一种具有流量稳定和信号输出功能的球阀及其方法

本发明涉及球阀领域，尤其是涉及一种具有流量稳定和信号输出功能的球阀及其方法。

背景技术：

1、球阀是指一种启闭件为带孔圆形球体的阀门，利用球体围绕阀杆轴线的旋转来达到启闭阀门、调节流量等目的。球阀种类繁多，按照结构分类可大致分为o型球阀和v型球阀两类，v型球阀其特点在于其阀芯处带有特殊设计的v型缺口，能很好的截切进入的流体以及控制出口流量，具有良好的近似等百分比流量特性，可调比范围广。所以相较于普通球阀，v型球阀更重视其调节的功能。

2、正由于其良好的调节性能，v型球阀已在一些需要精确调节需求的工况下得到了广泛的应用。随着使用v型球阀的工业场景越来越多，阀门领域对v型球阀的调节功能也提出了更多的考验。比如，在入口处流量波动的情况下，若要实现阀后流量的稳定，需要通过手动控制的方式调节v型球阀的开度，很多情况下无法及时并准确地稳定阀后流量，带来工程上的不便。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有流量稳定和信号输出功能的球阀及其方法，能够解决现有技术中无法稳定阀后流量的问题。本发明还能够在工况实际所需的不同开度下实现阀后流量的稳定，并通过电信号输出阀门流量稳定情况。

2、本发明所采用的具体技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种具有流量稳定和信号输出功能的球阀，包括阀体、球体、阀座、顶盖、阀杆和电磁装置；

4、所述阀体内具有安装球体的腔室，顶部通过顶盖实现静密封；所述腔室的一侧与进口流道连通，另一侧通过阀座与出口流道连通；所述球体顶部与阀杆固定连接，阀杆上部穿过顶盖且两者之间构成动密封，阀杆能带动球体转动以与阀座配合改变出口流道的流量大小；所述球体为中部挖空的半球形结构，靠近进口流道的一端进行切削设计，靠近出口流道的一端设有与阀座配合的u型缺口；所述切削设计包括左右两部分，左部分为初始状态下正对进口流道的弧形面，右部分向内切削以改变球体重心，使进口流体作用在所述弧形面上的冲击力能令球体旋转；位于阀体外部的阀杆上设置有电磁装置，电磁装置用于控制阀杆转动以及识别进口压力变化产生的偏转。

5、作为优选，所述顶盖为圆盘型结构，圆心处留有孔洞，孔洞用于与阀杆相配合安装；顶盖上端压紧设有用于竖向限位的牵制环，顶盖与牵制环之间通过螺钉固定配合。

6、作为优选，所述顶盖与阀体之间通过四合环、压垫和阀盖密封圈实现静密封。

7、作为优选，所述进口流道的末端设有一段倾斜流道，倾斜流道的轴线指向弧形面；进口流道和出口流道均水平设置。

8、作为优选，所述顶盖与阀杆之间的空隙填充有阀杆填料以实现动密封，阀杆填料上下两端分别由填料压盖和填料托盘进行固定，填料压盖和填料托盘均套设在阀杆上。

9、进一步的，所述电磁装置包括第一固定件、磁铁和第二固定件；所述磁铁套设于阀杆外周，包括上方与阀杆轴向平行的筒状部和下方与阀杆轴向垂直的环状部，磁铁沿轴向平分为磁铁n极和磁铁s极；所述环状部通过若干螺钉固定于填料压盖上，环状部与阀杆之间具有间隔；所述阀杆被环状部包围部分沿周向均匀分布有若干偶数个柱形凸起，柱形凸起与环状部之间具有间隔；柱形凸起分为沿周向交替设置的第一固定件和第二固定件，第一固定件上沿径向缠绕有通电导线，第二固定件上沿径向缠绕有不通电导线；沿周向相对180°的两个柱形凸起为一组且接有同根导线以形成闭合回路，同一组的通电导线外接可调直流电源，同一组的不通电导线外接传感器。

