专利名称：金属硬密封球阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种球阀，特别涉及的是一种用于饮料加气，溶药混合搅拌等需
要提高气体溶解效率的金属硬密封球阀。
背景技术：
目前，金属硬密封球阀已广泛应用于液体或气体管路系统中，主要起到的就是导 通或切断液体或气体流动作用。现有的金属硬密封球阀通常由阀体、进液阀盖、出液阀盖、 阀球、阀座、阀杆和转动机构和驱动装置组成，阀体的两侧通过螺栓、螺母装有带有流道的 进液阀盖、出液阀盖，一般情况所述的通过球阀的液体不需区分方向，即进液阀盖、出液阀 盖可以仅仅区分为左、右阀盖； 在现有的工业生产中，有时需要具有很高气体溶解度的液体，例如食品工业中，为 生产富氧水饮料，则需要在纯净水中加入氧气体，从而产生饮用者需要的保健水，还有在工 业发酵工艺中，往往需要提供更高氧气浓度的液体；但是氧气在水中的溶解度很低，一般情 况下，在20摄氏度，一个标准大气压下水中氧气的溶解度是9. 2mg/L，因此如果要形成高溶 解度的富氧水，则需要加压设备；如果针对工业发酵，则需要更大量的含氧液体，从而使整 个发酵设备占地面积大，投入成本高。 鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创造。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种金属硬密封球阀，用以使通过其的液体中气体的溶 解度提高。 为实现上述目的，本发明提供一种金属硬密封球阀，其用以提高高流速液体溶气
效率，其包括
阀体， 进、出液阀盖，其分别具有流道，设于所述的阀体的两侧；
阀球，其具有一内部通道，置于所述的阀体内；
转动机构，其与所述的阀球相连接，用以使所述的阀球转动；
驱动装置，其用以驱动所述的转动机构动作；还包括 —叶轮机构，其置于所述的阀球通道中，所述的叶轮机构包括一变距螺旋叶轮，
所述的变距螺旋叶轮的螺距从所述的进液阀盖至所述的出液阀盖增大。 其中，所述的叶轮机构还包括 —对叶轮支架，其分别固设于所述的阀球通道的两端；
—转轴，其与所述的变距螺旋叶轮相固接； —对轴承，其分别置于所述的叶轮支架内，用以使所述的变距螺旋叶轮转动。
为了实现更好的溶解效率，所述的变距螺旋叶轮的叶片边缘形状，从所述的出液 阀盖至所述的进液阀盖的轨迹方程是
3
=r氺Cos 9=r氺Sin 9z,.=1* e ,.迈 其中Xi、 Zi为叶轮叶片边缘任意点的座标；r为叶轮半径，3R/4 < r < R ; e 4 为螺旋叶片任意点的扭转角度；m为变距螺旋系数，O < m < 1之间任一点；1 = L/(2 )m， L为球阀通道的长度。 较佳的，变距螺旋系数m的取值范围为0. 3 < m < 0. 7。 较佳的，所述叶轮半径r的取值范围为3R/4 < r < R，其中，R为球阀通道的半径。
与现有技术比较本发明的有益效果在于，通过一个或多个串联本发明金属硬密封 球阀，将流过其的高速液体中的气体溶解度提高，并且占地面积小，成本低。
图1为本发明金属硬密封球阀的主剖视图； 图1A为本发明金属硬密封球阀的主剖视图中C部放大图； 图2为本发明金属硬密封球阀的侧剖视图； 图3A为在液体流速为15m/s， m = 0. 5时，随r增大溶解度的变化曲线； 图3B为在液体流速为20m/s， m = 0. 7时，随r增大溶解度的变化曲线； 图4A为在液体流速为15m/s， r = 0. 8R时，随m增大溶解度的变化曲线； 图4B为在液体流速为20m/s， r = 0. 9R时，随m增大溶解度的变化曲线。
具体实施例方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。 首先这里说明，本发明中所提到的高流速液体的流速为大于10m/s。 请参阅图1、图1A和图2所示，其分别为本发明金属硬密封球阀的主剖视图和侧
剖视图以及C部放大图；所述的金属硬密封球阀包括阀体l，进、出液阀盖2a、2，其分别具有
