一种用于压力流体管网的大口径球阀的制作方法

1.本发明涉及较高压力的流体管网设备领域，更具体地，涉及一种用于压力流体管网的大口径球阀。


背景技术：

2.目前应用在高压力的流体管网等类似场合的大口径球阀，都是采用固定球芯式的结构形式，他们一般是由阀壳和球芯、密封座、密封圈等部分组成，通过球芯绕其中心线90度旋转，实现了阀门的全开或全关，但球阀均不具备流体流量调节的功能。球阀对管道流体介质的密封，依靠安装在密封座上的密封圈，与球芯表面的紧密结合形成的软密封来实现的。也有完全硬密封的球阀，但因为成本较高，主要使用在高温和较重要的场合。
3.现有技术的固定式球阀，均同时采用两套系统获得球芯表面与密封圈之间的密封力，第一种办法是在密封座和内侧阀壳之间，设置多个沿圆周设置的密封弹簧，依靠这些密封弹簧的弹力，令密封座贴紧住球芯表面，这种密封力在本文中被称为第一密封力；第二种办法是经过一系列合适的结构设计，让密封座前、后的压力差，变为推动密封座贴紧住球芯表面的推力，实现密封圈贴紧球芯表面，这种密封力在本文中被称为第二密封力。如属于这种结构系统的双活塞效应式球阀密封系统，就可以实现球阀在输送管道的上游或下游方向安装时，均可以有一定密封力输出，且球阀无需调整安装方向。
4.在第一种系统中所使用的密封弹簧，其所产生弹力的大小在球阀总装完成后即被确定。如果弹簧初始预紧力被设置的太大，密封性虽然较好但却非常容易造成球芯在转动时被卡死，甚至会进一步造成密封圈被损坏，球阀即刻开始内漏；但如果弹簧初始预紧力被设置的太小，则容易在球阀投入使用后将很快就出现内漏现象，因此在第一种系统结构的条件下，密封性和球芯转动时不易卡死就成为相互矛盾的要求。另外这些密封弹簧会老化，导致密封力也不断缩小，经过一段时间后，球阀的密封性会逐步下降；且弹簧老化还存在速度不一致的问题，容易在密封面的某些点处出现泄漏；对于这些密封弹簧弹力会出现变化或变化的不一致，目前还没有合适的补偿、恢复、调整等措施。
5.在第二种结构系统中，采用在该领域算是比较优秀的双活塞效应式球阀密封系统为例进行说明，这种系统结构，决定了其密封能力完全取决于密封座前后流体压力的差值，如果密封座前后流体压力差过小，由该密封方式所产生的第二密封力就会急速下降。
6.另外在实际应用场景中，如果球阀较长时间内没有转动过，密封圈和球芯表面就容易形成粘连现象，此时突然转动球芯，要么转不动，要么强行加大转动力矩，又会可能造成密封圈甚至球芯表面的损伤。例如在大型油气库的管理条例中，要求比较重要的、较大口径的分隔球阀，必须在每隔一段时间后，选择在管网流量较低时尝试转动球芯15
°
左右后再转回原位置，以确定在需要紧急关闭球阀时，却发现球芯被卡死而无法转动的现象。
7.在大口径的固定式球阀上，一般也都设置了密封脂加注系统做为辅助密封系统，但因为密封脂出口是设置密封圈旁边，导致完全依靠密封脂的封堵作用，去堵塞密封圈密封不严的地方，实际使用效果不佳。
8.在高压流体管道的使用环境下，大口径球阀的球芯表面粗糙度越低，密封性就越好，球芯的转动也更加容易，但这样高品质的球芯就需要更高品质的材料和更高的加工精度，这些情况均会造成此类球阀的制造成本就越高。故能否通过改变此类球阀的综合整体设计，在保证球阀密封性、可操作性、使用寿命的前提下，降低高压力和大口径球阀的使用成本和制作成本，就成为一个极具现实意义的研究方向和课题。


技术实现要素：

9.本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种应用在较高压力流体管网环境下、较大口径的新型球阀方案，目的为：1)彻底解决球芯抱死故障的发生，确保球阀在紧急的时候，可以顺利的开启或关闭；同时也保证了在球芯转动的过程中，确保球阀密封圈完好，从而保证了球阀的密封性能；2)保证阀门在组装完成后或安装到管道上后，依然可以根据实际情况，随时可以对球阀的密封力进行精确、合适的调整，从而确保阀门的密封性，延长阀门的使用寿命。