10、更进一步的，所述柱形凸起的轴向与阀杆的轴向平行且，柱形凸起的径向横截面为大端朝外的梯形。

11、作为优选，所述球体上端开有一正方形凹槽，正方形凹槽四周设有圆角方便配合；阀杆下端部为正方形凸起，与球体上端的正方形凹槽过盈配合连接固定，使得球体可与阀杆一起旋转。

12、作为优选，所述球体下端与阀体连接处设有阀座垫圈，阀座垫圈中部设有阀杆轴承，阀杆轴承的两端分别与阀体和球体转动连接；球体的上下端连线与阀杆和阀杆轴承的轴线重合。

13、第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述具有流量稳定和信号输出功能的球阀的控制方法，具体如下：

14、初始状态下，流体通过进口流道流入阀内腔，后通过出口流道流出；根据实际工况所需要的出口流量，调节阀杆至对应的开度，获得实际所需的出口流量；由于进口流道处流出的流体将会给予弧形面冲击力，此流体力会产生使得球体旋转的力矩；在阀杆上端的电磁装置中，设有磁铁和能产生径向电流的导线，磁铁磁场中的磁感线与导线中的电流垂直，产生安培力，该安培力也会产生使得阀杆旋转的力矩；此时，流体力作用在球体上的力矩、电磁装置激发的安培力力矩以及阀杆与顶盖之间的转动摩擦力力矩相平衡，球阀在进口流量压强不变的情况下实现稳定，出口流量稳定不变；

15、在进口流道的流体压强突然变大时，通过进口流道作用在弧形面的流体力增大，原有的力矩平衡被打破；球体连带阀杆将会旋转，旋转一定角度后，弧形面接受流体冲击的面积减小，作用在弧形面上的流体力随之减小，球体会再次平衡；此时由于进口流动压强增大产生的实际效果是球体产生了一定角度的偏转，这使得球体另一侧的u型缺口也产生偏转，这种旋转会产生流体流出面积减小的效果；在进口流动压强增大时，流体流出口的面积减小，从而使阀门出口流量稳定；

16、在进口流道的流体压强突然变小时，通过进口流道作用在弧形面的流体力减小，原有的力矩平衡被打破；球体连带阀杆将会旋转，旋转一定角度后，弧形面接受流体冲击的面积增大，作用在弧形面上的流体力随之增强，球体会再次平衡；此时由于进口流动压强减小产生的实际效果是球体产生了一定角度的偏转，这使得球体另一侧的u型缺口也产生偏转，这种旋转会产生流体流出面积增大的效果；在进口流动压强减小时，流体流出口的面积增大，从而使阀门出口流量稳定；

17、在不同工况下，可以通过调整电磁装置中的电流大小，使得球阀在任意开度下能够稳定阀后流量；在不同的阀门开度与进口流量下，弧形面上的流体力不同，通过调整电磁装置中的电流大小，令产生的安培力力矩能使球体在某一开度下平衡；

18、当所述球阀进口压强变化时，球体会带动阀杆发生旋转，阀杆上端第一固定件上缠绕的不通电导线在磁铁形成的磁场中切割磁感线，产生感应电动势，继而产生感应电流，被闭合回路中的传感器识别；由此，所述球阀在进口压力变化时所产生的球体旋转情况，可以通过电信号进行识别，实现调节信号输出。

19、本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

20、1)本发明的球阀可以在阀前流量变化的情况下，维持阀后流量的稳定，并且可以适用于不同的调节开度，仅需调节电磁装置中的安培力。这能够解决工况变化时出口流量变化的难题，进一步提高球阀的调节稳定性。

21、2)本发明的球阀可以在阀杆旋转时同时产生电信号，帮助操作人员及时获知阀门运作情况，提高了阀门运行时的稳定性与安全性。

技术特征：

1.一种具有流量稳定和信号输出功能的球阀，其特征在于，包括阀体(1)、球体(2)、阀座(3)、顶盖(4)、阀杆(5)和电磁装置(8)；

2.根据权利要求1所述的一种具有流量稳定和信号输出功能的球阀，其特征在于，所述顶盖(4)为圆盘型结构，圆心处留有孔洞，孔洞用于与阀杆(5)相配合安装；顶盖(4)上端压紧设有用于竖向限位的牵制环(6)，顶盖(4)与牵制环(6)之间通过螺钉固定配合。

