一种球体调速阀的制作方法

本实用新型涉及调速阀领域，尤其是一种球体调速阀。

背景技术：

在阀门分类中，把通过阀门的流量不随进、出口压力波动而变化的阀门称为调速阀，调速阀通常有节流阀和定差减压阀二部分组成。目前市场上供应的调速阀中，节流阀的阀芯通常采用柱塞式的，通过柱塞的轴向移动或转动改变节流孔的大小，因此结构较为复杂，体积较大，而且柱塞的位移和流量之间很难实现特定函数的关系。

球阀由于具有结构紧凑，密封性能好和操作简便等优点，目前空调系统中广泛当作调节阀使用。空调系统中的调节一般采用线性控制，因为盘管流量与热负荷的关系如图7-I曲线所示，刚开始时小的流量输入会引起大的热量输出，而后随着流量的增大，热量输出的斜率会逐渐趋缓；而在球阀空心球体的球壁上加工出具有某种流量特性的孔，在空调系统中采用具有等百分比流量特性的孔，如图3所示，这种孔在刚开启时只提供小的流量，而后随着开度的增加，输出流量的斜率逐渐增大，如图7—II曲线所示；两者相互补偿，复合成线性，如图7—III所示。

但上述方法存在下述不足，从流体力学中可知，通过节流孔的流量Q与其二端的压差△P的关系如图8所示，即当△P变化时，通过的流量也发生变化，在压差小的工况下变化更大。由于空调系统中的节流孔前后的水压时时在发生变化，因此通过的流量也时时在发生变化，不再是设计时要求的理想流量，这将使空调系统失控，使被控环境的温度忽冷忽热，让使用者感到不舒服并浪费能源。

技术实现要素：

本实用新型是为了解决普通球阀上述技术上的不足而设计的，提供一种保证阀门工作时节流孔前后的压差保持不变，从而保证输出流量恒定，使被控环境的温度保持不变并节约能源的球体调速阀。

本实用新型的具体技术方案是：

一种球体调速阀，具有球阀和定差减压阀，球阀具有四通阀体1，阀体左端筒体的通孔为与右端通孔位于同一水平轴线上的进水孔I，上、下筒体的通孔在同一垂直轴线上，二轴线垂直相交，阀体1的内腔体一C1中安装有球体2、阀座3及座圈11，上筒体的通孔中设有上阀杆5；球体2是的内腔是一个与球体2同心的大于180°的球缺，由隔墙W将内腔分隔成左右对称的腔体二C2和腔体三C3；球缺的上平面与球体2的垂直中心线垂直；左侧球壁的适当位置上加工有具有等百分比流量特性的节流孔H，偏上位置钻有孔R，用以连通腔体一C1和腔体二C2；右侧球壁上加工有椭圆形排水孔d；定差减压阀串联在节流孔H后，包括安装在阀体1下端面与底盖23之间的膜片22，与膜片连成一体的阀杆二15，在底盖与膜片之间的腔体六C6内设有调压装置。

作为优选，所述阀体1下通孔中加工有二个卡簧槽，用以用二个卡簧34轴向固定导向套31，导向套将下通孔分隔成互不相通的腔体四C4和腔体五C5；腔体四的上方加工有凹坑K，内设座圈11及O形密封圈八38；O形密封圈二12设置在座圈上方的凹坑中，以将腔体一C1 和腔体三C3 分隔开来；在下筒体一侧设有一凸块G1, 凸块G1钻有竖向小孔h1，竖向小孔h1与进水孔I连通；腔体五的筒壁上加工有小孔b，阀体的腔体一C1的壁上设有小孔a，通过连接管道14和接头16将小孔b和小孔a连接起来；下筒体下法兰的下端面上加工有一个小凹坑，内设O形密封圈五32，并加工有环形凹槽，以嵌入膜片的加厚边缘。

作为优选，所述球体2的下端加工有半圆孔e1和e2，分别连通腔体二C2和腔体三C3，二个半圆孔的中心线与球体2的垂直中心线一致，并且下端加工有宽度很窄的半环形平面，半圆孔e1下方的半环形平面形成半环形刃边，半圆孔e2处的半环形平面比半圆孔e1处的半环形平面略深，二个半环形平面与球体2的垂直中心线垂直；孔e1下方的半环形平面与隔墙W下端的直窄条刃边组成的弓形刃边，作为定差减压阀阀口V的阀座。

