一種強制密封球閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種強制密封球閥，其特征在于在閥球基體（5）上集成了扭矩傳遞齒輪組和螺旋頂壓機構(gòu)，閥球下樞軸與閥體下樞軸腔設(shè)計了90度開關(guān)精限位，閥球上樞軸與閥桿之間安裝有扭力彈簧（17），其預(yù)緊扭矩使閥球總成在除閥門關(guān)閥角度外的90度行程里，均收縮并鎖緊在一起。閥球總成運行到關(guān)閉角度后，閥桿的關(guān)閥力矩將通過齒輪組傳遞到螺旋頂壓機構(gòu)，實現(xiàn)強制密封。開閥時，閥球總成首先收縮并在扭力彈簧作用下鎖緊后向全開運行90度。該閥門結(jié)構(gòu)緊湊，真正無摩擦開關(guān)。
【專利說明】
-種強制密封球閥
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 在流體控制領(lǐng)域，如油氣生產(chǎn)流程切換、管道關(guān)斷、計量、調(diào)壓、分子篩切換、壓縮 機進出口、煉油工藝中的氨氣工況，合成氨裝置的空分等操作頻繁并對流體開關(guān)控制和關(guān) 閉嚴密性要求苛刻的領(lǐng)域，要求閥口能夠在直通的狀態(tài)下盡可能小的產(chǎn)生壓降，并且能夠 提供不受管線介質(zhì)壓力影響的強制扭矩密封。強制密封球閥被公認為理想的解決方案。
【背景技術(shù)】
[0002] 然而W美國ORBIT閥口為代表的傳統(tǒng)提升桿式強制密封球閥，采用提升閥桿軌道 引導(dǎo)設(shè)計，盡管可W實現(xiàn)閥口在開關(guān)全程大部分時間與閥座無接觸，無摩擦，但在閥球與閥 座密封面最后抱合階段仍存在相對滑動摩擦，沒有真正做到無摩擦旋轉(zhuǎn);其閥球和閥座間 的強制抱合通過閥桿的模式面下壓并配合閥球下樞軸的共同作用才能完成。其動作過程不 夠平穩(wěn)，容易受到閥座與樞軸相對位置精度的影響；閥桿部分及其總成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開關(guān)過程 中需要疊加直行程和角行程運動;加工精度要求高;容易發(fā)生閥桿泄露；同時開關(guān)操作時間 過長；
[0003] 通過國家知識產(chǎn)權(quán)局專利查詢共找到如下巧巾強制密封球閥閥型：
[0004] 1.申請公布號:CN104295764A，申請?zhí)枺?014105008955:
[0005] 該設(shè)計采用偏屯、設(shè)置同步轉(zhuǎn)動的閥桿和球體來啟閉閥口。
[0006] 該設(shè)計本質(zhì)上是偏屯、蝶閥的一種變形設(shè)計，在閥球與閥座密封面最后抱合階段存 在很大的角行程運動矢量從而產(chǎn)生相對滑動摩擦，沒有真正做到無摩擦旋轉(zhuǎn);并且由于關(guān) 閉的動作為角行程，閥球與閥座間的抱合法向分力不高，密封可靠性和實際使用壽命會受 到劇向。
[0007] 2.申請公布號:CN103727260A，申請?zhí)?2014100163761:
[000引該設(shè)計公開了一種球閥，尤其設(shè)及一種強制密封球閥，它包括閥體、副閥體、球體、 閥座、副閥體流體管道，所述副閥體流體管道外圓上具有螺柱螺母驅(qū)動式強制密封裝置，其 中蝸輪和主動螺柱之間具有平鍵相聯(lián)，主動螺柱旋轉(zhuǎn)運動時，可使與其相旋合的從動螺母 的軸向滑動鍵槽沿副閥體流體管道上的導(dǎo)向鍵作軸向直線運動，可把體外所產(chǎn)生的壓力通 過壓力傳遞系統(tǒng)使閥腔內(nèi)的閥座和球體之間產(chǎn)生所需的密封比壓，實現(xiàn)低扭矩開、關(guān)和強 制密封，通過自動化控制系統(tǒng)來完成螺柱螺母驅(qū)動式強制密封裝置和電動執(zhí)行器在開、關(guān) 和密封過程中相關(guān)聯(lián)的動作程序。
