强制密封球阀阀杆导向结构

摘要

本发明公开了一种强制密封球阀阀杆导向结构，包括依次相连的驱动组件、阀盖和阀体，阀盖内设置有阀杆和与阀杆相连的楔形轴，阀体内设置有球体和阀座，楔形轴上对称设置有两个导轨槽，阀盖上固定连接有导向轴，导向轴伸入到导轨槽内；楔形轴的下部设置有楔形面，球体上设置有与楔形面匹配的楔形柱销；本发明的导向轴和导轨槽之间由传统的线性接触改变为面接触，从而有效增大了导向轴与导轨槽的接触面积，避免导向轴损伤导轨槽，降低导向轴与导轨槽的磨损；此外，本发明减小了导轨槽的槽侧面和导向轴接触面受到的挤压面应力，从而有效改善了两者的导向配合受力，降低了两者之间的磨损，大大提高了导向轴和导轨槽的使用寿命，降低了维护成本。

权利要求

1.强制密封球阀阀杆导向结构，包括依次相连的驱动组件、阀盖(3)和阀体(4)，阀盖(3)内设置有阀杆(5)和与阀杆相连的楔形轴(6)，阀体内设置有球体(7)和阀座(8)，楔形轴上对称设置有两个导轨槽(9)，阀盖上固定连接有导向轴(10)，导向轴伸入到导轨槽内；楔形轴的下部设置有楔形面(601)，球体上设置有与楔形面匹配的楔形柱销(701)，其特征在于，所述导轨槽(9)包括依次相连的第一直槽段(901)、螺旋段(902)和第二直槽段(903)，第一直槽段(901)和第二直槽段(903)竖向布置，第一直槽段的宽度与第二直槽段的宽度相同，螺旋段的宽度大于第一直槽段，导向轴伸入至导轨槽内的部位设置有第一扁位，所述第一扁位包括两个第一平面部和两个弧面部，当所述导向轴在第一直槽段或第二直槽段内移动时，所述第一平面部贴合所述导轨槽的两侧内壁；当所述导向轴在螺旋段内移动时，所述弧面部接触所述导轨槽的内壁。

2.如权利要求1所述的强制密封球阀阀杆导向结构，其特征在于，球体上所在楔形轴的两侧设置有圆柱销(702)，楔形轴与圆柱销相接触的部位设置有第二扁位(602)，所述第二扁位包括第二平面部，所述第二平面部与圆柱销贴合并能够相对所述圆柱销滑动。

3.如权利要求1所述的强制密封球阀阀杆导向结构，其特征在于，球体的上端面中心设置有与楔形轴活动相连的上端孔(703)，球体流道孔的中心与上端孔的中心线水平间隔一定距离。

4.如权利要求1所述的强制密封球阀阀杆导向结构，其特征在于，阀杆的上部设置有填料(501)，填料对应的阀盖上设置有第一注脂阀(301)，楔形轴与填料之间的阀盖上设置有与阀盖内腔连通的清洁孔(302)，楔形轴的顶部设置有与导轨槽连通的通孔(603)，导轨槽的底部设置有与阀体连通的开槽(904)，阀体上设置有排污孔，排污孔上设置有排污阀(401)。

5.如权利要求4所述的强制密封球阀阀杆导向结构，其特征在于，清洁孔上设置有第二注脂阀(303)。

6.如权利要求1所述的强制密封球阀阀杆导向结构，其特征在于，阀体内的支撑圈(11)，阀座(8)卡接在支撑圈(11)内，支撑圈(11)卡接在阀体(4)内。

7.如权利要求6所述的强制密封球阀阀杆导向结构，其特征在于，阀体上设置有凹槽(402)，支撑圈上设置有圆形的卡圈(110)，卡圈的内侧面与支撑圈的内侧面齐平；所述卡圈由一个固定卡环(111)和至少两个活动卡环(112)拼接而成，固定卡环(111)通过沉头螺栓(113)与支撑圈(11)相连，活动卡环的外圈上设置有圆弧形的外卡环(114)，外卡环(114)贯穿支撑圈并延伸至凹槽(402)内。

