技术领域
[0001] 本
发明涉及一种阀
门,更具体地说它涉及一种密封可靠启闭扭矩小的气动
球阀。
背景技术
[0002] 气动球阀是一种使用十分广泛的阀门，其结构通常包括具有阀腔的球
阀体、置于阀腔内部的球体、与球体联动连接的阀杆以及置于球阀体与球体之间的
阀座，所述阀杆部分露置于球阀体外部，球阀体外部设有驱动阀杆旋转的气动装置，气动装置在气源提供高压气体的作用下通过阀杆带动球体的90°旋转使球阀达到开启和关闭的切换。传统固定球阀的阀座密封结构及受
力分析如图1、2所示，图中1A是球体，2A是阀座
密封圈，3A是阀座，4A是
弹簧，5A是球阀体，6A是球阀体与阀座之间的密封，球体与阀座密封圈之间的密封通常是依靠弹簧的预紧力以及作用在阀座背后的介质力这两个力的合力。通常弹簧的预紧力仅仅是为了确保球体与阀座密封圈的紧密贴合，即起到初始的密封作用。阀座的截面相当于一个
活塞，通过改变阀座的设计可以改变作用在阀座上介质力的大小，增大阀座的差压面积可以增大介质的推力。为了提高球阀的球体与阀座密封圈之间的
密封性能，通过加大作用在阀座背后的介质力即可以实现。然而，作用在阀座背后的介质力越大，球体与阀座密封圈之间的贴合力越大，他们之间的
摩擦力也越大，开启阀门时就需要更大的操作力，或者需要更大的驱动机构。另外，当球体与阀座密封圈之间的密封力过大时，在开启阀门时容易引起阀门密封面的损坏，特别是当介质中含有固体颗粒时，更容易损坏。总之，从提高阀座密封性能的
角度看，需要增大阀座背后的介质推力，但是，从减少阀门的启闭扭矩以及防止密封面的损坏的角度看，需要减少阀座背后的介质推力，因此，这是一对矛盾，该矛盾长期困扰着球阀的设计。
发明内容
[0003] 针对
现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种密封可靠且启闭扭矩小的气动球阀。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种密封可靠启闭扭矩小的气动球阀，包括具有阀腔的球阀体、置于阀腔内部的球体、与球体联动连接的阀杆以及置于球阀体与球体之间的阀座密封机构，阀腔两侧分别与进口通道和出口通道联通，所述阀杆部分露置于球阀体外部，球阀体外部设有驱动阀杆旋转的气动装置，其特征在于：所述阀座密封机构包括环状阀座组件和三通换向阀，所述球阀体内腔壁设有开口朝向球体的环状阀座组件腔，所述阀座组件相对球体可滑动地设置在环状阀座组件腔中，所述阀座组件与环状阀座组件腔气密配合构成类似活塞结构，所述球阀体背向球体的一侧设有预紧弹性件，所述球阀体上设有与阀座组件背向球体一侧的环状阀座组件腔导通连接的阀座腔通道，所述三通换向阀的三个
接口分别与阀座腔通道、进口通道及出口通道联通，在气动球阀关闭状态下，所述进口通道经过三通换向阀与所述阀座腔通道联通，在气动球阀开启时，所述阀座腔通道经过三通换向阀与出口通道联通；所述气动球阀还设有压力控制换向阀，所述压力控制换向阀串接在气动装置的供气气源管路中，所述压力控制换向阀为常闭状态，当出口通道的压力与环状阀座组件腔的压力差达到设定值，压力控制换向阀开通。
[0005] 通过采用上述技术方案，当球体处在关闭
位置即球阀关闭时，为了确保阀门可靠密封，操纵三通换向阀，使阀座腔通道与进口通道联通而与出口通道断开，此时，阀门进口侧较高压力的介质进入到环状阀座组件腔，介质压力推动阀座组件贴向球体，从而形成严密的密封。当需要开启时，首先切换三通换向阀，使阀座腔通道与出口通道联通而与进口通道断开，此时，环状阀座组件腔内的压力与阀门出口侧较低的压力相同，阀座组件两侧的压力基本平衡，阀座组件贴向球体的压力仅来自于预紧弹性件，而预紧弹性件的弹性预紧力通常较小，此时，阀座组件对球体的压力和密封力很小，密封面的摩擦力也很小，因此可以采用较小扭矩力开启球阀，即可以选用较小的气动装置开启阀门，减小了阀门的体积，降低了成本；另外，由于在开启阀门时，阀座组件与球体的密封力很小，因此，不容易引起球体密封面的损坏，延长了使用寿命，解决了启闭扭力和球阀密封性能之间的矛盾。此外，其中压力控制换向阀的通断由阀门出口通道的压力与环状阀座组件腔的压力差值来决定，当两者压力差大于某一设定值时，表明环状阀座组件腔与阀门的进口通道连通，而且阀门进、出口通道的压差较大，此时阀座组件与球体紧密贴合，此时压力控制换向阀断开，即气动装置与气源断开，因此无法通过气动装置进行阀门的
