球閥結構類型

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球閥結構類型球閥的閥體內部安裝有中間通孔的球體，球體在管路方向兩側各有一個環狀的彈性體來實現密封。通過把手旋轉球體90°，即可改變通孔的方向，從而實現球閥的開關(圖1)。球閥工作原理  球閥是用帶有圓形通道的球體作啟閉件，球體隨閥桿轉動實現啟閉動作的閥門。球閥的啟閉件是一個有孔的球體，繞垂直于通道的軸線旋轉，從而達到啟閉通道的目的。球閥主要供開啟和關閉管道和設備介質之用。 球閥主要優點如下：

 1、適用于經常操作，啟閉迅速、輕便。

2、流體阻力小。

 3、結構簡單，相對體積小，重量輕，便于維修。

4、密封性能好。  

5、不受安裝方向的限制，介質的流向可任意。

6、無振動，噪聲小。

球閥結構類型球閥的分類：

 球閥按結構形式可分為：浮動球閥、固定球閥、彈性球閥和油封球閥； 按通道可分為直能式球閥、角式球閥和三通式球閥等，三通式又可分為T形球閥和L形球閥兩種。  

按連接方工可分為螺紋式連接球閥、法蘭連接球閥和焊接式球閥三種。

球閥安裝與維護應注意以下事項：

1、要留有閥柄旋轉的位置。

2、不能用作節流。

 3、帶傳動機構的球閥應直立安裝。

公稱壓力或壓力級：PN1.0-32.0MPa、ANSI CLASS 150-900、JIS10-20K

公稱通徑或口徑：DN6～900、NPS 1/4 ～36

連接方式：法蘭、對焊、螺紋、承插焊等

適用溫度：-196℃～540℃  

驅動方式：手動、蝸輪蝸桿傳動、氣動、電動、液動、氣液聯動、電液聯動

閥體材料：WCB、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、CF8(304)、CF3(304L)、CF8M(316)、CF3M(316L)、Ti。  

選用不同的材質，可分別適用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氧化性介質、尿素等多種介質。

1、普通式

普通閥座(圖1)的特點是在預緊力或流體壓力作用下閥座與球體壓緊，并使閥座材料產生彈塑性變形而達到密封，其密封效果取決于閥座在流體壓力或預緊力的作用下補償球體圓度和表面微觀不平度的能力。因此，閥座與球體之間必須具有足夠大的密封比壓。

普通閥座
(a)圓弧式(b)錐面式(c)帶防火式(d)帶內環式

圖1 普通閥座

2、彈性式

彈性閥座(圖2)借助于彈性元件，如金屬彈簧架和彈簧等，在預緊力或流體壓力下產生彈性變形，以補償溫差、壓力和磨損等外界條件變化對球體密封性能的影響。

彈性閥座
(a)單斜面式(b)雙斜面雙線式(c)V形線型自封式(d)特殊式

圖2 彈性閥座

3、彈簧組合式

彈簧組合式閥座(圖3)是沿閥門通道橫向截面圓周均布一組壓縮彈簧或僅用一只碟型彈簧的推力，始終保持閥座壓緊球體而達到預緊狀態。

彈簧組合式閥座
(a)壓縮彈簧式 (b)碟形彈簧式

圖3 彈簧組合式閥座

4、活塞式閥座

活塞式閥座(圖4)是依靠進口介質壓力產生密封力，閥座被推動壓緊球體，密封圈產生彈塑性變形實現密封。

活塞式閥座
(a)截斷泄放閥座(b)雙倍運動閥座(c)雙級密封式閥座

圖4 活塞式閥座

截斷泄放閥座在閥腔內的壓力異常升高到大于下游端壓力時，形成的壓差作用產生向外推力，克服彈簧力使閥座與球體脫離，實現閥腔的壓力向下游排放，之后在彈簧的作用下，閥座重新與球體貼合。

雙倍運動閥座是當中腔壓力大于出口壓力時，使閥座壓緊球體，密封圈產生彈塑性變形實現密封。該閥使用時，一旦上游密封意外失效產生泄漏，下游閥座實現密封。

雙級密封式閥座對于承受較大密封力的采用橡膠和塑料組合密封結構，橡膠主要起密封作用，塑料起支承和輔助密封雙重作用。

5、特殊結構式

特殊結構式閥座(圖5)有內或外調節式、波紋管式、注脂密封式、雙推動式和組合式。

特殊結構式閥座
(a)內、外調節式(b)波紋管式(c)注脂密封式(d)雙推動式(e)組合式

圖5 特殊結構式閥座

內調節式閥座是閥座與球體之間的密封比壓靠內調整螺母調節，其優點是沒有向外的泄漏點。外調節式閥座是閥座與球體之間的密封比壓靠外部調節螺塞壓緊楔塊使伸縮套產生位移進行調整。

波紋管式閥座一般采用電子束焊或氬弧焊與閥座和導向套相連。設計時，應保證閥座密封中心小于波紋管中徑，此結構具有密封性可靠，彈性補償范圍大，三維空間靈活的特點。

注脂密封式閥座可以增加密封性能，減小閥座的摩擦和磨損，延長使用壽命，并防止球閥在使用過程中，因閥座損壞或火災而造成事故。可在閥座上增設一組注脂孔。注脂密封僅起輔助密封作用或作為臨時應急措施。

雙推動式閥座是當N室與控制壓力接通時，閥座與球體壓緊并保持密封。當M室通控制壓力而N室向外界排出壓力時，閥座即后退，使之與球體脫離接觸，閥座與球體之間的磨損和摩擦以及操作轉矩更小，適合于高中壓大口徑球閥。組合式由彈簧組閥座與活塞式閥座組合而成。前者起主要密封作用，后者接通控制壓力，起輔助密封作用。

