专利名称：撑开式金属密封球阀的制作方法
技术领域：
本发明属于球阀，尤其是涉及到提升阀杆与撑开球体密封副方面的设计。
背景技术：
球阀有很多的优点，主要是阀芯为一个有通腔的球体，通过阀杆控制球体作90° 旋转，使阀门开启或关闭，由于流体阻力小，(其通道直径等于管道内径)开关迅速、方便， 寿命长、可靠性高得到了广泛的应用。现有的球阀的密封形式多种多样，归纳起来大致有以下两种。1、软面密封普通浮动球阀普通阀座球阀的特点是在预紧力或流体压力作用下，阀座材料多为特殊的塑料， 如PEEKP (聚醚醚酮)PTFE (聚四氟己烯)等相对更硬和刚性更大的塑料材料制成以满足使 用温度与压力性能，利用其固有的弹性特性与球体压紧，并使阀座材料产生弹性塑性变形 而达到密封，其密封效果取决于阀座在流体压力或预紧力的作用下，能够补偿球体的不圆 度和表面微观不平的程度。此外，当球阀装配调试好后，密封面上的预紧力就固定了，其缺 点主要是，但当球阀使用一段时间后，由于阀座的磨损，以及塑性残余变形，紧密贴合的阀 座和球体将逐渐的松驰，密封比压也将逐渐降低而发生渗漏。受阀座材料耐温的限制，上述球阀一般仅用较低压力(1.6Mpa左右)与较低的温 度(200°以下)下工作。2、硬面密封高温高压球阀硬面密封高温球阀的特点是它的特点是阀体、球体和阀座都是用金属材料制造， 阀座为金属或耐热合金，阀座材料采用金属对金属密封副的优点是适用温度范围广，各 种金属材料的热膨胀系数相差不大，只要选用得当，可以达到基本一致，有利于协调温差变 形。缺点是金属材料硬度高，达到密封的比压亦高，在压力较低的场合，难以靠流体的压力 达到密封的效果，即便是采用预紧力达到密封，但因密封比压较大，球阀的启闭转矩亦大， 密封副的磨损越快，阀门的使用寿命不高。由于开关扭矩增大的因素，靠人工操作是比较困难的事，所以上述的球阀一般多 为外设电动或者是气动阀门执行机构，本行业人员都熟知，阀门驱动装置有的会比阀门价 格高出许多，不是所有的应用场合都需要此设备，往往有时候不惜增加成本的选择只是不 得已而为之。另外，球阀至今没有令人很满意的可调性，因此，当阀座由于过度磨损而开始泄漏 时，就必须对该阀门进行更换或维修。中国发明专利公开了一种双楔式半球球阀CNl245874A，这种阀门的密封件球体是 在其两个半球面的一侧设计成能和其它构件相互滑动形式的燕尾槽，说是半球，其实是在 切除通道以外所剩余的球侧面上，首先在其一对的球上先加工出公燕尾槽，另外再加工一 母燕槽的装置和其相配对，两者要通过精确的加工，使得加工成本提高，要不质量就很难保 证。
由于要在很窄的球体内开制一个燕尾槽，本行业熟悉的人应该知道，从机械结构 强度上考虑，按照标准的球体显然尺寸上看来是不够的，所以球体直径通常要大于现有的 常规球体的直径，球体直径的增大了(本人按照其说明书中记载的做法做了图示，该球阀 的球体至少要增大％ 15左右才能达到制作燕尾槽要求的)，阀体的体积也势必随之要加 大，那么重量也就变得沉重了，这样使得生产成本增加了，这不但不符合国策节能减排的要 求，而且产品在外观上来看也不很协调美观。
发明内容
对于现有球阀技术的不足，本发明提供一种球阀，它既有现有软面密封和硬面密 封的诸多优点，不但对部分的由于阀座磨损或增加压力引起的在阀门内的泄漏创造了能够 得到补偿间隙的条件，而且阀门的操作扭矩也随之降低了许多。按照本发明的实施例，球阀有左右阀体，其内腔具有传送液体介质的通道，一个具 有在该通路内在阀门启闭的位置之间有选择的转动以便控制液体流动的球体，该球体在组 装后为相互对称的两片式构造，与球体的两侧的阀体的通道处各有稍有凸起的环形凸缘 (通常称谓阀座)的密封面，以至于配合球体靠压在其上。在以中间切开的球体内部与其通路垂直的内侧有容纳支承架的环状半圆形槽，它 的宽度正好和支承架的宽度保持一致，此槽的内径根据阀杆向上提升在不产生干涉的情况 下需要通常略大于支承环的外径，并且以该球体为中心轴线部位的锥孔向下延伸一直贯穿 到该球体的底部，该孔在阀关闭时与支承架的圆锥关系不仅为紧密配合的状态，更为重要 的使球体横向撑开位移一个适当的距离使其紧密封贴合在阀体环形凸缘的密封面上。