專利名稱：自壓密封補償復合抗腐球閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于管道輸送系統(tǒng)控制裝置。主要提出一種自壓密封補償復合抗腐球閥。
背景技術：
閥門，200多年來因滲漏、短命、維修量大、用材多、能耗高、安全性差等缺陷給社會、給用戶造成了諸多麻煩及損失。目前，就五種切斷閥綜合評價，仍屬球閥基本結構較佳，這主要體現(xiàn)在啟閉敏捷、阻力小、流量大、重量輕、用材少等幾個方面。但它仍存在著嚴重缺陷，現(xiàn)在所有球閥都是固定密封結構而無任何磨損補償量，這是造成它使用壽命超短的主要根源。
閥門，在國內(nèi)外均普遍存在的另一個歷史性技術問題就是絕大多數(shù)閥門幾乎全是用普通鋼鐵材料制成的，基本無抗腐能力，更不能抵御酸堿侵蝕，使其使用受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所提出的自壓密封補償復合抗腐球閥之目的，不僅要克服現(xiàn)有球閥使用壽命超短的致命缺陷，并通過鐵塑(料)兩種廉價材料復合處理，使其既能滿足閥門高強度要求，又可勝任抗腐能力。
本發(fā)明球閥所采取的技術方案分兩類四項(1)提高本閥使用壽命及密封可靠性的技術方案由閥體合件、球、導套、補償套、鎖輪、密封環(huán)、支撐環(huán)、拉簧、接盤等相關件及輔件組成。在閥體合件與接盤螺紋連接處的內(nèi)腔設置有導套、補償套、鎖輪及拉簧，利用介質(zhì)作用在導套內(nèi)可作軸向滑動的補償套各大小右端面上的壓力，迫使密封環(huán)與球面緊密接觸來密封介質(zhì)本身外，同時也補償了因密封環(huán)、支撐環(huán)對球面長期不斷磨損所形成的間隙。為使該補償功能對提高閥門使用壽命真正有效及密封性更加可靠，還必須采取以下兩項配套技術①等高磨量技術。其技術方案是將原本正園形外圈的密封環(huán)、支撐環(huán)(以下簡稱兩環(huán))與球面接觸的上下四個最高緯度點的點摩擦接觸變?yōu)榫€、面接觸前提下，再對各同緯度上圓周球面與相應接觸摩擦的兩環(huán)面面積之和進行等比例面積調(diào)整，即在各同緯度球面上分別挖去超出與兩環(huán)相接觸的等比例多余面積，使兩環(huán)與球面磨擦接觸中始終能處于均等受磨狀態(tài)。
②補償鎖定技術。其技術方案是在補償套與鎖輪之間設有多頭自鎖螺旋斜面機構，通過拉簧轉動鎖輪來消除因補償套在軸向補償位移后所留下的空隙，杜絕補償套后退，確保密封可靠性。
(2)復合抗腐技術方案對本閥不同鐵件的塑料復合，可采用內(nèi)設塑料襯套、外加塑料復合層及內(nèi)外塑料層一次復合的兩種結構。
本發(fā)明通過四項創(chuàng)新技術整合，對閥業(yè)及國民生產(chǎn)將產(chǎn)生一定影響①徹底消除了原傳統(tǒng)球閥使用壽命超短的致命性缺陷，使其固有突出優(yōu)良結構與新提升的高壽命性能結為一個更加優(yōu)良的整體。它可取代包括截止閥、閘板閥兩個主流產(chǎn)品在內(nèi)的絕大部分規(guī)格切斷閥，并且使用壽命比它們更高、密封更加安全可靠、又免于維修、管網(wǎng)運行效率又可得到較大提高。
②一改過去只有不銹鋼閥門才具有的較高抗腐性能，使普通鐵質(zhì)閥門均能實現(xiàn)比不銹鋼閥門更加廉價的抗腐性能。
③一改過去城市煤氣、天燃氣、供水地下管網(wǎng)中所用閥門內(nèi)外表面均被嚴重銹蝕的問題，并可絕大部分廉價取代酸堿鹽、石油化工、食品制藥等工業(yè)中原先必用的昂貴不銹鋼閥門。
