上海華鋼高中壓閥門有限公司
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球閥原理及結構分析
發表時間:2016/5/13

        球閥是閥門中的一大分支,小通徑的銅球閥使用特別廣泛,大通徑的法蘭球閥同樣受用廣泛,本文介紹球閥結構,球閥性能,球閥原理,以及球閥分類和部分球閥產品,幫助您更好的進行球閥選型。
       球閥是旋塞閥的改進演變,屬于同一類型,它的關閉件是球體而不是旋塞。球體繞閥體中心線作90度旋轉,可啟閉閥門。球閥主要起切斷、分配和改變介質流動方向的作用,設計成V型開口的球閥還可以做調節流量用。球閥的結構解剖圖如圖所示。

【球閥解剖圖】

        球閥具備旋塞閥的優點,同時克服了它的缺點,比如啟閉力矩小,密封性能好。
 
球閥的分類
        球閥分類方式很多,以下主要介紹四種分類方式。
        (1).按球體結構型式分類:浮動球式、固定球式。
主要產品例如:法蘭浮動球閥、固定球兩片式球閥固定球軟密封球閥襯氟球閥固定球不銹鋼高溫球閥等。
        (2).按球閥流通型式分類:直通式、三通式、四通式、五通式。
主要產品例如:直通一片式球閥三通法蘭球閥等。
        (3).按閥體裝配形式分類:一體式、二體式、三體式、上裝式。
主要產品例如:兩體襯氟球閥三體不銹鋼球閥、上裝式球閥等。
        (4).按閥體流道直徑分類:全通徑式、縮徑式。
主要產品例如:全通徑法蘭球閥、縮徑式球閥等。
 
球閥的性能
        球體通道為圓形,不縮徑的球體圓形通道與閥體圓形通道連接呈直管段,所以流阻非常小。根據不同工況,密封副可選擇金屬、合金、非金屬,密封性能好。球閥有體積小、啟閉迅速、操作方便、安全可靠、使用壽命長、適用范圍廣等優點,部分取代了閘閥、截止閥、節流閥、多通道球閥可用來實現介質分配與改變介質流向。
        球閥是近年來發展很快的閥種之一,可以預見隨著球閥制造技術的進步,將會得到更廣泛的應用。
        (1).球閥的性能原理
        ①球閥性能出色,擁有流體阻力小(全通徑流道閥體阻力系數幾乎與管道相同、不會造成壓力損失)。
        ②結構簡約,閥體對稱、體積小、可雙向流動、雙向密封。
        ③密封可靠(尤其是閥座密封面采用非金屬材料時)
        ④操作方便、啟閉迅速、轉動90度即可完成閥門的啟閉,便于遠距離控制。
        ⑤維修方便,閥座密封圈一般都是活動的,拆換方便,如果采用上裝式結構,可在線更換。
        ⑥閥門在全開或者全關位置,密封副與介質完全隔離,高速通過的介質不會沖蝕密封副。
        ⑦球體在啟閉時是旋轉擦拭的過程,所以多數結構的球閥可以用于帶懸浮固體顆粒的介質,選用合適的耐磨的閥座密封材料,也可用于粉狀介質。
        ⑧直通式球閥用作切斷用,使用廣泛、三通、四通等球閥用于分配介質和改變介質流向、V型可做節流用。
        ⑨全通徑球閥全開式易于清掃球通過清掃管線,在石油,天然氣管道中廣泛使用。
        ⑩適用范圍廣、工作壓力從真空至高壓,公稱直徑DN8~3000,工作溫度為-254~815攝氏度。
 
        ①閥座密封圈等零件如果采用非金屬材料,其壓力-溫度額定值低于球閥殼體(金屬)的壓力-額定值,致球閥實際使用壓力、溫度、介質受其限制。
        ②閥座密封圈等材料采用非金屬時,應考慮球閥的耐火,防靜電結構性能。
        ③球體加工研磨有一定難度,金屬密封副球閥加工更麻煩。
        ④粉塵、結焦、粘性介質充塞進活動的密封圈內時,會影響閥座位移,進而影響密封,所以不宜用于結焦、粘度大的介質。
 
球閥的結構選型
        1.球閥球體型式
        (1).浮動球與固定球結構型式和性能比較圖如圖所示。
        浮動球可以自由地在閥座中浮動,因此具有結構簡單,重量輕等優點,但是必須要有足夠的輕度來承受高的密封比壓、以及操作扭矩大、不適用高壓及大口徑閥門。
        固定球的閥球不會移動,整體渾然天成,因此扭矩小,密封性能好,適用大口徑高壓環境,但是結構復雜,工藝繁瑣,價格高。

【浮動球固定球性能比較圖】

        (2).固定球的幾種結構型式和性能如圖所示。
        ①進口端密封:閥門關閉時填料和大部分閥體不受內壓,缺點是閥體轉矩大且閥桿軸承受壓力大。
        ②出口端密封:如果進口端密封失敗可以使用出口端密封從而提高閥門密封可靠性,減小球體支撐軸的載荷,適用于高壓工況,但是流通截面積減少且關閉時內腔都處于介質壓力作用下。
        ③前后雙密封:兩閥座前后端獨立切斷,關閉時進出口端同時受壓,閥門中腔和兩端通道可以被相互切斷,適用于高要求工況,可以通過泄壓閥沖洗閥體內部沉積物,但是中腔有介質且應設置防止異常升壓裝置。
        ④油封式:在密封面間壓注特制的潤滑油,形成一層油膜,增強密封性能且減小扭矩摩擦。但是結構復雜。
        ⑤軌道式球閥:閥桿上有導軌和導向銷的相互作用,但閥座結構單向密封,適用于惡劣工況,壽命長但是加工成本太高。非惡劣工況不考慮。
        ⑥偏心半球閥(V型球閥):有側裝和上裝兩種,可以具有調節流量的作用,密封可靠壽命長而且通用性強,截斷型可以取代閘閥、截止閥,調節型可以取代調節閥和控制閥。但是受結構限制,壓力和通徑不宜過大。
        將進出口端閥座密封圈設計成不同的直徑,流道截面積不等,利用活塞效應,可設計成進口密封(閥前密封)、出口密封(閥后密封)和雙向密封(前后端都密封)
   

【固定球式各結構比較】

        (3).軌道式無摩擦球閥的工作原理如圖所示:

【軌道球閥工作原理】

        2.閥體流道直徑型式
        全通徑式流道接近管道,流體壓力損失小,且便于清掃球清掃。
        縮徑式的流道直徑小于公稱通徑,閥門整體結構縮小,節省材料,環保節約。但是流道阻力會增加。

【全通徑與縮徑比較圖】

本文轉載自上海華鋼閥門廠:http://www.hgfm.cn/cknews.asp?id=311






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