一种球阀的制作方法

本发明涉及阀门技术领域，尤其涉及一种球阀。

背景技术：

随着阀门技术的飞速发展，以及生产工艺和产品结构的不断改进，球阀已经迅速发展成为一种主要的阀类，并广泛用于石油炼制、长输管线、化工、制药、水利、市政和钢铁等行业。尤其是强制性密封球阀，目前市场上的强制性密封球阀，由于其出众的密封性能，在密封性要求较高的应用场景得到了广泛的应用。

在对强制性密封球阀进行检索的过程中，检索到申请公布号为cn105927750a及申请号为201610355492.5的中国专利。该专利的技术方案主要是采用扭力弹簧实现阀杆带动球形阀芯作90度旋转，并在球形阀芯旋转90度后受限位约束停止转动后；使扭力弹簧进一步压缩实现阀杆向阀杆齿轮进一步传递扭矩，从而驱动小齿轮，进而带动螺柱齿轮，并通过阀瓣与螺柱齿轮螺旋约束顶起阀瓣，并使阀瓣与阀座的抱合，最终实现对球阀的强制密封的操作控制。

然而，使用扭力弹簧带动球形阀芯旋转的过程中，尤其是当球阀处于关闭位置后，需要进一步压缩扭力弹簧，以使阀杆带动阀杆齿轮旋转；当球阀经多次开启或者关闭操作后，容易使扭力弹簧的扭矩可靠性下降，进而影响球阀的性能。

可见，现有的球阀存在扭矩可靠性较低的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种球阀，以解决现有的球阀存在扭矩可靠性较低的问题。

本发明实施例提供了一种球阀，包括：

阀体，所述阀体内设有容置腔；

固定设于所述阀体上的阀体盖板；

阀芯，设置于所述容置腔内，所述阀芯包括能够在所述容置腔内转动的阀芯本体、设置于所述阀芯本体上的齿轮传动组件及能够在所述齿轮传动组件驱动下往复运动的阀瓣，在所述阀芯本体上固定连接有阀芯盖板，所述阀芯盖板位于所述阀体盖板与所述阀芯本体之间；

以及，阀杆组件，所述阀杆组件包括阀杆及阀杆齿轮，所述阀杆齿轮设置于所述阀芯盖板与所述阀芯本体之间，且所述阀杆齿轮与所述齿轮传动组件啮合，所述阀杆的一端与所述阀杆齿轮连接形成驱动配合；

其中在所述阀体盖板上设有第一凹槽，所述阀杆齿轮上设有第二凹槽，在所述阀芯盖板上设有通孔，所述通孔内设置有球状滚动件，且所述球状滚动件能够在所述通孔内移动，而具有第一状态和第二状态；

在所述第一状态，所述球状滚动件的一部分位于所述通孔内，另一部分位于所述第二凹槽内，以使所述阀芯本体与所述阀杆齿轮锁定，所述阀杆转动，能够带动所述阀杆齿轮转动，以驱动所述阀芯本体转动；

在所述第二状态，所述球状滚动件的一部分位于所述通孔内，另一部分位于所述第一凹槽内，以使所述阀芯本体与所述阀体盖板锁定，所述阀杆转动，能够带动所述阀杆齿轮转动，以驱动所述齿轮传动组件带动所述阀瓣移动。

可选的，所述球状滚动件为硬质球。

可选的，所述球状滚动件的直径大于所述通孔的深度。

可选的，所述球状滚动件的直径大于所述第一凹槽的深度或者所述第二凹槽的深度，且所述球状滚动件的直径小于等于所述第一凹槽和所述通孔的深度和，或者所述球状滚动件的直径小于等于所述第二凹槽和所述通孔的深度和。

