一種電動球閥的制作方法

一種電動球閥的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電動球閥，包括閥套、耳軸球式閥芯、閥座以及閥桿，閥套包括閥體及套筒，耳軸球式閥芯上設有進流通道和出流通道，套筒上安裝有電機，閥體上設置有一個進流孔和兩個出流孔，閥體內設置有進流連接通路和出流連接通路，每個閥座上均抵靠有能產生彈性形變從而施加彈力壓緊閥座的柔性補償件，每個柔性補償件上均抵靠有一螺塞，閥座設有第一中間孔，柔性補償件上設有第二中間孔。本發明通過安裝柔性補償件，對耳軸球式閥芯和閥座進行補償，補償量具有隨溫度壓力變化的自適應性，具有良好的補償自適應性，能滿足不同深度地質層的不同工況要求，保證了球閥在不同工況下的長期安全可靠密封。
【專利說明】-種電動球閥

【技術領域】
[0001] 本發明屬于球閥領域，更具體地，涉及一種電動球閥。

【背景技術】
[0002] 在諸如核電廠、原油開采、天然氣開采等場合，需要對高溫高壓流體進行控制。原 油開采中經常采用的水驅壓裂技術，利用封堵球對不同層位進行分段壓裂的水驅多級壓裂 技術，封堵球從上到下直徑鑄件減小，相應管路的通徑也減小。如將球閥應用其中，采用閥 控多級壓裂技術，相比于傳統的壓裂技術，操作簡單，只需給出相應控制信號，控制電機的 正反轉，即可實現流口的換向（Ρ-Λ-Ρ-B )，完成系統壓裂口的打開和關閉功能，簡化了 整個系統的結構，可保持各級壓裂管路通徑一致，不用做縮徑處理，不僅降低了開采成本， 還提高了系統的工作效率及產量。
[0003] 在這些領域中所需用的閥往往都要滿足以下特點：
[0004] 1)工作壓力高，其最高壓力可達30MPa以上，甚至到90MPa ;
[0005] 2)工作溫度高，其最高溫度可達150°C以上；
[0006] 3)安裝空間小，需要結構緊湊、安裝方便；
[0007] 4)安全可靠，需要零泄漏，不會因為泄漏造成誤動作。
[0008] 球閥通過旋轉球形耳軸球式閥芯來靈活控制介質的合流、分流、及流向的切換。由 于球閥自身良好的密封性能（球面密封形式能實現完全密封），結構簡單等優點，球閥在各 工業領域應用十分廣泛。目前國內外的高溫高壓閥中，世偉洛克（Swagelok)的系列球閥具 有代表性，如83系列和H83系列的高溫高壓閥以及H0KE76系列等。但這些球閥應用在上 述場合均存在以下問題：
[0009] (1)由于采用多個碟簧疊加在一起等進行溫度、壓力和磨損補償，每個碟簧的體積 較大，導致安裝的體積過大；
[0010] (2)采用方形結構，進流口和出流口布置不在同一端面，不利于管路安裝的集成， 需要占用較大的安裝空間，與石流等化工工業中常用的圓形管道安裝環境難以很好的兼 容；
[0011] (3)由多個碟簧的壓縮量產生的力進行補償，并根據高壓條件下的密封要求選擇 壓縮量，必然造成在低壓時補償力過大，增大了摩擦力，需要更大的驅動功率，同時也加速 了球閥的磨損。


【發明內容】

[0012] 針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種電動球閥，采用柔性補 償件進行溫度、壓力和磨損的補償，密封性能可靠，并能夠保證換向的可靠性，其體積小，整 體呈柱形結構，可方便地安裝于各種工業管道系統之中。
[0013] 為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種電動球閥，包括閥套及設置 在閥套內的耳軸球式閥芯、抵靠在耳軸球式閥芯上的閥座以及能帶動耳軸球式閥芯旋轉的 閥桿，閥座的數量為兩個，兩個閥座對稱分布在耳軸球式閥芯的兩側，閥套整體呈柱形，閥 套包括閥體及固定安裝在閥體上的套筒，耳軸球式閥芯上設有進流通道和出流通道，套筒 遠離閥體的一端安裝有能驅動閥桿轉動的電機，閥體遠離套筒的端面上設置有一個進流孔 和兩個出流孔，進流孔的軸線與閥體的軸線同線，兩個出流孔關于進流孔中心對稱分布在 進流孔的兩側，閥體內設置有用于連通進流孔與進流通道的進流連接通路和用于連通出流 孔與出流通道的出流連接通路，每個閥座上均抵靠有能產生彈性形變從而施加彈力壓緊閥 座的柔性補償件，每個柔性補償件上均抵靠有一螺塞，螺塞安裝在閥體上，閥座、柔性補償 件和螺塞沿閥體的徑向設置，閥座上設有用于連通耳軸球式閥芯上的出流通道的第一中間 孔，柔性補償件上設有用于連通第一中間孔與出流孔的第二中間孔。