10.本发明采取的技术方案是，一种大口径球阀，除了保留现有球阀已有的球芯和阀壳、密封座、密封座弹簧、密封条、密封圈等部件外，在阀壳与密封座之间增设了伸缩组件。该伸缩组件可以按控制系统的要求向后收缩，让密封座上的密封圈与球芯表面离开一定的距离；伸缩组件也可以按控制系统的要求向前伸长，让密封圈与球芯表面贴合的更加紧密。
11.伸缩组件由多个伸缩件和一个圆环形的伸缩件基座组成；伸缩件基座固定安装在球阀阀壳内侧的合适位置处；伸缩件均沿圆周方向、均匀的嵌入布置在伸缩件基座上。
12.上所述的每个伸缩件均包括可以前后伸缩的伸缩杆，和固定在所述伸缩件基座上的伸缩杆驱动设置；在阀壳外侧，还设置有伸缩杆驱动设置控制信号入口；每个伸缩件均与阀壳之间有可靠的密封，确保管道流体不会从伸缩杆驱动设置控制信号入口外溢。
13.伸缩件可以选择电动丝杆装置，或气动装置、或油动装置、或直线电机、或电磁驱动等装置中的一种。
14.当球芯需要转动时，伸缩件接控制系统要求，向后收缩时拖动密封座，最好是让密封圈与球芯表面离开一定的间隙距离后，球芯才开始转动，这样即可以彻底杜绝球芯卡涩、密封圈遭到破坏的情况。
15.当球阀处于全关或全开的状态、且不再转动时，伸缩组件接控制系统要求，向前伸长推动密封座，让密封圈与球芯表面贴合的更加紧密，即伸缩组件还可以提供一种密封圈和球芯表面的密封力，这种密封力在本文中被称为第三密封力；且该密封力可以通过改变伸缩杆驱动装置输出的大小，对第三密封力的大小进行精确的调控。
16.在密封座与伸缩件基座之间，设置有一条圆环形的密封条；结合密封座是两台阶状环形结构，伸缩件基座是三台阶状环形结构，再配合上所述的密封座弹簧，四者通过相互配合，组成了双活塞效应式球阀密封系统；该系统可以把密封圈前后的流体压力差，转换为一种密封圈和球芯表面之间的密封力，这种密封力属于第二密封力。
17.新球阀还设置了新型的密封脂加注系统做为辅助的密封系统。该系统包括设置在阀壳外侧处的密封脂入口、设置在密封座内的密封脂通道和密封脂出口、设置在密封脂入口和密封脂通道之间的密封脂流通软管等四个部分；上所述的密封座上设置的密封圈，处于在密封脂出口正上方位置。
18.密封脂具有合适的压力，该密封脂从密封脂入口进入密封脂流通软管、密封脂通道，最后从密封脂出口流出；此时密封脂的压力，转变为推动密封圈向球芯表面垂直方向上运动的推力，该推力最终变为一种密封圈和球芯表面之间的密封力，这种密封力在本文中被称为第四密封力；改变密封脂的压力，即可以精确调控第四密封力的大小。
19.该密封脂加注系统，还能从一定程度上解决因为密封圈损伤、球芯表面损伤后所造成的内漏问题。
20.在实际使用场景中，如果前三种密封力所形成的总密封力已经满足工作要求，密封脂加注系统尽量不投入工作。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果为：伸缩组件的设置，让球阀更好的开启或关闭，伸缩组件可以让球芯需要转动时，能让密封圈和球芯表面脱离接触，从而彻底解决了球芯在需要转动时却出现卡涩、加大转动力度又很容易造成密封圈损伤的情况。伸缩组件同时还可以在前伸的时候，可在已存在的第一密封力、第二密封力之外，再提供一种大小可以精确调整的的第三密封力。另外密封脂加注系统也能还再提供一种大小可以精确调整的的第四密封力，它们的结合就能使得球阀的总密封力，能够一直处于一种合适的、合理的范围内，进而保证了球阀的密封性能和使用寿命。
22.新球阀的技术方案条件下，在保证同样密封性能、使用寿命的条件下，极大提高了球阀的整体使用寿命，也提高了球阀使用的方便性、经济性；对球芯表面粗糙度的要求也下降的不少，故也降低了球阀制造的制造成本。