④由于取代了用材較多的截止閥及閘閥，節(jié)省了大量鋼鐵鑄件生產(chǎn)，不但省去了大量鋼鐵金屬材料，也相應省去了鋼鐵鑄件生產(chǎn)中大量煤炭及電能消耗。同時也相應減輕了對環(huán)境的廢物、廢氣排放污染。特別是完全省去了兩種傳統(tǒng)主流產(chǎn)品截止閥與閘閥結構中必用的貴重銅材。
⑤由于本閥鋼鐵用料比兩種主流閥門(截止閥、閘閥)少數(shù)倍，其生產(chǎn)成本明顯比它們低許多，顯然符合國家可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)業(yè)政策。


附圖1是本發(fā)明球閥結構示意總圖(圖中球的方位處于關閉狀態(tài))。
附圖2是附圖1的C向局部視圖。
附圖3是附圖1的K-K剖面圖。
附圖4是圖1的A-A剖視圖。
附圖5是圖1的B-B剖視圖。
附圖6是密封環(huán)的正視圖。
附圖7是圖6的M向視圖。
附圖8是閥體鐵件與A、B兩襯套三者之間塑料層復合前的結構關系圖。
附圖9是閥體鐵件與A襯套在塑料層復合后的結構關系圖。
附圖10是圖9的N局部放大圖。
附圖11是球與密封環(huán)、支撐環(huán)三者之間以及球殼鐵件與其內(nèi)的不銹鋼鑲塊、塑料管三者之間的結構關系圖。
附圖12是圖11的E向局部視圖。
附圖13是球的俯視圖。
附圖14是圖13的D-D剖面圖。
附圖15是圖14的F向視圖。
附圖16是圖11的P局部放大圖。
附圖17是等高磨量計算方法示意圖。
附圖18是圖17的G-G剖視圖。
圖中1閥體合件、2支撐環(huán)、3球、4A襯套、5B襯套、6控制軸、7十字滑塊、8調(diào)壓蓋、9導套、10密封環(huán)、11補償套、12鎖輪、13拉簧、14接盤、15V型密封圈組、16擋圈、17壓圈、18指針、19、20、21、22、23O型密封圖、24、25不銹鋼釘、26方孔、27環(huán)形空腔、28箭頭、29箭頭、30斜面、31指示箭頭、32轉向箭頭、33位標、34不銹鋼鑲塊、35塑料管、36球殼鐵件、37鍵窩、38“人字島”、39“園湖”、40塑料復合層、41小端面、42燕尾倒鉤、43脖頸、44內(nèi)槽、45孔、46環(huán)形面、47鐵件、48園箍、49塑料復合層、50定向鍵、51“小葫蘆池”、52燕尾倒鉤、53密封圈、54方極、55螺栓孔、56花鍵副、57鐵件、58法蘭盤、59復合塑料層。
具體實施例方式
參照

中編號、名稱對結構具體加以說明。
本發(fā)明球閥中不少零件采用抗腐高分子材料制造，如補償套11、鎖輪12、導套9、A襯套4等，它們不僅生產(chǎn)成本低，并適宜大規(guī)模制造。
閥門在關閉狀態(tài)下(如附圖1中球3所處方位)，由于有O型密封圈21、22密封、隔離作用，使球3兩側閥腔內(nèi)存在著介質(zhì)壓力差，這個壓力差為本發(fā)明球閥密封及補償提供了動力。
由附圖1所示，在正常工作狀態(tài)下，球3右側閥腔內(nèi)充滿了具有較大壓力的介質(zhì)，它通過方孔26進入到環(huán)形空腔27里，作用在補償套11大右端面和小右瑞面41上的壓力，推動補償套11向左。而鎖輪12由于被介質(zhì)包圍，其壓力相互抵而靜止。
閥體合件1的鐵件47與接盤14的鐵件57兩者之間用螺紋直接連接在一起。由塑料制成的導套9被擠壓、固定在A襯套4和內(nèi)外表面被塑料復合過的接盤14之間。導套9伙同其上的兩個O型密封圈20、23分別從軸向及徑向?qū)υ撀菁y及金屬裸露部位進行密封保護。