流道，通过全自动埋弧焊接设于所述的阀体1的两侧，焊接形成焊缝15 ;在所述的球阀打开
后，液体从所述的进液阀盖2a流向所述的出液阀盖2 ;转动机构，其与所述的阀球相连接，
用以使所述的阀球转动； 所述的阀球3由固定块5而定位于阀体1腔中，所述的固定块5的两侧通过定位 销12与进、出液阀盖2a、2相固定；在阀球3的两侧装有阀座9，阀座9与进、出液阀盖2a、 2之间有密封垫10实现密封。在阀球3表面与阀座9密封面上通过超音速喷涂而设有高 强度硬质金属碳化钨层，以提高阀球3及阀座9的耐磨性能。在进、出液阀盖2a、2与阀座 9之间安置有预紧弹簧(图中未示)，始终将阀座9推向阀球3与之紧贴；在阀体1上部的 中间开孔攻丝，安置有阀杆6，阀杆6下端与阀球3上部矩形方孔连接，在阀杆6上套置有 定位套13进行定位，定位套13与阀体1由内六角螺钉21相连接；定位套13下部端面与阀 杆6端面接触面有推力垫16隔开，定位套13与阀体1之间有密封圈19和密封垫24实现 密封，与阀杆6之间有密封圈18实现密封。在定位套13的上方设有连接盘20，连接盘20 由连接盘螺钉22贯穿定位套13连接阀体1中部，并由防转销14贯穿连接盘20、定位套13 和阀体1中部，防止扭转。阀杆6上部用平键23与蜗轮式驱动装置28内孔连接，蜗轮式驱
4动装置28由连接螺钉置于连接盘20上，排泄螺塞30、排污螺塞31，采用NPT螺纹载入阀体 1上，防水圈安装在定位套13、连接盘20上。在阀杆6上部与连接盘20之间设有上阀杆径 向轴承，在阀杆6下部与定位套13之间设有下阀杆径向轴承17，以降低阀杆6的机械磨损， 降低操作力矩，提高阀门的使用寿命。为了方便工作起吊和运输，吊环32焊接于进、出液阀 盖2a、2上。同时将支撑架32a焊接于进、出液阀盖2a、2的底部便于安装。
本发明的最主要的部分在于，还包括一叶轮机构，其置于所述的阀球3通道中， 所述的叶轮机构包括一变距螺旋叶轮41，所述的变距螺旋叶轮41的螺距从所述的进液阀 盖2a至所述的出液阀盖2增大。 其中，所述的叶轮机构还包括一对叶轮支架42，其分别固设于所述的阀球3通道 的两端；一转轴43，其与所述的变距螺旋叶轮41相固接；一对轴承44，其分别置于所述的 叶轮支架42内，所述的转轴43置于所述的轴承44内，用以使所述的变距螺旋叶轮41转动， 所述的变距螺旋叶轮41的螺距从所述的进液阀盖2a至所述的出液阀盖2增大。
为了实现更好的溶解效率，所述的变距螺旋叶轮41的叶片边缘形状，从所述的出 液阀盖2至所述的进液阀盖2a的轨迹方程是Xi=r氺Cos 9=r氺Sin 9z,.=1* e ,.迈 其中&、 Yp Zi为叶轮叶片边缘任意点的座标；r为叶轮半径，；9 i为螺旋叶片任 意点的扭转角度；m为变距螺旋系数，O < m < 1之间任一点；1 = L/(2 ji )m， L为球阀3通 道的长度。其中本叶轮41是可以通过数控机床加工出来，只要输入一个轨迹方程，就能比 较准确的加工出来叶轮41的形状。 在具体使用的时候，所述的进液阀盖2a分别对应的是高速液体以及欲进行溶解 的气体，从结构上要与液体输入管道和气体输入管道相连接，液体输入管道和气体输入管 道可以共用一段管路与所述的进液阀盖2a相连接，从所述的出液阀盖2流出的是溶解气体 后的液体。 下面是对该状态下优选方案的确定，上述都是在温度为20摄氏度，一个标准大气 压下进行测试的。 请参阅图3A和图3B所示，其分别为液体流速为15m/s，m = 0. 3时，随r增大溶解 度的变化曲线以及在液体流速为20m/s， m = 0. 5时，随r增大溶解度的变化曲线；通过上 述的曲线可以发现，在所述的叶轮半径r增长的过程中，随着r的增大，溶气率在上升，在r > 0. 75R时，其中，R为球阀通道的半径，此时的溶气率趋于缓和，但是当r = R时，此时对于 机械加工来说，此状态为过盈配合状态，叶轮无法产生转动，所以溶气效果骤然下降，所以 一般在液体流速超过10m/s后，随着叶轮半径r的增大，溶气率是升高的，最佳范围是3R/4 < r < R。 请参阅图4A和图4B所示，其分别为在液体流速为15m/s， r = 0. 8R时，随m增大 溶解度的变化曲线；以及在液体流速为20m/s， r = 0. 9R时，随m增大溶解度的变化曲线。