[0009] 該設(shè)計采用了兩套操作機構(gòu)，一套操作閥球90度旋轉(zhuǎn)，另一套操作機構(gòu)操作被稱 之為付閥體的部分，驅(qū)動閥座配合閥球完成抱合。運種設(shè)計閥口潛在漏點多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，閥 口體積賄腫，不一定能夠滿足標準的閥口面對面尺寸。
[0010] 3.申請公布號：CN103527809A，申請?zhí)枺?013105342621:
[0011] 該設(shè)計包括閥體、閥蓋、閥桿、模式椎體及閥瓣，其特征在于所述閥體頂部與閥蓋 相連，所述閥蓋頂部中央通過支架豎直固定閥桿，所述閥桿底部通過閥蓋中央的通孔銷接 固定閥體內(nèi)腔中的模式椎體，與模式椎體實現(xiàn)聯(lián)動，即沿固定軸軸向做提升旋轉(zhuǎn)運動;所述 閥體內(nèi)腔底部中央豎直設(shè)有固定軸，所述固定軸與模式錐體底部中央的凹槽相適配，所述 閥體內(nèi)腔底部兩端通過T型槽固定閥瓣，所述閥瓣的頂部、閥體內(nèi)腔兩側(cè)的內(nèi)壁上分別設(shè)有 閥瓣限位裝置，所述兩側(cè)的閥瓣限位裝置與模式錐體的兩側(cè)壁密合連接。該設(shè)計與美國 GE肥RAL TWINSEAL強制密封旋塞閥原理相同（行業(yè)內(nèi)也稱DBB旋塞閥），雖然閥口在關(guān)位能 夠?qū)崿F(xiàn)強制密封，但由于采用滑動式閥瓣組件，閥口在開位時閥瓣將會受到素流的影響。目 前，運種設(shè)計僅適用于低壓力液體工況的應(yīng)用。
[0012] 4.申請公布號:CN102979929A，申請?zhí)枺?012105315085:
[0013] 該設(shè)計包括球體、閥座和活動的安裝在球體與閥座之間起密封作用的密封環(huán)座， 還包括可W沿密封環(huán)座軸向強制推動密封環(huán)座的液壓裝置，所述液壓裝置安裝在閥座與密 封環(huán)座之間。
[0014] 該設(shè)計采用一套液壓系統(tǒng)向閥座和閥球間的密封環(huán)施壓來實現(xiàn)強制密封，閥口的 液壓泄露和復(fù)雜的機構(gòu)會影響閥口的密封可靠性和壽命。
[0015] 5.申請公布號:CN105370909A申請?zhí)枺?014104406033:
[0016] 該設(shè)計的啟閉件具有兩個偏屯、的球面結(jié)構(gòu)，運種偏屯、結(jié)構(gòu)使得當閥桿帶動啟閉件 作旋轉(zhuǎn)運動時，兩個偏屯、的球面均會產(chǎn)生沿著下游閥座和上游閥座軸線方向的運動，從而 產(chǎn)生壓緊或放松閥座的效果，進而實現(xiàn)特定閥位下啟閉件和下游閥座和上游閥座的強制密 封。
[0017] 該設(shè)計閥口在開位時將會受到素流的影響，兩個偏屯、的球面結(jié)構(gòu)可能因素流震動 受損而影響閥口可靠性和壽命。
[001 引 6.申請公布號：CN104132157A申請?zhí)枺?013101575904
