一种大口径强制密封球阀的制作方法

1.本发明属于液压阀门控制领域，具体涉及一种大口径强制密封球阀。


背景技术：

2.强制密封球阀是利用球体绕阀体中心线作旋转来达到开启、关闭的一种阀门。因其密封特点为强制密封、启闭无摩擦，因此广泛应用于油气输送的计量装置、泵出入口及旁通、压缩机出入口及旁通等密封要求严格的场合。强制密封球阀在开启时，驱动电机首先驱动阀杆提升使球体与阀座脱离，然后阀杆继续上升，在阀盖上的导轨销与阀杆上的轨道凹槽之间的相互作用下，驱动球体无摩擦转动至开启位置。关闭阀门时，驱动电机驱动阀杆带动球体在不接触阀座的情况下转动，然后阀杆继续下降，阀杆下端的平行楔形面与滚柱配合，产生楔紧力，带动球体压紧阀座，实现阀门密封。
3.由于球阀启闭过程中阀杆需要不停的上下移动以及转动。而现有技术中，导轨销与轨道凹槽之间多为滑动摩擦，导轨销的头端接触部位磨损严重，并且轨道凹槽的配合面同样会出现严重磨损。导轨销与轨道凹槽因磨损而导致间隙变大，使阀杆在转动到极限位置时候阀杆的角位置偏离了正确的极限位置，由此造成球体的密封面与阀座之间难以实现可靠密封。并且，强制密封球阀多用于人烟稀少的野外运输环境，因此无法做到对球阀的实时检测和维护。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种大口径强制密封球阀，该强制密封球阀磨损小，耐久性高，在启闭过程中能够实现有效密封，并且方便检修或维护。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：一种大口径强制密封球阀，包括：阀体、阀盖、导轨销、阀杆；其中，阀体上端设有开口并设置有安装面，安装面与阀盖下端法兰之间通过螺栓、螺母连接；球体从开口装入阀体中；阀盖内设置有阀杆，阀盖上侧设置有支架，支架的上侧设置有驱动电机，驱动电机驱动阀杆转动，并进一步带动球体转动；其中，阀杆包括螺纹段、光杆段以及驱动段，驱动段与球体传动连接，并且在驱动段上设置有至少一个矩形轨道凹槽，阀盖上设置有与矩形轨道凹槽对应的安装孔，安装孔内安装有第一导轨销，矩形轨道凹槽与第一导轨销配合。
6.优选地，在第一导轨销的端部设置有轴承安装部，轴承安装部上安装有轴承。
7.一种大口径强制密封球阀，包括：阀体、阀盖、导轨销、阀杆；其中，阀体上端设有开口并设置有安装面，安装面与阀盖下端法兰之间通过螺栓、螺母连接；球体从开口装入阀体中；阀盖内设置有阀杆，阀盖上侧设置有支架，支架的上侧设置有驱动电机，驱动电机驱动阀杆转动，并进一步带动球体转动；其中，阀杆包括螺纹段、光杆段以及驱动段，驱动段与球体传动连接，并且在驱动段上设置有至少一个弧形轨道凹槽，阀盖上设置有与弧形轨道凹槽对应的安装孔，安装孔内安装有第二导轨销，弧形轨道凹槽与第二导轨销配合。
8.优选地，第二导轨销内安装有第一球体、底座、螺旋弹簧；其中，第一球体安装在底座上，另一端与弧形轨道凹槽配合；螺旋弹簧一端抵靠在第二导轨销的底部，另一端抵靠在底座上；底座上开设有引导通道，引导通道一端连通第二导轨销的中空内腔，另一端连通第一球体，中空内腔中存储有润滑油或润滑脂。
9.优选地，弧形轨道凹槽的深度与第一球体直径的比值为0.3-0.4，并且弧形轨道凹槽还具备圆弧段。
10.优选地，第二导轨销上设置有支撑装置，支撑装置上均匀布置有若干第二球体，第二球体一端与第一球体抵靠，另一端与弧形轨道凹槽配合；第二导轨销上设置有注油孔，注油孔用于向第二导轨销内输入润滑油或润滑脂；其中，沿弧形轨道凹槽径向截面均匀布置的第二球体的个数为5-9个。