作为优选，所述定差减压阀包括调节螺杆25、调节螺套24、平面轴承27、压板29、弹簧座18、弹簧17、阀杆二15、导向套31、密封垫座36、密封垫 37；阀杆二15与导向套31的内孔滑配，阀杆二15的上端旋合有密封垫座36，密封垫37粘接在密封垫座36上方的凹坑中，密封垫37与球体2的半圆孔e1下方的弓形刃边组成定差减压阀的阀口V；阀杆二15的下端通过第二螺母28、压板29与膜片22、弹簧座18连成一体，膜片的加厚边缘被夹在阀体1的下法兰与底盖23的法兰之间，并由若干付螺栓19、垫圈20和第一螺母21压紧在阀体1下法兰端面的环形凹槽中；弹簧17设置在导向套31和弹簧座18之间；底盖23由筒体和法兰组成，筒体和膜片22之间的腔体六C6内设有调节螺杆25和调节螺套24；底盖23的法兰上有一凸块G2，凸块G2上钻有与阀体1上竖向小孔h1衔接的连接小孔h2和与腔体六C6相通的径向小孔h3，小孔h2与h3垂直正交，钻后外端用滚珠30封堵。

作为优选，所述节流孔H和排水口d的相对位置是：当节流孔H全开时，排水口d的一边与阀座3的内径重合；当转动球体2，节流孔H完全关闭后，排水口d的另一边与阀座3内径的另一边重合。

作为优选，所述球体2上端设有凹槽；上阀杆5下端设有与凹槽两侧间隙配合、底端顶在凹槽底面上的扁销；通过调节上阀杆上方的调节螺母6，使球体处于合适的位置上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该球体调速阀工作时，节流孔H前和腔体六C6中的水压等于进水孔I中的水压P1，节流孔H后的水压P2与腔体一C1、腔体二C2、腔体五C5内水压相等；腔体三C3、腔体四C4内的水压等于出水孔E的水压P3；转动球体2，节流孔H的开口面积由大变小直至关闭，或由小变大直至全开，节流孔H的大小由被控制环境所需的温度决定，当节流孔H的大小确定后，本专利能保证当进、出口水压发生波动时，节流孔H二端的压差不变，从而保证输出流量恒定，使被控环境的温度不变，让使用者感到舒适，并节约能源。

附图说明

图1：本实用新型的纵向剖视图

图2：图1中的A-A视图

图3：图1中的M向视图，孔口H全开时的形状及位置

图4：图1中的N向视图，孔口H全开时排水孔d的形状及位置

图5：图1中的M向视图，孔口H全闭时

图6：图1中的N向视图，孔口H全闭时排水孔d的位置

图7：I---空调系统中盘管的流量Q与热负荷q的关系曲线

II---等百分比特性阀门的阀口开度S与流量Q2的关系曲线

III---盘管与等百分比阀门组合后的阀口开度S与与热负荷q的理想效果曲线图8：节流孔二端的压差△P---流量Q关系曲线。

图中：阀体1、球体2、阀座3、O形密封圈一4、阀杆一5、调节螺母6、调整垫片7、螺钉8、弹垫9、右侧盖10、座圈11、O形密封圈二12、O形密封圈三13、管道14、阀杆二15、接头16、弹簧17、弹簧座18、螺栓19、垫圈20、第一螺母21、膜片22、底盖23、调节螺套24、调节螺杆25、O形密封圈四26、平面轴承27、第二螺母28、压板29、滚珠30、导向套31、O形密封圈五32、O形密封圈六33、卡簧34、O形密封圈七35、密封垫座36、密封垫37、O形密封圈八38、进水孔I、出水孔E、节流孔H、排水孔d、小孔a、小孔b、孔R、半圆孔e1和e2、竖向小孔h1、连接小孔h2、径向小孔h3、隔墙W、阀口V、凸块G1、凸块G2、腔体一C1、腔体二C2、腔体三C3、腔体四C4 、腔体五C5、腔体六C6。

具体实施方式

下面结合附图所示对本实用新型进行进一步描述。

如附图1至附图8所示：本专利由球阀和定差减压阀二部分组成。球阀由阀体1、球体2、阀座3、O形密封圈一4、阀杆一5、螺套6、垫片7、右侧盖10、座圈11、O形密封圈二12及O形密封圈八38等零件组成。阀体1是一个四通阀体，左端筒体的通孔为进水孔I，与右端的通孔位于同一水平轴线上，上、下筒体通孔的轴线位于同一垂直轴线上，二轴线垂直相交；进水孔I右端内腔的内壁上有一圆形凹坑，左端的法兰与上游管道的相应法兰连接，对于小口径球阀可采用螺纹连接，阀体右端的通孔直径略大于球体2的直径，以便球体2、O形密封圈八38、座圈11及O形密封圈二12等零件在装配时装入阀座1的腔体一C1中；阀体1的右端有一中心线与阀体1的水平中心线一致的环形端面，环形端面上均布有6-8只螺孔；阀体1的下通孔中加工有二条卡簧槽，用以用二只卡簧34轴向固定导向套31；导向套31将下通孔分隔成互不相通的腔体四C4 和腔体五C5；腔体四C4的上方加工有凹坑K，用以设置座圈11及O形密封圈八38，O形密封圈二12设置在座圈11上方的凹坑中，以将腔体一C1与内腔三C3分隔开来，座圈11 中心的通孔尺寸与下通孔尺寸一致；在下筒体的一侧有一凸块G1，上钻有竖向小孔h1，竖向小孔h1连通进水孔I，并垂直于阀体1的水平中心线和下筒体法兰的下端面；腔体五C5的筒体壁上加工有小孔b；下筒体法兰的下端面上加工有一个小凹坑，内设O形密封圈六32，并加工有环形凹槽，以嵌入膜片22的加厚边缘，下筒体的法兰与定差减压阀底盖23的法兰，用若干付螺栓19、垫圈20及第一螺母21连接；阀体1内腔体一C1的壁上加工有小孔a。