2、硬密封閥座
1、本體堆焊式

本體堆焊式閥座(圖6)是在某種金屬材料上堆焊硬質合金，閥座帶有一個彈性尾座，有利于減少密封面的摩擦損傷。

本體堆焊式閥座
圖6 本體堆焊式閥座

2、多層式

多層式密封閥座(圖7)是多層不銹鋼片和多層薄石墨片交替疊放經特殊的加工手段卷壓制而成的，提高了高溫高壓下的性能。

多層式密封閥座
圖7 多層式密封閥座

3、空心管式

空心管式密封閥座(圖8)內外是襯套，中間是不銹鋼管，靠空心的彈力使閥座壓緊球體。

空心管式密封閥座
圖8 空心管式密封閥座

4、旋轉式

旋轉密封閥座(圖9)主要特點是閥門在啟閉過程中，閥座可沿通道軸線作旋轉運動，其結構在閥座的圓周上分布一圈齒牙，球體每關閉一次，閥座旋轉一個齒。這樣使閥座沿圓周產生均勻磨損，從而改善了閥座工作狀況，延長了閥座的使用壽命。

1、軟密封閥座球閥密封性  

球閥主要的閥座密封圈材料就是聚四氟乙烯（PTFE），它對幾乎所有的化學物質都是惰性的，且具有摩擦系數小、性能穩定、不易老化、溫度適用范圍廣和密封性能優良的綜合性特點。但聚四氟乙烯的物理特性，包括較高的膨脹系數，對冷流的敏感性和不良的熱傳導性，要求閥座密封的設計必須圍繞這些特性進行。閥座密封的塑性材料也包括填充聚四氟乙烯、尼龍和其他許多材料。但是，當密封材料變硬時，密封的可靠性就要受到破壞，特別是在低壓差的情況下。此外，像丁青橡膠這樣的合成橡膠也可用作閥座密封材料，但它所適用的介質和使用的溫度范圍藥受到限制。另外，如果介質不潤滑，使用合成橡膠容易卡住球體。   為了滿足高溫、高壓、強沖蝕、長壽命等工業應用的使用要求，近十幾年來，金屬密封球閥得到了很大的發展。尤其在工業發達的國家，如美國、意大利、德國、西班牙、荷蘭等，對球閥的結構不斷改進，出現全焊接閥體直埋式球閥、升降式球閥、使球閥在長輸管線、煉油裝置等工業領域的應用越來越廣泛，出現了大口徑（3050mm）、高壓力（70MPa）、寬溫度范圍（-196~815℃）的球閥，從而使球閥的技術達到一個全新的水平。  

 球閥設計與制造   由于計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）以及柔性制造系統（FMS）在閥門行業的應用，使球閥的設計和制造達到一個全新的水平。不但全面革新了閥門的設計計算方式，減輕了專業技術人員繁重的重復性常規設計工作，使技術人員有更多的精力用于改進、提高產品性能和新產品開發，縮短新產品的研究開發周期、全面提高勞動生產率，而且在升降桿式金屬密封球閥的研制開發過程中，由于 CAD/CAM 的應用，出現了由計算機輔助設計、由計算機輔助數控機床加工制造的閥桿螺旋扁，使金屬密封球閥在啟閉過程中無任何擦傷和磨損，從而使球閥的密封性和使用壽命大大提高。球閥在*開啟時，流阻很小，幾乎等于零，因此等徑球閥廣泛應用于石油天然氣管線中，因為容易清掃管線。由于球閥的球體在啟閉過程中帶有擦拭性，故大多數球閥可用于帶懸浮固體顆粒的介質中，依據密封圈的材料也可用于粉狀和顆粒狀的介質。    球閥適用場合   由于球閥通常用橡膠、尼龍和聚四氟乙烯作為閥座密封圈材料，因此它的使用溫度受到閥座密封圈材料的限制。球閥的截止作用是靠金屬球體在介質的作用下，于塑料閥座之間相互壓緊來完成的（浮動球球閥）。閥座密封圈在一定的接觸壓力作用下，局部地區發生彈塑變形。這一變形可以補償球體的制造精度和表面粗糙度，保證球閥的密封性能。  

又由于球閥的閥座密封圈通常采用塑料制成，故在選擇球閥的結構和性能上，要考慮球閥的耐火和防火，特別是在石油、化工、冶金等部門，在易燃、易爆介質的設備和管路系統中使用球閥，更應注意耐火和防火。   通常，在雙位調節、密封性能嚴格、泥漿、磨損、縮口通道、啟閉動作迅速（1/4 轉啟閉）、高壓截止（壓差大）、低噪聲、有氣穴和氣化現象、向大氣少量滲漏，操作力矩小、流體阻力小的管路系統中，使用球閥。   球閥也適用于輕型結構、低壓截止（壓差小）、腐蝕性介質的管路系統中。  在低溫（深冷）裝置和管路系統中也可選用球閥。  

在冶金行業的氧氣管路系統中，需使用經過嚴格脫脂處理的球閥。   在輸油管線和輸氣管線中的主管線需埋設在地下時，需使用全通徑焊接式球閥。  在要求具有調節性能時，需選用帶Ｖ形開口的結構的球閥。   在石油、石油化工、化工、電力、城市建設中，工作溫度在 200℃ 以上的管路系統可選用金屬對金屬密封的球閥。