11.优选地，在第二导轨销内还安装有距离传感器，在底座内固定安装有信号反馈端，距离传感器用于接收信号反馈端反馈的信号并将其传输给控制器以确定弧形轨道凹槽的单位时间磨损量；在强制密封球阀上还设置有数据采集装置，数据采集装置用于采集弧形轨道凹槽处的实时噪音和振动量数据，控制器接收实时噪音和振动量数据，并与正常的噪音和振动量数据进行比较，从而确定强制密封球阀所处的工作状态；控制器还用于向工作人员反馈工作状态信息，控制注油装置向弧形轨道凹槽输送润滑油或润滑脂。
12.优选地，当单位时间磨损量大于预设的单位时间磨损量危险阈值时，控制器判断强制密封球阀的工作状态为异常，此时向工作人员反馈工作状态异常信息，提醒工作人员及时维护，并控制注油装置向弧形轨道凹槽输送润滑油或润滑脂；当检测到的噪音数据超过噪音警戒阈值、且未超过噪音危险阈值时，将此时噪音数据进行存储以便工作人员核查分析；当检测到的振动量数据超过振动量警戒阈值、且未超过振动量危险阈值时，将此时振动量数据进行存储以便工作人员核查分析；当检测到的噪音数据超过噪音危险阈值且检测到的振动量数据超过振动量危险阈值时，控制器确定强制密封球阀的工作状态为异常，此时向工作人员反馈工作状态异常信息，提醒工作人员及时维护，并控制注油装置向弧形轨道凹槽输送润滑油或润滑脂。
13.与现有技术相比，本发明提供的一种大口径强制密封球阀相对于现有技术具有一下有益的技术效果：1、由于在第一导轨销的端部安装有轴承，使得第一导轨销在矩形轨道凹槽中的移动从现有技术中的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大大降低了第一导轨销与矩形轨道凹槽之间的磨损，提高了阀杆的耐久性。
14.2、通过在第二导轨销端面设置第一球体，并且在阀杆上对应地开设了弧形轨道凹槽，使得第一球体在弧形轨道凹槽内滚动过程中处于滚动摩擦状态，从而可以有效降低第二导轨销与弧形轨道凹槽之间的磨损，提高阀杆耐久性。同时，在第二导轨销内存储有润滑油或润滑脂，润滑油或润滑脂通过引导通道能够输送至第一球体表面，从而进一步降低第二导轨销与弧形轨道凹槽之间的磨损，提高阀杆耐久性。并且，本发明弧形轨道凹槽的深度与第一球体直径的比值设置为0.3-0.4，弧形轨道凹槽还设置有圆弧段。这样设置不仅能够保证第二导轨销稳定有效地与弧形轨道凹槽配合，还能降低轨道凹槽的局部应力，方便加工制造。
15.3、通过在第一球体的一侧设置支撑装置，并在支撑装置中均匀布置了若干第二球
体，使第二球体与弧形轨道凹槽配合。由此，相对于直接采用第一球体与弧形轨道凹槽配合的方式，均匀布置的多个第二球体能够分别分担一部分摩擦力，降低第一球体的磨损。并且设置的多个第二球体使得即使当其中一个或多个第二球体磨损严重时，其他的第二球体可以代替其运动，保证第二导轨销正常工作，防止密封性能下降。同时，通过在第二导轨销上设置注油孔，由此可以根据第二导轨销的使用状况及时添加润滑油或润滑脂，进一步降低弧形轨道凹槽处的磨损，提高阀杆耐久性。
16.4、由于强制密封球阀多用于人烟稀少的野外运输环境，工作人员无法及时获知强制密封球阀的使用状态，无法及时地对球阀的进行检修或维护，由此降低强制密封球阀的使用寿命。本发明通过在第二导轨销内设置距离传感器，控制器根据距离传感器反馈的以确定弧形轨道凹槽的单位时间磨损量，从而确定强制密封球阀的工作状态、控制注油装置向弧形轨道凹槽输送润滑油或润滑脂，以便能够及时对强制密封球阀进行维护，降低了工作人员的劳动强度，提高了强制密封球阀的耐久性。
