[发明专利]可调节流量系数的球阀

说明书

本发明涉及美国专利局1999年3月8日公布的专利文件#452705，以及1999年8月17日提出的专利申请#60/149,398。

                      背景技术

在采暖、通风与空调系统(HVAC)及其他工业加工应用中，球阀是调节和控制流体流量的一种十分有用的元器件。

全节流式(full ported)球阀与其本身尺寸相比较一般都具有非常大的流量系数(CV-值)。这就是说，如果将这种阀与同一尺寸的管道相连接，当管道中流体的流速相对于该管径而言是在规定的正常范围内时，在阀门全开时，球阀引起的流体压力降将是非常的小。

管道以及控制对象，如像热交换器，盘形管等，都有很大的压力降。而球阀在开始关闭时对液流的影响非常小，因此，必须在流速产生显著的减小之前将阀门关闭很多，使其引起的压力降能与控制对象及管路系统产生的压力降几乎一样大。

这就意味着该种阀门在其工作范围内有很大一部分是无效的。对流量的控制仅仅发生在非常小的工作范围内，即接近于关闭的位置。因此，执行器很难在准确的位置上驱动阀门以提供正确的流速。即使是很小的一点变动，都会使被连接的热传递装置的输出产生很大的变化，因而控制的稳定性很难保证。

在计算流量系数时，我们是将流量(GPM)乘以流体比重的平方根再被阀门全开时阀门两端压力差(Psi)的平方根除。

阀门尺寸的选择是基于其流量系数。一个阀门必须具有足够大的流量系数才能提供所需的最大流速。但是流量系数又不能选得太大，因为这将会引起控制问题。

一个典型球阀的非常大的流量系数可以通过安装一个基本上呈V-形开口的特制圆盘来减小。该圆盘将与阀球的孔径互相配合作用。这一措施也决定了阀门的流量特性。美国专利#6,039,304对这种圆盘作了说明。

通过更换有较小或较大开口的新圆盘，就能改变流量系数，而无需更换阀门。

这种圆盘虽然能工作得很好，但是它增加了阀门的制造成本。而且，一旦需要改变流量系数时，还必须定购和安装新圆盘。特别是，这种圆盘都是在高温高压的环境下使用，因此其制造成本也比较昂贵。

作为一种替代方案，可以使用一种有特殊形状开口的球。当流量系数需要改变时可以安装带有不同形状开口的球。但是，这也会使成本增加。

需要改变流量系数的情况是常见的。因为据以计算流量系数的数据资料通常是很不可靠的，它们并不反映实际的运行状况，因此需要经常调整。

即使在首次安装时认为确定的流量系数是正确的，但是将来随着运行工况的改变，也可能需要改变流量系数。

                            发明内容

在标准的球阀中，贯穿球的通孔的纵向轴线是与球体的回转轴线相垂直的。

本发明是一种普通的可转动四分之一周的球阀。其阀杆可转动0～90度。与任何一种标准的球阀一样，用阀杆驱动球，最大开度时转动90度，完全关闭时为0度。其特点在于，球通孔的纵向轴线与阀杆的轴线不垂直。

这就是说，球在一个倾斜的方向上转动，其球孔纵轴线永远不会与阀体轴线相重合，即使将阀杆转到90度的位置上也是如此。可以通过倾斜球体来减小流量系数，球体的倾斜度越大流量系数就减小得越多。

球可以仅仅按照单路阀的方式来处理，但要倾斜(偏离)一定的角度，从而使得该球阀比标准阀门有较小的流量系数。例如，其流量系数可以减小到与一个有相同尺寸的标准球阀的典型数值。

另一方面，对球也可以这样的安排，即将球安装成有若干不同的倾斜位置。通过将球安装为不同的倾斜位置，使得同一阀门可以提供不同的流量系数以供选择，从而使得选择适合于某项应用的最佳流量系数成为可能。如果需要改变流量系数也很容易办到。

有多种不同型式的球阀。两件式球阀有一个阀体，它包括两个部分。最普通的也是最便宜的两件式球阀是将一个部分拧入到另一个部分之中，并用环氧树脂固定。这种阀门是很难拆开的，它最适合于在只有一个球体倾斜角度安装位置的球阀中。

三件式球阀有一个中间阀体，其中包含了一个球体和两个连接元件(端盖)。三个部分用螺栓紧固在一起。这种阀即使是安装在一个管路系统中，也很容易将其中间阀体拆下来。这种结构使得调节球体的不同倾斜位置变得十分简便。因此，三件式球阀是特别适合于安装多种球体倾斜位置的球阀。当然，任何型式的球阀都可以用于本发明。

                    附图说明