附图说明
23.图1为本发明的局部放大剖面图的示意图。
24.附图标识说明：球芯100，阀壳110，密封座120，密封圈130，密封条140，密封座弹簧150，伸缩组件200，螺母210，伸缩杆220，驱动装置230，伸缩件240，伸缩件基座250，驱动装置控制信号入口260，密封脂加注系统300，密封脂入口310，密封脂流通软管320，密封脂通道330，密封脂出口340，阀门传动装置400。
具体实施方式
25.本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
26.实施例1
27.如图1所示，本实施例中，所述伸缩组件200包括螺母210，伸缩杆220，驱动装置230，伸缩件基座250，驱动装置控制信号入口260等五个部分，且所述密封座弹簧150也成为伸缩组件200一部分。螺母210、伸缩杆220和驱动装置230共同组成了伸缩件240；伸缩杆220顶部的螺纹杆部分，穿过所述密封座120上的孔洞后，螺母210安装在该螺纹杆处；密封座弹簧150套在伸缩杆220上部的较小直径处；伸缩件240有多个，均沿圆周方向，均匀嵌入安装在伸缩件基座250上专门留下的孔洞中；伸缩件基座250是一个圆环形的金属构件，过盈固定安装在阀壳110内侧的合适位置；在阀壳110上，设置有驱动装置控制信号入口260；所述伸缩件240均与所述阀壳110、伸缩件基座250之间均有可靠的密封，确保管道流体不会从伸
缩杆驱动设置控制信号入口260处外溢。
28.受驱动装置230的驱动，伸缩杆220可以做向前伸或向后缩的轴向运动。
29.当球芯100需要转动时，驱动装置230接到控制系统的命令，伸缩杆220开始做轴向的后缩运动，同时控制系统也命令密封脂加注系统300的密封脂压力降到0。
30.所述密封座120因为被螺母210所制约，也一起随伸缩杆220向后运动，这直接导致处于密封座120上的密封圈130，与球芯100表面之间逐渐脱离接触直到彻底脱离，此时球阀的总密封力变为0。
31.当密封圈130与球芯100表面之间彻底脱离后，伸缩杆220继续做轴向的后缩运动，直到二者之间的间隙达到了球阀设置的距离时，此时伸缩杆220停止做轴向的后缩运动。
32.当密封圈130与球芯100表面之间的距离球阀设置值后，球芯就可以开始转动。此时将彻底解决了因密封圈130与球芯100表面之间发生粘连导致球芯100被卡涩、加大转动力矩又会导致密封圈130被损坏的问题；密封圈130与球芯100表面也都得到了良好的保护。
33.此时用于转动球芯的力矩也将变得很小，且该力矩的大小也将非常确定，这给转动机构的选择、现场实操工作，均带来便利，且降低了球阀的制造成本。
34.当球芯100转动到全关或全开的位置时，驱动装置230接到控制系统的命令、伸缩杆220开始做轴向的前伸运动，所述密封座弹簧150因为被伸缩杆220下部直径较大的之顶部端面所推动开始压缩，密封座弹簧150所产生的压缩力也被传递到密封座120上，导致密封座120一起随伸缩杆220向前运动，这直接导致处于密封座120上的密封圈130，与球芯100表面之间的间隙距离逐渐变小趋向于0，直到二者完全接触并逐步由密封座弹簧150的压缩弹力产生出第一密封力。
35.当第一密封力出现后，由密封座120、伸缩件基座250、密封条140、密封座弹簧150组成的双活塞效应式球阀密封系统，即同时开始起作用，将密封圈130前后的流体压力差，被该系统转换为第二密封力。
36.当伸缩杆220继续做轴向前伸运动、使得密封座弹簧150被压缩到极限后，第一密封力达到极值；此时当伸缩杆220继续做的轴向前伸动作，将在密封圈130和球芯100表面之间产生一个第三密封力；该第三密封力的上限，决定于驱动装置230的驱动能力。
