专利名称：助力式双向密封轨道球阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种球阀，特别是涉及一种既可有效防泄漏又可轻松启闭的助力式双向密封轨道球阀。
背景技术：
球阀是压力管道上用的最为普遍的一类阀门，它是用带圆形通孔的球体作启闭件，球体随阀杆转动，以实现启闭动作的阀门，在石油化工、长输管线等领域有着广泛的应用。球阀的关闭件是一个带孔的球体或者部分球体，所以在各种阀门中，球阀的流动阻力最小，全径球阀打开时，球体通道、阀体通道和连接管径成直线相通，介质流过球阀时，相当于流过一段直通的管子，介质几乎可以毫无损失的通过；球阀启闭迅速，启闭时只需把球体转动90°，即可实现全关全开；球阀体积小、重量轻，便于管道安装，结构简单易于维护，是一种方便、实用的管道阀门。
球阀按结构型式一般可分为三类，即浮动球球阀、固定球球阀和轨道式球阀。浮动球球阀靠介质压力将球体压紧在出口端阀座上，其使用压力和通径都会受到一定的限制，它虽然结构简单、成本低，但启闭力大，球下方无支撑，密封面易磨损，一般只适用于做小口径的球阀，而不适合做大口径的球阀；固定球球阀的球体由安装在阀体的上、下两个轴承支持，球体的位置固定，球在轴套内旋转，它靠阀座受压后作轴向滑动密封，无论是浮动式球阀还是固定式球阀，球体与阀座始终接触，这样就造成了开关扭矩大，密封面容易磨损的弊端；而普通轨道球阀它可以实现在启闭过程中完全没有磨擦，球阀启闭时，它是利用阀杆端部的斜度将球体撑移，使球体离开阀座密封面，然后再旋转开启，开关过程中球体与阀座脱离，故阀座与球体没有磨擦，使用寿命长，并且启闭扭矩小，操作轻便，但它在开启的瞬时，全靠阀杆端部的斜面将球体撑移开，需要较大的开启力，特别是对大口径阀门来说其开启力要大得很多，时常会出现铰断轨道销的现象，而且它双向不能承受相同的额定压力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种助力式双向密封轨道球阀，使其既能够在球体的启闭过程中实现与阀座密封面无磨擦、无磨损、无泄漏而又满足双向密封，它能够借用介质本身的压力瞬时来推开半球而做到开启轻松。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是助力式双向密封轨道球阀，它包括一阀体、一由左右两半球铰接而成的球形阀芯、一阀杆，阀体中部设有一空腔，阀芯容置在阀体的空腔中；一用于控制阀芯撑开、收缩或旋转的阀杆与阀芯的上部相联接；阀体设有由中部的空腔向两侧延伸通出构成作为进/出端口的第一侧腔和第二侧腔；阀芯上设有一贯通的通孔，阀芯并沿其自身通孔轴向分成左右对称的两个半球，阀芯的两个半球的底端分别与阀体底部的可旋转体相铰接；在该球阀关闭状态阀芯的外侧表面封闭阀体中腔与阀体第一侧腔、第二侧腔的相连通，在该球阀开启状态阀芯的通孔连通于阀体的第一侧腔和阀体的第二侧腔，形成一直通的介质通道；在阀体的前部设有由第一侧腔、第二侧腔和中腔分别引出的第一旁路通道、第二旁路通道和第三旁路通道，三条旁路通道的各另一端分别相接于换向阀，换向阀控制第一旁路通道与第三旁路通道的接通或第二旁路通道与第三旁路通道的接通。
所述的阀芯的两半球的底部各设有一凸耳，凸耳上设有铰接孔，一销轴穿接于两凸耳的铰接孔，销轴的两端固定于阀体底部的可旋转体上。
所述的阀体底部的可旋转体为一定位套，定位套设有可包容两凸耳的凹腔。
所述的定位套底端还装有若干的滚球，若干的滚球沿定位套底端环形均匀分布。
所述的阀杆与阀芯的相联接为在阀杆的下端处设有一段锥形面，锥形面以下为扁平条，在两半球的顶部各设有一个阀杆座，两阀杆座相对的两边各接有一轴销，两阀杆座的外周由一环形拉簧将其圈住而使两轴销夹靠在阀杆的下端。
