球阀结构性能原理及分类

   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，本文将为您介绍球阀结构，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。 一、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。
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。
二、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。
2、球阀的阀座密封圈
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。
三、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。

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。
⑦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)。
3、轨道式无摩擦球阀的工作原理如图所示：
4、阀体流道直径型式
①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。
②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。