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CN111365491A - 一种全衬陶瓷三通球阀及其阀球结构 - Google Patents

一种全衬陶瓷三通球阀及其阀球结构 Download PDF

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CN111365491A CN202010262611.9A CN202010262611A CN111365491A CN 111365491 A CN111365491 A CN 111365491A CN 202010262611 A CN202010262611 A CN 202010262611A CN 111365491 A CN111365491 A CN 111365491A
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李中庆
王海龙
乔桂荣
李振福
肖佐华
宋建生
赵玲
赵艳艳
李泽锦
李泽昊
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Zhengzhou Xinyuyuan Machinery Industrial Co ltd
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Abstract

一种全衬陶瓷三通球阀，包括阀体、阀座和阀球，所述阀体内设阀腔和流道，在所述阀腔的内壁套设有阀腔内衬，在所述流道的内壁套设有流道内衬，所述阀腔内衬、流道内衬为陶瓷内衬，所述阀座为陶瓷阀座；所述阀球为陶瓷阀球，在阀球的上部开设有与阀球中心流道垂直贯通的阀杆接孔，所述阀杆接孔与上阀杆相互匹配套装，在阀球中心流道中套设有阀球内衬，所述上阀杆的下端与阀球内衬贴触，该球阀硬度高耐磨的同时，可防止陶瓷阀球的上球部突然受到来自阀杆的扭力出现瞬间断裂。

Description

一种全衬陶瓷三通球阀及其阀球结构
技术领域
本发明涉及球阀技术领域，尤其涉及一种全衬陶瓷三通球阀及其阀球结构。
背景技术
球阀是一种控制流体运动的管道元件。目前的阀体、阀座和阀球大多数为金属制成，当流体为高温流体或腐蚀性强的酸碱性流体时，金属阀球以及阀体内壁容易被流体腐蚀，导致阀座与阀球之间的密封性能降低，达不到阻流效果。
目前出现有陶瓷球阀，相比金属球阀陶瓷球阀则更耐腐蚀和高温，但是阀杆与阀球之间仍旧沿用金属阀球与阀杆的连接结构，即阀杆与球槽之间紧密配合套装，使阀杆带动阀球转动。问题是当阀球被替换陶瓷结构后，虽然硬度增大也更耐腐蚀高温，但会导致出现其他问题：由于金属材料的韧性延展性好，而相反陶瓷则表现出脆性，同时受结构限制，阀杆只能与阀球的上部连接，在受到阀杆的扭力作用后，陶瓷阀球由于只有上端部的陶瓷阀球受扭力，而位于下部分的陶瓷阀球受到来自阀座的压力和摩擦力，因此在受到阀杆较大扭力的瞬间，阀球的上、下部容易发生断裂。特别是三通、四通球阀，其阀球的侧孔数量多，空腔面积大，阀球上、下端连接的中间部位将更薄，更容易发生应力集中于阀球上部而导致上下部断裂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全衬陶瓷三通球阀及其阀球结构，以解决现有技术中的陶瓷阀球的上、下部容易发生断裂的问题。
为了解决上述问题，本发明所涉及的一种全衬陶瓷三通球阀及其阀球结构采用以下技术方案：