所述的阀杆与阀芯的相联接还包括为在阀芯顶部两阀杆座的轴销的中部还分别套接有一可实现两半球同步动作的连杆，连杆的各另一端铰接于一绞链销；在阀杆下部的中间设有可容纳两连杆进入的凹槽，在凹槽的侧壁上设有阀杆槽，绞链销配合在阀杆槽内上下滑动。
所述的阀体设有可供阀芯由上部装入其中腔的上开口，一阀盖固定联接于阀体的上开口处。
在使用时，通过施加外力于阀杆，可实现关闭或打开球阀，这个外力可以是手动，也可以是电动、液动或气动，根椐用户需要而定。
当要关闭球阀时，使用外力旋转阀杆螺母，使阀杆上下运动，导销和阀杆导槽的相互作用下，阀杆沿着导向套下移，由于在初始阶段，阀杆的导槽为螺旋段，导销与阀杆导槽的相互作用后，阀杆是边下降边旋转，在这一过程中，阀杆的下端处与阀芯的两阀杆座的轴销的相接触处是扁平条，扁平条的下移不会使两半球撑开，但是，由于阀芯顶部的拉簧使两阀杆座的两轴销始终卡住阀杆的扁平条，则阀杆的转动也带动了阀芯转动，当阀芯转动90°而到达关闭位置时，阀芯的通孔即球体通道与阀体通道相垂直，两者不能互通，此时阀芯的两半球的外表面分别处在与阀体的第一侧腔和第二侧腔相接的位置上，可以对阀座的密封面进行封闭，当然，此时阀体的第一侧腔和第二侧腔之间还未完全被阻断，由第一侧腔流入第二侧腔或是第二侧腔流入第一侧腔的介质，还可以通过阀芯的球体的外表面与阀座的密封面之间的间隙流过；在这一过程中，绞链销在阀杆槽内向上滑动，两连杆随着阀杆的转动而转动，两连杆也同时带动两半球转动，这个转动过程与阀杆的下端带动阀芯转动是同步的。随着外力使阀杆螺母转动而带动阀杆下降，此时，导销处于阀杆导槽的直线段，阀杆呈直线下降，由于阀杆没有转动，阀芯也不会再转动，阀杆下端随着下移过程的进行其锥形面开始与阀芯的两阀杆座的轴销相接触，随着下移的继续，阀芯的两阀杆座的轴销受锥形面下压运动的作用向两侧移出，从而推动阀芯左右两半球围绕其底部球面凸耳上的销轴为轴心同时向两侧撑开，形成对阀座密封面的紧贴；在这一过程中，由于绞链销在阀杆的阀杆槽内已滑动至槽的顶端，无法再向上滑动，而阀杆下移造成对连杆上端部的下压必然使两连杆的下端向两侧顶出，从而也推动了阀芯左右两半球围绕其底部球面凸耳上的销轴为轴心同时向两侧撑开，这个撑开过程与阀杆的下端撑开阀芯是同步的。当要开启球阀时，其动作过程与上述过程相反，在此就不在累述。
在阀门关闭的瞬时，此时，阀体的第一侧腔、第二侧腔、中腔是相互隔绝的，而中腔即为球体撑开后其通孔所张开的球腔；当介质压力来自于第一侧腔时，第一侧腔的压力就大于中腔及第二侧腔的压力，而第二侧腔与中腔的压力是相等的，通过操作换向阀使第一旁路通道与第三旁路通道相接通，则第一侧腔与中腔相接通，因此，中腔的压力与第一侧腔的压力相等，也就是说中腔内的压力就大于第二侧腔的压力，这样的话，在中腔，借助来自于管道内介质本身的压力，可助推右半球与第二侧腔阀座密封面相紧贴，阻止介质泄漏。
在开启球阀的瞬时，此时，中腔内的压力较大，左右半球体都紧紧地压在密封座的密封面上，而第二侧腔的压力较小，通过操作换向阀使第二旁路通道与第三旁路通道相接通，则第二侧腔与中腔相通，因此，中腔与第二侧腔内的压力达到相等，也就是说中腔内的压力就小于第一侧腔的压力，这样的话，第一侧腔就可以借助来自于管道内介质本身的压力，助推左半球与第一侧腔阀座密封面的相分离，实现了开启轻松。
本发明的有益效果是，由于采用了在阀体的前部设有由第一侧腔、第二侧腔和中腔分别引出的第一旁路通道、第二旁路通道和第三旁路通道，且第一旁路通道的一端接通于阀体的第一侧腔，第二旁路通道的一端接通于阀体的第二侧腔，第三旁路通道的一端接通于阀体的中腔，三条旁路通道的各另一端分别相接于换向阀，由换向阀控制第一旁路通道与第三旁路通道的接通或第二旁路通道与第三旁路通道的接通，阀门在开启的瞬时，通过换向阀连通第二旁路通道与第三旁路通道的相通，使得第一侧腔的压力大于中腔的压力，可以借助来自于管道内介质本身的压力，助推左半球与第一侧腔阀座密封面的相分离，同时又通过同步