專利名稱：大型雙偏心球塞閥門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大型雙偏心球塞閥門，特別是用于控制水輪發(fā)電機用水的閥門，包括 由套管組成的主體，其兩端與兩個罩蓋和幾個管接頭成為一體，安裝在管道中心線上；以及 軸心可回轉(zhuǎn)，并組成有一球冠的球形塞，前者是指在回轉(zhuǎn)平面上，形成軸心可移動的圓管通 道，即球形塞在其開放位置時進(jìn)行軸心回轉(zhuǎn)；在開放位置，通道和管道軸線重合，在其關(guān)閉 位置，球冠向其底座靠近，并關(guān)閉閥門主體的底座。
背景技術(shù)：
眾所周知，上述的球塞閥門必須配備復(fù)雜的裝置系統(tǒng)，以便在其關(guān)閉時，能實現(xiàn)良 好的防水密封性。更詳細(xì)的說明是，已知的球形回轉(zhuǎn)體閥門有一個位于中心的球形塞，在高 壓下關(guān)閉時必須有操作力矩，此時球形件受到壓力差影響，無法關(guān)閉。必須克服球形件軸頸 在軸承支座上的摩擦現(xiàn)象。為此，裝配這類閥門的執(zhí)行機構(gòu)均為大型部件。
要安全地從外部鎖閉球形件的回轉(zhuǎn)，需要人工來完成，但存在著風(fēng)險。此外，由于 閥門受壓，不能從執(zhí)行機構(gòu)上拆卸下來，無法進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。 這類球形回轉(zhuǎn)體閥門的底座有下列兩種類型。第一種類型，底座始終與球形件緊 密相貼。必須使球形件的整個外表面具有良好的幾何形狀和優(yōu)質(zhì)的表面狀態(tài)。其狀態(tài)應(yīng)為 非氧化狀態(tài)，實際上，長期保持這種表面狀態(tài)非常難，尤其是，該裝置應(yīng)用于大壩或河流時， 或多或少都承受著一定水的負(fù)荷。此外，該類底座長期緊貼球形件，必然會產(chǎn)生額外力矩。 第二種類型，底座僅在關(guān)閉位置時緊貼在球形件上，但必須配備底座導(dǎo)向系統(tǒng)。總之，現(xiàn)已 掌握的球形回轉(zhuǎn)體閥門或大型球塞閥門，均不能滿足其運行方面、以及安全和維護(hù)方面的 要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大型雙偏心球塞閥門，可更好地保護(hù)水力發(fā)電廠的水輪
發(fā)電機組，能承受變化多端的水流，更堅固，更可靠；即使在缺乏能源的情況下，也能自然關(guān)
閉球形塞，同時確保裝置良好的密封性，以及盡可能合理地減小裝置的體積。 本發(fā)明涉及一種大型雙偏心球塞閥門，其特征是球形塞回轉(zhuǎn)軸一方面與球形塞
球冠子午面保持間距，另一方面又與通道軸線保持間距，以便在開放位置中，球形塞通道能
與主體軸線重合，以及球形塞在關(guān)閉方向中，原地回轉(zhuǎn)運動，靠近對應(yīng)于主體底座的球形外
殼和頂蓋，球形塞在開放方向中原地回轉(zhuǎn)反向運動，則離開對應(yīng)于主體底座的球形外殼和
頂蓋，底座是活動底座，形成一個既能中心固定在主體軸線上，又能沿對應(yīng)于主體軸線滑動
的活動環(huán)形圈，以便緊貼球形塞的球形頂蓋上的固定密封圈；球形塞開放行程中，止限位塊
位于通道端部軌道上，通道位于與活動底座相配合的頂蓋一端，邊緣出自并緊貼位于關(guān)閉
