一种固定球阀的制作方法

本实用新型涉及一种固定球阀，尤其是具有双活塞密封效应的固定式单活塞球阀。

背景技术：

球阀按照结构密封形式可以分为两种。一种是浮动球阀，这种球阀的球体是浮动的，在介质压力作用下，球体能产生一定的位移并紧压在出口端的密封面上，保证出口端密封。浮动球球阀的结构简单，密封性好，但球体承受工作介质的载荷全部传给了出口密封圈，因此要考虑密封圈材料能否经受得住球体介质的工作载荷，广泛用于中低压球阀。另一种是固定球球阀，这种球阀的球体是固定的，受压后不产生移动。固定球球阀都带有浮动阀座，受介质压力后，阀座产生移动，使密封圈紧压在球体上，以保证密封。通常在球体的上、下轴上装有轴承，操作扭距小，适用于高压和大口径的阀门。

固定球阀与浮动球阀相比，工作时，阀前流体压力在球体上产生的作用力全部传递给轴承，不会使球体向阀座移动，因而阀座不会承受过大的压力，所以固定球阀的转矩小、阀座变形小，密封性能稳定、使用寿命长，适用于高压、大口径场合。先进的弹簧预紧阀座组件，具有自紧特性，实现上游密封。每阀有两个阀座，每个方向都能密封，因而安装没有流向限制，是双向，固定球阀通常水平安装。

固定球阀通常采用单活塞阀座，但传统单活塞阀座的固定球阀由于只有一道密封，容易发生泄露，一旦上游发生泄露，下游也会随之泄露，于是双活塞阀座应运而生，针对双活塞阀座已有很多现有技术作了研究：CN103727529A在单个阀座中设置两个弹性可变形密封件提高阀座与阀体之间的密封性能；CN203500549U通过在阀座上分别设置调节弹簧、密封圈、挡圈，减少球体与阀座之间的磨损；CN202215780U用增大的O型密封圈替代了活塞组件，消除了双活塞结构的一处漏点；CN202834173U采用了软硬密封件结合的方式，可在软密封件泄漏时通过树脂进行修复；CN203309183U和CN203272845U通过采用双层唇形密封圈和弹簧的方式加强了双活塞密封效果；CN205479467U公开了一种双活塞球阀，并通过阀座的尺寸设计，实现了上游阀座泄漏时，下游阀座自动封闭的双层关断效果。

但是，以上现有技术都是针对双活塞阀座的密封件作出的改进，双活塞阀座虽然有两道密封，但是上游介质一旦发生泄露，中腔的压力无法释放，如果中腔介质受热膨胀或气化，会导致中腔压力急剧上升甚至爆炸，故双活塞阀座通常需要在中腔安装安全阀。此外，相对于单活塞阀座，双活塞阀座的设计较为复杂，体积和重量也更大，制造成本明显增加，而且双活塞阀座比单活塞阀座多了几个可泄漏点，可泄露的风险大于单活塞阀座的球阀，而目前鲜有对单活塞阀座固定球阀的改进。鉴于此，如何改进现有的单活塞阀座，使其在整体结构基本不变的情况下，使其不仅具有双活塞密封效应，还可以灵活应对中腔泄压的需求，是业内亟待解决的课题。

技术实现要素：

本实用新型公开一种固定球阀，包括阀体、阀盖、球体、阀座、阀座密封圈，所述阀盖安装于阀体上，所述球体置于所述阀体中，所述阀座置于所述阀盖之中，所述阀座上设置所述阀座密封圈，所述阀座密封圈与所述球体接触受压形成一段密封圆弧线，所述密封圆弧线存在最高接触点和最低接触点，其特征在于，所述阀座的第一外径大于所述最低接触点所在圆的直径且小于所述最高接触点所在圆的直径。

进一步地，所述阀座为单活塞阀座。

进一步地，所述阀座密封圈具有用于与所述球体接触的部分，该部分轮廓与所述球体能够贴合。

进一步地，所述阀座上设置有第一O型圈，所述第一O型圈设置在所述阀座第一外径处。

进一步地，所述阀座上还设置有第二O型圈，所述第二O型圈设置在所述阀座第二外径处。

进一步地，还包括第一弹簧，所述第一弹簧设置在所述阀盖上，为所述阀座和所述球体之间的密封提供预紧力。

进一步地，所述第一弹簧一端抵压在所述阀盖上，另一端抵压在所述阀座的第一外径处。

进一步地，所述阀盖上还设置有第二弹簧，所述第二弹簧一端抵压在所述阀盖上，另一端抵压在所述阀座的第一外径和第二外径之间。

进一步地，所述阀座上设置有注油孔。

进一步地，所述阀体和所述阀盖一体成型。

本实用新型通过对单活塞阀座固定球阀的改进，使单活塞阀座具有双活塞密封效应，并且通过对弹簧、O型圈、注油孔的设计，还可具备中腔泄压、下游泄压、调整预紧力的功能。

附图说明

图1是现有技术CN203272845U中双活塞固定球阀的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一；