连杆的联动，迫使右半球离开第二侧腔阀座密封面，实现了开启轻松，阀门在关闭的瞬时，通过换向阀连通第一旁路通道与第三旁路通道的相通，使得中腔的压力大于第二侧腔的压力，同样可以借助来自于管道内介质本身的压力，助推右半球与第二侧腔阀座密封面的相紧贴，阻止介质泄漏；由于采用了两对称的半球来构成阀芯，所以它能实现双向密封；由于采用了在两半球的底部各设有一凸耳，凸耳上设有铰接孔，用一销轴穿接于两凸耳的铰接孔中，而销轴的两端固定于阀体底部的可旋转体即定位套上，使得阀芯的张缩范围较大且较为省力；由于在阀芯顶部两阀杆座的轴销的中部还分别套接有一可实现两半球同步动作的连杆，连杆的各另一端铰接于一绞链销，而在阀杆下部的中间设有可容纳两连杆进入的凹槽，在凹槽的侧壁上设有阀杆槽，绞链销配合在阀杆槽内上下滑动，使得两半球的张缩实现了同步动作；由于在阀体设有可供阀芯由上部装入其空腔的上开口，一阀盖固定联接于阀体的上开口处，采用这种上装式的结构，使得阀门在卸压后，可在线进行检查和维修，使维护简单化。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的助力式双向密封轨道球阀不局限于实施例。
图1是本发明的结构图；图2是本发明的局部结构图；图3是本发明阀体的结构俯视图；图4是另一实施例本发明阀芯底部与阀体的联接构造图。
具体实施例方式
参见附图所示，本实施例的助力式双向密封轨道球阀，采用的是上装式阀体，它包括一阀体1，阀体1中部设有一空腔103，阀芯容置在阀体1的空腔103中；阀体1由中部的空腔103向两侧延伸通出构成作为进/出端口的第一侧腔101和第二侧腔102；阀体1的空腔103的底部装有可旋转体即定位套2，阀体1内其空腔103与第一侧腔101及第二侧腔102的相接处装有阀座6，第一侧腔101及第二侧腔102内侧与阀座6的相接处设有密封圈31，阀座6内侧与阀芯的相接处设有密封圈7。阀体1的上部设有可供阀芯装入的上开口，一阀盖14固定联接于阀体1的上开口处，阀盖14与阀体1之间由螺母28、螺柱29及金属缠绕垫片30实现固定相联接；阀盖14的纵向中心设为管孔，阀盖14管孔的底部装有导向套11，阀杆12滑动穿套在导向套11中，阀盖14管孔的顶部装有填料压板18，阀杆12的上段穿过填料压板18的中心孔向上引伸，填料压板18下装有对阀杆12作密封的填料15；阀盖14上部与支架19采用螺母23、螺柱24固定相联接，支架19上装有电动执行机构34；阀盖14中部设有导销13，导销13可与阀杆12的导槽相配合。在阀体1的前部设有由第一侧腔101、第二侧腔102和中腔103分别引出的第一旁路通道111、第二旁路通道112和第三旁路通道113，第一旁路通道111的一端接通于阀体1的第一侧腔101，第二旁路通道112的一端接通于阀体1的第二侧腔102，第三旁路通道113的一端接通于阀体1的中腔103，三条旁路通道111、112、113的各另一端分别相接于换向阀33，由换向阀33控制第一旁路通道111与第三旁路通道1113的接通或第二旁路通道112与第三旁路通道113的接通。
一球形阀芯，在阀芯上设有一贯通的通孔，阀芯并沿其自身通孔轴向分成左右对称的两个半球，即左半球4、右半球5，阀芯的左半球4、右半球5的底端分别与阀体1底部的定位套2相铰接，在阀芯的左半球4、右半球5的底部各设有一凸耳，凸耳上设有铰接孔，一销轴3穿接于两凸耳的铰接孔，销轴3的两端固定于阀座1底部的定位套2上，定位套2设有可包容两凸耳的凹腔；在左半球4、右半球5的顶部各设有一个阀杆座，两阀杆座相对的两边各接有一轴销9，两阀杆座的外周由一环形拉簧8将其圈住而使两轴销9夹紧在阀杆12的下端；在该球阀关闭状态阀芯的左半球4外侧表面封闭阀芯球腔与阀体1第一侧腔101的相通，阀芯的右半球5外侧表面封闭阀芯球腔与阀体1第二侧腔102的相通，在该球阀开启状态阀芯的通孔连通于阀体1的第一侧腔101和阀体1的第二侧腔102，形成一直通的介质通道。