一种阀球结构，包括阀球，所述阀球为陶瓷阀球，在阀球的上部开设有与阀球中心流道垂直贯通的阀杆接孔，所述阀杆接孔与上阀杆相互匹配套装，在阀球中心流道中套设有阀球内衬，所述上阀杆的下端与阀球内衬贴触。
上述的阀球结构，所述上阀杆的下端一体设有扭力传递端面，所述扭力传递端面呈柱形端面，并且扭力传递端面的弧度与阀球内衬外侧壁的弧度一致。
上述的阀球结构，所述阀球包括金属阀芯以及涂设于金属阀芯的外表面上的陶瓷涂层，所述阀杆接孔替换为阀杆接槽，阀杆接槽与阀球中心流道不连通，上阀杆的下端与阀杆接槽的槽底贴触。
一种全衬陶瓷三通球阀，包括阀体、阀座和权利要求1-3中任一项所述的阀球结构，所述阀体内设阀腔和流道，在所述阀腔的内壁套设有阀腔内衬，在所述流道的内壁套设有流道内衬，所述阀腔内衬、流道内衬为陶瓷内衬，所述阀座为陶瓷阀座。
上述的一种全衬陶瓷三通球阀，所述阀体内位于阀球的下端设置有下阀杆，下阀杆的端部伸入阀球下球面的限位槽内，限位槽的槽底压触于下阀杆的端部，同时限位槽的前内壁、后内壁分别与下阀杆的杆壁之间设有浮动间隙，使下阀杆可在限位槽中沿流体的流动方向前、后移动。
上述的一种全衬陶瓷三通球阀，所述下阀杆为柱形杆，所述限位槽为腰形槽，并且所述腰形槽的其中两侧内壁与流体流动方向平行，腰形槽的两端内壁呈与柱形杆弧度一致的半圆形。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的阀球采用陶瓷阀球，保留了陶瓷阀球的耐磨和硬度高的特性，重点是，本发明将陶瓷阀球上端的插槽改变成贯穿整个阀球上部的插孔，上阀杆套入阀球上部的插孔中，这样设计的目的是，对于阀杆来说，增大了阀杆套入阀球中的深度，对于阀球来说，增大了阀球与阀杆接触的内壁面深度，在阀杆转动时，阀杆的扭力能够更加均匀的传递至接触内壁进而传递至阀球，使阀球的上球部整体产生扭力带动阀球的下球部实现转动，减弱了阀球上球部的应力集中现象。对于陶瓷球阀来说，有效弥补了陶瓷自身塑性低于金属的弱势，防止陶瓷阀球的上球部突然受到来自阀杆的扭力出现瞬间断裂。
2、本发明在陶瓷阀球的中心流道中增设陶瓷阀球内衬，具有两个作用，一方面与上阀杆相配合，将上阀杆的下端面设计成与阀球内衬弧度一致的柱形面，上阀杆环抱在阀球内衬的外侧壁上，在阀杆发生扭动时，不仅会带动阀球转动，同时还拉动阀球内衬同步转动，反过来，阀球内衬转动又会反作用于陶瓷阀球的下球部，这样阀球的上球部、球阀内衬共同施动阀球的下球部同时转动，并且阀球内衬位于整个阀球的中心，通过内衬可将阀杆的部分扭力非常均匀的传递至整个阀球，阀球相当于受到来自阀球中心的扭力，这样阀球的上球部、下球部之间的扭力相当，能够有效避免由于球体上下部受力不均匀而导致的层断。
3、在阀腔的内壁、流道的内壁分别套设有陶瓷的阀腔内衬，当球阀中流经的高温或腐蚀性强的流体时，流体与陶瓷内衬和陶瓷阀座接触，进而保护阀体接触。
4、增设下阀杆，利用阀杆与限位槽之间的浮动间隙，在阻断流体时，能够允许阀球发生小距离的浮动，使流体被密封在阀球后端的阀座上，使球阀内部充满流体，与外部的流体压力相互抵消，保护球阀本身，同时下阀杆对阀球提供向上的支撑力，使浮动阀球支撑地更加稳定，防止阀球出现非标准移位，保证阀球与阀座较好的密封性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的侧视图。
图4为阀球、上阀杆的结构示意图。
图5为图4中沿A-A’的剖视图。
图6为实施例2中阀球的结构示意图。
图7为实施例3的结构示意图。
图中附图标记说明：1-阀体，2-阀座，3-阀球，31-金属阀芯，32-陶瓷涂层，4-阀杆接孔，5-上阀杆，6-扭力传递端面，7-阀球中心流道，8-阀球内衬， 10-阀杆接槽，11-阀腔，12-流道，13-阀腔内衬，14-流道内衬，15-下阀杆，16-限位槽，17-浮动间隙。