图3是本实用新型实施例二；

图4至图6为阀座密封圈与球体接触部分局部放大图；

图7至图9是本实用新型实施例一在上游介质未泄露的情况；

图10是实施例二的上游阀座放大示意图；

图11、图12是实施例一上游介质泄露的情况；

图13是实施例二上游介质泄露的情况；

图14、图15是本实用新型实施例四；

图16是本实用新型实施例五；

图17、图18是本实用新型实施例六；

图19、图20是本实用新型实施例七；

图21、图22是本实用新型实施例八；

图23、图24是本实用新型实施例九；

图I是O型圈局部放大图

图II是密封圈局部放大图

图III是上游阀座O型圈受介质压力向右移动局部放大图

图IV是上游阀座O型圈受介质压力向左移动局部放大图

图V是下游阀座O型圈受介质压力向右移动局部放大图

图VI是上游阀座O型圈两侧受介质压力局部放大图

附图中序号说明：

11 阀盖

12 双活塞阀座

13 密封件

14 球体

15 唇形密封圈

16 第一道活塞

17 第二道活塞

21 第一弹簧

22 球体

23 阀座

24 填料

25 压圈

26 阀盖(或称连接体)

27 第一O型圈

28 密封圈

D0 球阀通径

D1 阀座的大圈外径

D2 阀座的小圈外径

Φ0 密封圆弧线某处直径

Φ1 密封圆弧线最高点直径

Φ2 密封圆弧线最低点直径

31 注油孔

41 介质

42 阀座密封圈与球体接触的密封接触点

50 阀座密封圈与球体接触的密封圆弧线

51 阀座密封圈与球体接触的密封圆弧线最高点

52 阀座密封圈与球体接触的密封圆弧线最低点

61 阀座密封圈上与球体吻合的圆弧轮廓

141 第二弹簧

142 第二O型圈

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施例。在以下具体实施例的说明中，为了清楚展示本实用新型的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“轴向”、“径向”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一球阀通常采用阀体两侧通过螺栓固定安装阀盖的结构，一般称为“三片式固定球阀”，也可以采用阀盖与阀体一体成型的结构，一般称为“两片式固定球阀”，为简化附图，附图以三片式球阀为例，图中未示出阀体。

图1是现有技术CN203272845U中双活塞固定球阀的结构示意图，阀盖11中装有双活塞阀座12和球体14，双活塞阀座12与球体14之间通过密封件13密封，双活塞阀座12具有两道活塞机构，第一道活塞16和第二道活塞17，为加强双活塞阀座12与阀盖11密封效果，其采用了唇形密封圈15。

图2是本实用新型实施例一，实施例一不含注油孔，上下游阀座设置单个O型圈。

阀盖26中，上下游的阀座23相对放置，中间放置球体22，设置在阀盖26上的第一弹簧21顶压压圈25，压圈25对阀座23施加一定的预紧力。阀座23与球体22之间通过密封圈28密封，阀座23与阀盖26之间通过第一O型圈27和填料24密封，阀座23可在阀盖26中移动。其中，D0是球阀通径，D1是阀座23的大圈外径，即权利要求书所述第二外径，D2是阀座23的小圈外径，即权利要求书所述第一外径，Φ1是密封圈28与球体22接触的密封圆弧线最高点直径，Φ2是密封圈28与球体22接触的密封圆弧线最低点直径，Φ0密封圈28与球体22接触的密封圆弧线上的某处直径。I为O型密封圈处的局部放大图。

图3是本实用新型实施例二，实施例二含注油孔，其他部分结构与实施例一相同。图4至图6是密封圈28与球体22接触区域局部放大图，即图3中II处。

本实用新型的球阀可设计为带注油孔与不带注油孔的二种，一般小规格的可不带注油孔，带注油孔的实施例与不带注油孔的实施例其他部分结构一样。本实用新型的球阀不区分左右，可以是左侧为上游，也可以是右侧为上游，以下以左侧是上游为例介绍本实用新型实施例。

