阅读说明：本技术 带背压卸载结构的球阀 (Ball valve with backpressure unloading structure ) 是由 柯志武 柳勇 林原胜 赵振兴 李邦明 柯汉兵 劳星胜 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种带背压卸载结构的球阀,涉及阀门驱动技术领域,包括：阀球、阀座、增压座以及阀体；所述阀座和增压座位于所述阀体内,所述阀座、增压座和阀体之间相互滑动密封配合,所述阀座、增压座与阀体在密封配合处形成第一封闭腔；所述增压座与阀体之间形成第二封闭腔；所述阀座包括靠近所述阀球的阀座后端,所述阀座后端上设有与所述阀球配合的密封环,所述密封环将所述阀体的内腔分隔为前腔和后腔；所述阀体上设有流道,球阀开启过程中,所述流道使所述第一封闭腔密封,且所述后腔与第二封闭腔导通,所述增压座移动压缩所述第一封闭腔内的介质以驱使所述阀座移动,以使所述密封环与阀球脱离。本发明的球阀能够减小球阀开启所需的力矩。(The invention discloses a ball valve with a back pressure unloading structure, which relates to the technical field of valve driving and comprises the following components: the valve comprises a valve ball, a valve seat, a pressurizing seat and a valve body; the valve seat and the pressurizing seat are positioned in the valve body, the valve seat, the pressurizing seat and the valve body are in sliding sealing fit with each other, and a first closed cavity is formed at the sealing fit position of the valve seat, the pressurizing seat and the valve body; a second closed cavity is formed between the pressurizing seat and the valve body; the valve seat comprises a valve seat rear end close to the valve ball, a sealing ring matched with the valve ball is arranged on the valve seat rear end, and the sealing ring divides the inner cavity of the valve body into a front cavity and a rear cavity; the valve body is provided with a flow passage, the flow passage seals the first closed cavity and leads the rear cavity to be communicated with the second closed cavity in the opening process of the ball valve, and the pressurizing seat moves and compresses a medium in the first closed cavity to drive the valve seat to move so as to separate the sealing ring from the ball valve. The ball valve can reduce the moment required by opening the ball valve.)

带背压卸载结构的球阀

技术领域

本发明涉及阀门驱动技术领域，具体涉及一种带背压卸载结构的球阀。

背景技术

球阀在石油、化工、能源、矿产等领域具有广泛的应用，是工业管线中重要的组成部件，其主要作用是在管线发生泄漏时迅速隔离破损管段，保证管线和现场人员安全。

在高压管线中，球阀关闭时前后压差特别大(可以假设为：阀前压强为P1，阀后压强为0，P1远大于0)，球阀的阀球在介质压力下紧紧压在阀杆上，导致阀门需要很大的驱动力矩才能开启，因此需要配备大功率的阀门开启装置，这样不仅大大提高了设备采购费用，还会导致阀门总体重量和体积的增加。同时，球阀每次开启，阀座上的密封环都会在高作用力下与球体表面摩擦，容易导致密封环磨损失效，引发阀门故障。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种带背压卸载结构的球阀，其用以解决现有技术中球阀需要很大的驱动力矩开启的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种带背压卸载结构的球阀，包括：阀球、阀座、增压座以及阀体；

所述阀座和增压座位于所述阀体内，所述阀座、增压座和阀体之间相互滑动密封配合，所述阀座、增压座与阀体在密封配合处形成第一封闭腔；所述增压座与阀体之间还形成第二封闭腔；所述阀座包括靠近所述阀球的阀座后端，所述阀座后端上设有与所述阀球配合的密封环，所述密封环将所述阀体的内腔分隔为前腔和后腔；

所述阀体上设有流道，所述流道和增压座被配置为：球阀开启过程中，所述流道使所述第一封闭腔密封，且所述后腔与第二封闭腔导通，所述增压座移动压缩所述第一封闭腔内的介质以驱使所述阀座移动，以使所述密封环与阀球脱离，所述前腔和后腔导通。

在上述技术方案的基础上，所述阀座为环形阶梯轴结构，其设有第一阀座外环面、第二阀座外环面和第一阀座内孔面；

所述增压座为环形阶梯轴结构，其设有第一增压座外环面、第二增压座外环面和第一增压座内孔面，所述第一增压座内孔面与第二阀座外环面滑动密封配合；

所述阀体设有第一阀体内孔面、第二阀体内孔面和第三阀体内孔面，所述第一阀体内孔面与第一阀座外环面滑动密封配合，所述第二阀体内孔面与第一增压座外环面滑动密封配合，所述第三阀体内孔面与第二增压座外环面滑动密封配合，且所述第一阀体内孔面和第二阀体内孔面处与所述阀座和增压座形成第一封闭腔，所述第二阀体内孔面和第三阀体内孔面处与所述增压座形成第二封闭腔。