位置的限位塊。 本發(fā)明的球形塞閥門，由于球形塞可雙偏心(或雙偏移)運動，會產(chǎn)生可補償軸 承座摩擦阻力的關(guān)閉力矩。因此，閥門需要一個配重塊，該配重塊僅用于引發(fā)關(guān)閉動作，隨后，閥門在沒有動力的情況下自然進(jìn)入關(guān)閉位置，以便操控球形塞驅(qū)動缸，這些動作可在球 形件通道中任何水流速度下進(jìn)行；由于閥門可雙偏心運動，閥門還能提供良好的密封性能； 不銹鋼球冠所組成的球形塞固定密封圈首先在關(guān)閉末端處，觸及聚氨酯密封圈，然后觸及 活動底座。該活動底座可自動控制，并通過與其配套的彈簧向球形件的固定密封圈方向推 進(jìn)。這樣可避免因軸承底座在球形回轉(zhuǎn)體上持續(xù)施加摩擦力而形成的額外力矩。制作回轉(zhuǎn) 體或球形塞同樣非常簡單，其理由是該裝置不需要優(yōu)質(zhì)的表面狀態(tài)。這一特性對于在大壩 或河流帶負(fù)荷水流中工作的大型閥門至關(guān)重要。 當(dāng)關(guān)閉回轉(zhuǎn)結(jié)束時，球冠觸及到限位塊，同時活動底座固定在最終對中位置上。該 限位塊同樣具有操作的安全性。如果閥門中的外限位塊失效，則需要通過緊貼限位塊的球 冠，使球形塞維持原位。 此外，即使在底座沒有持續(xù)貼近球形塞的情況下，仍不需要配備導(dǎo)向裝置。 該裝置的另一優(yōu)點是，活動底座為閥門的下底座，在壓縮彈簧作用下，出自關(guān)閉位
置的球形塞固定密封圈可推動該活動底座。 由于該裝置具有可直線完成，和在活動底座處實現(xiàn)的雙密封功能，在上方壓力的 作用下，底座貼近球形件的固定密封圈，運動力與閥門一邊和另一邊的壓力差成正比。這種 閥門特別適用于作為水力發(fā)電站水輪機的保持閥。 其另一特性是，罩蓋裝配了活動底座，其組件有外環(huán)和內(nèi)環(huán)，形成導(dǎo)向面，中間導(dǎo)
向面實際上是外環(huán)限位塊表面和另外一個內(nèi)環(huán)導(dǎo)向面之間的外環(huán)槽，以及 底座，可對應(yīng)于罩蓋滑動，該罩蓋位于兩個確定其運行高度的限位塊之間，此外底
座緊靠在壓縮彈簧上，這樣可在出自關(guān)閉位置的球形罩蓋底座的作用下被往返推動。 活動底座最好由兩個同心部分組成，同時確定球形塞的支撐面。在這兩個部件之
間，最好應(yīng)考慮安裝聚氨酯制成的密封圈，這樣，當(dāng)球形塞固定密封圈首先接觸的是活動底
座的密封圈，然后再接觸活動底座的第二部分，即銅鋁鎳合金制件。 本發(fā)明的閥門最好采用法蘭墊板將其嵌入管道中，以方便拆出閥門，不需動管道， 或方便維修閥門密封裝置，不需拆卸閥門。


圖1是本發(fā)明的大型雙偏心球塞閥門的軸向剖視圖，表示球型塞在開放位置； 圖2是本發(fā)明的大型雙偏心球塞閥門的軸向剖視圖，表示球型塞在關(guān)閉位置； 圖3A為圖1中部分I的局部放大圖，表示罩蓋與底座部件分開時的狀態(tài)； 圖3B為圖1中部分I的局部的下底座放大示意圖； 圖4為圖1中部分I的下底座受壓縮位置時的放大示意圖； 圖5為圖1中部分I的下底座在松開位置時的放大示意圖； 圖6為部分I與球形塞的部分的放大示意圖，圖中球形塞在打開位置時； 圖7為部分I與球形塞的部分的放大圖，圖中球形塞在關(guān)閉位置時； 圖8A為雙偏心球形塞的運行原理圖之一 ； 圖8B為雙偏心球形塞的運行原理圖之二。 其中，附圖標(biāo)記說明如下 100 主體111外環(huán)113，117，118 導(dǎo)向面
114,119 限位塊