37.如图1所示，本实施例中，所述密封脂加注系统300，包括设置在阀壳110外侧处的密封脂入口310、设置在密封座120内的密封脂通道330、密封脂出口340、连接在密封脂入口310和密封脂通道330之间的密封脂流通软管320等四个部分；上所述的密封座120上设置的密封圈130，处于在密封脂出口340正上方位置。
38.当由第一密封力、第二密封力、第三密封力所组成的球阀总密封力已经到达极限、但球阀依然存在泄漏问题时，可以投入所述密封脂加注系统300生成第四密封力。即从密封脂入口310，注入压力合适的密封脂，经由密封脂流通软管320、密封座120上的密封脂通道330、密封座出口340，最终密封座压力转变为从推动密封圈130朝球芯100方向上运动的推力，最终转变为作用在密封圈130和球芯100表面之间的第四密封力。
39.密封脂加注系统300还有一种其他三种密封力所不具备的能力，即该系统能够在一定程度上解决因密封圈130损伤、球芯100表面损伤后所造成的内漏问题。
40.在实际使用场景中，如果前三种密封力所形成的总密封力已经满足工作要求，密封脂加注系统300尽量不投入工作。
41.实施例2
42.一种大口径球阀，包括球芯100、阀壳110和阀门传动装置400，所述球芯100与所述阀壳110之间设有密封座120，其中，所述阀壳110与所述密封座120之间设有伸缩组件200，所述伸缩组件200控制所述密封座120与所述球芯100的靠近或远离；所述阀门传动装置400活动连接于阀壳110上。
43.一种大口径球阀，其中，所述阀壳110设有密封脂入口310，所述密封座120包括密封脂出口340和密封圈130，所述阀壳110与所述密封座120和所述球芯100之间设有密封脂流通软管320，所述密封脂流通软管320设于所述密封脂通道340中，所述密封脂通道330一端与所述密封脂入口310连通，另一端与所述密封脂出口340连通；所述密封脂流通软管320配合控制所述密封座120与所述球芯100的密封或脱离密封，所述密封圈130与所述球芯100和所述密封脂出口340密封接触或脱离密封接触。
44.一种大口径球阀，其中，所述阀壳110包括伸缩件基座250，所述伸缩件基座250与所述密封座120形成活动间隙；所述伸缩件基座250呈三级台阶状环形结构，所述密封座120呈两级台阶状环形结构，所述伸缩件基座250靠近阀壳110侧的台阶与所述密封座120远离阀壳110侧的台阶形成密封空间；所述密封条140在所述密封空间内运动；所述密封空间的大小随所述伸缩组件200的运动而变化以维持所述密封座120与所述伸缩件基座250的气密性。
45.一种大口径球阀，其中，所述阀壳100包括伸缩件基座250，所述阀壳110还包括驱动装置控制信号入口260，所述伸缩件基座250固定连接于所述阀壳110上，所述伸缩件基座250通过所述驱动装置控制信号入口260与阀壳110外连通，所述伸缩组件200通过所述驱动装置控制信号入口260与电连接。
46.一种大口径球阀，其中，所述伸缩组件200包括多个，多个伸缩组件200环绕设置于所述密封座120和所述阀壳110之间。
47.一种大口径球阀，其中，所述伸缩组件200包括伸缩杆220，设置在伸缩杆220上的螺母210、密封座弹簧150和设置在阀壳110上的驱动装置230；所述伸缩杆220与所述密封座120活动连接，所述螺母210与所述密封座120形成卡合连接，所述密封座弹簧150与所述密封座120形成弹性连接；所述驱动装置230驱动所述伸缩杆220的伸缩。
48.一种大口径球阀，其中，所述伸缩组件200为电动丝杆装置或气缸推杆装置。
49.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。