[0014] 優選地，所述閥桿包括大端和小端，閥桿的大端連接在電機的轉軸上，閥桿的小端 抵靠在耳軸球式閥芯上，閥桿的大端上加工有弧度為90°的弧形凸臺，閥體的內壁加工有 與閥桿上的弧形凸臺相應的弧度為270°的弧形凹槽，弧形凸臺在弧形凹槽內轉動，從而將 閥桿的轉動行程控制在180°以內。
[0015] 優選地，所述耳軸球式閥芯靠近閥桿的一端設置有第一方形孔，所述閥桿靠近耳 軸球式閥芯的一端設置有與第一方形孔相應的第一方形凸臺，第一方形凸臺伸入第一方形 孔內從而使閥桿帶動耳軸球式閥芯轉動。
[0016] 優選地，所述閥桿靠近電機的一端設置有第二方形孔，所述電機的轉軸上設置有 與第二方形孔相應的第二方形凸臺，第二方形凸臺伸入第二方形孔內，從而使電機帶動閥 桿轉動。
[0017] 優選地，所述套筒內安裝有推力球軸承，所述電機的轉軸穿過推力球軸承后連接 在閥桿上，閥桿靠近電機的一端抵靠在推力球軸承的側面上，第二方形凸臺靠近閥桿的一 端的端面與閥桿在第二方形孔處的內壁之間存在間隙。
[0018] 優選地，所述柔性補償件上設置有能發生彈性形變的彎曲部，所述彎曲部抵接在 閥座上。
[0019] 優選地，所述閥座上套接有第一密封圈。
[0020] 優選地，所述螺塞上套接有第二密封圈。
[0021] 優選地，所述閥桿上套接有第三密封圈。
[0022] 總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有 益效果：
[0023] 1)本發明通過安裝柔性補償件，對耳軸球式閥芯和閥座進行補償，補償量具有隨 溫度壓力變化的自適應性，具有良好的補償自適應性，能滿足不同深度地質層的不同工況 要求，保證了球閥在不同工況下的長期安全可靠密封；
[0024] 2)本電動球閥的進流孔和出流孔布置在同閥體的同一端面，整體體積小，結構緊 湊，與環形管道狹小的安裝空間兼容；
[0025] 3)套筒內裝有推力球軸承，以保證閥桿在高壓下的靈活可靠運動，降低了轉動扭 矩，減小了球閥的功率損耗，更加節能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1是本發明的剖視圖；
[0027] 圖2是圖1中A處的放大圖。

【具體實施方式】
[0028] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0029] 如圖1?圖2所示，一種電動球閥，包括閥套1及設置在閥套1內的耳軸球式閥芯 7、抵靠在耳軸球式閥芯7上的閥座2以及能帶動耳軸球式閥芯7旋轉的閥桿8,閥座2的 數量為兩個，兩個閥座2對稱分布在耳軸球式閥芯7的兩側，閥套1整體呈柱形，閥套1包 括閥體10及固定安裝在閥體10上的套筒11，耳軸球式閥芯7上設有進流通道13和出流 通道14,進流通道13和出流通道14組成一 T形的流道。套筒11遠離閥體10的一端安裝 有能驅動閥桿8轉動的電機15,電機15可以選用步進電機、減速電機或伺服電機。閥體10 遠離套筒11的端面上設置有一個進流孔16和兩個出流孔17,進流孔16和出流孔17布置 在同閥體的同一端面，整體體積小，結構緊湊，與環形管道狹小的安裝空間兼容；閥體10在 進流孔16和出流孔17處的內壁均設置有螺紋，以便于連接外部管道。進流孔16可以進高 壓流體。進流孔16的軸線與閥體10的軸線同線，以平衡耳軸球式閥芯7的受力。兩個出 流孔17關于進流孔16中心對稱分布在進流孔16的兩側，閥體10內設置有用于連通進流 孔16與進流通道13的進流連接通路18和用于連通出流孔17與出流通道14的出流連接 通路19,每個閥座2上均抵靠有能產生彈性形變從而施加彈力壓緊閥座2的柔性補償件5， 每個柔性補償件5上均抵靠有一螺塞4,螺塞4安裝在閥體10上。
