲刷球阀的制作方法

本发明属于管道阀门的技术领域，尤其涉及一种防冲刷球阀。

背景技术：

球阀通常是将用带有圆形通道的球体作为启闭元件，即球阀的启闭件是一个有通孔的球体，绕垂直于通道的轴线旋转，从而达到启闭通道的目的。由于球阀因为具有流体阻力小，结构简单、紧密可靠、操作方便、开闭迅速、适用范围广等优点，而被广泛应用于石油、化工、发电、造纸、原子能、航空、火箭等各部门，以及人们日常生活中。

然而，在现有球阀中，当球体在刚开启和快完全关闭时，由于此时流道的开启面积较小，从而使内部高压介质对与球体产生相对移动的密封件造成很大的冲击，这样极易破坏密封件，导致阀门泄漏，影响整个球阀的使用寿命。

技术实现要素：

为了解决现有常规结构球阀存在的上述问题，本发明提出了一种全新结构形式的防冲刷球阀。该防冲刷球阀包括阀体、阀球、阀瓣、阀轴和驱动轴；其中，所述阀体上设有连通的进口和出口，所述阀球位于所述进口和所述出口之间，并且所述阀球上设有贯穿的通孔；所述阀瓣位于所述阀球上并且与所述阀球相对活动连接，对所述通孔进行封堵和开启控制，其中对所述通孔形成封堵时能够使所述阀球的外表面形成完整的球面；所述阀轴与所述阀球连接，以驱动所述阀球相对于所述阀体进行往复转动，控制所述进口和所述出口之间的连通关系；所述驱动轴与所述阀瓣连接，以驱动所述阀瓣相对于所述阀球进行相对活动。

优选的，所述阀球为空心球结构，所述驱动轴包括外轴和内轴，并且所述阀瓣通过牵引组件同时与所述外轴和所述内轴形成连接；所述内轴相对于所述阀球进行圆周方向转动时，能够驱动所述牵引组件带动所述阀瓣沿所述通孔的轴向进行往复移动；所述外轴相对于所述阀球进行圆周方向转动时，能够驱动所述牵引组件带动所述阀瓣在所述阀球的内部进行绕轴转动。

进一步优选的，所述牵引组件包括第一连杆、第二连杆、扭簧、线轮和连接线；其中，所述线轮与所述内轴同轴固定连接，所述第一连杆的一端与所述阀瓣转动连接，所述第一连杆的另一端与所述第二连杆的一端转动连接，所述第二连杆的另一端与所述外轴转动连接；所述扭簧位于所述第二连杆和所述外轴的连接位置，以驱动所述第二连杆相对于所述外轴进行转动，使所述第一连杆和所述第二连杆形成弯折状态；所述连接线的一端缠绕固定在所述线轮上，另一端与所述第一连杆和所述第二连杆的连接位置连接，以驱动所述第二连接杆相对于所述外轴进行反向转动，使所述第一连杆和所述第二连杆处于同一直线状态。

进一步优选的，所述内轴与所述外轴之间设有棘齿，以形成两者之间的单向同步转动连接。

进一步优选的，所述内轴的端部设有连接盘，所述棘齿开设在所述外轴上；所述连接盘能够相对于所述外轴进行轴向往复移动，以形成与所述棘齿的选择连接。

进一步优选的，所述内轴的端部还设有连接杆和连接弹簧；所述连接杆与所述连接盘活动连接，所述连接弹簧的一端与所述连接盘接触连接，另一端与所述连接杆接触连接，以驱动所述连接杆移动并保持在与所述棘齿连接的位置。

进一步优选的，该防冲刷球阀还设有气囊，所述内轴采用分体式结构，两部分之间由复位弹簧连接；所述气囊与所述连接盘接触，以驱动所述连接盘相对于所述外轴进行轴向移动，以带动所述连接杆移动至脱离与所述棘齿的连接；所述内轴的一部分与所述连接盘同轴固定连接，另一部分与所述牵引组件连接，所述复位弹簧位于所述内轴的两部分之间，以驱动所述连接盘与所述棘齿保持连接。