3.根据权利要求1所述的一种具有流量稳定和信号输出功能的球阀，其特征在于，所述顶盖(4)与阀体(1)之间通过四合环、压垫和阀盖密封圈实现静密封。

4.根据权利要求1所述的一种具有流量稳定和信号输出功能的球阀，其特征在于，所述顶盖(4)与阀杆(5)之间的空隙填充有阀杆填料以实现动密封，阀杆填料上下两端分别由填料压盖(7)和填料托盘进行固定，填料压盖(7)和填料托盘均套设在阀杆(5)上。

5.根据权利要求1所述的一种具有流量稳定和信号输出功能的球阀，其特征在于，所述进口流道的末端设有一段倾斜流道(9)，倾斜流道(9)的轴线指向弧形面(15)；进口流道和出口流道均水平设置。

6.根据权利要求4所述的一种具有流量稳定和信号输出功能的球阀，其特征在于，所述电磁装置(8)包括第一固定件(10)、磁铁和第二固定件(14)；所述磁铁套设于阀杆(5)外周，包括上方与阀杆(5)轴向平行的筒状部和下方与阀杆(5)轴向垂直的环状部，磁铁沿轴向平分为磁铁n极(12)和磁铁s极(13)；所述环状部通过若干螺钉(11)固定于填料压盖(7)上，环状部与阀杆(5)之间具有间隔；所述阀杆(5)被环状部包围部分沿周向均匀分布有若干偶数个柱形凸起，柱形凸起与环状部之间具有间隔；柱形凸起分为沿周向交替设置的第一固定件(10)和第二固定件(14)，第一固定件(10)上沿径向缠绕有通电导线，第二固定件(14)上沿径向缠绕有不通电导线；沿周向相对180°的两个柱形凸起为一组且接有同根导线以形成闭合回路，同一组的通电导线外接可调直流电源，同一组的不通电导线外接传感器。

7.根据权利要求6所述的一种具有流量稳定和信号输出功能的球阀，其特征在于，所述柱形凸起的轴向与阀杆(5)的轴向平行且，柱形凸起的径向横截面为大端朝外的梯形。

8.根据权利要求1所述的一种具有流量稳定和信号输出功能的球阀，其特征在于，所述球体(2)上端开有一正方形凹槽，正方形凹槽四周设有圆角方便配合；阀杆(5)下端部为正方形凸起，与球体(2)上端的正方形凹槽过盈配合连接固定，使得球体(2)可与阀杆(5)一起旋转。

9.根据权利要求1所述的一种具有流量稳定和信号输出功能的球阀，其特征在于，所述球体(2)下端与阀体(1)连接处设有阀座垫圈，阀座垫圈中部设有阀杆轴承，阀杆轴承的两端分别与阀体(1)和球体(2)转动连接；球体(2)的上下端连线与阀杆(5)和阀杆轴承的轴线重合。

10.一种利用权利要求1～9任一所述具有流量稳定和信号输出功能的球阀的控制方法，其特征在于，具体如下：

技术总结
本发明公开了一种具有流量稳定和信号输出功能的球阀及其方法，涉及球阀领域。装置包括阀体、球体、阀座、顶盖、阀杆和电磁装置；球体为中部挖空的半球形结构，靠近进口流道的一端进行切削设计，靠近出口流道的一端设有与阀座配合的U型缺口；位于阀体外部的阀杆上设置有电磁装置，电磁装置用于控制阀杆转动以及识别进口压力变化产生的偏转。本发明的球阀可以在阀前流量变化的情况下，维持阀后流量的稳定，并且适用于不同的调节开度。在球阀进行调节时，还可以及时输出电信号。这能够解决工况变化时出口流量变化的难题，进一步提高球阀的调节稳定性。

技术研发人员：钱锦远,盛侃,林振浩,张深哲,金志江
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/30