[0030] 優選地，參照圖2,所述柔性補償件5上設置有能發生彈性形變的彎曲部27,所述 彎曲部27抵接在閥座2上時，其可以發生彈性形變，用于補償閥座2和耳軸球式閥芯7的 形變。柔性補償件5的形狀可以有多種變化，并不限于圖中所示的形狀，譬如其可以是工字 形，只要其具有能發生彈性形變的彎曲部27即可。由于采用了圖中的T形結構的柔性補償 件5,而不是普通的碟簧或彈簧，因此本球閥的體積可以制作得非常小，閥套1的外徑可以 加工到16mm左右，因此本球閥可以適用于內徑比較小的工業管道中。
[0031] 所述閥座2、柔性補償件5和螺塞4沿閥體10的徑向設置，閥座2上設有用于連通 耳軸球式閥芯7上的出流通道14的第一中間孔20,柔性補償件5上設有用于連通第一中間 孔20與出流孔17的第二中間孔21。耳軸球式閥芯7在電機15的帶動下轉動時，其出油通 道14可以分別與兩個閥座2上的第一中間孔20連通，從而實現球閥的換向。在閥體10上 采用螺塞4堵住，安裝方便，并可以調節閥座2和耳軸球式閥芯7的初始預緊力，以保證密 封要求。
[0032] 耳軸球式閥芯7采用耐腐蝕合金制成，其具有更好的抗高壓能力；閥座2采用高強 度工程塑料，這樣使得耳軸球式閥芯7與閥座2的密封部位實現軟密封配合，密封比壓小， 泄漏非常小，安全可靠；在閥座2在與耳軸球式閥芯7配合的端面加工了球形槽，一方面可 以減小密封面從而減小密封所需的密封預緊力，另一方面球形槽里面的壓力介質的壓力可 進一步增大密封比壓提高密封的可靠性；在螺塞4和柔性補償件5提供的初始預緊力以及 流體的壓力的共同的作用下，耳軸球式閥芯7與閥座2緊密貼合。
[0033] 柔性補償件5相比于傳統的彈簧、碟簧等，體積較小，易于制造，結構小巧緊湊，剛 度大，適合在閥體10體積比較小的情況下使用。柔性補償件5的主要作用有以下幾個方面： 一是當球閥經歷較大的溫度梯度時，對閥座2和耳軸球式閥芯7所產生的熱膨脹進行雙向 熱補償，防止熱脹卡死而無法靈活的轉動；二是對閥座2加載一定的初始預緊力，擴大了球 閥的工作壓力范圍，使球閥在低壓和高壓系統內都具有防漏完整性；三是用于補償耳軸球 式閥芯7和閥座2由于長期做摩擦轉動而引起的磨損造成密封比壓下降而最終導致密封失 效泄漏。
[0034] 在閥體10上，將2個出流孔17 (分別為A 口和B 口）全部設置在進流孔16 (P 口） 所在同一端面上，可以方便管路的安裝，節省整個球閥的安裝空間，使其更加緊湊。本球閥 能滿足對安裝空間受限的高壓高溫場合，工作介質可以為高阻燃液壓流。由于采用的是電 機15驅動的電動控制，能夠完成流路的自動化控制，適用于、石流、天然氣井下驅采系統、 發電廠等領域。
[0035] 進一步，閥座2外圓上加工有溝槽用于安裝第一密封圈3,第一密封圈3與閥體10 配合形成靜密封。柔性補償件5整體呈T形，彎曲部27設置在橫截面積較大的一端，彎曲 部27靠近貼在閥座2上，調整彎曲部27作用在閥座2上的面積大小以及彎曲部27的厚度 就可以對其剛度進行調整。在螺塞4的外圓上加工有溝槽用于安裝第二密封圈6,第二密封 圈6與閥體10配合形成靜密封。螺塞4的端面開有用于安放柔性補償件5的沉槽，固定住 柔性補償件5防止其沿軸向竄動，擰松或擰緊對稱兩端的螺塞4就可以調整閥座2所需的 初始預緊力大小。在閥桿8上安裝有第三密封圈9,以防止流體泄漏進電機15里面。