一阀杆12，阀杆12的作用在于控制阀芯撑开、收缩或旋转，阀杆12的上部通过轴承22与支架19相联接，顶部接有阀杆螺母20并与电动执行机构34相连接，接受电动执行机构34传来的动力；阀杆12的下端处设有一段锥形面，锥形面以下为扁平条，其下端受阀芯的左半球4、右半球5的轴销9相夹靠，在阀芯顶部两阀杆座的轴销9的中部还分别套接有一可实现左、右半球4、5同步动作的连杆10，连杆10的各另一端铰接于一绞链销32；在阀杆12下部的中间设有可容纳两连杆10进入的凹槽，在凹槽的侧壁上设有阀杆槽，绞链销10配合在阀杆槽内上下滑动；阀杆12的导槽由螺旋段和直线段构成。
在使用时，通过施加外力于阀杆12，可实现关闭或打开球阀，这个外力可以是手动，也可以是电动、液动或气动。
当要关闭球阀时，使用外力旋转阀杆螺母20，阀杆螺母20旋转后带动阀杆向下运动，在导销13和阀杆12导槽的相互作用下，阀杆12沿着导向套11下移，由于在初始阶段，阀杆12的导槽为螺旋段，导销13与阀杆12导槽的相互作用后，阀杆12是边下降边旋转，在这一过程中，阀杆12的下端与阀芯的两阀杆座的轴销9的相接触处是扁平条，扁平条的下移不会使左、右半球4、5撑开。但是，由于阀芯顶部的拉簧8使两阀杆座的两轴销9始终卡住阀杆12的扁平条，则阀杆12的转动也带动了阀芯转动，当阀芯转动90°而到达关闭位置时，阀芯的通孔即球体通道与阀体1通道相垂直，两者不能互通，此时阀芯的左半球4、右半球5的外表面分别处在与阀体1的第一侧腔101和第二侧腔102相接的位置上，可以对阀体1的阀座密封面进行封闭，当然，此时阀体1的第一侧腔101和第二侧腔102之间还未完全被阻断，由第一侧腔101流入第二侧腔102或是第二侧腔102流入第一侧腔101的介质，还可以通过阀芯的球体的外表面与阀体1的阀座密封面之间的间隙流过；在这一过程中，绞链销32在阀杆12的阀杆槽内向上滑动，两连杆10随着阀杆12的转动而转动，两连杆10也同时带动左半球4、右半球5转动，这个转动过程与阀杆12的下端带动阀芯转动是同步的。随着外力对阀杆12的继续旋转，此时，导销13处于阀杆导槽的直线段，阀杆12呈直线下降，由于阀杆12没有转动，阀芯也不会再转动，阀杆12下端随着下移过程的进行其锥形面开始与阀芯的两阀杆座的轴销9相接触，随着下移的继续，阀芯的两阀杆座的轴销9受锥形面下压运动的作用向两侧移出，从而推动阀芯左半球4、右半球5围绕其底部凸耳上的销轴3为轴心同时向两侧撑开，形成对密封面的紧贴；在这一过程中，由于绞链销32在阀杆12的阀杆槽内已滑动至槽的顶端，无法再向上滑动，而阀杆12下移造成对连杆10上端部的下压必然使两连杆10的下端向两侧顶出，从而也推动了阀芯左半球4、右半球5围绕其底部凸耳上的销轴3为轴心同时向两侧撑开，这个推动过程与阀杆12的下端撑开阀芯是同步的。当要开启球阀时，其动作过程与上述过程相反，在此就不在累述。
在阀门关闭的瞬时，此时，阀体1的第一侧腔101、第二侧腔102、中腔103是相互隔绝的，而中腔103即为球体撑开后其通孔所张开的球腔；当介质压力来自于第一侧腔101时，第一侧腔101的压力就大于中腔103及第二侧腔102的压力，而第二侧腔102与中腔103的压力是相等的，通过操作换向阀33使第一旁路通道111与第三旁路通道113相接通，则第一侧腔101与中腔103相接通，因此，中腔103的压力与第一侧腔101的压力相等，也就是说中腔103内的压力就大于第二侧腔102的压力，这样的话，在中腔103，借助来自于管道内介质本身的压力，可助推右半球5与第二侧腔102阀座密封面相紧贴，阻止介质泄漏。