[0019] 該設(shè)計設(shè)及一種模塊化設(shè)計角行程操作的強制密封閥，其主要部件包括閥體、啟 閉件、閥蓋、閥桿、閥座、導(dǎo)流筒、閥座支撐板、導(dǎo)流筒支撐板、操作機構(gòu)和排污閥等。啟閉件 布置在閥座和導(dǎo)流筒之間，其凸面和凹面為相互偏屯、球面結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)凸球面與凹球面 球屯、的相對位置W及它們的半徑，可W調(diào)節(jié)啟閉件各處的厚度W調(diào)節(jié)閥口處于不同閥位時 啟閉件與閥座之間的密封比壓，運使得閥口在某些閥位時可W實現(xiàn)強制密封。
[0020] 因此，該設(shè)計并不是完整意義上的強制密封球閥。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 為了克服目前各種強制密封球閥存在的在密封行程最后階段的相對滑動摩擦，閥 座法向密封分力不足，結(jié)構(gòu)和體積龐大，部分設(shè)計需要使用液壓系統(tǒng)，及部分設(shè)計存在的閥 口開位時閥球組件受素流影響等問題，本發(fā)明從實現(xiàn)密封的基本結(jié)構(gòu)入手，均圓滿地解決 了運些不足。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0022] 本發(fā)明采用樞軸式閥球和固定式閥座設(shè)計，剖面視圖如圖1所示。是一種，通過螺 旋頂壓機構(gòu)將閥球總成的一部分（如果本發(fā)明應(yīng)用于旋塞閥，也可W是旋塞總成的一部 分），也就是閥球密封面(8)向閥座(3)方向頂起并壓緊來實現(xiàn)強制密封的技術(shù)。閥口的閥球 基體(5)的運動范圍受閥體下樞軸處精限位的限制，準確地停止于90度的開關(guān)位置;通過扭 力彈黃（17)的作用，閥球密封面(8)在閥口除關(guān)位外的其他位置均與閥球基體收縮并鎖緊 在一起;從而實現(xiàn)球閥90度開關(guān)與閥座密封面無摩擦旋轉(zhuǎn)，同時解決了一些當前設(shè)計存在 的閥體組件受管道素流損壞的弊端。閥球基體(5)在對準關(guān)閉位后，將受閥體下樞軸精限位 約束而停止轉(zhuǎn)動，此時閥口操作的轉(zhuǎn)動將通過集成在閥球基體(5)上的一組齒輪機構(gòu)傳動 來旋轉(zhuǎn)螺柱齒輪(7)，從而平穩(wěn)地頂壓閥球密封面(8)，使其與閥座密封面(3)同時抱合并壓 緊，實現(xiàn)強制的扭矩關(guān)閥。運種抱合過程是沿閥座密封面正垂直方向的同時抱合，因此密封 面間不會發(fā)生任何相對的轉(zhuǎn)/滑動摩擦，避免了包括美國ORB 口閥口在內(nèi)的閥口關(guān)閉行程最 后階段密封面間的相對滑動摩擦。由于采用螺旋式旋轉(zhuǎn)頂起原理，閥球密封面(8)動作平穩(wěn) 可靠，容易實現(xiàn)閥球密封面(8)和閥座(3)密封面的配合精度。閥口結(jié)構(gòu)緊湊能夠符合標準 的面到面大小，甚至可W更短。閥桿部分僅需要考慮角行程密封，結(jié)構(gòu)簡單，密封可靠；同時 閥口開關(guān)行程時間短。
[0023] 本發(fā)明的創(chuàng)新之處主要有W下幾個方面：
[0024] 1.平順的閥球密封面螺旋頂壓機構(gòu)：
[0025] 閥球基體巧）、螺柱齒輪(7)、閥球密封面(8)和閥座(3)的軸向順序位置關(guān)系如圖2 所示。
[0026] 閥口關(guān)閉動作在閥球基體(5)和閥球密封面(8)正對閥座(3)時，螺柱齒輪(7)才會 在關(guān)閥力矩的作用下旋轉(zhuǎn)，由于閥球密封面(8)受到限旋六方柱的限制（如圖3所示），不能 隨螺柱齒輪(7)轉(zhuǎn)動，在旋轉(zhuǎn)螺旋的引導(dǎo)下被均勻頂起，最終與閥座密封抱合而實現(xiàn)強制密 封。