具体实施方式
为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明。
实施例1：
一种全衬陶瓷三通球阀，如图1-3所示，包括阀体1、阀座2和阀球3，阀体内设阀腔11和流道12，在阀腔的内壁通过精密加工套设有阀腔内衬13，在流道的内壁通过精密加工套设有流道内衬14，阀腔内衬、流道内衬均为陶瓷内衬，阀座2为陶瓷阀座，阀腔内衬13、流道内衬14与阀座形成一层完整的衬套，当球阀中流经高温或腐蚀性强的流体时，流体与陶瓷内衬和陶瓷阀座接触，进而保护阀体1使其不与流体接触。
阀球3为陶瓷阀球，由于陶瓷内部是以共价键结合，其结合力很强，所以陶瓷硬度很大，具备耐磨和硬度高的特性。但同时材料的硬度和塑性是相互排斥的。陶瓷相对以金属键结合的金属而言，虽然陶瓷比金属硬度高，但金属比陶瓷塑性好，因此对于陶瓷阀球来说，在陶瓷的阀球3受到较大的扭力时，位错很难滑移，弹性形变和塑性形变很难发生，所以阀球3的上球部与下球部之间容易发生瞬间断裂。因此，本发明将现有技术中阀球上端的插槽改变成贯穿整个阀球上部的插孔，在阀球的上部开设有与阀球中心流道垂直贯通的阀杆接孔4，阀杆接孔4与上阀杆5相互匹配套装，上阀杆5套入阀球上部的阀杆接孔4中。增大了上阀杆5套入阀球3中的深度，对于球形的阀球来说，越靠近阀球3的中心，阀杆接孔4四周的阀球的厚度越厚，因此把插槽改变成贯穿整个阀球上部的阀杆接孔4之后，对于球形的阀球3来说，其直接受上阀杆5扭力的内壁面所对应的阀球3厚度会得到明显的增加，因此整个阀球3所能承受的断裂临界扭力值也会明显增加，经实际加工后测试，断裂临界扭力值增加至原来（在陶瓷阀球上端的开设插槽）的1.6-2倍，陶瓷阀球的抗断裂性能得到显著提升。
另外，将现有技术中阀球上端的插槽改变成贯穿整个阀球上部的阀杆接孔4之后，也增大了阀球3与上阀杆5接触的内壁面深度。在上阀杆5转动时，上阀杆5的扭力能够更加传递至更大面积的阀杆接孔4的接触内壁面进而均匀地传递至阀球3，使阀球3的上球部整体产生扭力带动阀球的下球部实现转动，减弱了阀球3上球部应力集中的现象。对于陶瓷球阀来说，本发明在保留了陶瓷阀球的耐磨和硬度高的特性的基础上，有效弥补了陶瓷自身塑性低于金属的弱势，达到防止陶瓷阀球3的上球部突然受到来自上阀杆5的扭力出现瞬间断裂的目的。
同时，在阀球中心流道7中套设有阀球内衬8，如图4-5所示，上阀杆5的下端一体设计有扭力传递端面6，扭力传递端面呈柱形端面，并且扭力传递端面6的弧度与阀球内衬8外侧壁的弧度一致，上阀杆5下端的扭力传递端面6与阀球内衬8相贴触，并且上阀杆5的扭力传递端面6环抱在阀球内衬8的外侧壁上。
一方面，阀球内衬8与上阀杆5的扭力传递端面相配合，上阀杆5的扭力传递端面6环抱在阀球内衬8的外侧壁上，在上阀杆5发生扭动时，不仅会带动阀球3转动，同时还拉动阀球内衬8同步转动，反过来，阀球内衬8转动又会反作用于陶瓷阀球3的下球部，这样阀球3的上球部、球阀内衬共同施动阀球的下球部同时转动，并且阀球内衬8位于整个阀球3的中心，通过阀球内衬8可将上阀杆5的部分扭力非常均匀的传递至整个阀球3，阀球相当于受到来自阀球中心的扭力，这样阀球3的上球部、下球部之间的扭力相当，能够有效避免由于阀球3上下部受力不均匀而导致的层断。另一方面上阀杆5下端的扭力传递端面6与阀球内衬8相贴触，可防止阀球中心流道7的流体从上阀杆5处渗漏。
实施例2：本实施例的一种全衬陶瓷三通球阀以与实施例1中的不同点为中心进行说明。
