阅读说明：本技术 一种等截面椭圆流道旋塞阀 (Plug valve with uniform-section oval flow channel ) 是由 邵建农 于国峰 冯玉柱 米红娟 李士强 田志安 冯冰 于 2020-03-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种等截面椭圆流道旋塞阀,所述旋塞阀本体包括阀体,通过螺栓组件设置于所述阀体上的阀盖,设置于所述阀体内的阀腔,可转动设置于所述阀腔内的旋塞,所述旋塞的顶部延伸出所述阀盖后设置手轮,所述阀体包括左流道和右流道,所述旋塞上设置有旋塞孔,所述左流道、旋塞孔和所述右流道依次连通形成流体通道,所述流体通道左右对称设置,所述流体通道中心的中心流道截面为椭圆形,所述流体通道两端的端部流道截面为圆形,流体通道的流道截面从端部流道截面的圆形逐渐变为中心流道截面的椭圆形。采用本发明可大幅降低应力集中效应,提高流道的强度和刚度,减少材料消耗；并可大幅降低流体阻力,减少工作能耗。(The invention discloses a plug valve with an oval flow channel with a uniform cross section, wherein a plug valve body comprises a valve body, a valve cover arranged on the valve body through a bolt assembly, a valve cavity arranged in the valve body, a cock rotatably arranged in the valve cavity, and a hand wheel arranged behind the valve cover and extending out of the top of the cock. By adopting the invention, the stress concentration effect can be greatly reduced, the strength and the rigidity of the flow channel are improved, and the material consumption is reduced; and the fluid resistance can be greatly reduced, and the working energy consumption is reduced.)

一种等截面椭圆流道旋塞阀

技术领域

本发明涉及一种旋塞阀，具体是指一种等截面椭圆流道旋塞阀。

背景技术

现有旋塞阀两端面流道截面均为圆形；为了减小旋塞的直径，缩短阀门总长，降低材料成本，旋塞中心流道截面一般为上宽下窄的梯形或长方形；其长宽比一般在2:1以上；两端面到旋塞中心的流道为非等截面的梯形或长方形过渡面。由于梯形或长方形的四个角上会使受压时的应力集中，大幅降低流道的强度和刚度。为了保持流道具有足够的强度和刚度，必须大幅增加阀体材料厚度。另外，非等截面流道还会增加流体阻力，增加能耗。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种等截面椭圆流道旋塞阀。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种等截面椭圆流道旋塞阀，包括阀体，通过螺栓组件设置于所述阀体上的阀盖，设置于所述阀体内的阀腔，可转动设置于所述阀腔内的旋塞，所述旋塞的顶部延伸出所述阀盖后设置手轮，所述阀体包括左流道和右流道，所述旋塞上设置有旋塞孔，所述左流道、旋塞孔和所述右流道依次连通形成流体通道，所述流体通道左右对称设置，所述流体通道中心的中心流道截面为椭圆形，所述流体通道两端的端部流道截面为圆形，流体通道的流道截面从端部流道截面的圆形逐渐变为中心流道截面的椭圆形。

进一步的，所述阀体的左右两端和上端均设置有连接法兰。

进一步的，所述阀腔为上大下小的圆锥形孔，所述旋塞设置有外圆锥面，所述旋塞的外圆锥面与所述阀腔配合形成主密封副。

进一步的，所述旋塞与阀体接触面的上部设置有环形槽，所述环形槽内设置有密封组件，所述密封组件与所述阀体、旋塞和阀盖之间均形成辅助密封副。

更进一步的，所述密封组件为圆环状，所述密封组件由橡胶、塑料、石墨、金属中的一种或多种材料制备而成。

进一步的，所述手轮的底部中心设置有方孔，所述旋塞的顶部设置有与所述方孔相配合方榫。

进一步的，所述流体通道上任意流道截面的面积均相等。

进一步的，所述流体通道上从端部到中心之间的任意流道截面均为椭圆形，

所述流体通道上任意流道截面a上椭圆的长轴半径为Y_a＝R+Xa·tanθ，所述流体通道上任意流道截面a上椭圆的短轴半径为Y_b＝R²/(R+Xa·tanθ)；

所述Xa指的是任意流道截面a到相对应侧的端部流道截面之间的距离；

设中心流道截面的上顶点为N点，端部流道截面的上顶点为G点，连接G点到N点之间的直线为直线GN，则所述θ即为直线GN与流体流道中轴线之间的夹角；

所述R为端部流道截面上圆形的半径。

更进一步的，设端部流道截面的圆形面积为S₁＝πR²，流体流道上任意截面的椭圆面积为 S₂，则S₂＝π·Y_a·Y_b＝π·(R+X·tanθ)·R²/(R+X·tanθ)＝πR²＝S₁。