17.5、本发明还设置有数据采集装置，该数据采集装置用于采集弧形轨道凹槽处的实时噪音和振动量数据，控制器将实时采集的噪音和振动量数据分别与正常的噪音和振动量数据进行比较。当确定检测到的噪音数据超过噪音警戒阈值、且未超过噪音危险阈值或者检测到的振动量数据超过振动量警戒阈值、且未超过振动量危险阈值时，将上述实时数据进行存储，以便工作人员核查分析。而当检测到的噪音数据超过噪音危险阈值且检测到的振动量数据超过振动量危险阈值时，控制器才确定强制密封球阀的工作状态为异常，此时向工作人员反馈工作状态异常信息，以提醒工作人员及时维护，控制注油装置向弧形轨道凹槽输送润滑油或润滑脂，由此提高了强制密封球阀的工作状态检测的准确性，避免了单因素控制导致的误报，并能及时为强制密封球阀提供维护，降低了工作人员的劳动强度，提高了强制密封球阀的耐久性。
附图说明
18.图1为本发明强制密封球阀的结构示意图；图2为本发明阀杆的结构示意图；图3为本发明第一导向结构的结构示意图；图4为本发明第一导轨销的结构示意图；图5为本发明导向结构的另一实施方式；图6为本发明第二导轨销的结构示意图；图7为本发明导向结构的又一实施方式；图8为第二导轨销的结构示意图；图9为第二导轨销的结构示意图；图10为本发明的另一实施方式的结构示意图；图11为图10中工作一段时间后的结构示意图。
19.其中，图中标注符号的含义如下：1、阀体；2、阀盖；3、导轨销；311、第一导轨销；3111、轴承安装部；321、轴承；312、第二导轨销；3112、注油孔；322、第一球体；332、底座；3312、引导通道；342、螺旋弹簧；35、支撑装置；351、第二球体；36、距离传感器；37、信号反馈端；4、阀杆；41、轨道凹槽；411、矩形轨道
凹槽；412、弧形轨道凹槽；4112、圆弧段；42、螺纹段；43、光杆段；44、驱动段；5、支架；6、驱动电机。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。
23.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.实施例1：如附图1-附图4所示，本发明提供了一种大口径强制密封球阀，该强制密封球阀包括：阀体1、阀盖2、导轨销3、阀杆4；其中，阀体1上端设有开口并设置有安装面，安装面与阀盖2下端法兰之间通过螺栓、螺母连接；球体（图中未示出）可以从开口装入阀体1中；阀盖2内设置有阀杆4，阀盖2上侧设置有支架5，支架5的上侧设置有驱动电机6，驱动电机6驱动阀杆4转动，并进一步带动球体转动；其中，阀杆4包括螺纹段42、光杆段43以及驱动段44，驱动段44与球体传动连接，并且在驱动段44上设置有至少一个轨道凹槽41；阀盖2上设置有与轨道凹槽41对应的安装孔，该安装孔内安装有导轨销3，导轨销3伸入轨道凹槽41中。
26.其中，轨道凹槽41为矩形轨道凹槽411，该矩形轨道凹槽411内配合有第一导轨销311，第一导轨销311的端部设置有轴承安装部3111，轴承安装部3111上安装有轴承321。
27.在本实施例中，由于在第一导轨销的端部安装有轴承，使得第一导轨销在矩形轨道凹槽中的移动从现有技术中的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大大降低了第一导轨销与矩形轨道凹槽之间的磨损，提高了阀杆的耐久性。
28.实施例2：如附图1-附图4所示的导向结构中，虽然将导轨销与轨道凹槽之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，然而第一导轨销311的端部与轨道凹槽之间同样是滑动摩擦，此处仍然存在磨损严重的技术问题。并且，矩形设置的轨道凹槽容易存在应力集中，在反复使用过程中容易造成阀杆损坏。为了克服上述缺陷，本发明进一步做出如下优选实施方式。