[0036] 優選地，所述閥桿8包括大端22和小端23,閥桿8的大端22連接在電機15的轉 軸上，閥桿8的小端23抵靠在耳軸球式閥芯7上，閥桿8的大端22上加工有弧度為90° 的弧形凸臺24,閥體10的內壁加工有與閥桿8上的弧形凸臺24相應的弧度為270°的弧 形凹槽，弧形凸臺24在弧形凹槽內轉動，從而將閥桿8的轉動行程控制在180°以內。當 選用普通的減速電機15時，則閥體10在弧形凹槽處的內壁可以對弧形凸臺24限位，閥桿 8只能帶動耳軸球式閥芯7順時針或逆時針旋轉180°。耳軸球式閥芯7到達一極限位置 時，其出流通道14與其中一出流孔17 (A 口）連通，當到達另一極限位置時，其出流通道14 與另一出流孔17 (B 口）連通，以此來實現球閥的精確換向。
[0037] 耳軸球式閥芯7的進流通道13為通孔，使得耳軸球式閥芯7的進流通道13和出 流通道14形成一 T形結構的流道。由于進流通道13為通孔，可以將進流孔16流入的高壓 介質引入耳軸球式閥芯7的另外一側，使整個耳軸球式閥芯7的軸向受力平衡。
[0038] 耳軸球式閥芯7與閥體10為間隙配合，閥體10的內壁可對耳軸球式閥芯7進行 徑向的限位，但同時二者之間又留有一定的間隙，使耳軸球式閥芯7可以沿徑向做微量的 移動，以對壓力溫度的波動進行補償，二者形成的整體結構為半浮動式結構。
[0039] 進一步，所述耳軸球式閥芯7靠近閥桿8的一端設置有第一方形孔，所述閥桿8靠 近耳軸球式閥芯7的一端設置有與第一方形孔相應的第一方形凸臺25,第一方形凸臺25伸 入第一方形孔內從而使閥桿8帶動耳軸球式閥芯7轉動。所述閥桿8靠近電機15的一端設 置有第二方形孔，所述電機15的轉軸上設置有與第二方形孔相應的第二方形凸臺26,第二 方形凸臺26伸入第二方形孔內，從而使電機15帶動閥桿8轉動，這樣使得連接比較方便。 優選地，所述套筒11內安裝有推力球軸承12,所述電機15的轉軸穿過推力球軸承12后連 接在閥桿8上，閥桿8靠近電機15的一端抵靠在推力球軸承12的側面上。第二方形凸臺 26靠近閥桿8的一端的端面與閥桿8在第二方形孔處的內壁之間存在間隙，閥桿8的軸向 力均作用在推力球軸承12上，電機15的轉軸不受到閥桿8的軸向力作用，有利于延長電機 15的使用壽命。由于安裝了推力球軸承12,以保證球閥上的閥桿8、耳軸球式閥芯7以及電 機15上的轉軸在高壓下的靈活可靠運動，減小了摩擦阻力降低了轉動扭矩。
[0040] 裝配時，先將耳軸球式閥芯7裝入閥體10的內腔，再依次安裝閥座2、柔性補償件 5以及螺塞4,調節兩邊的螺塞4加載在閥座2和耳軸球式閥芯7上的初始預緊力，使其達 到密封比壓要求；然后再安裝閥桿8,先將推力球軸承12裝入套筒11中，然后將套筒11與 閥體10安裝起來。將轉軸插入閥桿8中，用螺釘將電機15與套筒11連接起來。
[0041] 本發明的電動球閥具有如下優點：
[0042] 1)、采用耳軸球式閥芯7,在其中心開有作為進流通道13的通孔，使耳軸球耳軸球 式閥芯7的進流通道13兩端端面均有壓力介質，受力平衡；
[0043] 2)、閥座2采用高強度工程塑料，使閥座2與耳軸球式閥芯7的密封部位實現軟密 封配合，并在其密封端面開有沉槽，沉槽處安裝第二密封圈6,以減小密封比壓及初始預緊 力，實現零泄漏密封，安全可靠；
[0044] 3)、本球閥具有良好的補償自適應性。球閥需要滿足不同深度地質層的不同工況 要求，而為了適應不同工況的要求需要對球閥進行微量補償，本發明通過安裝柔性補償件 5,對耳軸球式閥芯7和閥座2進行溫度和壓力兩方面的補償，補償量具有隨溫度壓力變化 的自適應性，保證了球閥在不同工況下的長期安全可靠密封；
[0045] 4)、在套筒11內裝有推力球軸承12,以保證球閥的運動部件在高壓下的靈活可靠 運動，降低了電機15轉軸的轉動扭矩，減小了球閥的功率損耗，更加節能。
[0046] 5)、本球閥的進流孔16和出流孔17均布置在同一端面，整體體積小，結構緊湊，與 環形管道狹小的安裝空間兼容。