導套9內(nèi)裝有可作軸向滑動的補償套11，其所有大小右端面在介質(zhì)壓力下使其向左推動密封環(huán)10與球3表面緊密接觸，這不僅密封了介質(zhì)本身，同時也不間斷地補償了因球3表面與密封環(huán)10、支撐環(huán)2不斷磨損所出現(xiàn)的有害間隙。由于上述三者不斷被磨損及補償，則造成球3位置不斷向左移動，為使控制軸6能對不斷移動位置的球3順利進行扭矩傳遞，在控制軸6與球3之間增設一個十字滑塊7(詳見圖附1、3)。
為確保本閥在任何情況下(如管道破裂、介質(zhì)外泄而引起壓力下降時)均具有良好密封性能，這里對補償套11采取了補償鎖定機構，使補償套11只能向左前進而不能向右后退，即在補償套11內(nèi)壁上及同軸的鎖輪12外壁上各帶有相匹配的多頭螺旋斜面，通過兩者相對旋轉來實現(xiàn)調(diào)整兩者之間軸向長度，當補償套11被介質(zhì)壓力向左推動時，便在補償套11與鎖輪12兩個斜面之間出現(xiàn)間隙，在拉簧13作用下，通過鎖輪12自身轉動(附圖1中箭頭28指向)，使鎖輪12斜面重新與補償套11在新的較高斜面位置接觸而消掉上述補償后所出現(xiàn)的間隙。由于上述兩斜面的斜度均在自鎖角范圍內(nèi)，所以鎖輪12能牢固地將補償套11鎖定在補償行程中任何位置上而不會后退。
為了保證鎖輪12有效作用，必須在結構上保證補償套11只能沿軸向位移而不發(fā)生轉動，這里相應采取了兩處定向機構①附圖4中定向鍵50。②附圖5中花鍵副56。
為使補償機構能真正達到大幅度提高本閥門使用壽命之目的，必須使密封環(huán)10、支撐環(huán)2兩者與球3表面轉動摩擦中實現(xiàn)等高磨量。
等高磨量技術的基本原理、結構及數(shù)據(jù)計算中的主要程序。
等高磨量技術所運用的基本原理是在摩擦過程中，當兩物體的材料、表面粗糙度、摩擦力、潤滑條件等均相同條件下，兩物體相對運動摩擦中，其單位面積上的磨損量與摩擦途徑長度成正比。
所謂等高磨量是指密封環(huán)10與支撐環(huán)2在與球3轉動表面受壓接觸摩擦中，在數(shù)十年內(nèi)，其各部位均能保持等量受磨狀態(tài)的一種結構系統(tǒng)。具有此種等高磨量結構系統(tǒng)才能使該球閥自動補償機構功能得到充分發(fā)揮，真正才能將該球閥使用壽命提高到理想程度。
由于球閥結構之特點，隨著兩環(huán)參與接觸摩擦的各部位與球3相應表面所處緯度不斷升高(詳見附圖17)，球3的水平斷面直徑在不斷變小同時，而兩環(huán)參與摩擦接觸面卻在不斷增加(或變長)，并出現(xiàn)由最大又變至最小，即當緯度升高至兩環(huán)頂極點T處時，其該點T處所參與接觸球3表面面積之比競變得無限小，這是一種非常不利的磨擦接觸結構，加之，兩環(huán)要經(jīng)過球3中心通孔上空無接觸摩擦區(qū)，這就使得兩環(huán)與球3參與實質(zhì)接觸摩擦的各部位面積之間的比率競變得十分復雜與懸殊，這種由摩擦途徑長短懸殊過大對兩環(huán)所造成的嚴重高低不平磨損現(xiàn)象，足以能使補償機構失去應有功能。
為消除上述對延長球閥使用壽命非常不利的弊端之源，對兩環(huán)一球必須采取均等受磨技術。其技術方案是①將原本正園形外圈的兩環(huán)改造成非園形，即在兩環(huán)外圈上分別增加一對上下對稱的方極54(詳見附圖6、7、17)，使兩環(huán)與球③參與摩擦接觸的面積之比由原來的無限小變到可控范圍之內(nèi)，為兩環(huán)等高磨量結構處理創(chuàng)造了必要可行基本條件。②按兩環(huán)等高磨量要求，對球3表面面積進行改造，其改造所遵循的技術要點必須使兩環(huán)參與摩擦接觸的各部位單位面積與轉動一周相應球3表面面積之間均保持嚴格同等比例關系，對超出比例的各部分多余球面面積，按球3表面緯度座標，分別給予挖去，使多余的球3表面面積免于參與對兩環(huán)的接觸磨擦，從而實現(xiàn)兩環(huán)的均等受磨。