29.如附图5-附图6中所示的，轨道凹槽41为弧形轨道凹槽412，该弧形轨道凹槽412内配合有第二导轨销312，第二导轨销312内安装有第一球体322、底座332、螺旋弹簧342；其中，第一球体322安装在底座332上，另一端与弧形轨道凹槽412配合；螺旋弹簧342一端抵靠在第二导轨销312的底部，另一端抵靠在底座332上；底座332上开设有引导通道3312，引导通道3312一端连通第二导轨销312的中空内腔，另一端连通第一球体322，中空内腔中存储有润滑油或润滑脂。
30.另外，如附图5中所示的，为了降低弧形轨道凹槽412的局部应力，本发明的弧形轨道凹槽412还具备圆弧段4112。同时，这样设置的轨道凹槽也方便加工制造。如附图6中所示的，为了保证第二导轨销312能够稳定有效地与弧形轨道凹槽412配合，弧形轨道凹槽412的深度与第一球体322直径的比值为0.3-0.4，优选为0.4。
31.在本实施方式中，通过在第二导轨销端面设置第一球体，并且在阀杆上对应地开设了弧形轨道凹槽，使得第一球体在弧形轨道凹槽内滚动过程中处于滚动摩擦状态，从而可以有效降低第二导轨销与弧形轨道凹槽之间的磨损，提高阀杆耐久性。同时，在第二导轨销内存储有润滑油或润滑脂，润滑油或润滑脂通过引导通道能够输送至第一球体表面，从而进一步降低第二导轨销与弧形轨道凹槽之间的磨损，提高阀杆耐久性。并且，本发明弧形轨道凹槽的深度与第一球体直径的比值设置为0.3-0.4，弧形轨道凹槽还设置有圆弧段。这样设置不仅能够保证第二导轨销稳定有效地与弧形轨道凹槽配合，还能降低轨道凹槽的局部应力，方便加工制造。
32.实施例3：附图5-附图6所示的导向结构中，通过在第二导轨销端部设置第一球体来降低与弧形轨道凹槽之间的摩擦。然而由于在整个使用过程中，均是第一球体与弧形轨道凹槽接触，这样对第一球体的磨损同样比较严重。并且，轨道凹槽由于加工精度造成的偏差可能导致轨道凹槽与第一球体之间出现局部磨损严重，由此造成密封性能下降。为了解决上述问题，本发明还提供如下实施方式。
33.如附图7-附图9所示的，本发明的第二导轨销312上设置有支撑装置35，支撑装置35上均匀布置有若干第二球体351，第二球体351一端与第一球体322抵靠，另一端与弧形轨道凹槽412配合；第二导轨销312上设置有注油孔3112，该注油孔3112用于向第二导轨销312内输入润滑油或润滑脂。其中，沿弧形轨道凹槽412径向截面均匀布置的第二球体351的个数为5-9个。
34.在本实施例中，通过在第一球体的一侧设置支撑装置，并在支撑装置中均匀布置了若干第二球体，使第二球体与弧形轨道凹槽配合。由此，相对于直接采用第一球体与弧形轨道凹槽配合的方式，均匀布置的多个第二球体能够分别分担一部分摩擦力，降低第一球体的磨损。并且设置的多个第二球体使得即使当其中一个或多个第二球体磨损严重时，其他的第二球体可以代替其运动，保证第二导轨销正常工作，防止密封性能下降。同时，本实施例中在第二导轨销上还设置了注油孔，因此可以根据第二导轨销的使用状况及时添加润滑油或润滑脂，进一步降低弧形轨道凹槽处的磨损，提高阀杆耐久性。
35.实施例4：由于强制密封球阀多用于人烟稀少的野外运输环境，工作人员无法及时获知强制密封球阀的使用状态，无法及时地对球阀的进行检修或维护，由此降低强制密封球阀的使
用寿命，严重的还会引起运输管线故障。为了解决上述问题，本发明还提供如下优选实施方式。