116壓縮彈簧130套管150底座152磨損環(huán)153限位塊脫鉤200球形塞210圓管通道220球冠221頂蓋223A邊緣230固定密封圈240管接頭SA支撐面CR回轉(zhuǎn)軸
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明所涉及的部件有球塞閥門l，是回轉(zhuǎn)件，雙偏心，安裝在位于管 道的上游部分AM和下游部分AV之間(本案未介紹)。采用一對管接頭將軸線X。X。的閥門 1安裝在管道中，其中只有左接頭2配備有法蘭墊圈3，便于與其長度匹配的零部件的安裝/ 拆卸。下法蘭墊圈(如圖所示)以及上方法蘭墊圈有助于方便地拆卸閥門。此外，下法蘭 墊圈更便于對閥門的密封裝置進(jìn)行維修保養(yǎng)，而不需拆卸管道的閥門。
閥門1包括主體100和球形塞200以及驅(qū)動機構(gòu)(本案未介紹)，球形塞垂直于圖 面，圍繞軸線CR回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)限制在其全開位置(圖1)和其全關(guān)位置(圖2)之間，這兩個位 置相當(dāng)于90°角度。 閥門主體100是由兩個罩蓋110， 120，并這兩個罩蓋110， 120分別位于套管130兩 端，并采取一定方式(本案未詳細(xì)介紹)裝配在一起。這兩個罩蓋分別固定在管接頭140 的上游和下游。套管130包括排氣孔131，該裝置有助于排放閥門內(nèi)部的空氣、和套管底部 的排放孔132。下罩蓋110配備活動的下底座150，后者將在以后詳細(xì)介紹，而上方罩蓋120 則不設(shè)底座。 套管和兩個罩蓋均為鍛鋼件，并采用定位螺栓111和螺母112組裝。主體還包含 其他裝備，如起吊環(huán)(本案未介紹)。 本案所介紹的開放位置的球形塞200包括主體，環(huán)冠220呈環(huán)形狀，后者嵌入球形 外殼中；在開放位置，閥門軸線線X。X。對中的圓管通道210穿過球形塞。通道210直徑等于 設(shè)施連接通道的直徑。 球形塞200的組件實際上有位于上位的環(huán)形頂蓋221和220的環(huán)形冠222，，如圖 1所示，有固定并嵌入頂蓋221中的環(huán)形密封圈230(本文未詳細(xì)介紹固定密封圈230嵌入
5球形塞頂蓋中所需的裝配設(shè)備)。 有水流負(fù)荷的情況下，固定密封圈最好采用馬氏體不銹鋼制件，并通過鎢鉻合金 處理或表面噴涂碳化鴇處理。 通道210的邊緣223是一個外環(huán)單邊緣，因此必須區(qū)分兩個部位，因為頂蓋221的 邊緣223部位223A與同一邊緣223的部位223B的作用不同，后者位于頂蓋222 —邊，具有 雙偏心作用力。 固定密封圈230的三角形截面用于當(dāng)球形塞200 (圖2所示)處在關(guān)閉位置，即回 轉(zhuǎn)90°時，與罩蓋110的活動底座150相配合。 球形塞200有2個回轉(zhuǎn)軸頸240，位于對應(yīng)于圖1平面的對稱位置中， 一個在前， 另一個在后，以便球形塞200能從其開放位置回轉(zhuǎn)到其關(guān)閉位置，或反方向回轉(zhuǎn)，按箭頭方 向(±A)圍繞CR的軸線轉(zhuǎn)動。球形塞200是鑄鐵件，與軸頸形成一個整體部件，其固定密 封圈230為馬氏體不銹鋼制件。采用螺栓固定成球形件。 閥門回轉(zhuǎn)軸CR的位置，對應(yīng)于主體100和對應(yīng)于球形塞200，圖8A顯示的是其全 開位置，圖8B顯示的是全關(guān)位置。根據(jù)圖面定義，球形塞200的回轉(zhuǎn)平面是各圖的平面，就 是說，球形塞200通道的軸線X「^在這個平面中繞回轉(zhuǎn)軸CR(垂直于該平面)轉(zhuǎn)動，在完 成圖中表示的作業(yè)時，其角度最好保持在90。，即從其全開位置過渡到其全關(guān)位置(按箭 頭+A所指方向)，或以相反的運動方向(按箭頭-A所指方向)，反過來變換位置。
