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球阀基础知识
精心整理
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
·球阀典型构造
球阀基础知识——《阀门知识》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。
跟着加工技术、检测技术与智能控制技术的日新月异，以及
各样密封新资料的不停浮现，球阀产品将获取愈来愈宽泛的应用。
当前球阀产品不单在一般工业管
道获取了应用，并且在西气东输、煤制油工程以及核工业、宇航工业输送管线上获取广泛应用。
早在19世纪80年月美国就开始设计球阀，可是当时缺少适合的密封圈资料，限制了球阀产品
的发展。
直到本世纪50年月，聚四氟乙烯等弹性密封资料的出现以及机床工业的发展才使球阀产
品的发展出现起色并获取飞快发展。
一、球阀构造与术语
球阀主要由阀体、阀座、球体、阀杆、手柄（或其余驱动装置）构成。
球阀的主要功能是切断
或接通管道中的流体通道，其作用原理很简单：
藉助手柄或其余驱动装置在阀杆上端施加必定的转
矩并传达给球体，旋转90℃，使球体的通道与阀体通道中心线重合或垂直，达成球阀的全开或全
关。
手动软密封浮动球阀构造图示比以下：
9—1
二、球阀分类
球阀的构造型式和品种规格极其众多，并且新产品新构造仍旧在不停浮现。
依据球阀的特色和
用途，球阀可分为若干种种类。
（一）按球体的支撑方式分类：
可分为浮动球球阀和固定球球阀
1、浮动球球阀：
其主要特色是球体无支撑轴，球系统藉阀门进、出口两头的阀座予以支撑，
阀杆与球体为活动连结，见图9—1。
这类球阀的球体被两阀座夹持此中而呈“浮动状态”。
球体
经过阀杆借助于手柄或其余驱动装置能够自由地在两阀座之间旋转。
当球体的流道孔与阀门通道孔
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瞄准时，球阀呈开启状态，流体通畅，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，球阀处于封闭状态，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。
浮动球阀的主要长处：
构造简单、制造方便、成本便宜、工作靠谱。
浮动球阀的密封性能与流
体压力有关。
在其余条件同样的状况下，一般来说压力越高越简单密封。
可是应试虑到阀座资料能
否经受得住球体传达给它的载荷，因为流体压力在球体上所产生的作使劲将所有传达给阀后阀座。
别的，关于较大尺寸的浮动球阀，当压力较高时，操作转矩增大，并且球体自重也较大，自重在阀
座密封面上所产生的压力散布是不平均的，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，以致阀座磨损不平均而发生渗漏。
所以浮动球阀一般合用于≤PN10，≤DN200的阀门。
为了使浮动球阀在较低的工作压力下拥有优秀的密封性能，球体与阀座之间一定施加必定的预
紧力。
预紧力不足，不可以保证密封，而过大的预紧力又会使摩擦转矩增添，还可能以致阀座资料产生塑性变形而破坏密封性能。
关于低压球阀，可经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靠谱性，设计时应注意：
球体和阀座的接触面上应拥有足够的密封比压，但要知足密封条件。
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的三角形齐心圆槽。
不懂
球体应有正确的几何形状及适合的表面粗拙度。
d.合理采纳密封资料
当前较理想的施加预紧力的方法是采纳弹性阀座的球阀，弹性阀座能大大增添阀座自己的弹性
变形范围，使之在低压或高压下都能保持优秀的密封性能。
只需在弹性阀座有弹性变形范围以内工
作，就能基本保持其密封比压恒定，使阀座不至因过载而破坏。
弹性阀座的构造示比以下：
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，但不可以沿通道轴线挪动。
所以，固定球阀工作时，阀前流体压力在球体上所产生的作使劲所有传达给轴承，不会使球体向阀
后阀座挪动，因此阀座不会蒙受过大的压力，所以固定球阀的转矩小、阀座变形小，密封性能稳固，
使用寿命长，合用于高压、大通径的场合。
9—3
固定球球阀的密封重点在于正确采纳弹性密封阀座的构造形式，合理设计阀座的各部份尺寸，
奇妙地借助于流体压力或弹簧作使劲来达到密封要求。
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（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。
关于侧装式球阀，依据使用处合的不一样以及通径
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
