球閥結(jié)構(gòu)類型

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球閥結(jié)構(gòu)類型球閥的閥體內(nèi)部安裝有中間通孔的球體，球體在管路方向兩側(cè)各有一個環(huán)狀的彈性體來實現(xiàn)密封。通過把手旋轉(zhuǎn)球體90°，即可改變通孔的方向，從而實現(xiàn)球閥的開關(guān)(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(zhuǎn)動實現(xiàn)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(zhuǎn)，從而達(dá)到啟閉通道的目的。球閥主要供開啟和關(guān)閉管道和設(shè)備介質(zhì)之用。 球閥主要優(yōu)點如下：

 1、適用于經(jīng)常操作，啟閉迅速、輕便。

2、流體阻力小。

 3、結(jié)構(gòu)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(zhì)的流向可任意。

6、無振動，噪聲小。

球閥結(jié)構(gòu)類型球閥的分類：

 球閥按結(jié)構(gòu)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(hù)應(yīng)注意以下事項：

1、要留有閥柄旋轉(zhuǎn)的位置。

2、不能用作節(jié)流。

 3、帶傳動機(jī)構(gòu)的球閥應(yīng)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(qū)動方式：手動、蝸輪蝸桿傳動、氣動、電動、液動、氣液聯(lián)動、電液聯(lián)動

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

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

1、普通式

普通閥座(圖1)的特點是在預(yù)緊力或流體壓力作用下閥座與球體壓緊，并使閥座材料產(chǎn)生彈塑性變形而達(dá)到密封，其密封效果取決于閥座在流體壓力或預(yù)緊力的作用下補(bǔ)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(nèi)環(huán)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(yù)緊力或流體壓力下產(chǎn)生彈性變形，以補(bǔ)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(dá)到預(yù)緊狀態(tài)。

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(jìn)口介質(zhì)壓力產(chǎn)生密封力，閥座被推動壓緊球體，密封圈產(chǎn)生彈塑性變形實現(xiàn)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(nèi)的壓力異常升高到大于下游端壓力時，形成的壓差作用產(chǎn)生向外推力，克服彈簧力使閥座與球體脫離，實現(xiàn)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(dāng)中腔壓力大于出口壓力時，使閥座壓緊球體，密封圈產(chǎn)生彈塑性變形實現(xiàn)密封。該閥使用時，一旦上游密封意外失效產(chǎn)生泄漏，下游閥座實現(xiàn)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)式

特殊結(jié)構(gòu)式閥座(圖5)有內(nèi)或外調(diào)節(jié)式、波紋管式、注脂密封式、雙推動式和組合式。

特殊結(jié)構(gòu)式閥座
(a)內(nèi)、外調(diào)節(jié)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(jié)構(gòu)式閥座

內(nèi)調(diào)節(jié)式閥座是閥座與球體之間的密封比壓靠內(nèi)調(diào)整螺母調(diào)節(jié)，其優(yōu)點是沒有向外的泄漏點。外調(diào)節(jié)式閥座是閥座與球體之間的密封比壓靠外部調(diào)節(jié)螺塞壓緊楔塊使伸縮套產(chǎn)生位移進(jìn)行調(diào)整。

波紋管式閥座一般采用電子束焊或氬弧焊與閥座和導(dǎo)向套相連。設(shè)計時，應(yīng)保證閥座密封中心小于波紋管中徑，此結(jié)構(gòu)具有密封性可靠，彈性補(bǔ)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(zāi)而造成事故。可在閥座上增設(shè)一組注脂孔。注脂密封僅起輔助密封作用或作為臨時應(yīng)急措施。

雙推動式閥座是當(dāng)N室與控制壓力接通時，閥座與球體壓緊并保持密封。當(dāng)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(zhuǎn)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(zhì)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(jīng)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(nèi)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(zhuǎn)式

旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運動，其結(jié)構(gòu)在閥座的圓周上分布一圈齒牙，球體每關(guān)閉一次，閥座旋轉(zhuǎn)一個齒。這樣使閥座沿圓周產(chǎn)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(xué)物質(zhì)都是惰性的，且具有摩擦系數(shù)小、性能穩(wěn)定、不易老化、溫度適用范圍廣和密封性能優(yōu)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(shù)，對冷流的敏感性和不良的熱傳導(dǎo)性，要求閥座密封的設(shè)計必須圍繞這些特性進(jìn)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(dāng)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(zhì)和使用的溫度范圍藥受到限制。另外，如果介質(zhì)不潤滑，使用合成橡膠容易卡住球體。   為了滿足高溫、高壓、強(qiáng)沖蝕、長壽命等工業(yè)應(yīng)用的使用要求，近十幾年來，金屬密封球閥得到了很大的發(fā)展。尤其在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，如美國、意大利、德國、西班牙、荷蘭等，對球閥的結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，出現(xiàn)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(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，出現(xiàn)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(shù)達(dá)到一個全新的水平。  

 球閥設(shè)計與制造   由于計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）和計算機(jī)輔助制造（CAM）以及柔性制造系統(tǒng)（FMS）在閥門行業(yè)的應(yīng)用，使球閥的設(shè)計和制造達(dá)到一個全新的水平。不但全面革新了閥門的設(shè)計計算方式，減輕了專業(yè)技術(shù)人員繁重的重復(fù)性常規(guī)設(shè)計工作，使技術(shù)人員有更多的精力用于改進(jìn)、提高產(chǎn)品性能和新產(chǎn)品開發(fā)，縮短新產(chǎn)品的研究開發(fā)周期、全面提高勞動生產(chǎn)率，而且在升降桿式金屬密封球閥的研制開發(fā)過程中，由于 CAD/CAM 的應(yīng)用，出現(xiàn)了由計算機(jī)輔助設(shè)計、由計算機(jī)輔助數(shù)控機(jī)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(yīng)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(shù)球閥可用于帶懸浮固體顆粒的介質(zhì)中，依據(jù)密封圈的材料也可用于粉狀和顆粒狀的介質(zhì)。    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(zhì)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(qū)發(fā)生彈塑變形。這一變形可以補(bǔ)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(jié)構(gòu)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(zhì)的設(shè)備和管路系統(tǒng)中使用球閥，更應(yīng)注意耐火和防火。   通常，在雙位調(diào)節(jié)、密封性能嚴(yán)格、泥漿、磨損、縮口通道、啟閉動作迅速（1/4 轉(zhuǎn)啟閉）、高壓截止（壓差大）、低噪聲、有氣穴和氣化現(xiàn)象、向大氣少量滲漏，操作力矩小、流體阻力小的管路系統(tǒng)中，使用球閥。   球閥也適用于輕型結(jié)構(gòu)、低壓截止（壓差小）、腐蝕性介質(zhì)的管路系統(tǒng)中。  在低溫（深冷）裝置和管路系統(tǒng)中也可選用球閥。  

在冶金行業(yè)的氧氣管路系統(tǒng)中，需使用經(jīng)過嚴(yán)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(shè)在地下時，需使用全通徑焊接式球閥。  在要求具有調(diào)節(jié)性能時，需選用帶Ｖ形開口的結(jié)構(gòu)的球閥。   在石油、石油化工、化工、電力、城市建設(shè)中，工作溫度在 200℃ 以上的管路系統(tǒng)可選用金屬對金屬密封的球閥。