可选的，所述球状滚动件的数量为两个。

可选的，所述第一凹槽为与所述球状滚动件适配的半球形凹槽。

可选的，所述第二凹槽为与所述球状滚动件适配的半球形凹槽。

可选的，所述通孔为与所述球状滚动件适配的通孔。

可选的，所述球阀包括侧装式球阀，所述阀体盖板包括枢轴支撑板，所述枢轴支撑板上设有所述第一凹槽。

可选的，所述枢轴支撑板位于所述阀芯盖板与所述阀体之间。

在本发明实施例中，通过采用刚性连接的驱动形式，相对于现有技术中的扭力弹簧结构，不仅可以克服使用扭力弹簧结构存在的容错低的问题；而且，当球阀达到关闭位置后，由于无需消耗进一步压缩扭力弹簧的扭矩，还可以减小带动阀瓣实现强制密封的关闭扭矩，使得球阀的开启或者关闭操作更为简单实用。而且，根据球状滚动件滚动移动的特点，利用滚动摩擦实现球状滚动件的移动，来实现阀芯盖板与阀体盖板的锁定，以及阀芯盖板与阀杆齿轮的锁定，这样可大大减小球状滚动件在移动过程中的摩擦阻力，减小球阀在工作过程中的磨损，并降低由于摩擦导致的操作故障，使球阀的操作更为平顺可靠。这样本发明实施例通过刚性结构传递扭矩，相对于使用扭力弹簧传递扭矩，可以有效提升扭矩传递的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的球阀的爆炸示意图；

图2是本发明实施例提供的球阀的结构示意图之一；

图3是本发明实施例提供的球阀的结构示意图之二；

图4是本发明实施例提供的球阀的结构示意图之三；

图5是图4中a区域的局部放大图；

图6是本发明实施例提供的阀芯的爆炸示意图；

图7是本发明实施例提供的侧装式球阀的爆炸示意图；

图8是本发明实施例提供的侧装式球阀的结构示意图之一；

图9是本发明实施例提供的侧装式球阀的结构示意图之二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图6所示，本发明实施例提供一种球阀，包括：

阀体110，所述阀体110内设有容置腔111；

固定设于所述阀体110上的阀体盖板120；

阀芯130，设置于所述容置腔111内，所述阀芯130包括能够在所述容置腔111内转动的阀芯本体131、设置于所述阀芯本体131上的齿轮传动组件132及能够在所述齿轮传动组件132驱动下往复运动的阀瓣133，在所述阀芯本体131上固定连接有一阀芯盖板134，所述阀芯盖板134位于所述阀体盖板120和所述阀芯本体131之间；

以及，阀杆组件140，所述阀杆组件140包括阀杆141和阀杆齿轮142，所述阀杆齿轮142设置于所述阀芯盖板134与所述阀芯本体131之间，且所述阀杆齿轮142与所述齿轮传动组件132啮合，所述阀杆141的一端连接于所述阀杆齿轮142，另一端穿过所述阀芯盖板134和所述阀体盖板120；

其中，在所述阀体盖板120上设有第一凹槽121，所述阀杆齿轮142上设有第二凹槽1421，在所述阀芯盖板134上设有通孔1341，所述通孔1341内设置有球状滚动件150，且所述球状滚动件150能够在所述通孔1341内移动，并具有第一状态和第二状态；

在所述第一状态，所述球状滚动件150的一部分位于所述通孔1341内，另一部分位于所述第二凹槽1421内，以使所述阀芯本体131与所述阀杆齿轮142锁定，所述阀杆141转动，能够带动所述阀杆齿轮142转动，以驱动所述阀芯本体131转动；

在所述第二状态，所述球状滚动件150的一部分位于所述通孔1341内，另一部分位于所述第一凹槽121内，以使所述阀芯本体131与所述阀体盖板120锁定，所述阀杆141转动，能够带动所述阀杆齿轮142转动，以驱动所述齿轮传动组件132带动所述阀瓣133移动。

本发明实施例中，所述阀体110还包括与所述容置腔111连通的进口和出口，为了进一步提升球阀的密封性能，还可以在所述阀体110上设置用于和所述阀瓣133匹配的阀座112，且所述阀座112具备高强度、高耐磨性等性能，以保证所述阀座112在与所述阀瓣133抱合过程中的密封效果。