對球3表面面積進行改造的關鍵是數(shù)據(jù)計算，其方法是采用逐步接近法。在進行數(shù)據(jù)計算前，先做兩件事①先確定兩環(huán)外圈上方極54的長度(實際上是與球面接觸的弧線長度)。②在球3中心通孔兩側對稱球面上各挖一個低于球面高度的“圓湖”39，其兩“圓湖”直徑應略小于密封環(huán)內(nèi)徑。在此基礎上，如像附圖17指出那樣，用較小間距的垂直等高平分線將OT半徑以及兩邊密封環(huán)10的園周線、球3外園線一并都分割成多個棚格水平小分段，其中被分割出的任何一段寬度的中間平分線如附圖17中的PP’及其延長線，與球面接觸的兩環(huán)平均弧線長度用Δbn來表示時，(詳見附圖18)，則兩環(huán)上被分割成四個小段的總的弧線長度為4Δbn。同樣，將兩環(huán)上任意被分割段與球3表面相應緯度處所能接觸摩擦途徑長度總和用Mn表示時，在保證Mn/4Δbn均同等倍數(shù)情況下，將各個水平分段所多所欠的正負球面面積，按球3表面緯度座標繪出曲線圖，并分別給予挖掉與增補。附圖15中的8個“小葫蘆池”51就是被挖掉的多余球面面積；附圖12中的“人字島”38就是被事先挖掉“園湖”中而又須增補的所欠球面面積。
在保證本球閥使用壽命50年情況下(高于50年時已無意義，因為管道壽命只有50年)，其挖去多余球面面積的深度，主要決定于閥門使用中啟閉頻次高低及球3表面塑料復合層40所用材料耐磨性能。
除在結構上采取等高磨量外，在本閥啟閉操作中，控制軸6只能按照附圖1中指針18所示箭頭32指向單一方向轉動。開關箭頭31應對準位標33。指針18與控制軸6以及閥體合件1三者之間的結構關系，可詳見附圖1、2。
球3中球殼鐵件36與不銹鋼鑲塊34在鑄造時鑲在其內(nèi)(詳見附圖1、11和16)。附圖16是說明不銹鋼鑲塊34中的燕尾倒鉤42環(huán)形槽，在塑料復合時其塑料層會從圓周360度方向被固定在球面上。
塑料管35是在復合時將其鑲注其內(nèi)的(祥見附圖13剖面處)。
由附圖8所示，A襯套4、B襯套5先后裝進閥體鐵件47里，在兩襯套環(huán)面46搭接處進行粘結或焊接，使兩者成為一個整體。
在閥體鐵件47左端內(nèi)腔里的A襯套4上有個脖頸43，其端面有個法蘭盤58伸進閥體鐵件47內(nèi)槽44的中心部位(詳見附圖8)，在進行塑料層49復合時，熱態(tài)玻璃狀塑料流便從孔45外部注入到脖頸43與鐵件47之間所有預留的空隙里而形成如附圖9所示的塑料園箍48，由于塑料園箍48在由熱變冷過程中的收縮力的作用，使園箍48緊緊抱住脖頸43，加上法蘭盤58外周也同樣受收縮力的作用，使它們最終形成一個對閥體鐵件47保護很嚴的塑料封閉保護外層。
在垂直平面上，為在復合過程不使塑料復合層過份收縮，這里采取了燕尾倒鉤52結構(詳見附圖10)。
由于本產(chǎn)品使用壽命不低于數(shù)十年，根據(jù)操作啟閉頻次情況，在閥門一生中要對調(diào)壓蓋8向下調(diào)整數(shù)次，使V型密封圈組15被磨損部位重新具有良好密封性能。壓圈17是為了調(diào)壓時對V型密封圈組15能均勻受力。檔圈16是防止控制軸跳出的第二個保險機構。
接盤14的塑料層59與鐵件57復合時所采取的結構方法與閥體合件1基本相同，如燕尾倒鉤防縮機構等，具體不再詳述。
24、25兩個不銹鋼釘，注塑時鑲在塑料件里。