8.如权利要求6所述的强制密封球阀阀杆导向结构，其特征在于，阀座由弹性材料制成，支撑圈上设置有防止阀座滑出支撑圈的倒钩。

9.如权利要求1所述的强制密封球阀阀杆导向结构，其特征在于，球体由铸钢一体成型，球体的密封面上堆焊有硬质合金；所述楔形轴和导向轴经过高频淬火处理，楔形轴、导向轴和导轨槽表面堆焊有硬质合金。

说明书

强制密封球阀阀杆导向结构

技术领域

[0001] 本发明涉及球阀技术领域，尤其是一种强制密封球阀阀杆导向结构。

背景技术

[0002] 强制密封球阀又称轨道球阀，轨道球阀和闸阀是同属一个类型的阀门，区别在它的关闭件是个球体，球体绕阀体中心线作旋转来达到开启、关闭的一种阀门。球阀在管路中
主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向。强制密封球阀具有结构紧凑、密封可靠、使
用寿命长、动作迅速等优点，近年来被广泛应用到各大领域。

[0003] 强制密封球阀的导向结构包括布置在阀杆上的等宽导轨槽和与导轨槽活动连接的导向轴，传统强制密封球阀的导向轴为圆柱形或是带滚轮结构。强制密封球阀完全依靠
强制外力驱动阀杆运行，实现强制密封。在阀门实现强制密封完全关闭或完全关闭状态下
打开的瞬间，需要非常大的外部驱动力。外力驱动阀杆产生的扭矩作用到导向轴上，导向轴
受阀杆升降式旋转的法兰剪切力和导轨槽侧与导向轴接触挤压应力。可以看出，导向轴的
受力非常复杂，而传统圆柱形的导向轴一方面与导轨槽接触面积小，另一方面受到的内部
应力大，因此导向轴和导轨槽之间磨损严重，两者的使用寿命短，损坏后需要拆卸返厂维
修，影响生产进度，且拆卸过程复杂，劳动强度大、费时费力、效率低，维护成本高。

发明内容

[0004] 针对传统强制密封球阀导向结构磨损严重、使用寿命短和维护成本高的技术问题，本发明提供一种强制密封球阀阀杆导向结构。

[0005] 本发明所采用的技术方案是：强制密封球阀阀杆导向结构，包括依次相连的驱动组件、阀盖和阀体，阀盖内设置有阀杆和与阀杆相连的楔形轴，阀体内设置有球体和阀座，
楔形轴上对称设置有两个导轨槽，阀盖上固定连接有导向轴，导向轴伸入到导轨槽内；楔形
轴的下部设置有楔形面，球体上设置有与楔形面匹配的楔形柱销，所述导轨槽包括依次相
连的第一直槽段、螺旋段和第二直槽段，第一直槽段和第二直槽段竖向布置，第一直槽段的
宽度与第二直槽段的宽度相同，螺旋段的宽度大于第一直槽段，导向轴伸入至导轨槽内的
部位平行的设置有两个第一扁位，所述第一扁位为平面结构，当导向轴在第一直槽段和第
二直槽段内移动时，两个第一扁位分别贴合导轨槽的两侧。

[0006] 相比于传统的导向结构而言，本发明在导向轴上对称的设置有两个平行的第一扁位，并对导轨槽的螺旋段作加宽处理，第一直槽段和第二直槽段的槽宽与两个扁位之间的
距离匹配，螺旋段的槽宽与导向轴两个弧面的对角线的距离匹配。导向轴在第一直槽段和
第二直槽段内移动时，第一扁位紧贴导轨槽的两侧，由传统的线性接触改变为面接触，从而
有效增大了导向轴与导轨槽的接触面积，避免导向轴损伤导轨槽，降低导向轴与导轨槽的
磨损。此外，改进后导轨槽的槽侧面和导向轴接触面受到的挤压面应力更小，从而有效改善
了两者的导向配合受力，降低了两者之间的磨损，大大提高了导向轴和导轨槽的使用寿命，
降低了维护成本，提高了生产效率。