[0027] 在運個過程中，螺旋頂壓動作產(chǎn)生抱合壓力正垂直于閥座密封面，因此不會疊加 任何角行程運動，而發(fā)生滑動摩擦，密封抱合均勻可靠。
[0028] 圖4所示的是閥球密封面(8)與閥座(3)剛剛對準時的閥忍各零件的位置。此時可 W通過放大的局部圖看到閥球密封面(8)與閥座(3)之間沒有抱合。圖5則是螺柱齒輪(7)旋 轉(zhuǎn)后閥球密封面(8)被頂起并與閥座(3)抱合的狀態(tài)，局部圖可W清楚地反映出閥球密封面 (8) 與閥座(3)的抱合狀態(tài)。
[0029] 2.閥座(3)和閥球密封面(8)在開閥時同時脫開而具有均勻的自清潔性：（參考圖 4)開閥動作在扭力彈黃（17)和開閥力矩的共同作用下，從螺柱齒輪(7)反向旋轉(zhuǎn)開始，此時 閥球密封面(8)同樣受到限旋六方柱的限制，不能隨螺柱齒輪(7)轉(zhuǎn)動，在螺旋旋轉(zhuǎn)的引導(dǎo) 下脫離與閥座的抱合，最終在彈黃和開閥扭矩的共同作用下與閥球基體鎖緊，運時閥球總 成才會旋轉(zhuǎn)直至閥口全開。
[0030] 在運個過程中，閥球密封面(8)與閥座(3)的脫開是同時發(fā)生的，不疊加任何角行 程運動，此時如果閥座周圍沉積任何雜質(zhì)，將會被介質(zhì)均勻吹走，不留任何死角，從而起到 自清潔的效果。
[0031] 3.傳導(dǎo)強制密封抱合力的齒輪組機構(gòu)（圖6):操作閥口開關(guān)的扭矩通過閥桿（16) 直接作用于上樞軸齒輪(9)，在閥球密封面(8)與閥座（3)對準之前，齒輪組保持在鎖定狀 態(tài)，不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，當閥球密封面(8)與閥座(3)對準后，閥桿旋轉(zhuǎn)扭矩將首先驅(qū)動上樞軸齒輪 (9) 旋轉(zhuǎn)，通過小齒輪(10)將力矩傳遞給螺柱齒輪(7)使之直接旋轉(zhuǎn)螺旋頂壓機構(gòu)實現(xiàn)強制 密封。采用小齒輪(10)從中傳遞扭矩，可W大大減小閥球總成的體積，進而大大減小了整個 閥口的體積，Ξ級齒輪機構(gòu)傳動采用錐面漸開線齒輪設(shè)計，使齒輪的傳動平順可靠，齒與齒 之間曬合無相對滑動，磨損最小。
[0032] 4.扭力彈黃（17)鎖緊裝置和閥球基體(5)與上樞軸齒輪(9)間的隨動控制（圖7): 結(jié)構(gòu)簡單可靠的扭力彈黃被安裝在閥桿（16)與閥球基體(5)之間，閥桿下部正多邊形與上 樞軸齒輪內(nèi)正多邊形曬合形成驅(qū)動配合(也可w采用花鍵配合），在齒輪組機構(gòu)將閥球密封 面(8)與閥球基體巧)完全收緊的同時，讓閥球基體(5)和閥桿（16)及上樞軸齒輪(9)間的扭 力彈黃為它們施加恰當?shù)逆i緊扭矩，運樣閥口在開關(guān)過程中閥球密封面(8)與閥球基體巧） 即被鎖緊，從而與閥座不接觸實現(xiàn)閥球總成無摩擦旋轉(zhuǎn)。關(guān)閉閥口至閥球密封面(8)與閥座 (3)對準后，閥球基體(5)的旋轉(zhuǎn)將被限位阻止，閥桿（16)繼續(xù)傳遞關(guān)閥力矩將克服扭矩彈 黃(17)力矩使上樞軸齒輪(9)相對閥球基體(5)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，通過齒輪組機構(gòu)將扭矩傳遞給閥 球密封面(8)螺旋頂壓機構(gòu)實現(xiàn)強制密封。