【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及用于控制流體的球閥裝置，以及涉及用于球閥裝置的閥球。

背景技術(shù)：

閥門用于控制流體裝置的流體。最簡單的閥門是簡易的允許或禁止流體通過的開關(guān)閥門。但是，目前也存在更復(fù)雜的以多元的方式控制流體的閥門。

球閥是一種簡單的控制閥。雙向球閥通常包括具有圓柱狀通孔的閥球，閥球隨著閥桿轉(zhuǎn)動。閥桿通過轉(zhuǎn)動閥球使通孔對齊入口與出口，或者使閥球截斷入口與出口，從而對流體進(jìn)行控制。

閥球轉(zhuǎn)動時，閥球的通孔與入口、出口的重疊面積變化與閥桿的轉(zhuǎn)動角度之間不是線性的。如此，需要借助下游的流量測量儀才能對通過球閥的流體進(jìn)行精確控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是提供一種便于控制的球閥裝置。

本發(fā)明的第一方面，提供一種具有改進(jìn)的通過其中的流體流的線性的球閥裝置，所述球閥裝置包括：閥殼體，包括殼體入口和殼體出口；閥球，所述閥球收容在所述閥殼體內(nèi)，所述閥球具有穿過其中的通孔，所述通孔在所述閥球上形成閥球入口和閥球出口；所述殼體入口、殼體出口、閥球入口，閥球出口和所述通孔至少部分限定通過所述球閥裝置的流體流動路徑；可與所述閥球接合的閥桿，所述閥球可隨著所述閥桿相對于所述閥殼體轉(zhuǎn)動；所述流體流動路徑的流量隨著所述閥球的旋轉(zhuǎn)程度線性地或基本上線性地變化。

優(yōu)選地，所述球閥裝置包括至少一個橋接件，所述橋接件位于所述流體流動路徑上并在所述閥球轉(zhuǎn)動時改變所述流體流動路徑的流量。

優(yōu)選地，所述橋接件安裝到所述閥球入口和/或閥球出口。

優(yōu)選地，所述橋接件跨越所述閥球入口的寬度并分割所述閥球入口，和/或所述橋接件跨越閥球出口的寬度并分割所述閥球出口。

優(yōu)選地，所述橋接件垂直于所述閥球的旋轉(zhuǎn)軸線。

優(yōu)選地，所述橋接件包括細(xì)長的橋主體和從所述橋主體的側(cè)面伸出的擋板元件。

優(yōu)選地，所述擋板元件關(guān)于所述橋主體對稱。

優(yōu)選地，所述擋板元件為多個，所述多個所述擋板元件互相間隔并沿所述橋主體設(shè)置。

優(yōu)選地，所述閥球入口和閥球出口中的至少一個為非圓形。

優(yōu)選地，所述閥球入口和所述閥球出口中的至少一個為不對稱形狀。

優(yōu)選地，所述閥球入口和閥球出口的形狀不同。

優(yōu)選地，所述閥球包括兩個所述閥球入口或兩個所述閥球出口；所述閥殼體分別包括兩個所述殼體入口或兩個所述殼體出口，以形成三通球閥裝置。

優(yōu)選地，還包括可與所述閥球連接以驅(qū)動所述閥球旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動器。

本發(fā)明還提供了一種用于球閥裝置的閥球，所述閥球包括球體、穿過所述球體的通孔、形成于所述球體表面并與所述通孔連通的閥球入口和閥球出口；所述閥球入口、閥球出口和所述通孔至少部分地定義流體流動路徑；其特征在于，所述閥球入口或閥球出口進(jìn)入所述流體流動路徑的面積與所述閥球的轉(zhuǎn)動程度成線性關(guān)系。

優(yōu)選地，還包括位于所述閥球入口和/或所述閥球出口的至少一個橋接件，所述橋接件隨所述閥球轉(zhuǎn)動使所述閥球入口或閥球出口進(jìn)入所述流體流動路徑的面積與所述閥球的轉(zhuǎn)動程度成線性關(guān)系。