[0047] 本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以 限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含 在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種電動球閥，包括閥套（1)及設置在閥套（1)內的耳軸球式閥芯（7)、抵靠在耳軸 球式閥芯（7)上的閥座（2)以及能帶動耳軸球式閥芯（7)旋轉的閥桿（8)，閥座（2)的數 量為兩個，兩個閥座（2)對稱分布在耳軸球式閥芯（7)的兩側，閥套（1)整體呈柱形，閥套 (1)包括閥體（10)及固定安裝在閥體（10)上的套筒（11)，耳軸球式閥芯（7)上設有進流 通道（13)和出流通道（14)，其特征在于：套筒（11)遠離閥體（10)的一端安裝有能驅動閥 桿⑶轉動的電機（15)，閥體（10)遠離套筒（11)的端面上設置有一個進流孔（16)和兩 個出流孔（17)，進流孔（16)的軸線與閥體（10)的軸線同線，兩個出流孔（17)關于進流孔 (16)中心對稱分布在進流孔（16)的兩側，閥體（10)內設置有用于連通進流孔（16)與進流 通道（13)的進流連接通路（18)和用于連通出流孔（17)與出流通道（14)的出流連接通路 (19) ，每個閥座（2)上均抵靠有能產生彈性形變從而施加彈力壓緊閥座（2)的柔性補償件 (5)，每個柔性補償件（5)上均抵靠有一螺塞（4)，螺塞（4)安裝在閥體（10)上，閥座（2)、 柔性補償件（5)和螺塞（4)沿閥體（10)的徑向設置，閥座（2)上設有用于連通耳軸球式閥 芯（7)上的出流通道（14)的第一中間孔（20)，柔性補償件（5)上設有用于連通第一中間孔 (20) 與出流孔（17)的第二中間孔（21)。
2. 根據權利要求1所述的一種電動球閥，其特征在于：所述閥桿（8)包括大端（22)和 小端（23)，閥桿⑶的大端（22)連接在電機（15)的轉軸上，閥桿⑶的小端（23)抵靠在 耳軸球式閥芯（7)上，閥桿（8)的大端（22)上加工有弧度為90°的弧形凸臺（24)，閥體 (10)的內壁加工有與閥桿⑶上的弧形凸臺（24)相應的弧度為270°的弧形凹槽，弧形凸 臺（24)在弧形凹槽內轉動，從而將閥桿（8)的轉動行程控制在180°以內。
3. 根據權利要求1所述的一種電動球閥，其特征在于：所述耳軸球式閥芯（7)靠近閥 桿（8)的一端設置有第一方形孔，所述閥桿（8)靠近耳軸球式閥芯（7)的一端設置有與第 一方形孔相應的第一方形凸臺（25)，第一方形凸臺（25)伸入第一方形孔內從而使閥桿（8) 帶動耳軸球式閥芯（7)轉動。
4. 根據權利要求1所述的一種電動球閥，其特征在于：所述閥桿⑶靠近電機（15)的 一端設置有第二方形孔，所述電機（15)的轉軸上設置有與第二方形孔相應的第二方形凸 臺（26)，第二方形凸臺（26)伸入第二方形孔內，從而使電機（15)帶動閥桿（8)轉動。
5. 根據權利要求4所述的一種電動球閥，其特征在于：所述套筒（11)內安裝有推力球 軸承（12)，所述電機（15)的轉軸穿過推力球軸承（12)后連接在閥桿⑶上，閥桿⑶靠近 電機（15)的一端抵靠在推力球軸承（12)的側面上，第二方形凸臺（26)靠近閥桿（8)的一 端的端面與閥桿（8)在第二方形孔處的內壁之間存在間隙。
6. 根據權利要求1所述的一種電動球閥，其特征在于：所述柔性補償件（5)上設置有 能發生彈性形變的彎曲部（27)，所述彎曲部（27)抵接在閥座（2)上。
7. 根據權利要求1所述的一種電動球閥，其特征在于：所述閥座（2)上套接有第一密 封圈（3)。
8. 根據權利要求1所述的一種電動球閥，其特征在于：所述螺塞（4)上套接有第二密 封圈（6)。
9. 根據權利要求1所述的一種電動球閥，其特征在于：所述閥桿（8)上套接有閥桿（8) 第三密封圈（9)。
【文檔編號】F16K5/08GK104329480SQ201410497472
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月24日 優先權日:2014年9月24日
【發明者】劉銀水, 韓明興, 吳德發, 李東林, 趙旭峰, 鄧亦攀, 李曉暉 申請人:華中科技大學, 廈門大學深圳研究院