由于球3的中心通孔是塑料管35，內(nèi)壁光滑，對流動的介質(zhì)阻力很小，用較小內(nèi)徑就能滿足與閥門配套的內(nèi)徑較大鋼管具有同等流量。
權利要求
1.一種自壓密封補償復合抗腐球閥，由閥體合件(1)、支撐環(huán)(2)，球(3)、控制軸(6)，十字滑塊(7)、密封環(huán)(10)，補償套(11)，鎖輪(12)，導套(9)、接盤(14)等件構成，其特征是a、密封環(huán)(10)與支撐環(huán)(2)兩環(huán)外圈上均帶有一對對稱性向外凸起的方極(54)；在球(3)中心通孔兩側對稱球面上各挖有一個少低于球(3)表面高度的“園湖”(39)，湖內(nèi)均有兩條“人字島”(38)，其高度與球表面相同；兩湖外挖有互為對稱分布的八個“小葫蘆池”(51)。b、在補償套(11)與同軸的鎖輪(12)之間設有自鎖螺旋斜面結構，通過對鎖輪(12)自身轉動來消除因補償套(11)在補償位移后所留下的軸向空隙，杜絕補償套(11)后退。c、對不同鐵件的塑料復合，可采取內(nèi)設塑料襯套、外加塑料復合層及內(nèi)外塑料層一次復合的兩種結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的自壓密封補償復合抗腐球閥，其特征是在控制軸(6)與球(3)之間設置一個十字滑塊(7)。
3.根據(jù)權利要求1所述的自壓密封補償復合抗腐球閥，其特征是球(3)中不銹鋼鑲塊(34)上帶有用來固定塑料復合層的燕尾倒鉤(42)環(huán)形槽。
4.根據(jù)權利要求1所述的自壓密封補償復合抗腐球閥，其特征是閥體鐵件(47)內(nèi)腔所裝的A襯套(4)和B襯套(5)，通過對兩襯套搭接環(huán)面(46)進行高強度粘結或焊接使兩者成為一體。
5.根據(jù)權利要求1所述的自壓密封補償復合抗腐球閥，其特征是對閥體鐵件(47)復合塑料時，在熱態(tài)塑料冷卻收縮力作用下，將A襯套(4)上脖頸(43)卡住并封死在塑料復合層中的冷縮連接結構內(nèi)。
6.根據(jù)權利要求1所述的自壓密封補償復合抗腐球閥，其特征是閥體合件(1)與接盤(14)螺紋連接處內(nèi)腔的導套(9)被擠壓、固定在A襯套(4)右端面和被塑料復合過的接盤(14)之間。導套(9)伙同其上的兩個O型密封圈(20)、(23)分別從徑向及軸向?qū)β菁y及金屬裸露部位構成防蝕密封保護。
7.根據(jù)權利要求1所述的自壓密封補償復合抗腐球閥，其特征是球(3)的中心通孔直徑比本閥兩頭進出口處內(nèi)徑要小。
8.根據(jù)權利要求1所述的自壓密封補償復合抗腐球閥，其特征是球(3)的球殼鐵件(36)與其內(nèi)裝的塑料管(35)，經(jīng)塑料復合層(40)復合成一個整體部件。
全文摘要
該自壓密封補償復合抗腐球閥，由閥體合件、球、導套、補償套、鎖輪、接盤、控制軸、密封環(huán)、十字滑塊等件組成。位于閥體右腔的補償套在介質(zhì)壓力下沿導套內(nèi)徑推動密封環(huán)與球面接觸，除密封介質(zhì)自身外，并補償因密封環(huán)與球面磨損所出現(xiàn)的間隙。為確?？煽棵芊馀c高壽命，分別又采取了鎖輪、補償套之間的螺旋自鎖斜面及密封環(huán)與球面面積之間等量磨損機構。又通過閥門鐵件內(nèi)外表面塑料復合，使兩者優(yōu)勢得以互補。通過四項技術整合，使其使用壽命和抗腐能力均得以大幅提升。
文檔編號F16K5/20GK1940362SQ20051009891
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權日2005年9月13日
發(fā)明者胡勇坤 申請人:胡勇坤, 郭宏