右侧盖10的中部是一个筒体，二端设有法兰，筒体中心设有出水孔E，出水孔E的直径与进水孔I的直径一致，右端的法兰与下游管道的相应法兰连接，对于小口径球阀可采用螺纹连接；左端法兰的外径与阀体1右端环形端面的外径一致，法兰上有6-8只均布的通孔，与阀体1右端环形端面上的6-8只螺孔匹配；左端法兰的左面有一圆形凸台，凸台外径与阀体1右通孔滑配，凸台的中心有一圆形凹坑，通过若干付螺钉8和弹垫9将侧盖10固定在阀体右端的环形端面上，安装后进水孔I和出水孔E的中心线一致，O形密封圈三13用以防止介质外漏。

阀座3既起密封作用，由聚合材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)等弹性材料制成。阀座3的内径与进、出水孔的直径基本一致，二只阀座3分别设置在阀体1进水孔I右端内腔内壁及侧盖10左端凸台中心相应的圆形凹坑中，通过调整垫片7 的厚度，由螺钉8等调节对球体2的压紧程度，既保证可靠的密封，又保证适当的转动力矩。

球体2的内腔是一个与球体2同心的大于180°的球缺，由隔墙W将内腔分隔成左右对称的腔体二C2和腔体三C3；球缺的上平面与球体2的垂直中心线垂直；球体2的下端加工有半圆孔e1和e2，分别与腔体二C2和腔体三C3相通，二个半圆孔的中心线与球体2 的垂直中心线一致，并且下端加工有宽度很窄的半环形平面，半圆孔e1下方的半环形平面形成半环形刃边，半圆孔e2处的半环形平面比e1处的半环形平面略深，以减小流动阻力，二个半环形平面与球体2的垂直中心线垂直；半圆孔e1下方的半环形平面与隔墙W下端的直窄条刃边组成的弓环刃边，作为定差减压阀阀口V的阀座。左侧球壁的适当位置上加工有具有等百分比流量特性的节流孔H(参见图3)，偏上位置钻有孔R，用以连通腔体一C1和腔体二C2；右侧球壁上加工有椭圆形排水孔d，排水孔d的形状和位置参见图4和图6；节流孔H和排水孔d的相对位置是：当节流孔H全开时，排水孔d的一边与阀座3的内径重合；当转动球体2，节流孔H完全关闭后，排水孔d的另一边与阀座3内径的另一边重合。

球体2的顶端加工有长槽，长槽的对称平面通过球体2的垂直中心线，以保证球体的旋转轴线与球体2的垂直中心线一致。为了防止球体2和排水孔d旋转时，孔边切割弹性体阀座3，二孔的边缘均有光滑倒圆。

阀杆一5动配在阀体1的上通孔中，其作用有二：一是下端设有扁销，扁销的二侧与球体2 上方的凹槽松配，略有间隙，以便在压紧球体2时，使其在水平方向有一定的移动量；阀杆一5上方的小轴与手柄或电机连接，通过转动阀杆一5带动球体2转动，以调节节流孔H的开度；二是扁销的底端顶在球体2上方凹槽的底面上，通过调节螺母6的轴向位置，使调节球体2的中心基本上处于阀体1水平中心线和垂直中心线的交点上，同时使球体2 压紧O形密封圈二12，以防介质由腔体二C2向腔体四C4泄漏。O形密封圈一4用以防止介质外漏。阀体1上筒体上端的法兰用来安装电机或球体2 的开度指示盘。