開閥時，扭矩彈黃（17)將施加扭力使閥球基體 (5)保持在對準閥座(3)的關(guān)閉角度，而使得關(guān)閥旋轉(zhuǎn)通過齒輪組機構(gòu)傳遞力矩驅(qū)動閥球密 封面(8)與閥球基體(5)先行收緊，扭矩彈黃（17)也將疊加扭矩將閥球密封面(8)與閥球基 體(5)的收緊鎖定。閥桿（16)繼續(xù)向開閥方向旋轉(zhuǎn)，閥球總成將一起旋轉(zhuǎn)直到閥口全開。扭 力彈黃（17)與閥桿（16)、閥球基體(5)和上樞軸齒輪(9)間構(gòu)成結(jié)構(gòu)簡單的隨動控制，并使 閥球總成在除全關(guān)位外處于收縮并鎖緊狀態(tài)，一方面使閥座(3)與閥球總成無摩擦90度旋 轉(zhuǎn)，另一方面使閥口在全開位時，閥球密封面(8)避免發(fā)生受介質(zhì)素流而產(chǎn)生的震動破壞。
[0033] 5.閥口下樞軸機械限位機構(gòu)幫助實現(xiàn)閥球基體巧)與上樞軸齒輪(9)隨動的分離： 如圖8所示，閥球基體(5)下樞軸不同于普通樞軸球閥，而是加工有90度扇形突起。與之配合 的下樞軸倉有180度的下凹。閥口裝配后，閥球基體(5)的運動范圍將被嚴格限定在90度的 開關(guān)旋轉(zhuǎn)范圍。在閥球基體(5)被限位在全關(guān)位時，閥桿（16)關(guān)閥的力矩會克服扭力彈黃 (17)的力矩通過齒輪組旋轉(zhuǎn)螺紋頂壓機構(gòu)實現(xiàn)強制密封如圖7和圖5所示。
[0034] 綜上所述，本發(fā)明的有益效果是，閥口結(jié)構(gòu)緊湊，真正無摩擦開關(guān)，強制密封抱合 力均勻可靠，開位閥球總成收縮并鎖緊，免受素流破壞，開閥力矩小，開關(guān)動作迅速，閥桿密 封簡單可靠。
【附圖說明】
[0035] 圖1:閥口關(guān)位剖面圖，本說明書各個圖中零件號對應(yīng)表如下：
[0036]

[0037] ~圖2:閥球基體、螺柱齒輪、閥球密封面和閥座的軸向順序位置關(guān)系。
[0038] 圖3:閥球密封面同軸側(cè)視圖，顯示螺旋部分和六方限旋柱。
[0039] 圖4:剖面圖，顯示閥球總成剛剛旋轉(zhuǎn)到閥球密封面與閥座對齊的位置，此時閥座 與閥球密封面還未接觸;局部圖給出了閥座與閥球密封面的放大細節(jié)。
[0040] 圖5:剖面圖，顯示螺柱齒輪旋轉(zhuǎn)頂起閥球密封面使之與閥座抱合狀態(tài)。局部圖給 出了閥座與閥球密封面抱合的放大細節(jié)。
[0041 ]圖6:閥桿、閥球基體和齒輪組間的裝配位置關(guān)系。
[0042] 圖7:閥桿、扭力彈黃、閥球基體、上樞軸齒輪間安裝關(guān)系的示意。安裝時扭力彈黃 需要壓縮并持續(xù)施加扭力W保證閥桿與閥球基體和上樞軸齒輪間除閥口全關(guān)位外的其他 位置均能隨動。
[0043] 圖8:閥體下樞軸倉與閥球基體下樞軸精限位透視圖。
[0044] 圖9:閥座閥球裝配示意。
[0045] 圖10:閥球總成裝配示意。
[0046] 圖11:閥體上蓋裝配示意。
[0047] 圖12:閥桿上蓋及閥桿鍵裝配示意。
[004引圖13:閥口爆炸視圖。
【具體實施方式】
[0049] 本發(fā)明的強制密封閥實施可采用多種閥體結(jié)構(gòu)形式如側(cè)裝式，頂裝式或全焊接 式。在運里W頂裝式為例來說明。
[0050] 頂裝式閥體（1)和上蓋（11)采用成熟的鑄造工藝制造。后期經(jīng)過機加工使零件滿 足裝配尺寸。其余金屬零件將采用鍛件。后期經(jīng)過機加工使零件滿足裝配要求(所W零件均 不存在加工難度，有些零件可直接使用同樣標準件，如:螺栓螺母，螺釘?shù)龋?br>[0051 ]下面重點介紹裝配過程：