进一步的，所述流体流道的流道曲线包括流道截面上椭圆长轴顶点连线和流道截面上椭圆短轴顶点连线；所述长轴顶点连线包括直线A、直线B、直线C、直线D,所述直线A和直线B、所述直线C和直线D均以中心线A对称设置，所述直线A和直线C、所述直线B和直线D均以中心线B对称设置；所述直线A和直线B、所述直线C和直线D分别通过相对应的圆弧连接；

所述短轴顶点连线包括曲线A、曲线B、曲线C、曲线D，所述曲线A和曲线B、所述曲线C和曲线D以中心线C对称设置，所述曲线A和曲线C、所述曲线B和曲线D以中心线D对称设置。

更进一步的，所述流体流道的流道曲线的绘制方法，具体包括以下步骤：

步骤1、在X轴上取线段X5，所述线段X5的长度等于流体流道总长度的1/2，并将所述线段X5进行5等分，分别标记为等分点A、等分点B、等分点C、等分点D、等分点E；分别过所述等分点绘制Y轴的平行线，并标记为线P1、线P2、线P3、线P4、线P5；

步骤2、在Y轴上取Ya＝R的点，并标记为点G；在P5取Y_a5＝流道最高点至X轴的距离的点，标记为点N，

步骤3、用直线连接点G和点N，即直线GN，所述直线GN分别与线P1、线P2、线P3、线P4相交于点H、点J、点K、点M；所述点H、点J、点K、点M的高度分别标记为：Y_a1、 Y_a2、Y_a3、Y_a4；直线GN与X轴的夹角标记为θ；此时，即可准确测量出长轴半径Y_a1、Y_a2、 Y_a3、Y_a4的值，或按照公式Y_a＝R+X·tanθ计算出椭圆的长半轴Y_a1、Y_a2、Y_a3、Y_a4、Y_a5的值；

所述直线GN，即为流道端部到流道中心的长轴顶点连线，即直线A；将所述直线A沿中心线A镜像，即得到直线B，将所述直线A和直线B均以中心线B镜像，即得到直线C 和直线D；最后用相对应的圆弧将直线A和直线B，以及直线C和直线D分别连接，即可得到完整的、光滑的流道截面上椭圆长轴顶点连线；

步骤4、在Y轴上取Y_b＝-R，并标记为点P，

步骤5、用公式Y_b＝R²/(R+X·tanθ)分别计算出Y_b1、Y_b2、Y_b3、Y_b4、Y_b5的值，并按照Y_b1、Y_b2、Y_b3、Y_b4、Y_b5的值分别在线P1、线P2、线P3、线P4、线P5上取点，并标记为点S、点T、点V、点W、点Z；用光滑曲线连接点P、点S、点T、点V、点W、点Z，即可得到光滑曲线PZ；即可得到流道端部到流道中心的长轴顶点连线，即曲线A；

步骤6、将曲线A沿着中心线C镜像，可得到曲线B；将曲线A和曲线B沿着中心线D 镜像，可得到曲线C和曲线D；

步骤7、曲线A和曲线B连接、曲线C和曲线D连接分别流道截面椭圆短轴顶点的连线；

步骤8、在XOY坐标图中，以O点为圆心，R为半径画圆得圆T0，所述圆T0与X轴相交于点P，与Y轴相交于点G；

步骤9、在Y轴上取长度为Y_a1、Y_a2、Y_a3、Y_a4、Y_a5的点，分别为点H、点J、点K、点M、点N；

步骤10、在X轴上取长度为Y_b1、Y_b2、Y_b3、Y_b4、Y_b5的点，分别为点S、点T、点V、点W、点Z；

步骤11、以O点为圆心，Y_a1、Y_a2、Y_a3、Y_a4、Y_a5为长半轴，Y_b1、Y_b2、Y_b3、Y_b4、Y_b5为短半轴，可得椭圆T1、椭圆T2、椭圆T3、椭圆T4、椭圆T5；

步骤12、将T0和T1、T2、T3、T4、T5用光滑曲面依次连接，便可得到左半截流道模型曲面，将所述左半截流道模型曲面沿中心流道截面镜像，便可得到右半截的流道模型曲面。

更进一步的，还包括步骤13、采用三维软件建模；然后用数控机床加工，即可得到三维实体模型。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下：

