球阀 本发明涉及一种设置在流体流道途中的球阀，特别是一种能在紧急工况及正常工况双方面使用的作为截止阀且可以调节流体流量的球阀。
现有的球阀型截止阀已是公知技术。这种阀的结构是，将流道上游侧和下游侧用球状阀芯及阀座隔开，穿过该球状阀芯的中心，形成将上游侧与下游侧连通的孔，借助固定在球状阀芯上的操作杆的回转运动，将流道隔断或对流量进行调节。
现有技术的这种球阀还采用了这样的结构，利用相互平行的隔板将流道分成两个流体腔，阀座设置在隔板上，在相对阀座的垂直方向上，利用设置在与阀芯相固连的操作杆上的螺纹，使做成如球状的阀芯紧接在阀座上。
但是，上述公知的截止阀存在下述问题。在上述球阀结构中，由于阀芯孔做成与流体通路一致的连通形式，这样，阀芯回转，经过孔使流体通路上游侧和下游侧部分连通而处于半连通状态，特别是当阀芯回转使流体通路处于隔断状态时，流体被封在阀芯孔和其外侧过流部分，那么，发生流体热膨胀时，会损坏操作杆周围设置的密封部件。
此外，由于阀芯与阀座很紧密地接合着，所以，操作杆回转运动所需的扭矩大，操作困难。特别是，在流道处于隔断态时，由于阀芯受流体压力作用，使阀芯更紧靠阀座，紧密程度加大，更容易损坏阀座。
再说，阀芯的流体通路端部与阀座之间很容易夹入铁锈等杂物，其原因是，杂物积存于过流部的底部。
又由于流体流路弯曲，使能量损失增大。
上述球阀，正常工况时，由于经过阀座部分地流体流动呈复杂的曲线型，使压力损失增大，如此，这种截止阀在管路系统中，大都采用插入方法，但并不理想。还有，由于操作杆上采用了螺纹结构，隔断动作很费时间，特别在紧急工况时，动作速度缓慢尤为突出。当隔断高压流体时，高压流体力直接作用于操作杆，就需要较大的力或力矩来操作。这种阀还存在着结构复杂，费用高的问题。
本发明的目的之一是，为克服上述阀的各种缺陷提供一种动作迅速，且成本低廉的球阀。
本发明的另一目的是，提供一种解除阀隔断状态时的作用力小，背压恢复快，并能够调节微小流量的球阀。
为了实现上述发明目的、本发明提供一种球阀，该球阀包括：形成流体流道的阀体，在阀体内流体通道途中设置的阀座，与阀座接触或分离并协同阀座使所述流道被隔断和/或调节该流道流量的阀芯，与阀芯相连接且使前述阀芯离开阀座或与阀座接触的操作装置，其特征是，所述操作装置能够保持阀芯在流体流动方向上自由摆动。
在本发明的实施例中，操作装置包括沿上下方向插入阀体内的操作杆和连杆。连杆的一端以能在上述流体流动方向上自由摆动的方式与本操作杆插入侧前端相连接，另一端与上述阀芯固定连接。
在本申请发明更好的实施例中，阀芯上备有将流道上游侧与下游侧连通的连通孔和开闭该连通孔用的开闲装置。
在最佳实施例中，开闭装置具有：设置在连通孔途中的小阀座和设置在上述连杆另一端的小阀芯，小阀芯协同小阀座，可将经过前述连通孔中流动的流体隔断和/或调节经过连通孔中的流体流量。
在小阀芯内，设置有将与上游侧连通的连通孔和与下游侧连通的连通孔相连通的小连通孔，该小连通孔的途中设置有微小阀座和微小阀芯，微小阀芯协同微小阀座，将隔断经过小连通孔中的流体流动和/或调节经过小连通孔中的流体流量，这样，流路上游侧和下游侧的压力调整成为多级调整。在小阀芯上还可以设置由弹性材料偏置的偏置装置。
在上述结构中，球阀备有设置在流体流道途中的阀座，协同阀座并依靠与阀座的接触或分离隔断前述流道和/或调节该流道流量的阀芯、与该阀芯相连接且使前述阀芯与阀座接触或分离的操作杆，由于操作杆能够使阀芯沿上下方向移动和沿流体流动方向自由地摆动，所以，阀芯可随流体流动而移动，动作合理。而且在流体流动的垂直方向上，阀芯上不会产生不可靠的振动动作。并且动作迅速，在上游侧与下游侧压力反向、流体流动换向时，阀芯朝上游侧的阀座移动、并与之接触从而避免了逆流、结构简单、成本低。
此外，由于操作杆的阀内前端侧与刚性连杆相连，连杆的一端以可沿流体流动方向自由摆动的方式与操作杆相连接，第一端与阀芯固定连接，这样，即使上游侧的压力消失时，也能将先前的操作杆机械地压在下流侧的阀座上，使下流侧的流体被隔断。