[0007] 进一步的是，球体上所在楔形轴的两侧设置有圆柱销，楔形轴与圆柱销相接触的部位设置有第二扁位，所述第二扁位为平面结构，所述第二扁位与所述圆柱销接触。圆柱销
保证楔形轴与球体的相对位置，楔形轴做升降运动时，圆柱销与楔形轴滑动摩擦。楔形轴与
圆柱销相接触的部位设置有第二扁位，也就是说楔形轴与圆柱销相接触的面为平面，从而
可以有效增大楔形轴与圆柱销的接触面积，保证楔形轴升降过程的平稳性。

[0008] 进一步的是，球体的上端面中心设置有与楔形轴活动相连的上端孔，球体流道孔的中心与上端孔的中心线水平间隔一定距离。传统强制密封球阀的球体流道孔中心与阀杆
的中心线重叠，也就是对中设置，由于受球体密封面的影响，球体由关闭状态旋转90°至打
开状态后会发生偏移，造成球体的流道孔中心与阀体的流道孔中心不在同一中线上，使介
质不能全通径流过阀体，减小了介质流通的截面积，降低了介质流通的效率。为此，本发明
将球体流道孔的中心与上端孔的中心线水平间隔一定距离布置。强制密封球阀在关闭状态
需要开启时，驱动组件驱动阀杆提升，导向轴相对于导轨槽移动，在楔形面和楔形柱销的配
合下，楔形轴拨动球体脱离阀座，球体的密封面与阀座脱离，随着导向轴在导轨槽内移动，
球体逆向旋转90°，球体的流道孔与阀体的流道孔连通，导向轴继续在导轨槽内移动直至阀
门全开，球体流道孔的中心与阀体流道孔同心，实现阀门全开时流通保持全通径。可以看
出，本发明的强制密封球阀采用了凸轮机构的设计原理，在开、闭阀门之前，首先使球体与
阀座脱离，再旋转球体，因此在开闭过程中球体与阀座之间无摩擦运行，降低了磨损，从而
有效提高了强制密封球阀的使用寿命；此外，本发明通过偏心的设计方式，球体的流道孔中
心相对上端孔的中心线需要水平偏移一小段距离才能保证阀门全启状态下球体流道孔与
阀体流道孔同心，实现阀门的全通径运行；再者，通过偏心的设计方式，使导向轴在导轨槽
内运动时，球体能发生倾斜，从而使球体的密封面与阀座之间产生间隙，此时介质可以将密
封面清洗干净。

[0009] 进一步的是，阀杆的上部设置有填料，填料对应的阀盖上设置有第一注脂阀，楔形轴与填料之间的阀盖上设置有与阀盖内腔连通的清洁孔，楔形轴的顶部设置有与导轨槽连
通的通孔，导轨槽的底部设置有与阀体连通的开槽，阀体上设置有排污孔，排污孔上设置有
排污阀。首先，由于清洁孔与阀盖内腔连通，再依次通过通孔、导轨槽和开槽与阀体的内腔
连通，因此在球阀水压强度试验时，可以排出阀体内腔内的空气，减小水压强度试验的误
差，保证试验的准确性；其次，球阀组装完成后，可通过往清洁孔往球阀内注入清洗液，可以
清洗因装配初运行咬合挤压等产生的微小毛刺、细小铁粉等杂质，杂质通过排污孔排出，保
证球体内腔的清洁度，减少杂质带来的部件磨损，提高球阀的使用寿命。

[0010] 进一步的是，清洁孔上设置有第二注脂阀。在球阀装配以及试验完成后，可在清洁孔上装入第二注脂阀，润滑脂通过第二注脂阀流入阀盖的内腔，再通过通孔流入导轨槽和
开槽内，对楔形轴、导轨槽、导向轴及导向套起到润滑作用，减小各部件之间的摩擦，提高球
阀的使用寿命；此外，上下部位通过润滑通道可以平压，保证正常启闭工作情况下，不会因
上部空间的变化产生压差，防止操作振动的产生。