优选的，该防冲刷球阀还设有驱动齿轮，并且所述连接盘上设有外齿；当所述连接盘与所述棘齿保持转动连接时，所述驱动齿轮与所述连接盘保持齿啮合连接；当所述连接盘与所述棘齿脱离连接时，所述驱动齿轮与所述连接盘脱离连接。

优选的，该防冲刷球阀还设有手柄；所述手柄与所述阀轴和所述驱动轴形成选择连接，以分别驱动所述阀轴和所述驱动轴进行转动。

进一步优选的，该防冲刷球阀上还设有弧形槽、定位块和辅助定位件，并且所述手柄与所述驱动轴同轴固定连接；所述弧形槽开设在所述阀体上，所述定位块的一端与所述阀轴固定连接，另一端延伸至所述弧形槽内并且能够沿所述弧形槽进行往复移动；所述辅助定位件位于所述手柄和所述阀轴之间，对所述手柄和所述阀轴形成同轴转动选择连接；其中，所述辅助定位件保持对所述手柄和所述阀轴的同轴转动连接时，所述手柄通过所述阀轴沿所述弧形槽进行往复转动，以带动所述阀球相对于所述阀体转动；所述辅助定位件解除对所述手柄和所述阀轴的同轴转动连接时，所述手柄带动所述驱动轴控制所述阀瓣相对于所述阀球进行移动。

相较于现有结构形式的球阀，本发明的防冲刷球阀具有以下有益技术效果：

1、在本发明中，通过在阀球上设置阀瓣，由驱动轴控制阀瓣相对于阀球进行移动而对阀球上的通孔进行通断控制，由阀轴控制阀球相对于阀体进行移动而对进口和出口进行启闭控制。这样，通过预先由驱动轴控制阀瓣相对于阀球进行移动而对通孔进行封堵，切断进口和出口之间高压介质的流动以及使阀球形成完整的外球面，再由阀轴控制阀球进行相对于阀体的启闭转动，就可以完全避免阀球相对于阀体转动过程中存在的高压介质流动，以及由于高压介质流动所引起对阀球和阀体之间密封件造成的冲刷，从而实现该球阀在无冲刷状态下的启闭操作，提高对密封件的保护，延长整个球阀的使用寿命和工作可靠性。

2、在本发明中，将手柄与外轴进行固定连接的情况下，再借助连接盘进行内轴与外轴之间的选择连接，以及借助辅助定位件进行手柄与阀轴之间的选择连接，同时利用与手柄连接的气囊控制连接盘与内轴的连接关系，以及利用手柄上的驱动杆对连接盘进行反向转动控制，这样就可以达到由手柄集中完成对阀轴、外轴和内轴的操作控制，实现该防冲刷球阀的启闭操作控制，从而可以大大简化整个防冲刷球阀中的驱动元件数量，提高整个防冲刷球阀的结构紧凑度，提高操作的灵活简便性。

附图说明

图1为本实施例防冲刷球阀中阀瓣处顶出位置时的结构示意图；

图2为图1中m-m方向截面的结构示意图；

图3为本实施例防冲刷球阀中外轴端部的棘齿结构示意图；

图4为本实施例防冲刷球阀中阀瓣处收回位置时的结构示意图；

图5为图4中n-n方向截面的结构示意图；

图6为本实施例防冲刷球阀处于开启状态时沿图4中n-n方向截面的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

结合图1至图6所示，本实施例的防冲刷球阀包括阀体1、阀球2、两个阀瓣3、阀轴4和驱动轴5。

在阀体1上设有位于同一直线且能够连通的进口11和出口12，阀球2位于阀体1内部的进口11和出口12之间，并且通过密封件与阀体1形成活动密封连接。同时，在阀球2上设有沿其径向贯穿的通孔21，并且通孔21与进口11和出口12处于同一平面。两个阀瓣3则分别位于通孔21的两个孔口位置，并且两个阀瓣3均与阀球2形成相对活动连接，能够对通孔21形成封堵和开启控制，并且在对通孔21形成封堵时能够使阀球2的外表面形成完整的外球面。