本发明实施例的工作原理是，在所述第一状态，即所述球状滚动件150位于所述通孔1341及所述第二凹槽1421内时，所述球状滚动件150将所述阀芯本体131与所述阀杆齿轮142锁定在一起，即所述阀杆齿轮142转动时，所述阀芯本体131会跟随所述阀杆齿轮142一齐转动，所述阀芯本体131上设有介质通道，从而可实现球阀的开启和关闭。

在所述第二状态，即所述球状滚动件150位于所述通孔1341和所述第一凹槽121内时，所述球状滚动件150将所述阀芯本体131和所述阀体盖板120锁定在一起。由于所述阀体盖板120固定设于所述阀体110上，因此当所述阀芯本体131和所述阀体盖板120通过所述球状滚动件150锁定在一起后，所述阀芯本体131无法再继续转动，而当继续驱动所述阀杆齿轮142转动时，所述阀杆齿轮142会驱动所述齿轮传动组件132带动所述阀瓣133移动，从而实现所述阀瓣133与所述阀体110的阀座112抱合，或者将所述阀瓣133收紧在所述阀芯本体131上。

其中，所述阀体盖板120、所述阀芯盖板134及所述阀杆齿轮142堆叠设置于所述球阀上，在所述阀芯130的转动过程中，所述通孔1341可与所述第一凹槽121和第二凹槽1421中的至少一个同轴设置。

在所述球阀的工作过程中，当所述球状滚动件150的部分位于所述第二凹槽1421内时，所述阀体盖板120朝向所述阀芯盖板134的端面限制所述球状滚动件150朝向所述阀体盖板120滚动，从而使所述阀芯盖板134与所述阀杆齿轮142锁定在一起，由于阀芯盖板134与阀芯本体131固定连接，因此所述阀芯本体131与所述阀杆齿轮142锁定在一起，并可使所述阀芯本体131在所述阀杆141的驱动下转动。

当所述阀芯本体131旋转到关位时，由于在所述球阀的开关位设置的限位结构，会限制所述阀芯本体131继续转动，此时所述第一凹槽121与所述通孔1341及与所述第二凹槽1421对齐。

若所述阀杆141继续受到外界作用力的影响，驱动所述阀杆齿轮142继续向关阀方向转动，所述球状滚动件150会受到所述第二凹槽1421的内壁施加给所述球状滚动件150第一推力，由于所述球状滚动件150与所述第二凹槽1421的接触面为球面，因此所述第一推力会分解成包括旋转方向的作用力及沿所述通孔1341轴向远离所述第二凹槽1421方向的作用力，而沿所述通孔1341轴向远离所述第二凹槽1421方向的作用力会推动所述球状滚动件150朝向所述第一凹槽121移动，由于所述球状滚动件150为球状，因此所述球状滚动件150以滚动的形式朝向所述第一凹槽121移动。

而当所述球状滚动件150完全脱离所述第二凹槽1421，并位于所述通孔1341和所述第一凹槽121内时，所述球状滚动件150将所述阀芯本体131与所述阀体盖板120锁定在一起，所述阀芯本体131不再随所述阀杆齿轮142转动。若继续驱动所述阀杆141带动所述阀杆齿轮142向关阀方向转动，所述阀杆齿轮142将相对所述阀芯本体131继续转动，并驱动所述齿轮传动组件132带动所述阀瓣133朝向远离所述阀芯本体131的方向移动，将所述阀瓣133顶起，实现所述阀瓣133与所述阀体110的阀座112抱合，实现所述球阀的强制密封。

当将所述球阀从关位转向开位时，所述球状滚动件150仍然将所述阀芯本体131与所述阀体盖板120锁定在一起，向开阀方向转动所述阀杆141，驱动所述阀杆齿轮142转动，所述阀杆齿轮142将相对阀芯本体131转动并带动所述阀瓣133朝向靠近所述阀芯本体131方向移动，并将所述阀瓣133逐渐收紧在所述阀芯本体131上，而当所述阀瓣133完全收紧在所述阀芯本体131上时，所述第二凹槽1421与所述通孔1341及与所述第一凹槽121对齐。