球形塞200回轉(zhuǎn)軸CR對應(yīng)于球形件的中心C雙離心或雙偏心運動，在回轉(zhuǎn)平面中 被球形塞包覆。 回轉(zhuǎn)中心CR對應(yīng)于軸線XA形成間距b和對應(yīng)于球形件子午平面匪的方向形成 間距a，中心C穿過軸線XA和子午面路徑匪。球形塞200球形表面確定間距a、 b，如圖1 或圖8A所示，圖中球形塞位于開放位置。 回轉(zhuǎn)軸CR為閥門主體100中軸頸240的軸線，也就是固定在套管130處的軸頸軸 承座。軸承座的尺寸比較寬松，可自潤滑，為青銅制件，內(nèi)插石墨嵌件，整體安裝在套管處的 固定支撐板上，由套管直接對其產(chǎn)生推力。 由于有雙偏心a、b，從對應(yīng)于球形件中心點C的回轉(zhuǎn)中心CR起，到開始關(guān)閉時，可 獲得箭頭逆時回轉(zhuǎn)方向(+A)前進(jìn)的運動，或反向回轉(zhuǎn)方向(-A)后退的運動。關(guān)閉運動具 體體現(xiàn)在頂蓋221貼近活動下底座150，直到通道210的前邊緣223A到達(dá)并緊靠固定的限 位塊116。在開始接觸活動底座150時，頂蓋220推動活動底座，直至在雙偏心作用力下球 形塞回轉(zhuǎn)結(jié)束；在回轉(zhuǎn)結(jié)束時，固定密封圈230的邊緣223的部位223A貼近活動底座150 ; 隨后將詳細(xì)介紹該邊緣件。 在關(guān)閉位置中，如圖2所示，所采用的是雙密封系統(tǒng)。實現(xiàn)其雙密封特性，一方面 是通過馬氏體不銹鋼球形件的固定密封圈230與彈性體密封圈的接觸，另一方面是通過活 動底座與其銅鋁鎳合金部分的金屬對金屬的接觸，是合金件緊貼球形件馬氏體鋼制固定密 封圈。 活動下底座150的結(jié)構(gòu)參見圖3-7，這幾個原理圖均相當(dāng)于圖1中部分I的截面放 大圖。 如圖3所示，下罩蓋110由外環(huán)111和內(nèi)環(huán)112組成，與軸線X。X。同心，并在其間 互接活動下底座150。外環(huán)111與相當(dāng)于限位塊的軸肩114構(gòu)成圓柱形導(dǎo)向面113，并裝配
6了呈均布的柱形盲孔115，分別接納與軸線X。X。平行的壓縮彈簧116。內(nèi)環(huán)112包括兩個導(dǎo) 向面117和118，軸肩119將其一分為二，同時形成下底座150前進(jìn)運動的止動件。內(nèi)環(huán)112 就形成了底座150兩個導(dǎo)向圓柱面117和118。圓柱面117的直徑大于圓柱面118的直徑， 而圓柱面118的直徑又大于圓柱面113(對應(yīng)于軸線X。X。)的直徑，因而，在外環(huán)111和內(nèi)環(huán) 112組裝后，導(dǎo)向面117是限制在軸肩114和119內(nèi)的環(huán)狀凹槽，并成為活動底座150行程 終端的限位塊。 下底座150由兩個套環(huán)組成，即T形截面主套環(huán)151套裝上另一種材質(zhì)的磨損環(huán) 152，實現(xiàn)限位塊153完成止推動作的兩個套環(huán)；組裝時應(yīng)插裝聚氨酯密封圈154， 155。