开关动作，防止在阀座组件与球体之间摩擦力大的时候通过气动装置开启球阀造成对密封面的损伤；而当两者的压差小于某一设定值时，表明环状阀座组件腔与阀门出口通道连通或者阀门进、出口通道的压力差较小，此时阀座组件与球体之间密封力和摩擦力较小，此时压力控制换向阀导通，即气动装置与气源接通，因此可以通过气动装置进行阀门开关的动作，这样就提高了保险系数，防止误操作带来对球阀的损害。
[0006] 本发明进一步设置为：所述环状阀座组件腔为截面近似矩形的环形凹槽构成，所述阀座组件包括截面形状与环形凹槽截面相配的环状阀座本体和嵌设在环状阀座本体上的阀座密封圈，所述环状阀座本体的内外环形
侧壁上均设有密封环与环状阀座组件腔的侧壁密封
接触构成所述活塞结构，所述阀座密封圈的密封面与球体相贴，所述环状阀座本体与设有阀座密封圈相背的面上均匀设有多个弹簧容腔，所述弹簧容腔中设有
压缩弹簧构成所述预紧弹性件；所述球阀体上靠近环状阀座组件腔的位置设有与环形凹槽底部联通的管道构成所述阀座腔通道。
[0007] 通过采用上述结构的环状阀座组件腔和阀座组件，结构比较简单，制作方便。
[0008] 本发明更进一步设置为：所述三通换向阀与进口通道和出口通道联通的管路中设有过滤装置。
[0009] 为了避免管路系统中的
流体介质含有的固体杂质进入到三通换向阀以及环状阀座组件腔体中，通过采取在三通换向阀与进口通道和出口通道联通的管路中设有过滤装置或活塞机构，能有效地防止固体杂质进入到三通换向阀以及环状阀座组件腔体中。
附图说明
[0010] 图1为现有球阀阀座部位结构剖视图；
[0011] 图2为现有球阀阀座部位受力示意图；
[0013] 图4为本发明具体实施例设有活塞时部分结构示意图；
[0014] 图5为本发明半球阀具体实施例结构示意图；
[0015] 图6为本发明具体实施例压力控制换向阀结构示意图；
具体实施方式
[0016] 如图3所示，密封可靠启闭扭矩小的气动球阀，包括具有阀腔的球阀体1、置于阀腔内部的球体2、与球体2联动连接的阀杆3以及置于球阀体1与球体2之间的阀座密封机构，阀腔两侧分别与进口通道4和出口通道5联通，所述阀杆3部分露置于球阀体1外部，球阀体1外部设有驱动阀杆3旋转的气动装置6，所述阀座密封机构包括环状阀座组件和三通换向阀7，所述球阀体1内腔壁设有开口朝向球体2的环状阀座组件腔8，所述阀座组件相对球体2可滑动地设置在环状阀座组件腔8中，所述阀座组件与环状阀座组件腔8气密配合构成类似活塞结构，所述球阀体1背向球体2的一侧设有预紧弹性件9，所述球阀体1上设有与阀座组件背向球体2一侧的环状阀座组件腔8导通连接的阀座腔通道10，所述三通换向阀7可以是手动换向，也可以是电磁换向阀，所述三通换向阀7的三个接口分别与阀座腔通道10、进口通道4及出口通道5联通，在阀门关闭状态下，所述进口通道4经过三通换向阀7与所述阀座腔通道10联通，在阀门开启时，所述阀座腔通道10经过三通换向阀7与出口通道5联通；所述气动球阀还设有压力控制换向阀11，所述压力控制换向阀11串接在气动装置6的供气气源管路中，所述压力控制换向阀11为常闭状态，当出口通道5的压力与环状阀座组件腔8的压力差达到设定值，压力控制换向阀11开通。如图3所示，本具体实施例中，所述环状阀座组件腔8为截面近似矩形的环形凹槽构成，所述阀座组件包括截面形状与环形凹槽截面相配的环状阀座本体12和嵌设在环状阀座本体12上的阀座密封圈13，所述环状阀座本体12的内外环形侧壁上均设有密封环14与环状阀座组件腔8的侧壁密封接触构成所述活塞结构，所述阀座密封圈13的密封面与球体2相贴，所述环状阀座本体12与设有阀座密封圈13相背的面上均匀设有多个弹簧容腔15，一般3-6个即可，所述弹簧容腔15中设有压缩弹簧，压缩弹簧的自由长度略长于弹簧容腔15的深度，两端分别抵在弹簧容腔15和环形凹槽的底部构成所述预紧弹性件9。所述预紧弹性件9也可以为其他弹性材料构成，如