阀轴4与阀球2连接，以驱动阀球2相对于阀体1进行往复转动，控制进口11和出口12之间的连通关系。驱动轴5与两个阀瓣3连接，以驱动两个阀瓣3相对于阀球2进行相对活动，以控制对通孔21的封堵和开启。

当需要对该防冲刷球阀进行开启操作时，首先由驱动轴带动两个阀瓣移动至通孔的两个孔口位置时，使通孔处于断开状态停止进口和出口之间的介质流动，并且将阀球的外表面形成完整的球体状态，接着再由阀轴驱动阀球进行转动，使阀球在无高压介质冲刷的情况下转动至通孔与进口和出口处于同一直线位置，然后再由驱动轴带动两个阀瓣反向移动至通孔开启，由通孔将进口和出口连通，使该防冲刷球阀在高介质对阀球和阀体之间密封件不产生冲刷的情况下完成开启操作。

当需要对该防冲刷球阀进行关闭操作时，首先由驱动轴带动两个阀瓣移动至通孔的两个孔口位置时，将通孔切换至断开状态停止进口和出口之间的介质流动，并且使阀球形的外表面形成完整的球体状态，接着再由阀轴驱动阀球进行转动，使阀球在无高压介质冲刷的情况下转动至通孔与进口和出口处于非同一直线位置，由阀球的本体部分对进口和出口进行封堵切断，使该防冲刷球阀在介质对阀球和阀体之间密封件不产生冲刷的情况下完成关闭操作。

结合图1所示，在本实施例中阀球2采用空心球结构，驱动轴5包括外轴51和内轴52。阀瓣3的外表面采用圆弧形结构，并且通过牵引组件6同时与外轴51和内轴52形成连接。其中，内轴52相对于阀球2进行圆周方向转动时，能够驱动牵引组件6带动阀瓣3沿通孔21的轴向进行往复移动，即控制阀瓣3进行顶出运动和收回运动。外轴51相对于阀球2进行圆周方向转动时，能够驱动牵引组件6带动阀瓣3在阀球2的内部进行绕轴转动。

此时，通过内轴驱动牵引组件带动阀瓣相对于通孔进行轴向往复移动以及通过外轴驱动牵引组件带动阀瓣在阀球内部进行圆周方向转动的复合运动，就可以对阀瓣与通孔之间的位置关系进行调整改变，从而达到对通孔通断切换控制，同时还可以将阀球外表面进行完整的球面，使球阀首先借助阀瓣对通孔的切断而形成对进口和出口断开状态后，再进行相对于阀体的转动，使阀球与阀体之间密封件始终保持与阀球表面的接触，从而完全避免了阀球相对于阀体转动过程中存在高压介质流动而引起的对密封件冲刷，进而实现对阀球无冲刷状态的转动，提高对密封件的保护。

虽然，在本实施例中，通过将阀球设计为空心结构，并借助阀瓣沿通孔轴向移动至收回状态后再沿阀球内壁进行转动，从而实现对通孔的完全开启操作，这样不仅可以减轻整个阀球的重量，提高操作的灵活便捷性，而且还可以降低阀瓣对高压介质穿过通孔的流动影响，稳定高压介质的流动。同样，在其他实施例中，也可以根据设计和使用工况的要求，将阀球设计为实心结构，此时就可以将通孔设计为孔口尺寸小、内部尺寸大的锥形结构，从而利用沿通孔轴向控制阀瓣的往复移动，达到对通孔的通断控制效果。

在本实施例中设有两个牵引组件，以分别控制两个阀瓣的顶出运动和收回运动，但两个牵引组件的结构相同，并且对两个阀瓣的控制为同步控制。

结合图1所示，牵引组件6包括第一连杆61、第二连杆62、扭簧63、线轮64和连接线65。其中，线轮64与内轴52中伸入阀球2中的一端进行同轴固定连接，以实现两者之间的同步转动。第一连杆61的一端与阀瓣3转动连接，第一连杆61的另一端沿通孔21的轴向与第二连杆62的一端转动连接，第二连杆62的另一端沿通孔21的轴向与外轴51中伸入阀球2内部的一端形成转动连接。扭簧63位于第二连杆62和外轴51的连接位置，以驱动第二连杆62相对于外轴51进行转动，使第一连杆61和第二连杆62形成弯折状态。连接线65的一端缠绕固定在线轮64上，另一端与第一连杆61和第二连杆62的连接位置连接，以驱动第二连接杆62克服扭簧63的作用力而相对于外轴51进行反向转动，使第一连杆61和第二连杆62转动至处于同一直线位置的状态。