這 兩個套環(huán)151,152限定了用于接收球形塞200的固定密封圈230的支撐面SA，密封圈155 在球形塞接近其全關(guān)位置時，超過支撐面SA，以便頂蓋221首先完成與支撐面SA接觸，再 繼續(xù)與磨損環(huán)152處的支撐面相接觸，磨損環(huán)可用如CuA110Fe5Ni3型高強度銅鋁鎳合金制 成。聚氨酯密封圈155具有良好的耐水性能和極高的強度。 裝配時，先將下底座150安裝在下罩蓋110的內(nèi)環(huán)112上，隨后，內(nèi)環(huán)111和112
合裝而成。 活動底座150有三個滑動面156， 157， 158(與表面一道滑行)和罩蓋110的三個 導(dǎo)向面113,117,118。形成滑動面157的主套環(huán)151底部位于由滑動面117和兩個軸肩 114和119組成的凹槽中，主套環(huán)限制了活動底座的運動范圍，同時，分散在外環(huán)周圍的彈 簧116推動著主套環(huán)。 活動下底座150可占有兩個終端位置，如圖4和5所示。重復(fù)推動的一個終端位 置如圖4所示。該終端位置相當(dāng)于主套環(huán)151所組成止推件153與內(nèi)環(huán)112的限位塊之間 的后退距離e。 另一個終端位置則是當(dāng)主套環(huán)151的止推件153貼近內(nèi)環(huán)111的軸肩119時前
進(jìn)位置。 壓縮彈簧116在圖5所示位置中推動活動底座150，來自關(guān)閉位置的球形塞200施
加的推力重新將活動底座150推入圖4所示的位置中，或推入中間位置中。 內(nèi)環(huán)112同樣有行程終端限位塊160，后者在關(guān)閉位置中限制球形塞200的運動范圍。 圖6表示活動下底座150各相關(guān)零件的結(jié)構(gòu)，該活動下底座安裝在下罩蓋110的 內(nèi)環(huán)111和外環(huán)112之間，以及開放位置中球形塞200通道210邊緣223部位的223B的位 置，球形塞200軸線與主體100軸線X。X。重合，如圖1所示。 圖7表示是關(guān)閉位置。在關(guān)閉位置，回轉(zhuǎn)球形塞200固定密封圈230緊貼活動下 底座150的支撐面SA，同時推動活動下底座，在壓縮彈簧116的作用下產(chǎn)生反作用力。在 此位置中，邊緣223A緊靠限位塊160。在球形塞200雙偏心作用下，球形塞邊緣223部位 223B可在行程終端限位塊160之上通過，當(dāng)球形塞在箭頭(-A)所指方向中進(jìn)行返回旋轉(zhuǎn)運 動時，離心力驅(qū)使上游端球形塞限定通道210范圍的部位223A移離限位塊160行程終端。
權(quán)利要求
大型雙偏心球塞閥門，其組成零部件包括主體(100)由兩個罩蓋(110，120)、管接頭(240)沿邊緣固定的套管(130)組裝而成，以便能安裝在管道的軸線(X0X0)中，以及球形塞(200)，可回轉(zhuǎn)，由球冠(220)組成，后者確定了軸線(X1X1)的圓管通道(210)，當(dāng)球形塞(200)在其開放位置之間回轉(zhuǎn)時，該軸線也在回轉(zhuǎn)面之中移動，此間，通道在管道(210)與管道的軸線(X0-X0)對中，而在其閉合位置中，球冠(220)的頂蓋(221)與其底座(230)同時移動，并關(guān)閉閥門主體(100)的底座，其特征在于，球形塞(200)回轉(zhuǎn)軸(CR)對應(yīng)于球冠(220)子午面(MM)形成間距a和對應(yīng)于通道(210)上的軸線(X1X1)形