即使在下游侧的压力高于上游侧的压力、推回阀芯的力大于将先前操作杆压向下流侧阀座的机械力的场合下，因阀芯可以向上游侧的阀座移动，所以避免了逆流。
由于在阀芯上设置有将流道上游侧与下游侧连通的连通孔和开闭该连通孔用的开闭装置，这样，在上述动作的同时，可使上游侧的压力消失，解除隔断时所需的力变小。而且，开闭装置由设置在阀芯内的小阀座和设置在连杆另一端的小阀芯构成，其动作简易可靠。
在小阀芯内，设置有小连通孔，在该小连通孔的途中备有微小阀座和与该微小阀座配合的微小阀芯，使流路上游侧和下游侧的压力调整成为多级调整，在上述动作的同时，可以对于高压的一次压力，逐次按从微小阀芯、小阀芯、中间芯到大阀芯的顺序进行压力开放。
在小阀芯上还没有由弹簧等偏置的偏置装置，这样，使小阀芯很容易产生微量移动，对流量进行细致地调整，同时，在根据一定时间，外力进行调节后，即使取消外力，仍可保持任意设定的定流量。
以下结合附图叙述本发明的实施例。
图1是本发明一实施例的球阀局部断面图。
图2A是图1所示阀芯及连杆和操作杆处于安装状况时零件的局部正面图。
图2B是图2A的2B-2B断面图。
图3是本发明另一个实施例的操作杆前端结构主要部分的正面放大图。
图4是图1所示球阀处于半连通状态时的局部断面图，图中省略了一部分零件。
图5是本发明阀芯内设置连通孔及其开闭装置的一个实施例的局部正面图。
图6是相同当于图5的本发明阀芯内设置连通孔及其开闲装置的另一个实施例的局部正面图。
图7是本发明阀芯内的小阀芯内设置小连通孔和微小阀座及微小阀芯的一个实施例局部正面图，图中省略了一部分零件。
参见图1，本发明所提供的球阀1，在筒状阀体2内，形成水平方向的流道20和垂直方向的空腔24。阀体2水平部分的内侧嵌有套筒3、3，垂直部分的上部安装有盖4。在两个套筒3、3的内侧形成阀座6、6′。在盖4中，操作杆通过密封17、17从阀体2外侧嵌入其内侧。在操作杆7的前端侧8，如图2B所示，形成有凹部8a。连杆9的一端嵌入该凹部8a，并用销钉8b固定。销钉8b的前端形成螺栓8c，用螺母8d和垫圈8e可以防止销钉松脱。如图2A所示，连杆9的另一端10成“T”形，向外伸出，固定在球状阀芯5中。本发明的球阀1，由于利用了套筒3、3，阀座的材料和加工精度等可根据需要来决定，阀体2可以使用市场上出售的“T”形管接头，所以很经济。
球状阀芯5的材料可以使用带有橡胶树脂、金属或在金属球上覆盖橡胶或树脂衬而制成，阀座6、6′所使用的材料与阀芯5的材料性质不同。也就是说，如果球状阀芯5使用金属等硬质材料，与该阀芯接触的阀座6、6′可以使用弹性材料，而如果球状阀芯5使用弹性材料，阀座6、6′可用硬质材料。
图3表示操作杆7的前端8的另一种结构，也即做成使销钉8b可以在连杆9一端的长孔8f中移动的游隙结构，由此使阀芯及阀座6或6′的整个圆周上均等接触的贴紧度更高。
在图1中，由于球状阀芯5通过如图2及图3所示的销钉8b所固定的连杆9与操作杆7的前端8相连接，因此，根据操作杆7的上下动作，可沿上、下方向移动，并且，由于可以保持在流体流动方向21上自由摆动，所以，阀芯5的运动是复合运动。据此，在如需要将流路紧急隔断的场合，将操作杆7压下，阀芯5便借助沿着从上游侧22到下游侧23的流体流动动压作用而紧贴在阀座6上，这样便隔断了流道20。阀芯5及阀座6，如前述，不论两者中那一个由硬质材料制作，另一个由弹性材料制作，利用图3所示的结构流道20的隔断效果可靠。又由于阀芯5的运动仅由沿上、下方向及流体流动方向两种运动构成，阀芯5的运动几乎不会引起在流体流动垂直方向上的振动，所以其运动平稳。
由于阀芯5和操作杆7由刚性连杆9连接，阀芯5隔断流道后，随着将操作杆7继续朝下方压下，销钉8b和下游侧阀座6的下侧之间便产生力偶，除了流体压力作用之外还有由操作杆7将机械压力作用于阀芯5上，使阀芯5紧密贴在阀座6上。即使由于某种原因使上游侧22的压力低于下游侧23的压力，在这种场合，阀芯5也不会离开阀座6，使流道20继续处于隔断状态。