此时，当扭簧对第二连杆产生的转动作用力大于连接线对第一连杆和第二连杆产生的拉力时，扭簧就可以驱动第二连杆相对于外轴进行转动，并由连接线驱动线轮带动内轴进行转动而释放连接线，从而通过第一连杆带动阀瓣向阀球内部移动，形成阀瓣的收回运动；反之，当内轴带动线轮进行反向转动，由线轮对连接线进行缠绕收绳时，就可以带动第二连接杆克服扭簧的作用力进行相对于外轴的反向转动，使第一连接杆和第二连接杆转动至同一直线状态，将阀瓣驱动至阀球表面位置，形成阀瓣的顶出运动。这样，通过控制内轴的转动情况下，就可以借助扭簧达到对阀瓣沿通孔轴向往复移动的控制效果。

在本实施例中，根据阀瓣的尺寸在每一个牵引组件中均设置了两个第一连杆、两个第二连杆和两个扭簧，从而对阀瓣形成两个连接点，以保证对阀瓣的稳定驱动。同样，在其他实施例中，根据阀瓣的尺寸完全可以调整牵引组件中一连杆、第二连杆和扭簧的数量和安装位置，从而保证对阀瓣的稳定驱动。

结合图1和图3所示，在本实施例的防冲刷球阀中还设有手柄71、气囊72，以及在外轴51中位于阀球2外部的一端设有棘齿511，在内轴52中位于阀球2外部的一端设有连接盘81、连接杆82和连接弹簧83。其中，棘齿511开设在外轴51的端面，连接盘81同轴固定在内轴52的端部，而连接杆82沿轴向与连接盘81滑动连接，连接弹簧73则一端与连接盘81保持接触连接，另一端与连接杆82保持接触连接，以驱动连接杆82保持伸出状态，从而与棘齿511形成连接关系，使得棘齿511和连接杆82保持连接状态时，形成对内轴52沿图4所示顺时针方向相对于外轴51进行独立转动的限制。

手柄71套设在外轴51的外部，并且借助连接块与外轴51形成固定连接。气囊72与手柄71连接，并且一端位于手柄71的握持位置，另一端则延伸至连接盘81的下端面位置。此时，通过对位于手柄中握持位置的气囊一端进行挤压，就可以借助压力传递由气囊的另一端驱动连接盘相对于手柄进行轴向移动，即相对于外轴进行轴向移动，从而带动连接杆移动至脱离与棘齿的连接，解除对内轴的转动限制，使内轴可以相对于外轴进行自由往复转动。

此时，当连接杆与连接盘解除连接之后，内轴就可以进行自由转动，从而扭簧就可以驱动第二连杆相对外轴进行转动，控制阀瓣进行收回运动。反之，通过对内轴进行反方向的转动，就可以通过连接线拉拽第二连杆克服扭簧的作用力而使第一连杆和第二连杆转动至同一直线方向位置，从而控制阀瓣进行顶出运动，使阀瓣移动至阀球的表面位置。

其中，在本实施例中，将内轴52设计为了由两部分构成的分体式结构，并且一部分用于伸入阀球2中进行线轮64的安装固定，另一部分则用于进行连接盘81的安装固定，而内轴52的两部分之间则通过滑块和复位弹簧521进行沿轴向滑动连接和沿圆周方向同步转动连接。这样，在气囊对连接盘形成轴向驱动作用力并克服复位弹簧的作用力时，就可以使内轴的两部分之间形成轴向滑动，从而带动连接盘移动而解除连接杆和棘齿的连接，反之当气囊失去对连接盘沿轴向的作用力时，内轴的两部分在复位弹簧的作用下就可以进行反向轴向滑动，从而带动连接盘反向移动而使连接杆重新与棘齿形成连接。