優(yōu)選地，所述閥球入口和閥球出口中的至少一個具有非圓形輪廓。

本發(fā)明還提供了另一種用于球閥裝置，包括：閥殼體，所述閥殼體包括殼體入口和殼體出口；閥球，所述閥球收容在所述閥殼體內(nèi)，所述閥球具有穿過其中的通孔，所述通孔在所述閥球上形成一個閥球入口和兩個閥球出口；所述殼體入口、殼體出口、閥球入口，閥球出口和所述通孔至少部分限定通過所述球閥裝置的流體流動路徑；和與所述閥球連接的閥桿，所述閥球可隨著所述閥桿相對于所述閥殼體轉(zhuǎn)動；所述閥球入口的流量基本上不隨所述閥球的轉(zhuǎn)動而變化，所述兩個閥球出口之一的流量隨著所述閥球的旋轉(zhuǎn)程度線性或基本線性地增加，所述兩個閥球出口中另一個的流量隨著所述閥球的旋轉(zhuǎn)程度線性或基本線性地減少。

一種球閥裝置，包括閥殼體，所述閥殼體包括殼體入口和殼體出口；閥球，所述閥球收容在所述閥殼體內(nèi)，所述閥球具有穿過其中的通孔，所述通孔在所述閥球上形成兩個閥球入口和一個閥球出口；所述殼體入口、殼體出口、閥球入口，閥球出口和所述通孔至少部分限定通過所述球閥裝置的流體流動路徑；以及與所述閥球連接的閥桿，所述閥球可隨著所述閥桿相對于所述閥殼體轉(zhuǎn)動；所述閥球出口的流量基本上不隨所述閥球的轉(zhuǎn)動而變化，所述兩個閥球入口之一的流量隨著所述閥球的旋轉(zhuǎn)程度線性或基本線性地增加，所述兩個閥球入口中另一個的流量隨著所述閥球的旋轉(zhuǎn)程度線性或基本線性地減少。

本方案通過改變閥球的出入口的形狀或者增加橋接件等方式干預(yù)流體的流動以改變通過閥球的流體流量。從而可增加閥球的角位置和通過設(shè)備的流量之間關(guān)系的線性度，有利地提高流體流量的控制精度。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的球閥裝置的示意圖，該球閥裝置的閥殼體被剖開以顯示里面的閥球；

圖2a是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的球閥裝置的示意圖；

圖2b是圖2a所示球閥裝置的剖面示意圖；

圖3a是在圖2a基礎(chǔ)上省略了閥殼體后的示意圖；

圖3b圖在圖3a基礎(chǔ)上省略了殼體入口、殼體出口、并且逆時針轉(zhuǎn)動閥球后的示意圖；

圖4是圖2a所示球閥裝置以及理想閥球的入口截面積、出口截面積與閥球轉(zhuǎn)動角度的線性關(guān)系圖；其中虛線表示圖2a所示球閥裝置的閥球入口截面積、出口截面積與閥球轉(zhuǎn)動角度的關(guān)系，實(shí)線表示理想的閥球入口截面積、出口截面積與閥球轉(zhuǎn)動角度的關(guān)系；

圖5a是本發(fā)明第三實(shí)施例的球閥裝置的示意圖；

圖5b是圖5a所示球閥裝置卸載了電機(jī)和齒輪箱后的示意圖。

上述幅圖中，數(shù)字標(biāo)記與部件名稱對照表如下：

10球閥裝置；12球閥；14閥球；16孔口；16’上孔；

16”下孔；18閥殼體；19通孔；20閥桿；22殼體入口；24殼體出口；26閥座；28密封件；30管路；32頸部；34密封件；38驅(qū)動器；44傳感器；46橋接件；48擋板元件；110球閥裝置；116a閥球入口；116b閥球出口；118閥殼體；120閥桿；122殼體入口；124殼體出口；146a橋接件；150操作桿；152角度導(dǎo)向件；154止動件。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