为了保证支承架与球体在它们相互运动时有一定的位置关系，支承架下部圆锥的 未端设置成为圆台，它们之间是以活动的方式连接并置于在右阀体的纵轴线下端处的台阶 孔中。一个和右阀体底部的孔相配合亦和球体相接触的调配垫可保证球体能在工作中 的对中性。以支承架上端圆锥面为中心向下的有与阀杆相连接的螺纹孔，其中，两个元件之 间的连接由一横向的销轴沿水平方向贯穿于阀杆和通过圆锥面的两边。按照本发明的另一方面，球阀的右阀体也再不是通常的那样，本技术领域的人员 一定会知道它的最佳益处是包含了比如为传统阀门阀盖的上密封功能，这是因为本发明 球阀要考虑的不仅它只能是在低压下工作，更为重要的是要拓展球阀在多种压力(1.6 25MPa)和多种温度(彡150°C 450°C )中都能安全使用，利用球阀的节能和开关快捷等的 优越的特征，并有望能替代其它的阀，如截止阀、闸阀等旋转阀。右阀体上部通常称为机架部分台阶中还包括一个阀杆组件，由阀杆、阀杆螺母、蝶 形弹簧、和调节螺母、定位块和操作手轮等组成，它们的组成合除了可将球体打开或关闭位 置之间转动外，而且还提供了具有升降的功能，以保证阀杆的上密封。阀杆螺母通常延伸出右阀体机架的顶端之外，从而连接手轮人工操作或由一阀门 驱动装置连接为其驱动。一个安装在阀杆上类似于传统结构意义上的球阀限制阀门转动位置的定位块，在 启闭的状态下与填料压盖上的内六角螺栓顶端的外圆保持有选择的接触、在工作状态下保证在开关球阀时球体限定在90°的范围内动作。该球阀的其它方面的联结方式与通常的球阀相似，本技术领域的人员一定很清楚 这些，所以在这里也就不必要做详尽的说明。本发明的这些和其它目的优点通过下面附图作详细描述。
图1是本发明撑开式金属密封球阀的剖视图。图2是本发明撑开式金属密封球阀的分解透视图。参看图1、图2、右阀体1和左阀体2中包含带有流体通道1-1与2_1，右阀体1、左 阀体2、球体3安装在两阀体之中、以右阀体1为中心铅垂线的内室，阀还包括一与球体3相 连接的阀杆5、支承架4以便打开和关闭位置之间转动球体3，阀杆螺母9、蝶形弹簧8、调节 螺母7、阀杆5、定位块6组成球阀的旋转升降机构，该机构提供了本发明的撑开球体3以保 证在关闭阀门时达到封闭流体通过。右阀体1、左阀体2如果是普通含碳钢铸态构件形成的凸缘的环形阀座3-1通常以 堆焊耐蚀材料的方式形成，不锈钢材质可在本体上直接加工出阀座密封面，以便支承球体3 并密封该阀门。球体3可以是光滑的外圆面，优选是在两侧形成凸缘3-1可以不必要施焊多 余的贵重耐磨耐蚀的金属，样不但可以节约了产品的成本，而且减少了加工和研磨的时间。球体3还提供了可容纳支承架4的环形槽3-2，该槽沿3-7的流道孔向两侧对称的 拉伸，其宽度正好是和支承架4的宽度保持一致，在阀门打开或关闭时，以保证球阀3能在 90°的范围内转动，其外，环形槽3-2的内圆不和支承架4上4-3的外缘有接触的关系，其 间隙视球阀直径小可适当选择能撑开关闭球体3的密封而定，一般可为1 3mm左右，具体 的以支承架4上升或下降时不至于和环形槽3-2不产生干涉为止。球体3在完全加工(包括最终的研磨的工序)后从中间3-6切开，宽度无特殊的 限制，视球阀的大小来决定，最佳的经济加工成本综合考虑在5 10mm，为保持所有尺寸的 一致性，宜成对使用。支承架4中部包括与球体3的环形槽3-2相一致宽度的圆环4-3，以支承锥台4_4、 4-1，上端锥台有一贯穿的孔4-6，以便和阀杆5的连接，锥台4-4中有含有圆柱销12，在装 配时与阀杆5紧固。联结它们有多种选择，比如圆柱销等，但最佳的是，圆锥销的可以得到 较好的配合和更方便的拆装。圆环4-2通常和阀的管道保持一致，以保证阀在维护时清扫球通过不产生阻碍， 锥台4-6在保持同轴的情况下成形到下一锥度4-1，该圆锥和球体3的内锥孔3-3、3-8有选 择的保持紧密的配合与脱开。右阀体1底端为一调配垫14，其凸出的一端在和右阀体中的孔1-3形成间隙配合。右阀体1的顶端设有包含阀杆螺母9，其上部和手轮10为常规的多边形连接、蝶形 弹簧8与阀杆螺母9的底平面形成接触的态势，阀杆螺母9的内螺纹与阀杆8的螺纹啮合， 调节螺母7置于蝶形弹簧8的另一端，并由其底部的另一调节螺母予以紧固。定位块6上部圆台凸处设有一螺孔(图中未示出)，和定位螺钉11连接，在阀杆5 上有和其相连接的定位孔(图中未示出)，该孔根据情况可以为沉头，也可以为完全贯通。如果球阀处于关闭的位置，此时定位块6上的边缘6-1和内六角螺栓12上的外圆 接触，当逆时针旋转手轮10，阀杆5上的螺纹往上部运动，由于边缘6-1与和内六角螺栓12 上的外圆接触形成阻碍，球体3不能旋转，阀杆5只能在阀杆螺母9内作往复运动，此时阀