首先参照图4至图6介绍本实用新型中阀座与球体之间的密封原理。固定球阀的密封是由阀座23中的密封圈28的斜面直线与球体22接触后，在介质41的压力作用下被压紧起到密封效应，密封圈28与球体的接触点42形成的封闭圆周，阻挡了介质41流入另一端，如图4。实际上，阀座23在介质41的压力作用下，密封圈28与球体22表面的接触，在二维平面视图中是一段密封圆弧线53，其最高点和最低点分别为51和52(有的现有技术将阀座密封圈设计成两个接触点)，也就是压力作用下形成的压痕不是单个接触点，如图5所示。这一小段起到密封作用的密封圆弧线53，在三维空间是一封闭的密封环带，密封圈28与球体22表面在介质压力作用下形成的密封圆弧线53，其宽度(或称为密封圆弧线53的长短)取决于介质压力的大小以及接触体本身材质的硬度。因此，密封圈28与球体22表面接触的密封圆弧形成了一条封闭的密封环带，同时也产生了密封圆弧线53的最高点51和最低点52的差别。在设计阀座23外径D2时，如果将其设置在其密封圆弧的最高点与最低点之间，即能实现单活塞移动阀座具有双活塞阀座的密封效果，下文将详细解释。

图6是本实用新型实施例三，其余部分可与其他实施例相同，实施例三的区别在于其密封圈28在设计时就采用和球体22轮廓相同的弧线。因为，如果球体22与密封圈28均是高硬度材质或者介质41压力不高，形成的压痕会很短即最高点51和最低点52非常接近，难以将阀座23外径D2设置在密封圆弧的最高点51和最低点52之间，这种情况下，将密封圈28与球面圆弧相接触的部分设计成与球面吻合的一段圆弧轮廓61，其密封圆弧线53的最高点51和最低点52就可以和圆弧轮廓61本身的最高点和最低点重合，这样就可以按照设计要求设定最高点51和最低点52的位置且不会受到材质硬度的影响。事先在密封圈28上加工出与球体22贴合的圆弧轮廓61，即使压力不足或密封圈28材料较硬依然可以形成较长的密封圆弧线，如图6所示，移动阀座的外径D2同样可以安置在密封圆弧线最高点51与最低点52之间，单活塞阀座也同样能起到双活塞密封的效果。

下面介绍本实用新型如何通过单活塞阀座实现双活塞密封的效果。图7至图8是本实用新型实施例一在上游介质未泄露的情况。具体参照图8，按上述密封原理来设计单活塞阀座及密封圈，在球阀通道内，可移动阀座的外径D2选择在密封圆弧线最高点直径Φ1和密封带最低点Φ2之间的Φ0，即Φ1＞Φ0＞Φ2，Φ0＝D2。当进口端介质进入，其压力为P,如图7，前阀座推向球体的压力为A1－A2，A2是阀座通径D0与密封带最低点Φ2之间的压力，即Φ2－D0，A1是D0与D2之间形成的压力，即D2－D0，D2＝Φ0＞Φ2，因此A1＞A2，A1－A2为正值，进口阀座在介质压力作用下，以正面推向球体，起到了密封作用。图9是对应的下游阀座示意图。

图10是实施例二的上游阀座放大示意图，实施例二除上下游均有注油孔31外，其他部分与实施例一相同。该图还示出了上游第一O型圈27的移动，第一O型圈27两侧的压力如果不等，O型圈会向压力小的一侧移动，图10就显示了因受到上游介质41的压力而向下游方向移动，其他实施例也可能存在O型圈的移动。

图11、图12是实施例一上游介质泄露的情况。当上游密封受到破坏或其它原因产生泄露后，介质进入阀门中腔内，后阀座推向球体的压力为A4－A3，A3是阀座的大圈外径D1与密封带最高点Φ1之间的压力，即D1－Φ1，如图11；A4是阀座的大圈外径D1与阀座的小圈外径D2之间的压力，即D1－D2，Φ1＞Φ0＝D2，因此A4大于A3，A3－A4为负值，下游阀座在反向压力作用下，被推向球体起到了密封的作用，如图12。