[0011] 进一步的是，阀体内的支撑圈，阀座卡接在支撑圈内，支撑圈卡接在阀体内。传统球阀的支撑圈与阀体之间通过螺纹连接或焊接方式相连，一旦支撑圈发生故障，就需要拆
下整个球阀返厂维修，拆卸过程复杂，劳动强度大、费时费力、效率低，维护成本高，不能实
现球阀的在线维护。本发明的阀体与支撑圈之间通过开环卡接方式相连，而且卡圈通过卡
接方式与支撑圈相连，整个拆卸过程简单、快速，省时省力，可对球阀进行在线维护，大大提
高了维护效率，降低了劳动强度，同时也节省返厂维护的时间及成本。

[0012] 进一步的是，阀体上设置有凹槽，支撑圈上设置有圆形的卡圈，卡圈的内侧面与支撑圈的内侧面齐平；所述卡圈由一个固定卡环和至少两个活动卡环拼接而成，固定卡环通
过沉头螺栓与支撑圈相连，活动卡环的外圈上设置有圆弧形的外卡环，外卡环贯穿支撑圈
并延伸至凹槽内。具体为：卡圈由固定卡环和活动卡环拼接而成，便于了卡圈的无损安装和
拆卸；固定卡环通过沉头螺栓与支撑圈相连，可以有效防止其余活动卡环脱落，防止卡圈退
出支撑圈，可实现卡圈与支撑圈的固定。此外，由于外卡环贯穿支撑圈并延伸至凹槽，因此
凹槽对外卡环起到限位作用，也就对卡圈和支撑圈起到同步限位固定作用，实现支撑圈与
阀体之间的固定，防止支撑圈退出阀体的凹槽。此外，沉头螺栓隐藏在固定卡环内，避免螺
栓突出固定卡环影响阀体内介质的流通。

[0013] 进一步的是，阀座由弹性材料制成，支撑圈上设置有防止阀座滑出支撑圈的倒钩，倒钩对阀座起到固定和限位作用，避免阀座滑出支撑圈。

[0014] 进一步的是，支撑圈的顶部与阀体相连的位置设置有第一O型密封圈，支撑圈与阀座相连的侧面自上而下依次设置有第二O型密封圈和第三O型密封圈，阀体上开有凹槽的部
位与支撑圈相连的位置设置有第四O型密封圈，支撑圈与阀座相连的侧面设置有石墨防火
条。石墨防火条还起到防火作用；多个密封圈从多个面对支撑圈、阀座和阀体起到多重密
封，有效保证了密封效果。

[0015] 进一步的是，球体由铸钢一体成型，球体的密封面上堆焊有硬质合金；所述楔形轴和导向轴经过高频淬火处理，楔形轴、导向轴和导轨槽表面堆焊有硬质合金。球体由铸钢一
体成型，保证球体的强度，也使制造工序更加简单，效果更佳。球体的密封面上堆焊有硬质
合金，增强球体密封面的耐磨性，提高球体的使用寿命，球体的密封面就是球阀关闭时球体
与阀座相连的面。楔形轴和导向轴在阀门开闭的过程中受力较大，开闭过程中不断摩擦，因
此楔形轴和导向轴经过高频淬火做硬化处理，提高楔形轴和导向轴的强度。同时在楔形轴、
导向轴和导轨槽表面堆焊有硬质合金，增强其耐磨性，提高其使用寿命。

[0016] 本发明的有益效果是：

[0017] 1、本发明的导向轴和导轨槽之间由传统的线性接触改变为面接触，从而有效增大了导向轴与导轨槽的接触面积，避免导向轴损伤导轨槽，降低导向轴与导轨槽的磨损。

[0018] 2、本发明减小了导轨槽的槽侧面和导向轴接触面受到的挤压面应力，从而有效改善了两者的导向配合受力，降低了两者之间的磨损，大大提高了导向轴和导轨槽的使用寿
命，降低了维护成本，提高了生产效率。

[0019] 3、本阀门的强制密封球阀采用了凸轮机构的设计原理，在开、闭阀门之前，首先使球体与阀座脱离，再旋转球体，因此在开闭过程中球体与阀座之间无摩擦运行，降低了磨
损，从而有效提高了强制密封球阀的使用寿命。

