上海华钢高中压阀门有限公司
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球阀原理及结构分析
发表时间:2016/5/13

        球阀是阀门中的一大分支,小通径的铜球阀使用特别广泛,大通径的法兰球阀同样受用广泛,本文介绍球阀结构,球阀性能,球阀原理,以及球阀分类和部分球阀产品,帮助您更好的进行球阀选型。
       球阀是旋塞阀的改进演变,属于同一类型,它的关闭件是球体而不是旋塞。球体绕阀体中心线作90度旋转,可启闭阀门。球阀主要起切断、分配和改变介质流动方向的作用,设计成V型开口的球阀还可以做调节流量用。球阀的结构解剖图如图所示。

【球阀解剖图】

        球阀具备旋塞阀的优点,同时克服了它的缺点,比如启闭力矩小,密封性能好。
 
球阀的分类
        球阀分类方式很多,以下主要介绍四种分类方式。
        (1).按球体结构型式分类:浮动球式、固定球式。
主要产品例如:法兰浮动球阀、固定球两片式球阀固定球软密封球阀衬氟球阀固定球不锈钢高温球阀等。
        (2).按球阀流通型式分类:直通式、三通式、四通式、五通式。
主要产品例如:直通一片式球阀三通法兰球阀等。
        (3).按阀体装配形式分类:一体式、二体式、三体式、上装式。
主要产品例如:两体衬氟球阀三体不锈钢球阀、上装式球阀等。
        (4).按阀体流道直径分类:全通径式、缩径式。
主要产品例如:全通径法兰球阀、缩径式球阀等。
 
球阀的性能
        球体通道为圆形,不缩径的球体圆形通道与阀体圆形通道连接呈直管段,所以流阻非常小。根据不同工况,密封副可选择金属、合金、非金属,密封性能好。球阀有体积小、启闭迅速、操作方便、安全可靠、使用寿命长、适用范围广等优点,部分取代了闸阀、截止阀、节流阀、多通道球阀可用来实现介质分配与改变介质流向。
        球阀是近年来发展很快的阀种之一,可以预见随着球阀制造技术的进步,将会得到更广泛的应用。
        (1).球阀的性能原理
        ①球阀性能出色,拥有流体阻力小(全通径流道阀体阻力系数几乎与管道相同、不会造成压力损失)。
        ②结构简约,阀体对称、体积小、可双向流动、双向密封。
        ③密封可靠(尤其是阀座密封面采用非金属材料时)
        ④操作方便、启闭迅速、转动90度即可完成阀门的启闭,便于远距离控制。
        ⑤维修方便,阀座密封圈一般都是活动的,拆换方便,如果采用上装式结构,可在线更换。
        ⑥阀门在全开或者全关位置,密封副与介质完全隔离,高速通过的介质不会冲蚀密封副。
        ⑦球体在启闭时是旋转擦拭的过程,所以多数结构的球阀可以用于带悬浮固体颗粒的介质,选用合适的耐磨的阀座密封材料,也可用于粉状介质。
        ⑧直通式球阀用作切断用,使用广泛、三通、四通等球阀用于分配介质和改变介质流向、V型可做节流用。
        ⑨全通径球阀全开式易于清扫球通过清扫管线,在石油,天然气管道中广泛使用。
        ⑩适用范围广、工作压力从真空至高压,公称直径DN8~3000,工作温度为-254~815摄氏度。
 
        ①阀座密封圈等零件如果采用非金属材料,其压力-温度额定值低于球阀壳体(金属)的压力-额定值,致球阀实际使用压力、温度、介质受其限制。
        ②阀座密封圈等材料采用非金属时,应考虑球阀的耐火,防静电结构性能。
        ③球体加工研磨有一定难度,金属密封副球阀加工更麻烦。
        ④粉尘、结焦、粘性介质充塞进活动的密封圈内时,会影响阀座位移,进而影响密封,所以不宜用于结焦、粘度大的介质。
 
球阀的结构选型
        1.球阀球体型式
        (1).浮动球与固定球结构型式和性能比较图如图所示。
        浮动球可以自由地在阀座中浮动,因此具有结构简单,重量轻等优点,但是必须要有足够的轻度来承受高的密封比压、以及操作扭矩大、不适用高压及大口径阀门。
        固定球的阀球不会移动,整体浑然天成,因此扭矩小,密封性能好,适用大口径高压环境,但是结构复杂,工艺繁琐,价格高。

【浮动球固定球性能比较图】

        (2).固定球的几种结构型式和性能如图所示。
        ①进口端密封:阀门关闭时填料和大部分阀体不受内压,缺点是阀体转矩大且阀杆轴承受压力大。
        ②出口端密封:如果进口端密封失败可以使用出口端密封从而提高阀门密封可靠性,减小球体支撑轴的载荷,适用于高压工况,但是流通截面积减少且关闭时内腔都处于介质压力作用下。
        ③前后双密封:两阀座前后端独立切断,关闭时进出口端同时受压,阀门中腔和两端通道可以被相互切断,适用于高要求工况,可以通过泄压阀冲洗阀体内部沉积物,但是中腔有介质且应设置防止异常升压装置。
        ④油封式:在密封面间压注特制的润滑油,形成一层油膜,增强密封性能且减小扭矩摩擦。但是结构复杂。
        ⑤轨道式球阀:阀杆上有导轨和导向销的相互作用,但阀座结构单向密封,适用于恶劣工况,寿命长但是加工成本太高。非恶劣工况不考虑。
        ⑥偏心半球阀(V型球阀):有侧装和上装两种,可以具有调节流量的作用,密封可靠寿命长而且通用性强,截断型可以取代闸阀、截止阀,调节型可以取代调节阀和控制阀。但是受结构限制,压力和通径不宜过大。
        将进出口端阀座密封圈设计成不同的直径,流道截面积不等,利用活塞效应,可设计成进口密封(阀前密封)、出口密封(阀后密封)和双向密封(前后端都密封)
   

【固定球式各结构比较】

        (3).轨道式无摩擦球阀的工作原理如图所示:

【轨道球阀工作原理】

        2.阀体流道直径型式
        全通径式流道接近管道,流体压力损失小,且便于清扫球清扫。
        缩径式的流道直径小于公称通径,阀门整体结构缩小,节省材料,环保节约。但是流道阻力会增加。

【全通径与缩径比较图】

本文转载自上海华钢阀门厂:http://www.hgfm.cn/cknews.asp?id=311






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