5杆5带动支承架4向上提升，使锥台4-4、4-1脱离球体3的3-3、3-8内孔，这个运行的行程 代表了球阀向球体3两侧松开的距离，待这个动作完成后，也就是当蝶形弹簧8与阀杆螺母 9内的平行面接触摩擦并成进一步锁紧状态，同时支承架4带动球体3往回旋转，同理，当在 锁紧状态时，若顺时针转动手轮10，阀杆螺母9回转一 90°角度，阀杆5螺纹下行一个空行 程，则球阀向球体3两侧撑开了一个距离，至蝶形弹簧8下的平面和阀杆螺母9平面接触并 成锁紧时，球阀就得到了密封的条件。在一般的情况下，球阀用于中温中压环境，比如彡IOMpa压力彡425°C以下，优选 的阀的左阀体2、右阀体1、球体3和支承架4通常为熔模精铸坯件，本领域的技术人员比较 清楚，熔模可以做到比较理想的表面与尺寸精度，当球阀需要的厚度较大或在较高的压力 与温度下环境下工作，如彡IOMpa压力彡425°C以上使用时宜用砂模铸造成形、特殊需要也 可以用锻造与焊接相结合的方式以获得致密强度的材质。本发明已参考优选的实施例已经描述完毕，毋庸置疑，对于阅读并理解此说明书 的本领域的技术人员在不脱离本发明范围的情况下可进行改进或变型设计，而本发明撑开 式金属密封球阀则有附后的权利要求书加以限定。
权利要求
一种撑开式金属密封球阀，其特征是右阀体(1)和左阀体(2)中包含流体通道(1 1)与(2 1)，右阀体(1)、左阀体(2)、球体(3)安装在两阀体之中的以右阀体(1)为中心的内室，阀还包括一与球体(3)相连接的阀杆(5)、支承架(4)以便打开和关闭位置之间转动球体(3)，阀杆螺母(9)、蝶形弹簧(8)、调节螺母(7)、阀杆(5)、定位块(6)组成球阀的旋转升降机构，该机构提供了本发明的撑开球体(3)以保证在关闭阀门时达到封闭流体通过。
2.根据权利要求1所述的撑开式金属密封球阀，其特征是球体3还提供了可容纳支 承架⑷的环形槽(3-2)，该槽沿(3-7)的流道孔向两侧对称的拉伸。
3.根据权利要求2所述的撑开式金属密封球阀，其特征是球体(3)在完全加工后从 中间(3-6)切开。
4.根据权利要求1所述的撑开式金属密封球阀，其特征是支承架(4)中部包含与球 体(3)的环形槽(3-2)相一致宽度的圆(4-3)，以支承锥台(4-4)、(4-1)。
5.根据权利要求1所述的撑开式金属密封球阀，其特征是支承架(4)上端锥台(4-4) 有一贯穿的孔(4-6)以便和阀杆(5)连接，锥台(4-4)中包含有圆柱销(12)在装配时与阀 杆(5)紧固。
6.根据权利要求1所述的撑开式金属密封球阀，其特征是锥台(4-6)在保持同轴的 情况下成形到下一锥度(4-1)，该圆锥和球体(3)的内锥孔(3-3)、(3-8)配合。
7.根据权利要求1所述的撑开式金属密封球阀，其特征是右阀体(1)的顶端设有包 含阀杆螺母(9)，蝶形弹簧(8)与阀杆螺母(9)的底平面形成接触的态势，调节螺母(7)置 于蝶形弹簧(8)的另一端，并由其底部的另一调节螺母予以紧固。
全文摘要
一种撑开式金属密封球阀，特征是一个在阀门启闭时有选择的转动以便控制介质流动的球体，该球体切开后为对称式结构、与阀体凸缘的密封面配合靠压在其上，在球体中有容纳支承架的环形槽，其宽度和支承架的宽度保持一致，以球体中心的锥孔向下延伸贯穿到该球体的底部，使球体横向撑开位移贴合在阀体环形凸缘的密封面上。右阀体上包括一个阀杆组件，由阀杆、阀杆螺母、蝶形弹簧、和调节螺母、定位块和操作手轮等组成，以保证旋转、提升与撑开球体和阀杆的上密封。本发明拓展球阀在多种压力(1.6～25MPa)和多种温度(≥150℃～450℃)中均可安全使用，利用球阀的节能和开关快捷等的优越的特征，并有望能替代如截止阀、闸阀等旋转阀。
文档编号F16K27/06GK101963240SQ20091015117
公开日2011年2月2日 申请日期2009年7月22日 优先权日2009年7月22日
发明者戴学祥 申请人:戴学祥