同样，在其他实施例中，根据设计和加工情况下，也可以在保持内轴为一体式结构的情况下，将连接盘与内轴之间设计为轴向滑动连接，即借助滑块和复位弹簧进行连接盘与内轴的连接，这样也可以实现由气囊对连接盘的驱动控制，进而对连接盘与外轴之间连接关系的控制。

此外，在本实施例中通过在连接盘上设置连接杆，借助连接杆与外轴端面的棘齿形成单向转动连接。同样，在其他实施例中，也可以将连接盘的端面设计为棘齿结构，从而利用两个棘齿之间的啮合连接形成连接盘和外轴之间的单向转动连接。

结合图1和图2所示，在阀体1上还设有弧形槽13、定位块14和辅助定位件15。弧形槽13的圆心角为90度，并且开设在阀体1中与阀轴4形成相对转动的表面。定位块14的一端与阀轴4固定连接，另一端伸入弧形槽13内并且能够沿弧形槽13进行往复移动。

辅助定位件15位于手柄71与阀轴4之间的相对转动面，用于对手柄71和阀轴4之间沿圆周方向的转动进行选择连接。此时，通过挤压气囊而驱动连接盘移动使连接杆脱离与棘齿的连接之后，再通过转动手柄就可以带动阀轴和外轴进行往复转动，并且在弧形槽和定位块的作用下，可以由手柄带动驱动轴进行90度的往复转动，从而带动阀球进行90度的往复转动，实现通孔与进口和出口之间位置关系的切换控制。同时，当定位块位于弧形槽的终端位置时，再继续进行手柄转动时，辅助定位件中的定位球就会被压入定位孔中，从而解除对手柄和阀轴的转动连接，由手柄单独驱动外轴进行后续转动，进而带动阀瓣相对于阀球进行转动，从而达到控制阀瓣对通孔通断的控制效果。

在本实施例中，辅助定位件由定位孔、定位槽、定位弹簧和定位球组成，其中，定位孔开设在阀轴上，定位槽开设在手柄上，定位弹簧和定位球位于定位孔内，并且当定位槽随手柄转动至与定位孔对齐时定位弹簧就会驱动定位球向定位槽的方向移动，从而形成手柄与阀轴之间的转动连接。同样，在其他实施例中，也可以采用其他结构形式的辅助定位件对手柄和阀轴进行选择连接，甚至采用独立控制的电杆对手柄和阀轴进行选择连接控制。

此外，在本实施例中，防冲刷球阀为二通阀并且进口和出口处于同一直线位置，从而将通孔设计为了直孔结构以及将弧形槽的圆心角设计为了90度，以保证驱动轴沿弧形槽进行最大角度转动之后，可以将通孔完全转至与进口和出口不连通的位置，保证对进口和出口的切断效果。同样，在其他实施例中，完全可以根据具体情况调整弧形槽的圆心角，例如针对三通阀结构，就可以根据阀体上三个口的位置，对阀球上的通孔开设位置和形式进行调整，以及对弧形槽的尺寸和阀瓣的数量进行调整改变，以满足对阀球上通孔的通断切换控制，实现对相应防冲刷球阀的有效启闭控制。

另外，虽然在本实施例中，通过设置手柄驱动阀轴和驱动轴进行转动，并且在手柄上设置气囊，利用进行手柄握持操作时对气囊产生的挤压作用达到对连接盘的驱动控制，进而实现了对内轴和外轴之间连接关系的控制。但是，在其他实施例中，根据防冲刷球阀的设计尺寸和使用工况，也可以采用其他方式控制驱动轴和阀轴的转动，以及外轴和内轴之间的连接关系，例如针对大尺寸球阀和不便人工操作的工况，就可以借助多个独立的电控驱动元件，例如步进电机对驱动轴、外轴和内轴进行独立驱动控制，从而可以达到对驱动轴、外轴和内轴的远程控制效果。