在上述技术方案的基础上，所述第一阀座外环面与第二阀座外环面之间环形端面的面积为S1；

所述第一增压座外环面与第一增压座内孔面之间环形端面的面积为S2；

所述第二增压座外环面与第一增压座内孔面之间环形端面的面积为S3；

所述第二阀座外环面与第一阀座内孔面之间环形端面的面积为S4；

其中S1×S3>S2×S4。

在上述技术方案的基础上，所述阀体上还设有一控制阀，所述流道包括第一流道、第二流道和第三流道，所述第一流道、第二流道和第三流道的一端均与所述控制阀连接，所述第一流道的另一端与所述后腔导通，所述第二流道的另一端与所述第一封闭腔导通，所述第三流道的另一端与所述第二封闭腔导通。

在上述技术方案的基础上，所述控制阀为二位三通电磁阀。

在上述技术方案的基础上，所述球阀还包括限制所述阀座和增压座位置的限位环，所述限位环固定于所述阀体上。

在上述技术方案的基础上，所述限位环上设有用于紧固件固定的通孔。

在上述技术方案的基础上，所述第二封闭腔内设有复位弹簧，所述复位弹簧两端分别抵持所述增压座和阀体。

在上述技术方案的基础上，所述复位弹簧为多个，多个所述复位弹簧环形均布于所述第二封闭腔内。

在上述技术方案的基础上，所述阀座后端设有环形凹槽，所述密封环安装于所述环形凹槽内，所述密封环贴近所述阀球侧为弧形。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的带背压卸载结构的球阀，开启球阀过程中，通过增压座移动压缩第一封闭腔内的介质并驱动阀座，以使密封环与阀球脱离，前腔和后腔导通，阀球前后的压差大幅减小，减小球阀开启所需的力矩，从而降低球阀中开启装置的功率参数，节约了设备采购成本，降低球阀的总体体积和重量。同时，由于阀球与密封环脱离，避免了球阀开启过程中，密封环与阀球表面的强烈摩擦，降低了密封环的磨损，增加了阀门使用寿命，降低了球阀故障率。

附图说明

图1为本发明实施例中带背压卸载结构的球阀的结构示意图；

图2为本发明实施例中带背压卸载结构的球阀的另一个结构示意图；

图3为本发明实施例中增压座和阀座端面的面积示意图；

图4为本发明实施例中球阀开启过程中增压座的受力图；

图5为本发明实施例中球阀开启过程中阀座的受力图；

图6为本发明实施例中球阀关闭时阀座的受力图；

图7为本发明实施例中球阀完全开启后增压座的受力图；

图中：1、阀球；2、阀座；21、第一阀座外环面；22、第二阀座外环面；220、阀座后端；23、第一阀座内孔面；3、增压座；31、第一增压座外环面；32、第二增压座外环面；33、第一增压座内孔面；4、阀体；41、第一流道；42、第二流道；43、第三流道；44、第一阀体内孔面；45、第二阀体内孔面；46、第三阀体内孔面；5、第一封闭腔；6、第二封闭腔；7、密封环；8、控制阀；9、限位环；91、通孔；10、复位弹簧；100、前腔；200、后腔。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种带背压卸载结构的球阀，包括：阀球1、阀座2、增压座3以及阀体4。

阀座2和增压座3位于阀体4内，阀座2、增压座3和阀体4之间相互滑动密封配合，阀座2、增压座3与阀体4在密封配合处形成第一封闭腔5；增压座3与阀体4之间还形成第二封闭腔6；阀座2包括远离阀球1的阀座前端210和靠近阀球1的阀座后端220，阀座后端220上设有与阀球1配合的密封环7，密封环7将阀体4的内腔分隔为前腔100和后腔200。

具体地，参见图1和图2所示，阀座2为环形阶梯轴结构，其设有第一阀座外环面21、第二阀座外环面22和第一阀座内孔面23。增压座3为环形阶梯轴结构，其设有第一增压座外环面31、第二增压座外环面32和第一增压座内孔面33，第一增压座内孔面33与第二阀座外环面22滑动密封配合。阀体4设有第一阀体内孔面44、第二阀体内孔面45和第三阀体内孔面46，第一阀体内孔面44与第一阀座外环面21滑动密封配合，第二阀体内孔面45与第一增压座外环面31滑动密封配合，第三阀体内孔面46与第二增压座外环面32滑动密封配合，且第一阀体内孔面44和第二阀体内孔面45处与阀座2和增压座3形成第一封闭腔5，第二阀体内孔面45和第三阀体内孔面46处与增压座3形成第二封闭腔6。

参见图1所示，阀体4上设有流道，流道和增压座3被配置为：球阀开启过程中，流道使第一封闭腔5密封，且后腔200与第二封闭腔6导通，增压座3移动压缩第一封闭腔5内的介质并驱动阀座2，以使密封环7与阀球1脱离，前腔100和后腔200导通。具体地，阀体4上还设有一控制阀8，流道包括第一流道41、第二流道42和第三流道43，第一流道41、第二流道42和第三流道43的一端均与控制阀8连接，第一流道41的另一端与后腔导通，第二流道42的另一端与第一封闭腔5导通，第三流道43的另一端与第二封闭腔6导通。优选地，控制阀8为二位三通电磁阀，球阀开启过程中，二位三通电磁阀使第一流道41和第三流道43导通，即后腔200与第二封闭腔6导通，第一封闭腔5密封。球阀开启完成后，二位三通电磁阀仍使第一流道41和第三流道43导通，即后腔200与第二封闭腔6导通，第一封闭腔5密封。球阀关闭过程中，二位三通电磁阀使第一流道41和第二流道42导通，即后腔200与第一封闭腔5导通，第二封闭腔6密封。球阀处于关闭时，二位三通电磁阀使第一流道41和第二流道42导通，即后腔200与第一封闭腔5导通，第二封闭腔6密封。