[0052] 1.閥座(3)的裝配(圖9):
[0053] 閥座（3)可采用過盈配合直接壓入頂裝閥體的預(yù)留位置，如圖7所示。運樣閥座和 閥體間的密封也同時解決了。
[0054] 2.閥球總成的裝配(圖10):
[0055] 首先安裝小齒輪（10)，將小齒輪（10)安裝到閥球基體(5)對應(yīng)的軸并梓緊小齒輪 壓蓋(18) 〇
[0056] 接下來將螺桿齒輪壓環(huán)（6)放入閥球密封面(8)的螺旋孔底部，然后將螺柱齒輪 (7)旋入閥球密封面(8)螺旋孔。在旋緊前調(diào)整螺桿齒輪壓環(huán)的螺絲孔位置，然后將裝配體 六方限旋柱與閥體基體對齊后推到底。從閥球基體流道內(nèi)將4顆鎖定螺釘(19)梓緊。
[0057]最后將上樞軸齒輪(9)安裝到閥球基體(5)對應(yīng)的軸上，并旋轉(zhuǎn)上樞軸齒輪(9)使 閥球密封面(8)與閥球基體(5)抱緊。
[005引 3.將閥球總成從閥體上部放入。
[0化9] 4.安裝閥桿（16):
[0060] 如圖7所示，首先將扭力彈黃（17)涂上黃油并插入閥桿（16)對應(yīng)的位置，然后將閥 桿(16)和扭力彈黃(17)-起移向上樞軸齒輪(9)。注意:此時需要先把扭力彈黃(17)的另一 端半插入閥體基體巧）的預(yù)留孔中，然后旋轉(zhuǎn)閥桿使扭力彈黃（17)壓縮(此處安裝需要配備 扭矩扳手），在閥桿上施加的扭矩達到設(shè)定值時，對齊上樞軸齒輪(9)正多邊形驅(qū)動配合并 將閥桿(16)下壓入位。
[0061] 5.安裝閥體上蓋及螺栓螺母。
[0062] 如圖11所示，先將螺栓(4)梓入閥體螺栓孔，放入閥蓋密封墊片(2)，對齊上蓋（11) 螺孔并放到閥體(1)上，安裝并按梓緊螺母(15)。
[0063] 6.安裝閥桿上蓋和閥桿鍵。
[0064] 如圖12所示，將閥桿上蓋（12)沿著閥桿（16)下推到位。上緊閥桿上蓋螺釘（14)。然 后安裝閥桿鍵(13)。
[0065] 7.安裝完成。圖13給出所有零件的爆炸。
【主權(quán)項】
1. 一種強制密封球閥，通過螺旋旋轉(zhuǎn)頂壓機構(gòu)頂壓一部分閥球?qū)嶓w向閥座方向抱合直 至形成強制密封。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥門，其特征在于，集成在閥球總成上的齒輪，傳遞閥桿扭矩， 驅(qū)動螺旋旋轉(zhuǎn)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥門，其特征在于，閥桿、扭力彈簧、閥球和齒輪間裝配形成的 配合，實現(xiàn)了閥球總成收緊并鎖定，從而實現(xiàn)閥門密封面開關(guān)無摩擦，且免受介質(zhì)紊流損 壞。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥門，其特征在于，閥門下樞軸機械限位機構(gòu)，可以阻斷閥球 關(guān)到位時的進一步旋轉(zhuǎn)，因此閥桿的關(guān)閥扭矩得以驅(qū)動齒輪相對閥球基體的旋轉(zhuǎn)，以實現(xiàn) 權(quán)利要求2所述的傳遞閥桿關(guān)閥和權(quán)利要求1中所述的強制密封。
【文檔編號】F16K5/06GK105927750SQ201610355492
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】劉曉琦
【申請人】劉曉琦