圖1顯示了本發(fā)明第一實(shí)施例提供的雙向球閥裝置10，該球閥裝置10包括球閥12。通過球閥裝置10的流量與施加到球閥12的驅(qū)動成正比或大體上成正比。

球閥12包括閥球14以及收容閥球14的閥殼體18。球閥12內(nèi)部具有通孔19供流體流過，通孔19在球閥12表面形成兩個孔口16，該兩個孔口16分別形成閥球14的閥球入口和閥球出口。該兩個孔口16分別位于關(guān)于閥球14呈180度的兩個位置。圖1只顯示了其中一個孔口16。

閥球14連接到閥桿20并隨閥桿20轉(zhuǎn)動。閥桿20與閥球14一體成型。可理解地，閥桿20與閥球14也可以分體成型。

本實(shí)施例中，閥球14基本上呈球狀，兩個孔口16對稱地位于閥球14的赤道上。閥球14可由合適的耐久性材料形成。閥球14的材料可以具有合適的彈性，或不具有彈性。對于非腐蝕的流體，例如氮?dú)?，閥球14可由金屬例如不銹鋼制成。對于更具有腐蝕性的流體，優(yōu)選塑料或涂有塑料的金屬。可根據(jù)需要考慮使用其他構(gòu)造材料。

如圖1所示，閥殼體18具有直徑相對的殼體入口22和殼體出口24，殼體入口22和殼體出口24分別位于閥殼體18內(nèi)的閥座26的兩側(cè)。閥座26的形狀與閥球14互補(bǔ)，以便于收容閥球14。本實(shí)施例中，閥座26的形狀為球形的凹腔。閥座26附近安裝有一個或多個密封件28用于防止流體泄漏。不過，可以通過制造合適的閥座26和閥球14從而不需要使用密封件28，例如，直接在閥殼體18上形成閥座26，閥殼體18和閥座26可由聚四氟乙烯(ptfe)制成。優(yōu)選地，閥座26是合成的熱固性塑料制成的一對摩擦環(huán)，將閥球14夾持在中間。

殼體入口22、殼體出口24可連接到管路30，球閥12用于控制管路30的流體。殼體入口22、殼體出口24與管路30之間可以是螺紋連接，也可以是其他的連接方式，例如扣合連接、法蘭與墊圈連接等。在使用時，流體路徑f如貫穿球閥裝置10的虛線f所示，先后穿過殼體入口22、閥球14的通孔19、殼體出口24?？赏ㄟ^轉(zhuǎn)動閥球14來調(diào)節(jié)閥球入口與殼體入口22、閥球出口與殼體出口24的對齊來控制流量。

閥殼體18可為一體成型的，閥殼體18包圍閥球14。替換地，閥殼體18是可打開的，以便于卸載、維護(hù)或替換閥球14。閥殼體18也可以包括頸部32，頸部32沿垂直于球閥裝置10的流體路徑的方向延伸。閥桿20可沿著頸部32伸過。閥桿密封件34套設(shè)于頸部32內(nèi)壁與閥桿20之間用于限制液體滲流。頸部32可設(shè)有漏孔，以便于萬一出現(xiàn)液體滲流時把漏液排走。

球閥裝置10可是手動操作，該種方案下，閥桿20具有手柄用于開關(guān)球閥12。但是，如圖1所示，可通過驅(qū)動器38來驅(qū)動閥桿10，驅(qū)動器38可以是無刷直流電機(jī)，但優(yōu)選的是直流有刷電機(jī)。驅(qū)動器38與閥桿20連接，用于驅(qū)動閥球14。齒輪系40或類似的傳遞機(jī)構(gòu)連接到驅(qū)動器38的輸出端，用于將驅(qū)動器38的力矩傳遞到閥桿20。