橡胶，考虑到弹簧的弹性変量较大、活动灵活，本实施例优选。为了防止环状阀座本体12脱落，在所述环状阀座组件腔8的开口处优选设有环形
压板17；所述球阀体1上靠近环状阀座组件腔8的位置设有与环形凹槽底部联通的管道构成所述阀座腔通道10。考虑到在某些工况下，管路系统中的流体介质含有固体杂质，为了避免杂质进入三通换向阀7和环状阀座组件腔8中导致不能正常工作，如图3所示，所述三通换向阀7与进口通道4和出口通道5联通的管路中设有过滤装置或活塞装置19，通过活塞装置19中活塞的左右平衡移动，使环状阀座组件腔8能够根据需要与阀门进口端或出口端的压力平衡，同时有效的防止固体杂质进入到三通换向阀7以及环状阀座组件腔8中。压力控制换向阀11可以有多种方式实现，如图6所示，本具体实施例中压力控制换向阀11的结构类似
截止阀，包括换向阀体26、阀盖21、阀瓣27和换向阀杆。所述阀盖21上方一体设有一个活塞腔，换向阀杆25上端穿入活塞腔中，上端部固定连接一活塞将活塞腔分割成阀盖21上活塞腔22和下活塞腔23，穿入活塞腔中部分的换向阀杆25上套设有调压弹簧20，压力控制换向阀11的进口与气源24连接，出口与气动装置6的气源输入端连接，所述阀盖21上活塞腔22与环状阀座组件腔8联通，所述下活塞腔23与球阀出口通道5联通，达到所述压力控制换向阀11为常闭状态，当出口通道5的压力与环状阀座组件腔8的压力差达到设定值，压力控制换向阀11开通的功能。
[0017] 本密封可靠启闭扭矩小的球阀的环状阀座组件腔8和环状阀座本体12截面形状并不是唯一的，只要其两个环形侧壁所在的圆柱面的中
心轴线重合或平行即可。
[0018] 本发明同样适合半球结构的气动球阀，如图5所示，其结构与上述实施例相似，只是单侧设有一组环状阀座组件腔8和阀座组件。
[0019] 密封可靠启闭扭矩小的气动球阀的工作原理如下：当球体2处在关闭位置即球阀关闭时，操纵三通换向阀7，使阀座腔通道10与进口通道4联通而与出口通道5断开，此时，阀门进口侧较高压力的介质进入到环状阀座组件腔8，介质压力推动阀座组件贴向球体2，从而形成严密的密封。而当三通换向阀7使阀座腔通道10与进口通道4联通而与出口通道5断开，也就是说还未做好开启球阀的的准备时，此时环状阀座组件腔8中的压力远大于阀门出口通道5的压力，也就是说压力控制换向阀11阀盖21上活塞腔22中的压力大于下活塞腔23中的压力，压力控制换向阀11关闭，气动装置6不能得到工作气源而无法工作，避免了在阀座组件对球体2的大压力、大摩擦力的状态下开启球阀，对球阀造成损害；当需要打开球阀时，首先切换三通换向阀7，使阀座腔通道10与出口通道5联通而与进口通道4断开，此时，环状阀座组件腔8内的压力与阀门出口侧较低的压力相同，阀座组件两侧的压力基本平衡，阀座组件贴向球体2的压力仅来自于预紧弹性件9，而预紧弹性件9的弹性预紧力通常较小，此时，阀座组件对球体2的压力和密封力很小，密封面的摩擦力也很小，因此可以采用较小扭矩力开启球阀。由于此时环状阀座组件腔8内的压力与阀门出口侧较低的压力基本相同，在调压弹簧20的作用下，压力控制换向阀11下活塞腔23中的压力大于阀盖21上活塞腔22中的压力，压力控制换向阀11开启，气动装置6得到工作气源，可以完成开启球阀的动作。通过调整调压弹簧20的压力，可以调节允许球阀开启时阀座组件对球体2压力的设定值。
