球阀的设计论文

球阀的设计和选用

球阀的功能原理

以球体作为关闭件的阀门称作球阀。球阀它具有旋转90度的动作，旋塞体为球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。球阀最适宜做开关、切断阀使用，但近来的发展已将球阀设计成使它具有节流和控制流量之用。

球阀的特点

球阀的主要特点是本身结构紧凑，流体阻力小，全通径的球阀基本没有流阻。密封可靠，结构简单、体积小、重量轻，维修方便，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，易于操作和维修，适用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质，而且还适用于工作条件恶劣的介质，如氧气、过氧化氢、甲烷和乙烯等，在各行业得到广泛的应用，在全开或全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质通过时，不会引起阀门密封面的侵蚀，适用范围广，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空至高压力都可应用。球阀阀体可以是整体的，也可以是组合式的。

球阀的结构和类型

球阀的结构形式和品种规格非常之多，根据其用途和特点大致可分为以下几种：

一．按球体的支撑方式分为浮动球球阀和固定球球阀两类。

1．浮动球球阀：其主要特点是球体无支撑轴球体以阀门进出口两端的阀座为支撑。阀杆与球体为活动链接，因此这种球阀的球体被两阀座夹持其中而呈“浮动”状态。

2．固定球球阀：其特点是球体与上下阀杆连成一体，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。因而，固定球球阀的转矩小，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。

二．按球体的安装方式可分为顶装式，底装式，侧装式及斜装式四种。

三．按球体结构可分为整体球球阀，半球体球阀，截球体球阀三种。其中截球体球阀又分为弓形和扇形截球体球阀。

四．按球阀与管道的连接形式可分为法兰连接球阀，内螺纹和外螺纹连接球阀和焊接连接球阀四三种。其中法兰连接球阀又分为整体法兰连接球阀，螺纹法兰连接球阀，对夹式法兰连接球阀和焊接法兰连接球阀。

五．按阀体通道数量和球体通道形式可分为二通球阀，三通球阀，四通球阀及多通球阀。其中二通球阀又分为直通式二通球阀和直角式二通球阀。三通球阀又分为L型,T型,Y型及空间交叉角式三通球阀。

六．按驱动方式可分为手动，气动，液动和电动球阀。其中手动球阀又分为带与不带驱动机构两种。气动球阀又分为活塞气缸式和旋转叶片式两种。此外还有组合式球阀，如电液联动和气液联动球阀。

七．按用途可分为真空球阀，低温及超低温球阀，高温球阀，保温球阀，耐腐蚀球阀，收发球球阀以及多功能球阀。

球阀的密封结构和材料

一．球阀的阀座结构

阀门内漏的流体虽然没有流到外界，不会造成环境污染，也不会有流体损失，但其危害十分严重，轻则影响产品的产量和质量，重则将会酿成恶性事故。因此球阀的设计者应该根据工艺条件，如流体的性质，温度，压力以及阀门通径等，设计合理的阀座结构，选择合适的材料，以获得可靠的密封性能。阀座的结构主要有普通阀座，弹性阀座，弹性球密封结构和旋转阀座四种。

1．普通阀座：其特点是在预紧力和流体压力作用下，阀座与球体压紧，并使阀座材料产生弹性变形而达到密封。

2．弹性阀座：其特点除了与普通阀座一样，在预紧力或流体压力作用下，

阀座材料产生弹塑性变形而达到密封外，还由于阀座本身的特殊结构或借助于弹性元件，如金属弹性骨架，弹簧等。在预紧力或流体压力作用下产生弹性变形，以补偿温差，压力，磨损等外界条件变化对球阀密封性能的影响。

3．弹性球密封结构：其结构特点是在球体下方有一狭窄的沟槽，使刚性球体变成容易变形的弹性球体，球体上方加工一锥形扁切口，与阀杆下端的锥形扁头相配合。这种密封结构克服了金属对金属密封副操作转矩大的弊病，而且结构简单，制造方便，适用于高温高压场合。

4．旋转阀座：其主要特点是阀门在启闭过程中，阀座可沿通道轴线作旋转运动。

二．球阀阀杆及法兰连接部位的密封结构

一般来说，阀门阀杆与填料以及法兰与垫片之间外漏所造成的后果，往往比阀座的外漏更严重，阀门的外漏不但造成材料及能源的浪费，还会污染环境，伤害农业，甚至引起火灾，爆炸，中毒等危害生命安全的事故，给国民经济造成严重损失。密封结构主要包括填料函和阀体连接部位。

1．填料函的密封结构：阀杆密封有填料和无填料密封之分，无填料密封油密封性能可靠的优点，只要密封元件没有发生破裂，即可做到绝对不漏，但其密封件制造困难，成本高，而且使用过程中一旦破裂，渗漏十分严重，因此在个无填料密封时往往还要加一道填料密封。填料密封虽不及无填料密封可靠，但由于结构简单，加工制造方便，加个低廉，因此使用最普遍。填料函由填料箱，填料，填料垫以及压紧机构等组成。填料箱设置于阀体或阀盖上，起容纳填料作用对于球阀，根据工况条件，通常采用软质密封填料和成型填料。填料垫至于填料箱底部，起支撑填料作用。

2．阀体连接部位的密封结构：对于球阀来说，阀体连接部位密封指左右两半阀体或阀体与阀盖之间的密封，后者即一般所说的法兰密封连接，其中也包括螺纹密封连接。左右阀体间的密封属于静密封，要求当温度和压力急剧变化时密封要可靠，多次拆卸不损坏密封元件，结构简单，紧凑，金属消耗量少，对振动和冲击荷载不敏感，能满足各种工作介质的使用要求。常

采用的密封结构有榫槽式或凹凸式平垫片密封以及O型密封圈密封。三．球阀的耐火，防异常升压和防静电结构

球阀的阀座，填料，以及大通径球阀的滑动轴承等，大多采用橡胶，塑料等非金属材料制成。当球阀用于输送石油天然气以及氢气等易燃易爆介质时，难免遇到意外的火灾。在这种情况下，高分子密封材料就会软化，甚至烧毁，使球阀失去密封能力，即使球阀关闭，也不能有效地切断气源，造成严重后果。球阀在启闭过程中，球体与阀座由于相对运动会摩擦产生静电，而橡胶塑料等非金属材料是优良的点绝缘体，当静电积累到一定程度，在有霍华德时候会发生爆炸，这对于输送氢气等易燃易爆介质的场合特别危险。

另外用于输送液化气的球阀，当他处于关闭状态时积存在阀座之间的阀体体腔内的液化气会因吸收外界热量而大量气化，造成体腔内压力异常升高，可能导致阀体爆炸或者使阀杆冲出体外，酿成事故，特别是老式上装式阀杆的球阀。所以采取措施很重要。

1．耐火密封结构：如下左图为浮动球球阀的耐火型阀座密封结构，一旦失火，其高分子材料阀座被烧毁，球阀的球体在流体压力作用下，就会向阀座方向推进，使之与加工成直角阀体阀座槽金属座面接触，起到临时和部分密封作用，避免灾情进一步扩大。有图是固定球阀的耐火性阀座，一旦高分子材料阀座被烧毁获软化，则弹性阀座的浮动支座在流体压力作用下，被推向球体，是预先加工好的金属支座密封面与球体接触，起到临时和部分密封作用，待灾情解除后再予以修复或更换。

2．防异常升压密封结构：对于浮动型球阀可采用自动泄压型阀座，当