由于所述阀瓣133无法进一步收紧在所述阀芯本体131上，若继续驱动所述阀杆齿轮142向开阀方向转动，所述阀芯本体131将随阀杆141一起向开阀方向转动，所述球状滚动件150会因此受到所述第一凹槽121的内壁施加给所述球状滚动件150第二推力，由于所述球状滚动件150与所述第一凹槽121的接触面为球面，因此所述第二推力会分解成包括旋转方向的作用力及沿所述通孔1341轴向远离所述第一凹槽121方向的作用力，而沿所述通孔1341轴向远离所述第一凹槽121方向的作用力会推动所述球状滚动件150朝向所述第二凹槽1421移动，由于所述球状滚动件150为球状，因此所述球状滚动件150以滚动的形式朝向所述第二凹槽1421移动，直至球状滚动件150完全脱离所述第一凹槽121，并位于所述通孔1341和所述第二凹槽1421内。

继续驱动所述阀杆141带动所述阀杆齿轮142向开阀方向转动，所述阀杆齿轮142将带动所述阀芯本体131旋转，直至所述球阀处于全开状态。

这样，在本发明实施例中，通过采用刚性连接的驱动形式，相对于现有技术中的扭力弹簧结构，不仅可以克服使用扭力弹簧结构存在的容错低的问题；而且，当球阀达到关闭位置后，由于无需消耗进一步压缩扭力弹簧的扭矩，还可以减小带动阀瓣实现强制密封的关闭扭矩，使得球阀的开启或者关闭操作更为简单实用。而且，通过刚性结构传递扭矩，相对于使用扭力弹簧传递扭矩，还可以有效提升扭矩传递的可靠性。

需要说明的是，本发明实施例中提供的球状滚动件150可以是硬质球，其中，硬质球的材料可以是轴承钢，还可以是陶瓷材料制成。且所述球状滚动件150的材料选取与所述球阀的应用场景相关。

而且，本发明实施例中的球状滚动件150，还可以用梭式销替代，所述梭式销包括梭式销本体及设于所述梭式销本体两端的第一端部及第二端部，所述第一端部和所述第二端部可实现将所述阀杆齿轮施加的作用力分解成包括旋转方向的作用力及所述通孔轴向方向的作用力，并使所述球阀在刚性传动下实现所述球阀的强制密封。其中，所述第一端部和所述第二端部包括圆台形端部、圆锥形端部及棱台形端部等。

然而，在所述球阀的工作过程中，采用所述梭式销在锁定位置切换时为滑动切换，而采用所述球状滚动件150在锁定位置切换时是滚动移动的，利用滚动实现所述球状滚动件150的移动，可以大大减小所述球状滚动件150在移动过程的摩擦阻力，减小球阀在工作过程中的磨损，并降低由于摩擦导致的操作故障。而且通过利用滚动实现所述球阀的强制密封，可以使所述球阀的操作过程更为平顺可靠。

需要进一步说明的是，为进一步提升所述球阀在工作过程中，扭转传递的稳定性及可靠性，还可以对所述球阀做如下改进：

比如，所述球状滚动件150的直径可以大于所述通孔1341的深度，这样一个所述球状滚动件150就可以实现上述球阀的功能。如图4和图5所示，而当所述球状滚动件150的直径小于所述通孔1341的深度时，则可以设置两个或者多个所述球状滚动件150，然而为保证整个传动过程的稳定性与可靠性，所述球状滚动件150的数量一般不超过2个。

其中，当设于所述通孔1341内的球状滚动件150的数量为一个时，所述球状滚动件150的直径大于所述第一凹槽121的深度或者所述第二凹槽1421的深度；且所述球状滚动件150的直径小于等于所述第一凹槽121和所述通孔1341的深度和，或者所述球状滚动件150的直径小于等于所述第二凹槽1421和所述通孔1341的深度和。

其中，为保证所述球状滚动件150在滚动移动过程中的平稳性，所述第一凹槽121可设置为与所述球状滚动件150适配的半球形凹槽；所述第二凹槽1421可设置为与所述球状滚动件150适配的半球形凹槽；所述通孔1341可设置为与所述球状滚动件150适配的通孔。

