球阀基础知识

球阀基础知识——《阀门技术》课程系列教材

球阀基础知识

主要内容:

·球阀定义与术语

·球阀分类

·球阀产品标准

·球阀典型结构

球阀基础知识——《阀门常识》课程系列教材

球阀基础知识

球阀即以球体作为启闭件的阀门。随着加工技术、检测技术与智能控制技术的突飞猛进,以及各种密封新材料的不断涌现,球阀产品将得到越来越广泛的应用。目前球阀产品不仅在一般工业管道得到了应用,而且在西气东输、煤制油工程以及核工业、宇航工业输送管线上得到普遍应用。

早在19世纪80年代美国就开始设计球阀,但就是当时缺乏适当的密封圈材料,限制了球阀产品的发展。直到本世纪50年代,聚四氟乙烯等弹性密封材料的出现以及机床工业的发展才使球阀产品的发展出现转机并得到飞速发展。

一、球阀结构与术语

球阀主要由阀体、阀座、球体、阀杆、手柄(或其她驱动装置)组成。球阀的主要功能就是切断或接通管道中的流体通道,其作用原理很简单:藉助手柄或其她驱动装置在阀杆上端施加一定的转矩并传递给球体,旋转90℃,使球体的通道与阀体通道中心线重合或垂直,完成球阀的全开或全关。手动软密封浮动球阀结构图示例如下:

图9—1

二、球阀分类

球阀的结构型式与品种规格极其繁多,而且新产品新结构仍然在不断涌现。根据球阀的特点与用途,球阀可分为若干种类型。

(一)按球体的支撑方式分类:可分为浮动球球阀与固定球球阀

1、浮动球球阀:其主要特点就是球体无支撑轴,球体系藉阀门进、出口两端的阀座予以支撑,阀杆与球体为活动连接,见图9—1。这种球阀的球体被两阀座夹持其中而呈“浮动状态”。球体通过阀杆借助于手柄或其她驱动装置可以自由地在两阀座之间旋转。当球体的流道孔与阀门通道孔对准时,球阀呈开启状态,流体畅通,阀门的流体阻力最小。当将球体转动90℃时,球体的流道孔与阀门通道孔相垂直,球阀处于关闭状态,球体在流体压力的作用下,被推向阀门出口端(简称阀后)阀座,使之压紧并保证密封。

浮动球阀的主要优点:结构简单、制造方便、成本低廉、工作可靠。浮动球阀的密封性能与流体压力有关。在其她条件相同的情况下,一般来说压力越高越容易密封。但就是应考虑到阀座材料能否经受得住球体传递给它的载荷,因为流体压力在球体上所产生的作用力将全部传递给阀后阀座。此外,对于较大尺寸的浮动球阀,当压力较高时,操

作转矩增大,而且球体自重也较大,自重在阀座密封面上所产生的压力分布就是不均匀的,一般来说沿通道直径水平面上半圈压力较小,下半圈压力较大,导致阀座磨损不均匀而发生渗漏。因此浮动球阀一般适用于≤PN10,≤DN200的阀门。

为了使浮动球阀在较低的工作压力下具有良好的密封性能,球体与阀座之间必须施加一定的预紧力。预紧力不足,不能保证密封,而过大的预紧力又会使摩擦转矩增加,还可能导致阀座材料产生塑性变形而破坏密封性能。对于低压球阀,可通过调整中法兰之间的密封垫片的厚度来限制其预紧力。

为保证浮动球阀工作时的密封性与可靠性,设计时应注意:

a.球体与阀座的接触面上应具有足够的密封比压,但要满足密封条件。

b.阀座与阀体凹槽底面的密封比压应与球体接触面上的密封比压相当。如密封比

压不足可减小阀座底面外径或加大内径,也可在底面开几条顶角为60ª、深1-2mm 的三角形同心圆槽。不懂

c.球体应有正确的几何形状及合适的表面粗糙度。

d.合理选用密封材料

目前较理想的施加预紧力的方法就是采用弹性阀座的球阀,弹性阀座能大大增加阀座本身的弹性变形范围,使之在低压或高压下都能保持良好的密封性能。只要在弹性阀座有弹性变形范围之内工作,就能基本保持其密封比压恒定,使阀座不至因过载而损坏。弹性阀座的结构示例如下:

图9—2

2、固定球球阀:球体与上、下阀杆连成一体,或制成整体连轴式球,即球体与上、下阀杆锻(焊)成一体装在轴承上,球体可沿与阀门通道相垂直的轴线自由转动,但不能沿通道轴线移动。因此,固定球阀工作时,阀前流体压力在球体上所产生的作用力全部传递

给轴承,不会使球体向阀后阀座移动,因而阀座不会承受过大的压力,所以固定球阀的转矩小、阀座变形小,密封性能稳定,使用寿命长,适用于高压、大通径的场合。

图9—3

固定球球阀的密封关键在于正确选用弹性密封阀座的结构形式,合理设计阀座的各部份尺寸,巧妙地借助于流体压力或弹簧作用力来达到密封要求。

(二)按球体安装方式分类

可分为顶装式(上装式)、侧装式、斜装式等。对于侧装式球阀,根据使用场合的不同以及通径的大小,阀体有整体式与分体式两种,分体式又分为二分体(两片式)与三分体(三片式)。

1、上装式球阀

上装式球阀的结构特点就是阀体做成整体,其上部设有阀盖,球体、密封圈、阀座均从阀体上部装入。上装式球阀的优点:检修或更换阀座时,不必将球阀从管线上拆下来,仅打开阀盖,将球体吊出即可,这给地下管线,特别就是原子能工业用球阀带来很大方便。对于三通、四通及多通球阀,因其球体较大,从任何一端通道装入或取出都不方便,而且多通球阀的阀体中腔本身就很大,采用上装式比侧装式更为优越。

上装式球阀的缺点就是阀体体积大,重量重,因此,一般不用于高压场合。

上装式球阀图例如下:

图例9—4 四通球阀(上装式) 图例9—5 上装式固定球阀

2、侧装式球阀

(1)侧装整体式球阀

球体从阀体一端装入,用螺套将阀座与球体固定并压紧。这种球阀结构简单,零件数量少,制造及安装方便,适用于较小通径的场合,特别就是对于粘稠或易结晶的介质,如尿素等需要将阀体作成保温夹套的场合几乎都就是采用侧装整体式结构。见图9—6。

图例9—6 侧装整体式球阀

(2)侧装二分体式球阀(两片式球阀)

将阀体沿通道轴线相垂直的截面分为不对称的左右两半,球体从截分面孔装入,左右两半阀体用法兰连接或螺纹连接的球阀。

由于阀体分为两半,与整体式相比,半个阀体单件重量较轻,铸造(锻造)及机械加工方便,这种球阀适于推广。图9—1、9—2均为侧装二分体式球阀。