结合图1所示，本实施例的防冲刷球阀中还设有一个驱动齿轮91和驱动杆92，同时在连接盘81上设有外齿。其中，驱动杆92与手柄71连接，可以相对于手柄71进行往复自转。驱动齿轮91与驱动杆92同轴固定连接，并且与连接盘81上的外齿啮合连接。当连接盘81通过连接杆82与棘齿511保持转动连接时，驱动齿轮91与连接盘81保持齿啮合连接；反之，当连接盘81相对于外轴51移动至脱离与棘齿511连接时，驱动齿轮91与连接盘81也脱离连接。

此时，通过控制驱动杆的转动就可以通过驱动齿轮带动连接盘进行转动，进而带动内轴进行转动，实现线轮对连接线的主动收回操作，即拉动第二连接杆克服扭簧的作用力进行转动，将阀瓣驱动至阀球的表面位置，完成阀瓣的顶出运动。

结合图1至图6所示，本实施例的防冲刷球阀进行管路通断控制工作时，将进口11与外接上游管路连通，将出口12与外接下游管路连通，具体控制操作的过程如下：

当需要将该防冲刷球阀由关闭状态切换至开启状态时，首先沿图2所示方向对手柄71进行逆时针方向转动，通过定位块14和辅助定位件15驱动阀轴4进行转动，将定位块14沿弧形槽13转动至图2所示位置，使阀球2在保持完整外球面的情况下转动至图1所示的位置。接着，对气囊72进行挤压，使连接盘81克服复位弹簧521的作用力而进行移动，解除连接杆82与棘齿511的连接以及连接盘81与驱动齿轮91之间齿啮合连接关系。此时，内轴52进入自由转动状态，使扭簧63在恢复作用力下能够驱动第二连接杆62克服连接线65的拉力而进行转动，使第一连杆61和第二连杆62转动至图4所示的弯曲状态，使阀瓣3沿通孔21的轴向收回运动至图5所示位置。然后，在保持对气囊72挤压作用的情况下，对手柄71继续进行沿图2所示逆时针方向的转动，此时由于弧形槽13和定位块14对驱动轴4进一步转动的限制，使辅助定位件15中的定位球直接被手柄71压入定位孔中，从而使手柄71可以单独驱动外轴51继续进行逆时针转动，并将阀瓣3完全转至图6所示的球阀2内部位置，从而将通孔21完全打开，将进口11和出口12连通，完成对该防冲刷球阀的开启操作。

当需要将该防冲刷球阀由开启状态切换至关闭状态时，首先，对气囊72进行挤压，使连接盘81带动连接杆82克服复位弹簧521的作用力，解除连接杆82与棘齿511的连接以及连接盘81与驱动齿轮91之间的齿啮合连接关系，并且保持对气囊72挤压状态的情况下，沿图2中顺时针的方向对手柄71进行转动，由手柄71单独带动外轴51相对于阀球2进行转动，将阀瓣3转动至通孔21处，即图4和图5所示位置处。此时，辅助定位组件15中的定位槽随手柄71的转动与定位孔重新对齐，使定位球在定位弹簧的作用力下移动至定位槽中，对手柄71与阀轴4形成沿圆周方向的转动连接。接着，解除对气囊72的挤压作用，使连接盘81在复位弹簧521的作用下移动至与驱动齿轮91形成齿啮合连接，并且使连接杆82与棘齿511形成连接。然后，对驱动杆92进行转动，通过驱动齿轮91带动连接盘81沿图3所示的逆时针方向进行转动，使连接盘81可以带动内轴52相对于外轴51进行转动，从而使内轴52带动线轮64进行连接线65的收回转动，由连接线65带动第一连杆61和第二连杆62服扭簧63的作用力进行转动，并转至同一直线位置，将阀瓣3驱动至阀球2的外表面位置，即图1所示位置，完成阀瓣3的顶出运动，使阀球2形成完整的球体外表面。最后，在棘齿511对连接杆82保持顺时针转动限制的情况下，即保持阀瓣3处于顶出位置的情况下，沿图2所示顺时针方向对手柄71进行90度转动，使手柄71通过辅助定位件15带动阀轴4进行转动，进而带动阀球2进行90度转动，将通孔21转至与进口11和出口12不对齐的位置，从而利用阀球2的本体部分对进口11和出口12形成切断，完成对该防冲刷球阀的关闭操作。