球閥介紹, 球閥的工作原理

球閥不僅結構簡單、密封性能好，而且在一定的公稱通經範圍內體積較小、重量輕、材料耗用少、安裝尺寸小，並且驅動力矩小，操作簡便、易實現快速啟閉，是近十幾年來發展最快的閥門品種之一。特別是在美、日、德、法、意、西、英等工業發達國家，球閥的使用非常廣泛，使用品種和數量仍在繼續擴大，並向高溫、高壓、大口經、高密封性、長壽命、優良的調節性能以及一閥多功能方向發展，其可靠性及其他性能指標均達到較高水平，並已部分取代閘閥、截止閥、調節閥。

隨著球閥的技術進步，在可以預見的短時見內，特別是在石油天然氣管線上、煉油裂解裝置上以及核工業上將有更廣泛的應用。此外，在其他工業中的大中型口徑、中低壓力領域，球閥也將會成為主導的閥門類型之一。

球閥的優點

1. 具有最低的流阻（實際上為零）。

2. 因在工作時不會卡住（在無潤滑劑時），故能可靠地應用與腐蝕性介質和低沸點液體中。

3. 在較大地壓力和溫度範圍內，能實現完全密封。

4. 可實現快速啟閉，某些結構的啟閉時間僅為 0.05~0.1s，以保證能用於試驗台的自動化系統中。快速啟閉閥門時，操作無衝擊。

5. 球型關閉件能在位置上自動定位。

6. 工作介質在雙面上密封可靠。

7. 在全開和全閉時，球體和閥座的密封面與介質隔離，因此高速通過閥門的介質不會引起密封面的侵蝕。

8. 結構緊湊、重量輕，可以認為它時用於低溫介質系統的最合理的閥門結構。

9. 閥體對稱，尤其時焊接閥體結構，能很好地承受來自管道的應力。

10.關閉件能承受關閉時的高壓差。

11.全焊接閥體的球閥，可以直埋於地下，使閥門內件不受侵蝕，最高使用壽命可達 30 年，是石油、天然氣管線最理想的閥門。

由於球閥有上述優點，所以適用範圍很廣，球閥可適用於：

1. 公稱通經從 8mm 到 1200mm。

2. 公稱壓力從真空到 42MPa。

3. 工作溫度從 -204℃~815℃。

球閥密封性

球閥最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，且具有摩擦係數小、性能穩定、不易老化、溫度適用範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，包括較高的膨脹係數，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範圍葯受到限制。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、義大利、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）、寬溫度範圍（-196~815℃）的球閥，從而使球閥的技術達到一個全新的水平。

球閥設計與製造

由於計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助製造（CAM）以及柔性製造系統（FMS）在閥門行業的應用，使球閥的設計和製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複性常規設計工作，使技術人員有更多的精力用於改進、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製開發過程中，由於 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製造的閥桿螺旋扁，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。球閥在完全開啟時，流阻很小，幾乎等於零，因此等徑球閥廣泛應用於石油天然氣管線中，因為容易清掃管線。由於球閥的球體在啟閉過程中帶有擦拭性，故大多數球閥可用於帶懸浮固體顆粒的介質中，依據密封圈的材料也可用於粉狀和顆粒狀的介質。

球閥適用場合

由於球閥通常用橡膠、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，於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製造精度和表面粗糙度，保證球閥的密封性能。

又由於球閥的閥座密封圈通常採用塑料製成，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）、低雜訊、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，推薦使用球閥。

球閥也適用於輕型結構、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形開口的專用結構的球閥。

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。

球閥適用原則

1. 石油、天然氣的輸送主管線、需要清掃管線的，又需埋設在地下的，選用全通經、全焊接結構的球閥；埋設在地上的，選擇全通經焊接連接或法蘭連接的球閥；支管，選用法蘭連接、焊接連接，全通經或縮徑的球閥。

2. 成品油的輸送管線和貯存設備，選用法蘭連接的球閥。

3. 城市煤氣和天然氣的管路上，選用法蘭連接和內螺紋連接的浮動球閥。

4. 冶金系統中的氧氣管路系統中，宜選用經過嚴格脫脂處理，法蘭連接的固定球球閥。

5. 低溫介質的管路系統和裝置上，宜選用加上閥蓋的低溫球閥。

6. 煉油裝置的催化裂化裝置的管路系統上，可選用升降桿式球閥。

7. 化工系統的酸鹼等腐蝕性介質的裝置和管路系統中，宜選用奧氏體不鏽鋼製造的、聚四氟乙烯為閥座密封圈的全不鏽鋼球閥。

8. 冶金系統、電力系統、石化裝置、城市供熱系統中的高溫介質的管路系統或裝置上，可選用金屬對金屬密封球閥。

9. 需要進行流量調節時，可選用蝸輪蝸桿傳動的、氣動或電動的帶 V 形開口的調節球閥。

球閥的工作原理球閥是由旋塞閥演變而來。它具有相同的旋轉 90 度動作，不同的是球閥是球體，有圓形通孔或通道通過其軸線。球面和通道口的比例應該是一樣的，即當球旋轉 90 度時，在進、出口處應全部呈現球面，從而截斷流動。球閥只需要用旋轉 90 度的操作和很小的轉動力矩就能關閉嚴密。完全平等的閥體內腔為介質提供了阻力很小、直通的流道。

通常認為球閥最適宜直接做開閉使用，但近來的發展已將球閥設計成使它具有節流和控制流量之用。球閥的主要特點是本身結構緊湊，易於操作和維修，適用於水、溶劑、酸和天然氣等一般工作介質，而且還適用於工作條件惡劣的介質，如氧氣、過氧化氫、甲烷和乙烯等。球閥閥體可以是整體的，也可以是組合式的。