除了上述情况之外，在阀芯5仅由流体压力作用而将流道20隔断的场合，由于某种原因使下游侧23的压力高于上游侧22的压力，在这种情况下，阀芯5离开下游侧23的阀座6而朝上游侧22的阀座6′一方移动，并紧贴在阀室6′上，避免了逆流现象，可以作到防患于未然。
本发明所提供的球阀，不仅可以用作截止阀，还可以用作流量调节阀。如图4所示，将操作杆7向下推动，在阀芯5还未降到隔断流道20的位置时，在途中便可以停止操作杆7的下推，这样，阀芯5可相对于阀座6保持流道处于半连通状态。根据上述半连通的程度，便可决定流量的大小，从而对流量进行调节。在这种场合，如图4所示，流体流线21′呈沿阀芯5球面的平滑线，所以在进行流量调节时压力损失小。
参阅图5，在阀芯5内设置有将流道20的上游侧22与下游侧23连通的连通孔11，并在与上游侧22连通的连通孔11a和与下游侧23连通的连通孔11b之间，配置有开闭连通孔11的开闭装置12。本实施例所采用的开闭装置12，可采用类似于公知的球型阀结构，该结构由小阀芯9a和与之接触的小阀座5a构成。在小阀芯9a上，配置有不使连杆9自阀芯5中脱出的限位档块9b，在阀芯5中柠入的螺母13下侧面13a可以作为阻挡面。
图6是图5所示的在阀芯内设置连通孔及其开闭装置的另一实施例，小阀芯9a和小阀座5a可以采用类似于闸门阀的结构，其它结构与图5相同，对于用同一序号表示的相同部分的叙述在此省略，此外，开闭装置的结构，并不限于图5或图6所示的球形阀或闸门阀的类似结构，也可以采用如旋阀、针阀或旋塞阀的类似结构。还可以利用电气操作，将电磁阀装入阀芯5内，构成上述的开闭装置，也可以连到与前述作用相同的效果。
参阅图7，该图示出了把流道上游侧22和下游侧23的压力调整分成多级调整的一个实施例的结构，在图5所示的小阀体9内，设置有将与上游侧连通的连通孔11a和与下游侧连通的连通孔11b连通的小连通孔9e，在小连通孔9e的中间，配置有微小阀座9d和微小阀芯9c。
本发明由于采用了球阀1的结构，球阀1处于开启状态时，阀体2内底部的流动流体直接冲刷该底部，球阀1处于关闭状态时，上述底部是与上游侧流体连通的结构，这样就不会产生现有技术中球阀阀体内底部流体的淤积，也不会引起沉淀和堆积。
本发明所提供的球阀1，在快速隔断后，解除这种隔断时所存在的问题是，从阀座6上推开阀芯5的力要很大。例如，在阀座内径为10cm，压力为10kgf/cm2的情况下，所需力为785kgf，这样，用人力解除是很困难的，但是，利用本发明的球阀1，如图5或图6所示，由于在阀芯5内开设有连通孔11，并配备有开闭该连通孔用的开闭装置12，如此解除阀的隔断时，需要的力小。象图5所示的场合，操纵操作杆7，使小阀芯9a接合离开小阀座5a，上游侧的流体便朝下游侧流动，作为阀芯的背压的下游侧压力上升，上游侧22和下游侧23的压差变小，那么，解除这样隔断所需的力就小。为了减小流体作用力，将小阀芯9a的直径做得比较小，就容易用人力操纵操作杆7。
由于图6采用了替代图5中球型阀的另一种闸门阀的结构，所以小阀芯9a和小阀座5a之间的流量可以隔断并调节，这样，作为阀芯的背压的下游侧的压力上升。此外，连杆9的另一端部10的附近，也设置有阻档部9b，以避免拔出连杆9。
图5、6所示连通孔开闭装置用于流体是液体的场合时效果更好。在液体场合下，由于液体的不可压缩，少量压出的流体就能使阀芯的背压恢复。并且，前述小阀芯上，还可以设置弹簧等由弹性材料制作的偏置装置，很容易实现小阀芯产生微量位移，以便用于微小流量的调整。例如，由于弹簧的偏置而在正常情况下将小阀芯9a向上推动，当下压小阀芯9a时，流道被隔断，一旦放开，弹簧使小阀芯9a上升，流道便敞开，有微小流量的流体通过。
以上根据附图所示的实施例对本发明作了详述，但本发明并不限于这些实施例，在不脱离本发明的精神前提下，还可以做出种种改变和多种多样的变形。