驅(qū)動器38可是作為球閥裝置10的一部分，至少部分地收容于閥殼體18，或者位于獨(dú)立的驅(qū)動器殼體內(nèi)。閥桿20可反饋到驅(qū)動器38以確保閥球14被轉(zhuǎn)動到正確的位置，例如通過位置傳感器44，位置傳感器44可以是電位計(jì)或霍爾傳感器來進(jìn)行反饋。

可通過設(shè)計(jì)閥球14使閥球14的轉(zhuǎn)動與通過閥球14的流量之間形成線性或接近線性?？赏ㄟ^設(shè)計(jì)閥球14的閥球出口、閥球入口的截面積來實(shí)現(xiàn)。

閥球14的兩個孔口16中，至少其中之一是非圓形，優(yōu)選兩個孔口16都不是圓形的。圖1所示的孔口16呈d形，但是，也可以是其他拱形、非對稱形、近似v形。優(yōu)選地，孔口16還安裝有橋接件46，橋接件46沿水平方向或閥球14的赤道方向橫跨孔口16，用于阻礙流體進(jìn)入閥球14的中心。橋接件46將孔口16分成上孔16’和下孔16”。

橋接件46可包括細(xì)長的橋主體和一個或多個擋板元件48，優(yōu)選地，擋板元件48從橋主體的側(cè)向伸出，例如沿豎直方向延伸例如垂直于赤道平面，或者遵循閥球14的表面曲率延伸。圖1顯示了對稱地分布在橋主體兩側(cè)的4塊擋板元件48，每塊擋板元件48呈三角形?？梢允褂貌煌叽绲膿醢逶?8以獲得想要的孔口16的截面積。可以理解地，擋板元件48不是必須的?？赏ㄟ^橋接件46的形狀或波狀來或者想要的流體抑制。

在圖1所示的狀態(tài)下，孔口16不與殼體入口22和殼體出口24對準(zhǔn)，因此流體流動路徑f被閥球14的壁阻礙，流體不能流過球閥14。當(dāng)驅(qū)動器38被致動時，其開始旋轉(zhuǎn)閥桿20，閥球14也因此旋轉(zhuǎn)。這樣，孔口16開始與相應(yīng)的殼體入口22和出口24對準(zhǔn)，從而允許流體流過球閥14。

傳統(tǒng)的具有圓形孔口的標(biāo)準(zhǔn)球閥中，當(dāng)孔口16與殼體入口22、出口24重疊非常小時，流體將表現(xiàn)為流過閥球14的初始滴流，隨后隨著孔口16全部對準(zhǔn)殼體入口22、出口24，流量將明顯增加。

本發(fā)明利用孔口16的特定形狀，包括使用橋接件46以在閥桿20的旋轉(zhuǎn)的各個位置點(diǎn)改善或抑制通過閥球14的流動，使得在閥桿20的旋轉(zhuǎn)過程中流量的增加呈線性或基本線性。這允許非常精確地控制通過球閥12的流體流動路徑f上的流體。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本發(fā)明的所示實(shí)施例利用成孔口16和具有附接到其上的擋板元件48的橋接件46來調(diào)節(jié)流動，但是通過調(diào)整其中一個因素或其他因素也可以實(shí)現(xiàn)類似的效果。例如，可以單獨(dú)使用某種形狀的孔口16，或者根據(jù)需要也可以單獨(dú)使用具有橋接件46的圓形孔。

雖然雙向球閥裝置10可以受益于本發(fā)明提供的流量控制，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明也可適用于分流器裝置，分流器裝置中，湍流程度較大，可能有多路流體被合并進(jìn)入單個通道，或?qū)温妨黧w分成多路流體。