可选的，为方便驱动所述阀杆141，可以在所述阀杆141上远离所述阀杆齿轮142的一端设置键槽，并可通过与所述键槽适配的驱动件驱动所述阀杆141转动；还可以在所述键槽内设置与所述检测适配的阀杆键，并可通过与设有所述阀杆键的阀杆141适配的驱动件，驱动所述阀杆141转动。其中，所述驱动件可以是手轮，也可以是扳手或动力执行器等可驱动所述阀杆141转动的部件。

本发明实施例的具体实施方式中，所述阀体盖板120可通过螺栓连接的方式固定在所述阀体110上，如图1所示，可通过第一螺栓171将所述阀体盖板120固定在所述阀体110上；其中，第一螺栓171的数量优选为6个，这样可以使所述阀体盖板120与所述阀体110的连接更加稳固。

所述阀芯盖板134也可以通过螺栓连接的方式固定在所述阀芯本体131上，如图1所示，可通过第二螺栓172将所述阀芯盖板134固定在所述阀芯本体131上；其中，第二螺栓172的数量优选为8个，这样可以使所述阀芯盖板134与所述阀芯本体131的连接更加稳固。

所述球阀还包括阀杆上盖122，所述阀杆上盖122用于保护阀杆141，所述阀杆上盖122可通过螺栓连接的方式固定在所述阀体盖板120上；具体的，可通过第三螺栓173将所述阀杆上盖122固定在所述阀体盖板120上。其中，所述第三螺栓173优选为4个。

所述驱动件可以是手轮160，所述手轮160与所述阀杆141可以通过阀杆键连接在一起。而且，为了方便用户操控手轮160，还可以在手轮160上设置手柄；为了更好的将所述手轮160固定在所述阀杆141上，还可以通过螺纹连接的方式，实现所述手轮160与所述阀杆141的固定连接。

如图6所示，所述阀芯本体131上设有第一转动枢轴1311、第二转动枢轴1312和第三转动枢轴1313；优选的，所述第一转动枢轴1311与所述第二转动枢轴1312呈45度夹角设置，所述第一转动枢轴1311与所述第三转动枢轴1313呈90度夹角设置。其中第二转动枢轴1312并不是必须的，也即是说，只有两个夹角为90度的齿轮传动也可以实现本发明的功能，但加入第二转动轴1312可以减小整个阀球的体积。所述齿轮传动组件132包括传动齿轮1321、螺柱齿轮1322、滚柱1323及滚柱保持架1324。其中，所述阀杆齿轮142套设在所述第一转动枢轴1311上，且可绕所述第一转动枢轴1311转动；所述传动齿轮1321套设在所述第二转动枢轴1312上，且可绕所述第二转动枢轴1312转动；所述螺柱齿轮1322套设在所述第三转动枢轴1313上，且可绕所述第三转动枢轴1313转动。而且，所述阀杆齿轮142与所述传动齿轮1321啮合，所述传动齿轮1321还与所述螺柱齿轮1322啮合，并形成齿轮传动系。

可以给所述传动齿轮1321设置齿轮压盖13211，给所述螺柱齿轮1322设置齿轮压环13221。

螺柱齿轮1322包括齿轮本体和螺柱，所述齿轮本体与所述螺柱一体成型，所述齿轮本体与所述传动齿轮1321啮合连接；所述阀瓣133的一侧为球面形状，用于与所述阀座112对接，实现强制密封，所述阀瓣133的另一侧设有螺纹孔，且所述螺柱的螺纹与所述螺纹孔的螺纹牙形相同，螺距相等。