定差减压阀有底盖23、调节螺杆25、调节螺套24、O形密封圈四26、平面轴承27、膜片22、第二螺母28、压板29、弹簧座18、弹簧17、阀杆二15、导向套31、密封垫座36、密封垫37及O形密封圈六33、O形密封圈七35、O形密封圈五32等零件组成。阀杆二15与导向套31的内孔滑配，O形密封圈六33及O形密封圈七35用以防止介质内泄，阀杆二15的上端旋合有密封垫座36，密封垫37粘接在密封垫座36上方的凹坑中，密封垫37与球体2孔e1下方的弓形刃边组成定差减压阀的阀口V；阀杆二15的下端通过第二螺母28、压板29与膜片22、弹簧座18连成一体，膜片22的加厚边缘被夹在阀体1的下法兰与底盖23的法兰之间，并由若干付螺栓19、垫圈20和第一螺母21压紧在阀体1下法兰端面的环形凹槽中，既固定了膜片，又起到密封的作用；弹簧17设置在导向套31和弹簧座18之间。底盖23由筒体和法兰组成，筒体和膜片22之间的腔体六C6内设有调节螺杆25和调节螺套24，平面轴承27用以减小调节时的旋转力矩，O形密封圈四26用以防止介质外漏。法兰上有一凸块G2，凸块G2上钻有与阀体1凸块G1上竖向小孔h1衔接的连接小孔h2和与腔体六C6相通的径向小孔h3，小孔h2与h3垂直正交，钻后外端用滚珠30封堵，进水孔I的压力水通过小孔h1、h2和h3进入到腔体六C6内。腔体一C1壁上的小孔a通过管道14和接头16与腔体五C5筒壁上的小孔b连接，将腔体二C2中的压力水引入到腔体五C5中。

从上述介绍可知，在阀门工作时，节流孔H前和腔体六C6中的水压等于进水孔I中的水压P1；节流孔H后的水压P2与腔体一C1、腔体二C2、腔体五C5内水压相等；腔体三C3、腔体四C4内的水压等于出水孔E的水压P3.

工作原理

转动球体2，节流孔H的开口面积由大变小直至关闭，或由小变大直至全开，节流孔H的大小由被控制环境所需的温度决定，当节流孔H的大小确定后，本专利能保证当进、出口水压发生波动时，节流孔H二端的压差不变，从而保证被控环境的温度不变。

所述的球体调速阀的调压方法：(1)通水前，阀杆二15在弹簧17的作用下处于最低位置，此时阀口V全开；(2)通水后，压力水P1经小孔h1、h2和h3进入腔体六C6内，作用在膜片22的下方，推动阀杆二15向上运动，阀口V关小，节流作用增大，腔体二C2内的水压P2 升高，同时腔体二C2内的压力水通过孔R，腔体一C1，小孔a，管道14进入腔体五C5内作用在膜片22的上方；(3)当作用在膜片22上下方的力和弹簧17的设定力平衡时，阀口V的大小处于理想的设计位置，此时孔H前后的压差△P=F/S(见后说明)保持不变，式中F-弹簧17的设定力，S-膜片22的有效作用面积；(4)当进水压力P1升高时，腔体六C6内的压力也相应升高，作用在膜片22下方的推力增大，推动阀杆二15向上运动，阀口V变小，节流作用增大，腔体二C2的水压升高，直至孔H两端的压差△P=P1-P2保持不变；(5)当进水压力P1降低时，阀杆二15向下运动，阀口V增大，节流作用减弱，腔体二C2的水压P2随之降低，直至孔H两端的压差△P=P1-P2保持不变；(6)当出水孔E的水压P3升高时，由于P3升高的瞬时阀杆二15来不及动作，腔体二C2内的水压P2也相应升高，推动阀杆二15向下运动，阀口V增大，节流作用减弱，腔体二C2内的水压随之降低，直至P2恢复至原值，使△P=P1-P2保持不变；反之亦然。由上述自动调节过程可知，阀门工作时，不管进、出口压力如何变化，由于定差减压阀对节流孔H进行压力补偿，使节流孔H前后的压差保持不变，故能维持稳定的流量，使被控环境的温度基本不变。

孔H两端的压差值可以通过调节弹簧17的预压力来设定，转动调节螺杆25，即能使调节螺套24 上下移动，从而达到调节弹簧17的预压力。

下面对节流孔H两端的压差值△P进行计算：因为阀杆二15运动时的摩擦力和阀杆二15、密封座36、弹簧座18、压板29等重量相对弹簧的预压力很小，在计算时可忽略不计，因此膜片22 受力平衡方程式为：

P1*S=P2*S+K(Xo+X)

即 △P=P1-P2= KXo/S+ K X/S……（1）

式中 P1—节流孔H前的压力

P2—流孔孔H后的压力

S—膜片22的有效作用面积

K—弹簧刚度

Xo—设定压差下弹簧17的压缩量

X—孔H前后水压发生波动时弹簧的附加变动量

由于设计中采用较大的膜片面积S，较小的弹簧刚度K，较大的压缩量Xo，并且孔H前后水压变化时弹簧的附加变动量X很小，因此KX/S也可忽略不计，（1）式可简化为△P=P1-P2 =KXo/S=F/S……（2）

式中 F=KXo即为弹簧17的预压力。