如图5所示，本实施例中，阀球3为外表面喷涂陶瓷涂层的金属阀球，即阀球包括金属阀芯31以及涂设于金属阀芯的外表面上的陶瓷涂层32，在金属阀球的中心流道中同样套设阀球内衬8，陶瓷涂层32和阀球内衬8与流体直接接触，进而保护金属阀芯31使其不与流体接触。此时由于金属阀芯31内部以金属键结合，在受到较大的扭力时，金属阀芯31内部会发生弹性形变和塑性形变，所以金属阀芯31的断裂临界扭力值较大。因此本实施例中，阀球3上部的阀杆接孔4依旧沿用现有技术中的阀杆接槽10，这时阀杆接槽10与阀球3中心流道不连通，上阀杆5的下端与阀杆接槽10的槽底贴触。
实施例3：本实施例的一种全衬陶瓷三通球阀以与实施例1中的不同点为中心进行说明。
如图6所示，本实施例的一种全衬陶瓷三通球阀，阀体1内位于阀球3的下端安装有下阀杆15，在阀球3的下球面上开设有限位槽16，下阀杆15的上端部伸入限位槽16内，并且限位槽16的槽底压触于下阀杆15的端部，阀球3能够支撑在下阀杆上，并且下阀杆15被限制在限位槽16中。下阀杆对阀球3提供向上的支撑力，使浮动的阀球支撑地更加稳定，防止阀球出现非标准移位，保证阀球3与阀座2之间较好的密封性能。同时，在限位槽16的前内壁、后内壁分别与下阀杆15的杆壁之间留有浮动间隙17，即下阀杆的左、右侧与限位槽接触，下阀杆15只能在限位槽16中前后移动，即下阀杆仅可在限位槽中沿流体流动方向移动。在阻断流体时，能够允许阀球发生小距离的浮动，使流体被密封在阀球3后端的阀座2上，使阀腔11内部充满流体，与外部的流体压力相互抵消，保护球阀本身。本实施例中，下阀杆15为柱形杆，限位槽16为腰形槽，腰形槽的其中两侧内壁与流体流动方向平行并且与下阀杆15外壁接触，保证下阀杆15在前后微移的过程中不会发生偏移。并且腰形槽的两端内壁呈与柱形杆弧度一致的半圆形，使限位槽16内壁没有棱角不容易积存污垢。
最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种阀球结构，其特征在于：包括阀球，所述阀球为陶瓷阀球，在阀球的上部开设有与阀球中心流道垂直贯通的阀杆接孔，所述阀杆接孔与上阀杆相互匹配套装，在阀球中心流道中套设有阀球内衬，所述上阀杆的下端与阀球内衬贴触。
2.根据权利要求1所述的阀球结构，其特征在于：所述上阀杆的下端一体设有扭力传递端面，所述扭力传递端面呈柱形端面，并且扭力传递端面的弧度与阀球内衬外侧壁的弧度一致。
3.根据权利要求1所述的阀球结构，其特征在于：所述阀球包括金属阀芯以及涂设于金属阀芯的外表面上的陶瓷涂层，所述阀杆接孔替换为阀杆接槽，阀杆接槽与阀球中心流道不连通，上阀杆的下端与阀杆接槽的槽底贴触。
4.一种全衬陶瓷三通球阀，其特征在于：包括阀体、阀座和权利要求1-3中任一项所述的阀球结构，所述阀体内设阀腔和流道，在所述阀腔的内壁套设有阀腔内衬，在所述流道的内壁套设有流道内衬，所述阀腔内衬、流道内衬为陶瓷内衬，所述阀座为陶瓷阀座。
5.根据权利要求4所述的一种全衬陶瓷三通球阀，其特征在于：所述阀体内位于阀球的下端设置有下阀杆，下阀杆的端部伸入阀球下球面的限位槽内，限位槽的槽底压触于下阀杆的端部，同时限位槽的前内壁、后内壁分别与下阀杆的杆壁之间设有浮动间隙，使下阀杆可在限位槽中沿流体的流动方向前、后移动。
6.根据权利要求5所述的一种全衬陶瓷三通球阀，其特征在于：所述下阀杆为柱形杆，所述限位槽为腰形槽，并且所述腰形槽的其中两侧内壁与流体流动方向平行，腰形槽的两端内壁呈与柱形杆弧度一致的半圆形。
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