[0020] 4、本发明通过偏心的设计方式，球体的流道孔中心相对上端孔的中心线需要水平偏移一小段距离才能保证阀门全启状态下球体流道孔与阀体流道孔同心，实现阀门的全通
径运行；此外通过偏心的设计方式，使导向轴在导轨槽内运动时，球体能发生倾斜，从而使
球体的密封面与阀座之间产生间隙，此时介质可以将密封面清洗干净。

[0021] 5、本发明的阀体与支撑圈之间通过开环卡接方式相连，而且卡圈通过卡接方式与支撑圈相连，整个拆卸过程简单、快速，省时省力，可对球阀进行在线维护，大大提高了维护
效率，降低了劳动强度，同时也节省返厂维护的时间及成本。

[0022] 6、本发明通过第二注脂阀可往阀盖内腔注入润滑脂，润滑脂再通过通孔流入导轨槽和开槽内，对楔形轴、导轨槽、导向轴及导向套起到润滑作用，减小各部件之间的摩擦，提
高球阀的使用寿命；且本发明球阀的上下部位通过润滑通道可以平压，保证正常启闭工作
情况下，不会因上部空间的变化产生压差，防止操作振动的产生。

附图说明

[0023] 图1是现有技术强制密封球阀的导向机构示意图。

[0024] 图2是本发明的爆炸图。

[0025] 图3是本发明的剖视图。

[0026] 图4是楔形轴的结构示意图。

[0027] 图5是球体的结构示意图。

[0028] 图6是导向轴的结构示意图。

[0029] 图7是楔形轴和导向轴的装配示意图。

[0030] 图8是展开后导轨槽内导向轴的移动轨迹图。

[0031] 图9是楔形轴与球体的装配示意图。

[0032] 图10是球体旋转的示意图。

[0033] 图11是图3中A的局部放大图。

[0034] 图12是支撑圈的结构示意图。

[0035] 图13是卡圈的结构示意图。

[0036] 图中标记为：

[0037] 1、电动头；2、伞齿轮箱；3、阀盖；4、阀体；5、阀杆；6、楔形轴；7、球体；8、阀座；9、导轨槽；10、导向轴；11、支撑圈；12、第一O型密封圈；13、第二O型密封圈；14、第三O型密封圈；
15、第四O型密封圈；16、石墨防火条；

[0038] 101、第一扁位；

[0039] 301、第一注脂阀；302、清洁孔；303、第二注脂阀；

[0040] 401、排污阀；402、凹槽；403、下端孔；

[0041] 501、填料；

[0042] 601、楔形面；602、第二扁位；603、通孔；

[0043] 701、楔形柱销；702、圆柱销；703、上端孔；704、下轴套；

[0044] 901、第一直槽段；902、螺旋段；903、第二直槽段；904、开槽；

[0045] 110、卡圈；111、固定卡环；112、活动卡环；113、沉头螺栓；114、外卡环。

具体实施方式

[0046] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“正面”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”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。

[0047] 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。

[0048] 下面结合附图对本发明进一步说明。

[0049] 实施例一

[0050] 参照图1～图10所示，本发明的强制密封球阀阀杆导向结构，包括依次相连的驱动组件、阀盖3和阀体4，阀盖3内设置有阀杆5和与阀杆相连的楔形轴6，阀体内设置有球体7和
阀座8，楔形轴上对称设置有两个导轨槽9，阀盖上固定连接有导向轴10，导向轴伸入到导轨
槽内；楔形轴的下部设置有楔形面601，球体上设置有与楔形面匹配的楔形柱销701，所述导
轨槽9包括依次相连的第一直槽段901、螺旋段902和第二直槽段903，第一直槽段901和第二
直槽段903竖向布置，第一直槽段的宽度与第二直槽段的宽度相同，螺旋段的宽度大于第一
直槽段，导向轴伸入至导轨槽内的部位平行的设置有两个第一扁位101。本实施例的驱动组
件采用电动头1和伞齿轮箱2。

[0051] 参照图1，目前国内各制造厂，包括国际知名的强制密封阀制造厂家的导向结构都是圆柱形配合等宽导轨槽。导轨槽和导向轴的作用力说明：第一直槽段为强制力驱动阀门
启或闭可能出现导向轴与导向槽的配合长度，螺旋段回转90°及第二直槽段为阀门无摩擦
运行配合段。因此只有第一直槽段的范围内才会出现较大的外作用力。