通过上述的曲线可以发现，在所述的变距螺旋系数m增长的过程中，随着m的增 大，溶气率先上升，在m = 0. 3后开始趋于平缓，在m到了 0. 7之后开始随着m值的变大而 溶气率降低。所以变距螺旋系数m的最佳范围应为变距螺旋系数m的取值范围为0. 3 < m< 0. 7。 工作时，顺时针旋转蜗轮驱动装置28的手轮，使与其用平键23固定的阀杆6驱动 阀球3旋转90度，由蜗轮驱动装置28上的指示器和限位开关显示打开位置，阀球3上的通 道开通与进、出液阀盖2a、2上的流道相通，阀门开启；同时打开气体供应阀门以及高速液 体供应阀门，上述液体和气体同时从所述的进液阀盖2a涌入到，球阀3的通道内，通道内的 变距螺旋叶轮被液体推动而转动，液体和气体构成的混合流体在变距螺旋叶轮的带动下形 成复杂液气流，在通道内产生径向与轴向大的压力样度，扩大传递界面，产生湍流及涡流等 复杂流动状态，使气体变为小于0. 2mm左右的微细气泡，导致气体超饱和溶解，可比标准状 态下溶解童大许多倍，并能使气体保持在水中不易释放出，超饱和的液体从出液阀盖2流 出。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性 的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变， 修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
一种金属硬密封球阀，其用以提高高流速液体溶气效率，其包括阀体，进、出液阀盖，其分别具有流道，设于所述的阀体的两侧；阀球，其具有一内部通道，置于所述的阀体内；转动机构，其与所述的阀球相连接，用以使所述的阀球转动；驱动装置，其用以驱动所述的转动机构动作；其特征在于，还包括一叶轮机构，其置于所述的阀球的通道中，所述的叶轮机构包括一变距螺旋叶轮，所述的变距螺旋叶轮的螺距从所述的进液阀盖至所述的出液阀盖增大。
2. 根据权利要求1所述的金属硬密封球阀，其特征在于，所述的叶轮机构还包括 一对叶轮支架，其分别固设于所述的阀球通道的两端； 一转轴，其与所述的变距螺旋叶轮相固接；一对轴承，其分别置于所述的叶轮支架内，与所述的转轴相连，用以使所述的变距螺旋 叶轮转动。
3. 根据权利要求1或2所述的金属硬密封球阀，其特征在于，所述的变距螺旋叶轮的叶 片边缘形状，从所述的出液阀盖至所述的进液阀盖的轨迹方程是Xi = r*Cos 9 i Yi = r*Sin 9丄 Zi = 1* 9卩其中Xi、Yi、Zi为叶轮叶片边缘任意点的座标；r为叶轮半径；9 i为螺旋叶轮叶片任意点的扭转角度；m为变距螺旋系数，O < m < 1之间任一点；1 = L/(2 ji )m， L为球阀通道的 长度。
4. 根据权利要求3所述的金属硬密封球阀，其特征在于，所述的变距螺旋系数m的取值 范围为0. 3 < m < 0. 7。
5. 根据权利要求3所述的金属硬密封球阀，其特征在于，所述叶轮半径r的取值范围为 3R/4 < r < R，其中，R为球阀通道的半径。
全文摘要
本发明为一种金属硬密封球阀，其用以提高高流速液体溶气效率，其包括阀体，进、出液阀盖，其分别具有流道，设于所述的阀体的两侧；阀球，其具有一内部通道，置于所述的阀体内；转动机构，其与所述的阀球相连接，用以使所述的阀球转动；驱动装置，其用以驱动所述的转动机构动作；其特征在于，还包括一叶轮机构，其置于所述的阀球通道中，所述的叶轮机构包括一变距螺旋叶轮，所述的变距螺旋叶轮的螺距从所述的进液阀盖至所述的出液阀盖增大。
文档编号F16K5/08GK101749449SQ201010122930
公开日2010年6月23日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者刘慎良, 李昌跃, 李海伟, 马正平 申请人:江苏盐电阀门有限公司