图13是实施例二上游介质泄露的情况，其密封原理和效果同实施例一相同。图13还示出了O型圈在两侧都具有介质的情况下，如果两侧介质压力相同则O型圈位于中央，如果一侧压力大，则O型圈会如图10和图11的III或IV情况相同，其他实施例的O型圈也可能移动。

图14、图15是本实用新型实施例四，实施例四的阀座设置有双弹簧，上游阀座设置双O型圈，下游阀座设置单O型圈。第二弹簧141直接压住阀座23，第二O型圈142设置在阀座23的大圈处。第二弹簧141进一步提供预紧力，第二O型圈142有利于中腔介质41推开阀座23，使中腔压力与上游相等。在第二O型圈142存在的情况下，当上游泄露后，介质41进入中腔，压力也随之增加，上游阀座将受到A3的反向压力，上游阀座就会自动与球体脱离，形成图示的P5对整个阀座的反向推力，A5＞A1，前阀座将始终被打开，阀门中腔压力与管道压力保持一致。

图16是本实用新型实施例五，具有注油孔31，其他部分与实施例四相同。

图17、图18是本实用新型实施例六，上下游阀座均具有双弹簧，上游阀座设置单个O型圈，下游阀座设置双O型圈。在下游阀座具有第二O型圈142的情况下，当阀体中腔内进入介质，压力随之增高后，后阀座将受到A3的反向压力，后阀座便自动与球体脱离，介质将从中腔内泄露，流向出口管道内。

图19、图20是本实用新型实施例七，相对于实施例六增加了注油孔31。

图21、图22是本实用新型实施例八，上下游阀座均设置有双O型圈，双弹簧。如果上游密封泄露后，前阀座将始终被打开，同时后阀座也将被打开，将中腔内介质全部流入出口管道内。

图23、图24是本实用新型实施例九，对应于实施例八增加了注油孔31。

采用本实用新型密封原理设计的阀座的优点：

1、可以大大降低，为达到双活塞阀座密封效应的阀座及相应零件的设计成本。

如果按双活塞阀座的设计，不仅要更换增加阀座的设计，双活塞阀座的设计较为复杂，还要另行对新阀体，阀盖的设计，采用本实用新型密封原理，只需要更改阀座的设计就能达到双活塞阀座的密封效果。

2、可以大大降低制造成本

双活塞阀座的设计涉及到各个其他零件，制造成本明显增加，同时阀体与阀盖的加大，原材料也有所增加，显然其制造成本远大于单活塞阀座。

3、双活塞阀座比单活塞阀座多了几个可泄漏点，可泄露的风险大于单活塞阀座的球阀。

4、如果采用双活塞阀座，整台阀门的重量增加，体积也比原来大，其运输和仓储费用也加大。

5、双活塞阀座比单活塞阀座多出的泄露点，也就是需要增加几套O型橡胶密封圈，摩擦面增加，相应的摩擦力矩也增加，另外体积加大，扭矩也会增大，整台阀门的开启及关闭扭矩，双活塞阀座结构的球阀比单活塞阀座结构的要大很多。

6、从图11至图13可以看出：上游密封泄露后，上游密封圈28两边压力均等，因此中腔内压力与管道压力相同，并路径相通，即使中腔的气/油/水蒸发或受热膨胀，压力也会通向进口端，整台阀门也无须考虑中腔压力增高的风险，该阀门不必另加安全装置。

7、单活塞阀座如果在阀座的大圈外径处的位置增加一个O型圈，可以增加不同的密封效用。

i)在球阀上游阀座的大圈外径处增加一个O型圈，见图14至图16，当上游密封泄露后，中腔进入介质，压力也随之增加，上游阀座将受到A3的反向压力，前阀座就会自动与球体脱离，形成图示的P5对整个阀座的反向推力，A5＞A1，上游阀座将始终被打开，阀门中腔压力与管道压力保持一致。

ii)在球阀下游阀座的大圈外径处增加一个O型圈，见图17至图20，当阀体中腔内进入介质，压力随之增高后，下游阀座将受到A3的反向压力，下游阀座便自动与球体脱离，介质将从中腔内泄露，流向出口管道内。

iii)在上下游阀座均增加一个O型圈后，见图21至图24，如果上游密封泄露，上游阀座将始终被打开，同时下游阀座也将被打开，将中腔内介质全部流入出口管道内。

如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中即可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。

本说明书中所述的只是本实用新型的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型的限制。凡本领域技术人员依本实用新型的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的范围之内。