本发明提供了一种等截面椭圆流道旋塞阀，通过将流体流道的中心截面设计为椭圆，将流体流道的端部截面设计成圆形，并保证流体通道的流道截面从端部流道截面的圆形逐渐变为中心流道截面的椭圆形，从而可大幅降低应力集中效应，提高流道的强度和刚度，减少材料消耗；从流体流道端面的圆形流道到流体流道中心的椭圆流道的等截面结构，可大幅降低流体阻力，减少工作能耗。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图2的剖视图；

图4为本发明一个实施例中阀体的结构示意图；

图5为本发明一个实施例中旋塞的结构示意图；

图6为本发明一个实施例中流体流道椭圆顶点连线的绘制方法图；

图7为本发明一个实施例中流体流道曲线的绘制方法图；

在图中，1、阀体，2、螺栓组件，3、阀盖，4、阀腔，5、旋塞，6、手轮，7、左流道， 8、右流道，9、旋塞孔，10、流体通道，11、连接法兰，12、密封组件，13、方榫，14、直线A，15、直线B，16、直线C，17、直线D,18、中心线A，19、中心线B，20、曲线A， 21、曲线B，22、曲线C，23、曲线D，24、中心线C，25、中心线D；26、圆弧，27、端部流道截面，28、中心流道截面。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明进行进一步详细的叙述。

附图1～5示出了本发明一种等截面椭圆流道旋塞阀的一个实施例，包括阀体1，通过螺栓组件2设置于所述阀体1上的阀盖3，设置于所述阀体1内的阀腔4，可转动设置于所述阀腔4内的旋塞5，所述旋塞5的顶部延伸出所述阀盖3后设置手轮6，所述阀体1包括左流道7和右流道8，所述旋塞5上设置有旋塞孔9，所述左流道7、旋塞孔9和所述右流道8依次连通形成流体通道10，所述流体通道10左右对称设置，所述流体通道10中心的中心流道截面28为椭圆形，所述流体通道10两端的端部流道截面27为圆形，流体通道10的流道截面从端部流道截面27的圆形逐渐变为中心流道截面28的椭圆形。

进一步的，所述阀体1的左右两端和上端均设置有连接法兰11。

进一步的，所述阀腔4为上大下小的圆锥形孔，所述旋塞5设置有外圆锥面，所述旋塞 5外圆锥面与所述阀腔4配合形成主密封副。

进一步的，所述旋塞5与阀体1接触面的上部设置有环形槽，所述环形槽内设置有密封组件12，所述密封组件12与所述阀体1、旋塞5和阀盖3之间均形成辅助密封副。

进一步的，所述密封组件12为圆环状，所述密封组件12由橡胶、塑料、石墨、金属中的一种或多种材料制备而成。

进一步的，所述手轮6的底部中心设置有方孔，所述旋塞5的顶部设置有与所述方孔相配合方榫13，所述方榫13插设于所述方孔内、并与所述方孔相配合，籍此与手轮6连接并传递手轮6的扭矩。

作为本发明一种等截面椭圆流道旋塞阀的一个实施例，所述流体通道10上任意流道截面的面积均相等。

进一步的，所述流体通道10上从端部到中心之间的任意流道截面均为椭圆形，

所述流体通道10上任意流道截面a上椭圆的长轴半径为Y_a＝R+Xa·tanθ，所述流体通道 10上任意流道截面a上椭圆的短轴半径为Y_b＝R²/(R+Xa·tanθ)；

所述Xa指的是任意流道截面a到相对应侧的端部流道截面27之间的距离；

设中心流道截面28的上顶点为N点，端部流道截面27的上顶点为G点，连接G点到N点之间的直线为直线GN，则所述θ即为直线GN与流体流道中轴线之间的夹角；

所述R为端部流道截面27上圆形的半径。

进一步的，设端部流道截面27的圆形面积为S₁＝πR²，流体流道上任意截面的椭圆面积为S₂，则S₂＝π·Y_a·Y_b＝π·(R+X·tanθ)·R²/(R+X·tanθ)＝πR²＝S₁。

本发明提供了一种等截面椭圆流道旋塞阀，通过将流体流道的中心截面设计为椭圆，将流体流道的端部截面设计成圆形，并保证流体通道10的流道截面从端部流道截面27的圆形逐渐变为中心流道截面28的椭圆形，从而可大幅降低应力集中效应，提高流道的强度和刚度，减少材料消耗；从流体流道端面的圆形流道到流体流道中心的椭圆流道的等截面结构，可大幅降低流体阻力，减少工作能耗。