圖2a和2b顯示了本發(fā)明另一個實(shí)施例提供的三通球閥裝置110。圖1、圖2a和圖2b中，相同或相似的附圖標(biāo)記用于指代相同或相似的部件，因此省略進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本實(shí)施例中，三通球閥裝置110的閥殼體118基本上是立方體，閥殼體118作為球閥112的外部結(jié)構(gòu)，但是，也可以使用其他形狀的閥殼體118。閥殼體118的一個角上具有單個殼體入口122，兩個殼體出口124分別從閥殼體118的兩個垂直面伸出。因此，流體可以通過殼體入口122進(jìn)入，并且通過兩個殼體出口124流出，如圖2b中流體流動路徑f所示。應(yīng)當(dāng)理解，流動方向可以容易地改變，因此殼體入口122和殼體出口124以及流體流動路徑f上的伴隨箭頭僅用于指示目的。三通球閥裝置也可以具有兩個殼體入口122和單個殼體出口124。

閥球114可轉(zhuǎn)動地安裝在殼體入口122和殼體出口124的匯合處的閥殼體118內(nèi)。在所示實(shí)施例中，閥桿120連接到操作桿150，操作桿150在垂直閥桿120的平面上延伸。操作桿150與角度導(dǎo)向件152相關(guān)聯(lián)，該角度導(dǎo)向件152告知用戶操作桿150被轉(zhuǎn)動到特定角度時閥球114的預(yù)期狀態(tài)。當(dāng)然，也可以設(shè)置成聯(lián)接到電可操作或類似的機(jī)械驅(qū)動器，以便提供閥球114位置的自動控制而不是手動控制。

圖3a和圖3b更詳細(xì)地顯示出來閥球114。圖3a還示意性地顯示了殼體入口122和殼體出口124相對于閥球114的位置。

在本實(shí)施例中，閥球114為緯度切割的球體，因此形成閥球114的上平坦表面114a和下平坦表面114b。如圖所示，可以在閥球114上設(shè)置凸出的旋轉(zhuǎn)止動件154，以限制閥球114的旋轉(zhuǎn)范圍。

為了提供三通球閥裝置110，閥球114優(yōu)選地包括三個孔口。三個孔口分別為閥球入口116a和兩個閥球出口116b。如圖所示，閥球入口116a和兩個閥球出口116b分別對應(yīng)于殼體入口122和兩個殼體出口124。閥球入口116a和閥球出口116b通過閥球114內(nèi)的通孔119互通。

優(yōu)選地，閥球入口116a形狀使得當(dāng)閥桿120在某個范圍轉(zhuǎn)動時流過閥球入口116a的流體不改變。因此，閥球入口116a形成為優(yōu)選為扁圓形，其大于任一個閥球出口116b?？梢蕴峁蚪蛹?46a，其優(yōu)選地跨越閥球入口116a的寬度，如圖所示，其可以沒有擋板元件設(shè)置。

每個閥球出口116b可以優(yōu)選地形成為非圓形孔口，本實(shí)施例中每個閥球出口116b基本上為d形，它們相對于閥球入口114對稱地布置在閥球114。可以提供橋接件146b橫跨閥球出口116b。橋接件146b具有圓形擋板元件148用于影響流體，如第一實(shí)施例所述。不過，本實(shí)施例的圓形擋板元件148比圖1所示的圓形擋板元件48更容易制造。

所示的三通球閥裝置110被設(shè)計(jì)成選擇性地改變穿過閥球114的流體流動路徑f上的流體流量。在一個極端情形下，第一閥球出口116b完全打開，第二閥球出口116b完全關(guān)閉。當(dāng)閥桿120旋轉(zhuǎn)時，通過三通球閥裝置110的流體流將在兩個閥球出口116b之間與流體流過的橫截面積成比例地分開。一旦閥桿120完全旋轉(zhuǎn)到第二位置，其可以是由止動件154的位置限定，第二閥球出口116b將完全打開，從而關(guān)閉第一閥球出口116b。