[0052] 作用力分析：外力驱动阀杆和楔形轴产生的扭矩作用到左右对称公设的导向轴上，导向轴受阀杆升降式旋转的法兰剪切力和导轨槽侧与导向轴接触挤压应力。

[0053] F＝M/(d F/2) (1)

[0054] τ＝F/nA1 (2)

[0055] σ jy＝F/nA2 (3)

[0056] 式(1)中：F为导向轴受力，M为扭矩，d F为导轨槽所在楔形轴部位的直径，因此从图1和图8中可以推出：在d F和M相同的情况下，图1和图8中导向轴受力F可以确定，两者的
导向轴受力F相同。

[0057] 式(2)中：τ为导向轴受楔形轴升降式旋转的法兰剪切力，n为导向机构的数量，A1为导向轴圆周部位的剪切受力面积，从图1和图8中可以看出：图8的导向轴由于设置有两个
第一扁位，因此图8的剪切受力面积更大，而图1和图8的n和F是相同的，因此从式(2)推出：
图8的A1值更大，从而算出的τ值更小，也就是说，本发明的导向轴所受的法兰剪切力更小。

[0058] 式(3)中：σjy为导轨槽侧与导向轴接触挤压应力，n为导向机构的数量，A2为导向轴圆周部位的剪切受力面积，从图1和图8中可以看出：图8的导向轴由于设置有两个第一扁
位，因此图8的剪切受力面积更大，而图1和图8的n和F是相同的，因此从式(3)推出：图8的A1
值更大，从而算出的σjy值更小，也就是说，本发明导轨槽侧与导向轴接触挤压应力更小。

[0059] 综上，本发明的导向轴所受的法兰剪切力更小，导轨槽侧与导向轴接触挤压应力也更小。

[0060] 可以看出，相比于传统的导向结构而言，本发明在导向轴上对称的设置有两个平行的第一扁位，并对导轨槽的螺旋段作加宽处理，第一直槽段和第二直槽段的槽宽与两个
扁位之间的距离匹配，螺旋段的槽宽与导向轴两个弧面的对角线的距离匹配。导向轴在第
一直槽段和第二直槽段内移动时，第一扁位紧贴导轨槽的两侧，由传统的线性接触改变为
面接触，从而有效增大了导向轴与导轨槽的接触面积，避免导向轴损伤导轨槽，降低导向轴
与导轨槽的磨损。此外，改进后导轨槽的槽侧面和导向轴接触面受到的挤压面应力更小，从
而有效改善了两者的导向配合受力，降低了两者之间的磨损，大大提高了导向轴和导轨槽
的使用寿命，降低了维护成本，提高了生产效率。

[0061] 参照图4和图5，本实施例在球体上所在楔形轴的两侧设置有圆柱销702，楔形轴与圆柱销相接触的部位设置有第二扁位602。圆柱销保证楔形轴与球体的相对位置，楔形轴做
升降运动时，圆柱销与楔形轴滑动摩擦。楔形轴与圆柱销相接触的部位设置有第二扁位，也
就是说楔形轴与圆柱销相接触的面为平面，从而可以有效增大楔形轴与圆柱销的接触面
积，保证楔形轴升降过程的平稳性。

[0062] 本实施例的球体由铸钢一体成型，球体的密封面上堆焊有硬质合金；所述楔形轴和导向轴经过高频淬火处理，楔形轴、导向轴和导轨槽表面堆焊有硬质合金。球体由铸钢一
体成型，保证球体的强度，也使制造工序更加简单，效果更佳。球体的密封面上堆焊有硬质
合金，增强球体密封面的耐磨性，提高球体的使用寿命，球体的密封面就是球阀关闭时球体
与阀座相连的面。楔形轴和导向轴在阀门开闭的过程中受力较大，开闭过程中不断摩擦，因
此楔形轴和导向轴经过高频淬火做硬化处理，提高楔形轴和导向轴的强度。同时在楔形轴、
导向轴和导轨槽表面堆焊有硬质合金，增强其耐磨性，提高其使用寿命。

