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提升管 线球阀的国产化使用率——上篇球阀基本原理篇(球阀的技术特点)

上篇球阀基本原理篇

一、球阀的技术特点

球阀用 带圆形通孔的球体作启闭件,球体随阀杆转动,以实现 启闭动作的阀门。球阀是 由旋塞阀演变而来,又称球形。球阀的 启闭件作为一个球体,利用球 体绕阀杆的轴线旋转 90° 实现开 启和关闭的目的。

球阀在 管道上主要用于切断、分配和 改变介质流动方向,设计成 V 形开口 的球阀还具有良好的流量调节功能。球阀只需要用旋转 90° 的操作 和很小的转动力矩就能关闭严密。完全平 等的阀体内腔为介质提供了阻力很小、直通的流道。球阀不仅结构简单、密封性能好,而且在 一定的公称通经范围内体积较小、重量轻、材料耗用少、安装尺寸小,并且驱动力矩小,操作简便、易实现快速启闭,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。球阀阀 体可以是整体的,也可以是组合式的。

球阀是本世纪 50 年代问世的,在短短的 30 多年里,是近十 几年来发展最快的阀门品种之一。特别是在美、德、日、法、意、西、英等工业发达国家,球阀的使用非常广泛,使用品 种和数量仍在继续扩大,并向高温、高压、大口径、高密封性、长寿命、优良的 调节性能以及一阀多功能方向发展,其可靠 性及其他性能指标均达到较高水平,并已部分取代闸阀、截止阀、节流阀。它在航天、石油化工、长输管线、轻工食品、建筑等 许多方面都得到了广泛的应用。这是因为,球阀与其它阀类相比,具有许多突出的优点,主要特点如下:

1、球阀流体阻力小,具有最低的流阻(实际上为零)

球阀一 般有缩径和不缩径通道两种结构。无论哪种结构,球阀的 流阻系数都比较小。特别是所谓全流量型,即不缩径的球阀,由于其 通道直径等于管道内径,局部阻 力损失只有同等长度管道的摩擦阻力,即在所有阀门中,这种球阀的流阻最小。在火箭 发射及其试验系统中,要求输 送管道的阻力越小越好。

减少管 路系统的阻力有两个途径:一是降低流体流速,为此需 要增大管径和阀门通径,这对于 管路系统的经济性往往会产生不利的影响,特别对低温输送系统(液氢)是极为不利的;一是减 小阀门的局部阻力,因此,球阀自 然就成了最佳选择。

2、球阀启闭开关迅速、方便。

由于球 阀在一般情况下只需手柄转动 90° 就完成 了全开或全关动作,很容易实现快速启闭。可实现的快速启闭,某些结 构的启闭时间仅为 0.05~0.1s,以保证 能用于试验台的自动化系统中。快速启闭阀门时,操作无冲击。

3、球阀密封性能好。

目前,绝大多 数球阀的阀座都是用聚四氟乙烯等弹性材料制造,金属与 非金属材料组成的密封副,通常称为软密封。一般说来,软密封 的密封性容易保证,而且对 密封表面的加工精度与表面粗糙度要求也不很高。

4、球阀使用寿命长。

由于聚 四氟乙烯有良好的自润滑性,与球体的磨擦磨损小,而且由 于球体加工工艺的改进,使粗糙度降低,从而提 高了球阀的使用寿命。据报道,美国 W-K-M 公司在 试验室内对球阀进行寿命试验,开关次数超过 10 万次。

5、球阀可 靠性高主要是因为:

①球体与 阀座一对密封副不会发生擦伤、急剧磨损等故障,在工作时不会卡住(在无润滑剂时),故能可 靠地应用腐蚀性介质和低沸点液体中;

②内装式阀杆结构,消除了 阀杆在流体压力作用下可能因填料压盖松开而飞出的事故隐患;

③采用防静电、耐火结构的球阀,适用于输送石油、天然气、煤气的管线。

6、阀体内 通道平整光滑更适于输送粘性流体.浆液,以及固体颗粒。

7、因在工作时不会卡住(在无润滑剂时),故能可 靠地应用腐蚀性介质和低沸点液体中。

8、球型关 闭件能在位置上自动定位,并能承 受关闭时的高压差。

9、在较大 的压力和温度范围内,能实现完全双向密封。

10、在全开和全闭时,球体和 阀座的密封面与介质隔离,因此高 速通过阀门的介质不会引起密封面的侵蚀。

11、结构紧凑、重量轻,可以认 为它是用于低温介质系统的最合理的阀门结构。

12、阀体对称,尤其是焊接阀体结构,能很好 地承受来自管道的应力。

13、全焊接阀体的球阀,可以直埋于地下,使阀门内件不受侵蚀,最高使用寿命可达 30 年,是石油、天然气 管线最理想的阀门。

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