36.如附图10-附图11所示的，在第二导轨销312内还安装有距离传感器36，在底座332内固定安装有信号反馈端37，距离传感器36用于接收信号反馈端37反馈的信号并将其传输给控制器（图中未示出）以确定弧形轨道凹槽412的单位时间磨损量；当确定的单位时间磨损量大于预设的单位时间磨损量危险阈值时，控制器判断强制密封球阀的工作状态为异常，此时向工作人员反馈工作状态异常信息，以提醒工作人员及时维护，控制注油装置（图中未示出）向弧形轨道凹槽412输送润滑油或润滑脂，以对弧形轨道凹槽412进行润滑。
37.首先，如附图10中所示的，当第二导轨销312刚安装在强制密封球阀上时，第二球体351抵靠在弧形轨道凹槽412上，此时支撑装置35的一部分收缩于第二导轨销312的内部。在强制密封球阀的使用过程中，弧形轨道凹槽412由于磨损而导致凹槽不断变深，此时螺旋弹簧342带动底座332向左移动使第二球体351始终保持抵靠在弧形轨道凹槽412上，其所处工作状态如附图11中所示。此时，距离传感器36通过接收底座332上的信号反馈端37反馈的信号，并将其传输给控制器来确定底座332的移动量，并进一步确定弧形轨道凹槽412的单位时间磨损量。由此，根据弧形轨道凹槽412的单位时间磨损量确定是否需要向工作人员反馈工作状态异常信息、对弧形轨道凹槽412提供润滑。
38.通过上述实施方式，本发明的强制密封球阀可以实现自动地维护，不需要工作人员现场检查，显著降低了工作人员的劳动强度，提高了强制密封球阀的耐久性。
39.需要说明的是，上述实施方式中，距离传感器可以采用本领域技术人员熟知的用于检测距离的传感器，包括但不限于霍尔传感器、光电传感器等。并且，上述检测单位时间磨损量的实施方式也并不仅限于具备支撑装置35的第二导轨销312，不具备支撑装置35的第二导轨销312同样适用于上述的实施方式。
40.实施例5：为了进一步检测强制密封球阀的工作状态，以及方便工作人员对强制密封球阀进行维护，本发明还提供了如下优选实施方式。
41.在强制密封球阀上还设置有数据采集装置，其中，数据采集装置的安装位置可由安装空间的要求进行设置。该数据采集装置用于采集弧形轨道凹槽412处的实时噪音和振动量数据，控制器接收该实时噪音和振动量数据，并与正常的噪音和振动量数据进行比较，从而确定强制密封球阀的工作状态。其中，当检测到的噪音数据超过噪音警戒阈值、且未超过噪音危险阈值时，将此时噪音数据进行存储以便工作人员核查分析；或者，当检测到的振动量数据超过振动量警戒阈值、且未超过振动量危险阈值时，将此时振动量数据进行存储以便工作人员核查分析。当检测到的噪音数据超过噪音危险阈值且检测到的振动量数据超过振动量危险阈值时，控制器确定强制密封球阀的工作状态为异常，此时向工作人员反馈工作状态异常信息，以提醒工作人员及时维护，控制注油装置向第二导轨销312内输入润滑油或润滑脂，以对弧形轨道凹槽412进行润滑。
42.在本实施方式中，控制器将实时采集的噪音和振动量数据分别与正常的噪音和振动量数据进行比较。当确定检测到的噪音数据超过噪音警戒阈值、且未超过噪音危险阈值或者检测到的振动量数据超过振动量警戒阈值、且未超过振动量危险阈值时，将上述实时数据进行存储，以便工作人员核查分析。而当检测到的噪音数据超过噪音危险阈值且检测
到的振动量数据超过振动量危险阈值时，控制器才确定强制密封球阀的工作状态为异常，此时向工作人员反馈工作状态异常信息，以提醒工作人员及时维护，控制注油装置向第二导轨销内输入润滑油或润滑脂，由此提高了强制密封球阀的工作状态检测的准确性，并能及时为强制密封球阀提供维护。
43.以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。