作为本发明一种等截面椭圆流道旋塞阀的一个实施例，所述流体流道的流道曲线包括流道截面上椭圆长轴顶点连线和流道截面上椭圆短轴顶点连线；所述长轴顶点连线包括直线 A14、直线B15、直线C16、直线D17,所述直线A14和直线B15、所述直线C16和直线D17均以中心线A18对称设置，所述直线A14和直线C16、所述直线B15和直线D17均以中心线B19对称设置；所述直线A和直线B、所述直线C和直线D分别通过相对应的圆弧连接；

所述短轴顶点连线包括曲线A20、曲线B21、曲线C22、曲线D23，所述曲线A20和曲线B21、所述曲线C22和曲线D23以中心线C24对称设置，所述曲线A20和曲线C22、所述曲线B21和曲线D23以中心线D25对称设置。

为了实现本发明一种等截面椭圆流道旋塞阀的生产制造，本发明还提供了一种所述流体流道的流道曲线的绘制方法，具体包括以下步骤：

步骤1、在X轴上取线段X5，所述线段X5的长度等于流体流道总长度的1/2，并将所述线段X5进行5等分(也可更多等分)，分别标记为等分点A、等分点B、等分点C、等分点D、等分点E；分别过所述等分点绘制Y轴的平行线，并标记为线P1、线P2、线P3、线 P4、线P5；

步骤2、在Y轴上取Ya＝R的点，并标记为点G；在P5取Y_a5＝流道最高点至X轴的距离(中心流道截面28上椭圆形的长轴半径)的点，标记为点N，

步骤3、用直线连接点G和点N，即直线GN，所述直线GN分别与线P1、线P2、线P3、线P4相交于点H、点J、点K、点M；所述点H、点J、点K、点M的高度(点H、点J、点K、点M到X轴的距离)分别标记为：Y_a1、Y_a2、Y_a3、Y_a4；直线GN与X轴的夹角标记为θ；此时，即可准确测量出长轴半径Y_a1、Y_a2、Y_a3、Y_a4的值，或按照公式Y_a＝R+X·tanθ计算出椭圆的长半轴Y_a1、Y_a2、Y_a3、Y_a4、Y_a5的值；

所述直线GN，移植到图3中，即为流道端部到流道中心的长轴顶点连线，即直线A14；将所述直线A14沿中心线A18镜像，即得到直线B15，将所述直线A14和直线B15均以中心线B19镜像，即得到直线C16和直线D17；最后用相对应的圆弧26将直线A14和直线B15，以及直线C16和直线D17分别连接，即可得到完整的、光滑的流道截面上椭圆长轴顶点连线；

步骤4、在Y轴上取Y_b＝-R，并标记为点P，

步骤5、用公式Y_b＝R²/(R+X·tanθ)分别计算出Y_b1、Y_b2、Y_b3、Y_b4、Y_b5的值，并按照Y_b1、Y_b2、Y_b3、Y_b4、Y_b5的值分别在线P1、线P2、线P3、线P4、线P5上取点，并标记为点S、点T、点V、点W、点Z；用光滑曲线连接点P、点S、点T、点V、点W、点Z，即可得到光滑曲线PZ；将其移植到图3中，即可得到流道端部到流道中心的长轴顶点连线，即曲线 A20；

步骤6、将曲线A20沿着中心线C24镜像，可得到曲线B21；将曲线A20和曲线B21沿着中心线D25镜像，可得到曲线C22和曲线D23；

步骤7、曲线A20和曲线B21连接、曲线C22和曲线D23连接分别流道截面椭圆短轴顶点的连线；

步骤8、在XOY坐标图中(详见图7)，以O点为圆心，R为半径画圆得圆T0，所述圆 T0与X轴相交于点P，与Y轴相交于点G；

步骤9、在Y轴上取长度为Y_a1、Y_a2、Y_a3、Y_a4、Y_a5的点，分别为点H、点J、点K、点M、点N；

步骤10、在X轴上取长度为Y_b1、Y_b2、Y_b3、Y_b4、Y_b5的点，分别为点S、点T、点V、点W、点Z；

步骤11、以O点为圆心，Y_a1、Y_a2、Y_a3、Y_a4、Y_a5为长半轴，Y_b1、Y_b2、Y_b3、Y_b4、Y_b5为短半轴，可得椭圆T1、椭圆T2、椭圆T3、椭圆T4、椭圆T5；

步骤12、将T0和T1、T2、T3、T4、T5用光滑曲面依次连接，便可得到左半截流道模型曲面，将所述左半截流道模型曲面沿中心流道截面28镜像，便可得到右半截的流道模型曲面；

进一步的，还包括步骤13、为了得到比较精确的模型曲面，采用三维软件(如solidworks、 CAXA实体设计、Creo Direct)建模；然后用数控机床加工，得到精确的三维实体模型。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。