在开启球阀的瞬时，此时，中腔103内的压力较大，左右半球体4、5都紧紧地压在密封座的密封面上，而第二侧腔102的压力较小，通过操作换向阀33使第二旁路通道112与第三旁路通道113相接通，则第二侧腔102与中腔103相通，因此，中腔103与第二侧腔102内的压力达到相等，也就是说中腔103内的压力就小于第一侧腔101的压力，这样的话，第一侧腔101就可以借助来自于管道内介质本身的压力，助推左半球4与第一侧腔阀座密封面的相分离，同时由于同步连杆10的作用，拉动右半球5同步离开第二腔阀座密封面，实现了开启轻松。
图4给出了本发明定位套2的另一种结构状态，它是在定位套2的底端还装有若干的滚球201，若干的滚球201沿定位套2底端环形均匀分布，这样的话，就可以使得球形阀芯在阀体内转动起来更加轻松，特别是对于大口径的球阀来说显得尤为重要。
权利要求
1.一种助力式双向密封轨道球阀，它包括一阀体、一球形阀芯、一阀杆，阀体中部设有一空腔，阀芯容置在阀体的空腔中；一用于控制阀芯撑开、收缩或旋转的阀杆与阀芯的上部相联接；阀体设有由中部的空腔向两侧延伸通出构成作为进/出端口的第一侧腔和第二侧腔；阀芯上设有一贯通的通孔，在该球阀关闭状态阀芯的外侧表面封闭阀体中腔与阀体第一侧腔、第二侧腔的相连通，在该球阀开启状态阀芯的通孔连通于阀体的第一侧腔和阀体的第二侧腔，形成一直通的介质通道；其特征在于阀芯沿其自身通孔轴向分成左右对称的两个半球，阀芯的两个半球的底端分别与阀体底部的可旋转体相铰接；在阀体的前部设有由第一侧腔、第二侧腔和中腔分别引出的第一旁路通道、第二旁路通道和第三旁路通道，三条旁路通道的各另一端分别相接于换向阀，换向阀控制第一旁路通道与第三旁路通道的接通或第二旁路通道与第三旁路通道的接通。
2.根据权利要求1所述的助力式双向密封轨道球阀，其特征在于所述的阀芯的两半球的底部各设有一凸耳，凸耳上设有铰接孔，一销轴穿接于两凸耳的铰接孔，销轴的两端固定于阀体底部的可旋转体上。
3.根据权利要求1或2所述的助力式双向密封轨道球阀，其特征在于所述的阀体底部的可旋转体为一定位套，定位套设有可包容两凸耳的凹腔。
4.根据权利要求3所述的助力式双向密封轨道球阀，其特征在于所述的定位套底端还装有若干的滚球，若干的滚球沿定位套底端环形均匀分布。
5.根据权利要求1所述的助力式双向密封轨道球阀，其特征在于所述的阀杆与阀芯的相联接为在阀杆的下端处设有一段锥形面，锥形面以下为扁平条，在两半球的顶部各设有一个阀杆座，两阀杆座相对的两边各接有一轴销，两阀杆座的外周由一环形拉簧将其圈住而使两轴销夹靠在阀杆的下端。
6.根据权利要求1或5所述的助力式双向密封轨道球阀，其特征在于所述的阀杆与阀芯的相联接还包括为在阀芯顶部两阀杆座的轴销的中部还分别套接有一可实现两半球同步动作的连杆，连杆的各另一端铰接于一绞链销；在阀杆下部的中间设有可容纳两连杆进入的凹槽，在凹槽的侧壁上设有阀杆槽，绞链销配合在阀杆槽内上下滑动。
7.根据权利要求1所述的助力式双向密封轨道球阀，其特征在于所述的阀体设有可供阀芯由上部装入其中腔的上开口，一阀盖固定联接于阀体的上开口处。
全文摘要
本发明公开了助力式双向密封轨道球阀，它包括一阀体、一球形阀芯、一阀杆，阀芯容置在阀体的空腔内；阀体设有中腔、第一侧腔和第二侧腔；阀体的前部设有由上述三腔分别引出的三条旁路通道，三条旁路通道的各另一端分别相接于换向阀。当介质压力来自于第一侧腔时，阀门在开启的瞬时，通过换向阀将第二侧腔和中腔连通，使第一侧腔压力大于中腔压力，借助来自于管道内介质本身的压力，助推左半球与第一侧腔阀座密封面的相分离，同时在同步连杆的作用下，使右半球也同时离开第二腔阀座密封面，实现了开启轻松；阀门在关闭的瞬时，通过换向阀将第一侧腔和中腔连通，使中腔压力大于第二侧腔压力，助推右半球与第二侧腔阀座密封面的相紧贴，以阻止介质泄漏。
文档编号F16K5/06GK1629525SQ20041002392
公开日2005年6月22日 申请日期2004年4月12日 优先权日2004年4月12日
发明者陈日 申请人:陈日