成間距b；以便在開放位置中，球形塞通道(210)與主體(100)軸線(X0X0)對中，并在關(guān)閉方向中，對應(yīng)于主體(100)和底座(150)；球形塞(200)的回轉(zhuǎn)運動(+A)接近球形外殼頂蓋(221)，而反方向(-A)回轉(zhuǎn)運動自球形塞(200)開放起，和對應(yīng)于主體(100)底座(150)，離開球形外殼和頂蓋(221)，底座(150)是活動底座，由環(huán)形套環(huán)組成，該套環(huán)中心定位在主體(100)的軸線(X0X0)上，對應(yīng)于主體(100)和沿著該軸線滑行移動，以便緊貼球形塞(200)球形頂蓋(221)的固定密封圈(230)，球形塞(200)開放行程中止限位塊(116)位于環(huán)冠(220)一邊通道(210)邊緣(223A)的軌道上，同時與活動底座(150)相配合，在關(guān)閉位置中，邊緣(223A)移動和緊貼該限位塊(116)。
2. 如權(quán)利要求l所述的大型雙偏心球塞閥門，其特征在于，所述的活動底座(150)為閥 門的下底座，安裝在壓縮彈簧(116)上，以便球形塞(200)的固定密封圈(230)對其進(jìn)行推 動，球形塞出自關(guān)閉位置。
3. 如權(quán)利要求l所述的大型雙偏心球塞閥門，其特征在于，所述的罩蓋(110)裝配了活 動底座(150)，其組成零部件有外環(huán)(111)和內(nèi)環(huán)(112)，形成導(dǎo)向面(113,117,118)的軸 線XOXO，中間導(dǎo)向面(117)，即在外環(huán)(110)的限位塊(114)表面和內(nèi)環(huán)(112)的另一個導(dǎo) 向面(118)之間的外環(huán)槽，以及活動底座(150)對應(yīng)于罩蓋(110)在確定其運動高度的兩 個限位塊(114,119)之間運動，同時緊靠壓縮彈簧(116)，以被出自關(guān)閉位置的球形塞底座 (230)推動。
4. 如權(quán)利要求l所述的大型雙偏心球塞閥門，其特征在于，所述的活動底座(150)由 T形截面主套環(huán)(151)組成，其中套入磨損環(huán)(152)，組裝兩個套環(huán)使其形成限位塊脫鉤 (153)，兩個套環(huán)形成支撐面(SA)外加超過支撐面(SA)的密封圈(155)。
5. 如權(quán)利要求l所述的大型雙偏心球塞閥門，其特征在于，所述的磨損環(huán)(152)為銅鋁 鎳制件，密封圈(155)為聚氨酯制件。
全文摘要
一種用作控制水輪發(fā)電機保持用水的閥門大型雙偏心球塞閥門，其包括包括主體(100)和確定了軸線(X1X1)的圓管通道(210)的球形塞(200)；球形塞(200)的回轉(zhuǎn)軸(CR)對應(yīng)于球冠(220)子午面(MM)形成間距a和對應(yīng)于通道(210)上的軸線(X1X1)形成間距b，以便在關(guān)閉方向中和對應(yīng)于主體(100)底座(150)，球形塞(200)的回轉(zhuǎn)運動(+A)接近球形外殼和頂蓋(221)。開放行程中止限位塊(116)位于邊緣(223A)的軌道上，在關(guān)閉位置中，邊緣(223A)移動并緊貼該限位塊(116)。
文檔編號F03B15/02GK101769392SQ200910000960
公開日2010年7月7日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月5日
發(fā)明者丹格瑞奧·伯納 申請人:帝二福希公司