[0063] 实施例二

[0064] 传统强制密封球阀的球体流道孔中心与阀杆的中心线重叠，也就是对中设置，由于受球体密封面的影响，球体由关闭状态旋转90°至打开状态后会发生偏移，造成球体的流
道孔中心与阀体的流道孔中心不在同一中线上，使介质不能全通径流过阀体，减小了介质
流通的截面积，降低了介质流通的效率。

[0065] 参照图9和图10，在实施例一的基础上，本实施例在球体的上端面中心设置有与楔形轴活动相连的上端孔703，球体流道孔的中心与上端孔的中心线水平间隔一定距离。强制
密封球阀在关闭状态需要开启时，电动头通过伞齿轮箱驱动阀杆提升，导向轴相对于导轨
槽移动，在楔形面和楔形柱销的配合下，楔形轴拨动球体脱离阀座，球体的密封面与阀座脱
离，随着导向轴在导轨槽内移动，球体逆向旋转90°，球体的流道孔与阀体的流道孔连通，导
向轴继续在导轨槽内移动直至阀门全开，球体流道孔的中心与阀体流道孔同心，实现阀门
全开时流通保持全通径。可以看出，本发明的强制密封球阀采用了凸轮机构的设计原理，在
开、闭阀门之前，首先使球体与阀座脱离，再旋转球体，因此在开闭过程中球体与阀座之间
无摩擦运行，降低了磨损，从而有效提高了强制密封球阀的使用寿命；此外，本发明通过偏
心的设计方式，球体的流道孔中心相对上端孔的中心线需要水平偏移一小段距离才能保证
阀门全启状态下球体流道孔与阀体流道孔同心，实现阀门的全通径运行；再者，通过偏心的
设计方式，使导向轴在导轨槽内运动时，球体能发生倾斜，从而使球体的密封面与阀座之间
产生间隙，此时介质可以将密封面清洗干净。

[0066] 工作原理：参照图3，图3为球阀关闭状态，此时球体受楔形轴施加的外力作用，球体压紧在阀座上。当需要打开球阀时，电动头通过伞齿轮箱逆时针旋转驱动阀杆提升，导向
轴相对于导轨槽移动，参照图8，此时导向轴在第一直槽段内移动，在楔形面和楔形柱销的
配合下，楔形轴拨动球体脱离阀座，球体的密封面与阀座脱离；导向轴在导轨槽内继续移
动，在移动至螺旋段后，球体逆时针旋转90°，球体的流道孔与阀体的流道孔连通，导向轴继
续在导轨槽内移动直至阀门全开，球体流道孔的中心与阀体流道孔同心，实现阀门全开时
流通保持全通径。

[0067] 球阀关闭需要开启时，电动头通过伞齿轮箱顺时针旋转驱动阀杆下降，导向轴相对于导轨槽移动，此时导向轴在第二直槽段内移动，在楔形面和楔形柱销的配合下，楔形轴
拨动球体脱离阀座，球体的密封面与阀座脱离；导向轴在导轨槽内继续移动，在移动至螺旋
段后，参照图10，球体顺时针旋转90°，导向轴继续在导轨槽的第一直槽段内移动，楔形轴推
动球体压向阀座直至球体紧密的压在阀座上，完成球阀的关闭。

[0068] 实施例三

[0069] 参照图2和图3，在实施例一的基础上，本实施例在阀杆的上部设置有填料501，填料对应的阀盖上设置有第一注脂阀301，楔形轴与填料之间的阀盖上设置有与阀盖内腔连
通的清洁孔302，楔形轴的顶部设置有与导轨槽连通的通孔603，导轨槽的底部设置有与阀
体连通的开槽904，阀体上设置有排污孔，排污孔上设置有排污阀401。

[0070] 传统的强制密封球阀也设置有第一注脂阀，并未设置清洁孔，但第一注脂阀仅对填料与阀杆起到润滑作用，并不能对楔形轴和导轨槽起到润滑作用，导致零部件之间摩擦
过大，影响设备使用寿命；此外，球阀装配初运行期间，各部件之间咬合挤压会产生毛刺和
细小铁粉，不及时排出会增大部件之间的磨损，也会影响设备使用寿命；而且传统球阀运行
时还会产生压差，导致球阀振动，噪音大。