进一步地，参见图3所示，第一阀座外环面21与第二阀座外环面22之间环形端面的面积为S1，第一增压座外环面31与第一增压座内孔面33之间环形端面的面积为S2，第二增压座外环面32与第一增压座内孔面33之间环形端面的面积为S3，第二阀座外环面22与第一阀座内孔面23之间环形端面的面积为S4，其中S1×S3>S2×S4。

参见图1所示，第二封闭腔6内设有复位弹簧10，复位弹簧10两端分别抵持增压座3和阀体4。复位弹簧10为多个，多个复位弹簧10环形均布于第二封闭腔6内。球阀完全开启后，阀球1前后压力相当，后腔200压强也变为P1，此时第二封闭腔6内压强也变为P1，增压座3受力情况如图7所示，增压座3在复位弹簧10的驱动下复位，为下次开启球阀做准备。多个复位弹簧10环形均布，作用在增压座3的力更加均衡。

本发明实施例的带背压卸载结构的球阀，其工作原理如下：

参见图1所示，开启球阀过程中，前腔100的介质压强为P1，后腔200的介质压强为0，控制阀8使第一流道41和第三流道43导通，即后腔200与第二封闭腔6导通，第一封闭腔5密封，第二封闭腔6的介质压强为0。参见图4所示，增压座3在前腔100介质作用下移动压缩第一封闭腔5的介质，使第一封闭腔5的介质压强上升为P2，参见图4所示，根据增压座3受力平衡原理，P2×S2＝P1×S3。由于S1×S3>S2×S4，将P2×S2和P1×S3分别代入不等号左右两边，则P2×S1>P1×S4。另外，参见图3所示，假设阀座后端220位于密封环7内的环形端面的面积为S5，必然P2×S1+P1×S5>P1×S4也成立，若考虑S5的影响，可以理解为只要S1×S3>S2×(S4-S5)就可以实现P2×S1>P1×S4。在阀座后端220受力较大的情况下，即第一封闭腔5内的介质驱动阀座2移动，密封环7与阀球1脱离，前腔100和后腔200导通，阀球1前后的压差大幅减小，再通过外力驱动球阀的阀杆转动开启阀门。

球阀开启完成后，控制阀8仍使第一流道41和第三流道43导通，即后腔200与第二封闭腔6导通，第一封闭腔5密封，第二封闭腔6介质压强为P1，增压座3受力情况如图7所示，增压座3在复位弹簧10的驱动下复位，为下次开启球阀做准备，再通过控制阀8使第一流道41和第二流道42导通，即后腔200与第一封闭腔5导通，第二封闭腔6密封。

关闭球阀过程中，通过外力驱动球阀的阀杆转动关闭阀门。前腔100的介质压强为P1，后腔200的介质压强为从P1到0转化，控制阀8使第一流道41和第二流道42导通，即后腔200与第一封闭腔5导通，第二封闭腔6密封，第一封闭腔5的介质压强为从P1到0转化。

球阀处于关闭时，前腔100的介质压强为P1，后腔200的介质压强为0，参见图6所示，控制阀8使第一流道41和第二流道42导通，即后腔200与第一封闭腔5导通，第二封闭腔6密封，第一封闭腔5的介质压强为0。阀座2在前腔100的介质推力下向阀球1方向移动，将密封环7压紧在阀球1上，形成可靠密封，保证前腔100的介质无法流过球阀。

与现有技术相比，本发明实施例的带背压卸载结构的球阀，开启球阀过程中，通过增压座3移动压缩第一封闭腔5内的介质并驱动阀座2，以使密封环7与阀球1脱离，前腔100和后腔200导通，阀球1前后的压差大幅减小，减小球阀开启所需的力矩，从而降低球阀中开启装置的功率参数，节约了设备采购成本，降低球阀的总体体积和重量。同时，由于阀球1与密封环7脱离，避免了球阀开启过程中，密封环7与阀球1表面的强烈摩擦，降低了密封环7的磨损，增加了阀门使用寿命，降低了球阀故障率。

作为优选的实施方式，球阀还包括限制阀座2和增压座3位置的限位环9，限位环9固定于所述阀体上，限位环9上设有用于紧固件固定的通孔91。

作为优选的实施方式，阀座后端设有环形凹槽，密封环7安装于环形凹槽内，密封环7贴近阀球1侧为弧形，弧形结构与阀球1的外形更加匹配，密封效果更好。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。