在理想的情況下，通過兩個閥球出口116b的流量之間的比率將與閥球114的旋轉(zhuǎn)程度成線性比例。這可以通過使每個閥球出口116b的截面積和閥球114的角位置之間成比例關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。這種理想關(guān)系由圖4中的實(shí)線示出。如圖4所示，在關(guān)系圖200中：線iia表示作為理想閥球114的理想入口面積關(guān)于角位移的函數(shù)；線ioa1表示第一閥球出口116b的理想出口面積函數(shù)；線ioa2表示第二閥球出口116b的理想出口面積函數(shù)。包圍線ioa1的兩條虛線與理想線的偏差為±6％，包圍線ioa2的兩條虛線與理想線的偏差為±6％。

對于圖3a和3b的閥球114，每個孔口的截面面積與閥球114的角位移之間存在函數(shù)關(guān)系。線vbia示出閥球入口116a面積，其與閥球114的角位移的函數(shù)是常數(shù)，并且由于橋接件146a的存在而相對于理想情況iia減小。線vboa1表示第一閥球出口116b面積與閥球114角位置的函數(shù)，而線vboa2示出了第二閥球出口116b面積與閥球114角位置的函數(shù)。

可以看出，對于閥球114的大部分旋轉(zhuǎn)，每個閥球出口116b的截面積與理想情況的偏差在±6％之內(nèi)，每個閥球出口116b僅僅在剛打開時與理想值的偏差稍大。

閥球114的角位置和通過三通球閥裝置110的流體流量之間存在近似線性關(guān)系，可以非常精確地控制通過流體系統(tǒng)的流量，而不需要使用昂貴的監(jiān)控設(shè)備。可以精確地致動閥球114，并且從閥球114的角度推斷流體流量。

顯然，盡管上面討論了雙向球閥裝置10和三通球閥裝置10，但是其它的具有不同數(shù)量的入口和出口的流量控制閥機(jī)構(gòu)是可用的，因此本發(fā)明不是限制性的到所示的實(shí)施例。

此外，雖然所描述的橋接件146a通過整體成形或機(jī)械接合物理地附接到閥球114以跨越閥孔，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以通過提供單獨(dú)的橋接件146a插入到孔口的流動路徑中。在后一種情況下，插入件可以被成形為與閥球114的孔口互補(bǔ)地匹配或基本匹配，例如作為緊密的推入配合或過盈配合與插入件的內(nèi)表面互補(bǔ)，因此是任何需要的圓形或非圓形，以限定與所需的橋接件146a一起的流動路徑。此外，盡管上述橋接件146a優(yōu)選地完全橫跨閥球114的孔口，優(yōu)選地沿著直徑，橋接件146a可以是懸臂式的，僅從一側(cè)延伸，或者可以在一個，兩個或更多個位置連接到通孔119的壁。附加地或替代地，盡管橋接件146a優(yōu)選地在閥球入口116a和閥球出口116b處，但是橋接件146a可以從一個或兩個孔口縮回，并且因此凹入到閥球114的孔口中，或者作為閥殼體118的一部分，而不是閥球114的一部分。

因此，本發(fā)明提供了一種球閥裝置，其通過改進(jìn)閥球114的通孔119來改進(jìn)流量的線性，通過通孔119的流量的與閥球114的旋轉(zhuǎn)角成線性比例。這可以通過改變通孔119的形狀尺寸或通過提供橋接件146a來實(shí)現(xiàn)，該橋接件146a至少部分地阻塞通過孔口的中心的流體。

圖5a顯示了本發(fā)明另一個實(shí)施例提供的球閥裝置110，其包括球閥12、驅(qū)動器38以及齒輪系40，其中，齒輪系40用于對驅(qū)動器38的輸出進(jìn)行減速然后驅(qū)動球閥12。參考圖5b，齒輪系40通過驅(qū)動閥桿20來驅(qū)動球閥12的閥球。

以上實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，如對各個實(shí)施例中的不同特征進(jìn)行組合等，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。