[0071] 首先，本发明由于清洁孔与阀盖内腔连通，再依次通过通孔、导轨槽和开槽与阀体的内腔连通，因此在球阀水压强度试验时，可以排出阀体内腔内的空气，减小水压强度试验
的误差，保证试验的准确性；其次，球阀组装完成后，可通过往清洁孔往球阀内注入清洗液，
可以清洗因装配初运行咬合挤压等产生的微小毛刺、细小铁粉等杂质，杂质通过排污孔排
出，保证球体内腔的清洁度，减少杂质带来的部件磨损，提高球阀的使用寿命。

[0072] 参照图2，本实施例在清洁孔上设置有第二注脂阀303。在球阀装配以及试验完成后，可在清洁孔上装入第二注脂阀，润滑脂通过第二注脂阀流入阀盖的内腔，再通过通孔流
入导轨槽和开槽内，对楔形轴、导轨槽、导向轴及导向套起到润滑作用，减小各部件之间的
摩擦，提高球阀的使用寿命；此外，上下部位通过润滑通道可以平压，保证正常启闭工作情
况下，不会因上部空间的变化产生压差，防止操作振动的产生。

[0073] 实施例四

[0074] 参照图11和图12，在实施例一的基础上，本实施例在阀体内的支撑圈11，阀座8卡接在支撑圈11内，支撑圈11卡接在阀体4内。

[0075] 传统球阀的支撑圈与阀体之间通过螺纹连接或焊接方式相连，一旦支撑圈发生故障，就需要拆下整个球阀返厂维修，拆卸过程复杂，劳动强度大、费时费力、效率低，维护成
本高，不能实现球阀的在线维护。为此，本发明的阀体与支撑圈之间通过开环卡接方式相
连，而且卡圈通过卡接方式与支撑圈相连，整个拆卸过程简单、快速，省时省力，可对球阀进
行在线维护，大大提高了维护效率，降低了劳动强度，同时也节省返厂维护的时间及成本。

[0076] 参照图11、图12和图13，本实施例在阀体上设置有凹槽402，支撑圈上设置有圆形的卡圈110，卡圈的内侧面与支撑圈的内侧面齐平；所述卡圈由一个固定卡环111和三个活
动卡环112拼接而成，固定卡环111通过沉头螺栓113与支撑圈11相连，活动卡环的外圈上设
置有圆弧形的外卡环114，外卡环114贯穿支撑圈并延伸至凹槽402内。具体为：卡圈由固定
卡环和活动卡环拼接而成，便于了卡圈的无损安装和拆卸；固定卡环通过沉头螺栓与支撑
圈相连，可以有效防止其余活动卡环脱落，防止卡圈退出支撑圈，可实现卡圈与支撑圈的固
定。此外，由于外卡环贯穿支撑圈并延伸至凹槽，因此凹槽对外卡环起到限位作用，也就对
卡圈和支撑圈起到同步限位固定作用，实现支撑圈与阀体之间的固定，防止支撑圈退出阀
体的凹槽。此外，沉头螺栓隐藏在固定卡环内，避免螺栓突出固定卡环影响阀体内介质的流
通。

[0077] 本实施例的阀座由弹性材料制成，支撑圈上设置有防止阀座滑出支撑圈的倒钩(图中未示出)，倒钩对阀座起到固定和限位作用，避免阀座滑出支撑圈。

[0078] 参照图11，本实施例在支撑圈的顶部与阀体相连的位置设置有第一O型密封圈12，支撑圈与阀座相连的侧面自上而下依次设置有第二O型密封圈13和第三O型密封圈14，阀体
上开有凹槽的部位与支撑圈相连的位置设置有第四O型密封圈15，支撑圈与阀座相连的侧
面设置有石墨防火条16。石墨防火条还起到防火作用；多个密封圈从多个面对支撑圈、阀座
和阀体起到多重密封，有效保证了密封效果。

[0079] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。