在本实施方式中，所述阀瓣133的传动，可以通过设于所述螺柱与所述螺纹孔之间的滚柱1323来传递，所述滚柱1323也设有牙形与所述螺柱的螺纹相同的环槽，且所述滚柱1323的环槽的间距与所述螺柱的螺纹间距相同。其中，本实施例中，滚柱1323的数量为8个，并通过滚柱保持架1324将所述滚柱1323隔开设置，且所述滚柱1323同时啮合所述螺柱的螺纹和所述螺纹孔的螺纹。当所述螺柱齿轮1322转动时，滚柱1323将同时随所述螺柱转动轴线公转并自传，并将所述螺柱齿轮1322的旋转运动转换成推动所述阀瓣133往复运动的直线运动。而且，由于螺柱齿轮1322自身的转动运动，将螺纹间配合的滑动摩擦转变为滚动摩擦，可以提升传动效率。

而且，阀瓣133设有棱形柱，所述第三转动枢轴1313设有棱形孔，通过棱形孔与棱形柱之间的约束，可以约束阀瓣133不会随着螺柱齿轮1322一起转动，其中阀瓣133还可以通过花键连接的方式约束在所述第三转动枢轴1313上。这样阀杆齿轮142、传动齿轮1321、螺柱齿轮1322及阀瓣133一起形成传动系，当阀杆齿轮142转动时，将带动阀瓣133做顶起或者收回的直线运动，以实现阀瓣133与阀座112的抱合，或者将阀瓣133收紧在阀芯本体131上。

如图7至图9所示，本发明实施例提供的一种侧装式球阀，包括阀体210、第一阀端220、第二阀端230、阀芯240、阀杆组件250及枢轴支撑板260，其中：

所述阀体210设有用于容置所述阀芯240的容置腔，所述第一阀端220和所述第二阀端230分别对应介质通道的两端并与所述阀体210固定连接，优选的，可以通过螺栓连接的方式，实现所述第一阀端220及所述第二阀端230与所述阀体210的固定连接；

所述阀芯240包括阀芯本体241、对称设置于所述阀芯本体241上的齿轮传动组件242及能够在所述齿轮传动组件242驱动下往复运动的阀瓣243，所述阀芯本体241上固定连接有一阀芯盖板244，所述阀芯盖板244位于所述枢轴支撑板260与所述阀芯本体241之间；

所述阀杆组件250包括阀杆251和阀杆齿轮252，所述阀杆齿轮252设置于所述阀芯盖板244与所述阀芯本体241之间，且所述阀杆齿轮252与所述齿轮传动组件242啮合，所述阀杆251的一端连接与所述阀杆齿轮252，另一端穿过所述阀芯盖板244和所述枢轴支撑板260；

所述枢轴支撑板260位于所述阀芯盖板244与所述阀体210之间，并通过固定销与第一阀端220和第二阀端230固定连接；

其中，在所述枢轴支撑板260上设有第一凹槽261，所述阀杆齿轮252上设有第二凹槽2521，在所述阀芯盖板244上设有通孔2441，所述通孔2441内设置有球状滚动件270，且所述球状滚动件270能够在所述通孔2441内移动，并具有第一状态和第二状态；

在所述第一状态，所述球状滚动件270的一部分位于所述通孔2441内，另一部分位于所述第二凹槽2521内，以使所述阀芯本体241与所述阀杆齿轮252锁定，所述阀杆251转动，能够带动所述阀杆齿轮252转动，以驱动所述阀芯本体241转动；

在所述第二状态，所述球状滚动件270的一部分位于所述通孔2441内，另一部分位于所述第一凹槽261内，以使所述阀芯本体241与所述枢轴支撑板260锁定，所述阀杆251转动，能够带动所述阀杆齿轮252转动，以驱动所述齿轮传动组件242带动所述阀瓣243移动。

本实施方式中，所述枢轴支撑板260为侧装式球阀的上枢轴支撑板，且发明本实施例提供的侧装式球阀的工作原理与上述实施例提供的球阀的工作原理一样，并且能达到相同的效果，再次不再赘述。

这样，通过上述结构的改进，即可实现通过刚性结构传递扭矩，相对于使用扭力弹簧传递扭矩，可以有效提升扭矩传递的可靠性。

需要说明的是，本发明实施例中，主要以顶装式阀体为例，实际上对阀体的结构形式不做限定，阀体可以是侧装式，或者全焊接式等不同阀体结构。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。