上装式球阀的构造特色是阀体做成整体，其上部设有阀盖，球体、密封圈、阀座均从阀体上部
装入。
上装式球阀的长处：
检修或改换阀座时，不用将球阀从管线上拆下来，仅翻开阀盖，将球体
吊出即可，这给地下管线，特别是原子能工业用球阀带来很大方便。
关于三通、四通及多通球阀，
因其球体较大，从任何一端通道装入或拿出都不方便，并且多通球阀的阀体中腔自己就很大，采纳
上装式比侧装式更加优胜。
上装式球阀的弊端是阀体体积大，重量重，所以，一般不用于高压场合。
上装式球阀图比以下：
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。
这类球阀构造简单，部件数目少，制造及安装方便，合用于较小通径的场合，特别是关于黏稠或易结晶的介质，如尿素等需要将阀体作
成保温夹套的场合几乎都是采纳侧装整体式构造。
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，球体从截分面貌装入，左右两半阀体
用法兰连结或螺纹连结的球阀。
因为阀体分为两半，与整体式对比，半个阀体单件重量较轻，锻造（锻造）及机械加工方便，这类球阀适于推行。
图9—1、9—2均为侧装二分体式球阀。
（3）侧装三分体式球阀（三片式球阀）
关于公称尺寸较大的球阀，为方便加工制造及装置，常采纳侧装三分体式构造，马上阀体在两阀座部位沿与通道轴线相垂直的截面分为三部分，整台阀门沿阀杆中心轴线左右对称，线条流利，
外形雅观，制造方便，适合于用小设施制造大阀门。
这类构造的弊端是增添了一对大法兰，阀体总重量有所增添。
详细构造见图9—7。
9—7侧装三分体式球阀
（三）按球体构造分类
1、整体球球阀
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整体球球阀是球阀启、闭件最常用的构造形式。
所谓整体球，即是在一只完好的球体上加工出
直通、三通及多通圆孔流道。
别的，整体球的流道还可加工成圆锥形孔或其余形状的流通截面，这
种特别截面形状的球阀一般作为节流阀用。
直通式球阀
流体经过阀门后不改变流动方向，经过驱动装置操控球体，使之截断或接通管道中的流体。
直
通式球阀是最基本、最一般，也是使用最宽泛的一种球阀。
图9—1、9—2均为直通式球阀。
直角式球阀
其特色是进、出口通道成90℃订交，球体的流道呈L形。
流体经过直角式球阀后，要产生90℃
转弯。
形三通球阀
以下列图9—8所示，L形三通球阀的阀体分三个通道，此中B、C通道共轴，A通道与B、C相垂
直。
9—8L形三通球阀构造表示图T形三通球阀
T形三通球阀的球体加工成互相垂直的T形，其余构造原理与L形三同同样。
见图9—9所示。
9—9T形三通球阀构造表示图Y形三通球阀
2、半球体球阀
球阀常常是依赖阀前或阀后阀座达到单向密封，只有极个别特别场合才使用阀前、阀后双向密封。
所以，在往常状况下只有一半球面起密封作用，于是产生了以下图的半球体球阀。
半球体球阀的主要特色上重量轻、球体精加工表面积小，所以这类构造球阀最近几年来逐渐遇到重视。
形球阀属半球体球阀，但其设计构想与用途却不一样，主要用输送纤维、纸浆等黏稠性介质。
球体上的V形口能起切断机作用，以防止纤维物料在球体、阀体和阀座之间。
别的，V形球阀还可
宽泛用来调理流体流量。
9-10V形球阀
（四）按球阀用途分
上述介绍了按构造形式分类的各样一般用途球阀。
在特别工况下使用的球阀，按球阀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、耐腐化衬里球阀、耐磨球阀、收发球球阀、
全塑球阀以及多功能球阀等。
1、真空球阀
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在真空场合使用的球阀即真空球阀。
在构造上，真空球阀与一般球阀并没有特别之处，不过在选
材、加工及试验要求上一定知足真空技术要求。
作为真空球阀，部件材质一定致密，阀体内表面需
经机械加工或抛光，部件装置前需经严格冲洗，装置好的阀门一定严格保持洁净，以保证抽真空和
保持真空度。
因为在真空下作业，球阀不可以靠流体压力推动球体压紧阀座或流体压力推动阀座压紧球体来达
到密封，而只好靠预紧力达到密封。
为赔偿阀座的磨损、保持密封力恒定，真空球阀宜采纳弹性阀
座的密封构造。
真空阀门的设计和性能测试按ZBJ78005《真空阀门技术条件》和ZBJ78006《真空阀门性能测
量方法》进行。
2、低温及超低温球阀
在低温及超低温介质工况使用的球阀称为低温及超低温球阀。
低温及超低温球阀应知足以下要求：
①冷损失小；
②在低温环境下工作靠谱；
③热容量小；
④构造简单、流体阻力小；
⑤阀体适合于安装在保温箱里，但阀门的启、闭机构应露在保温箱外。
低温阀门最突出的问题是填料密封问题。
在低温下，填料的弹性消逝，密封性能大大降低，流
体很简单从填料函处渗漏出来，以致该部位冻结，影响阀门的正常操作。
为此，低温球阀多采纳加长阀杆的构造，以增添填料函部位与阀体体腔之间的温度梯度，使填料函处的温度保持在0℃以上，改良填料函的工作条件，延伸填料的使用寿命，减少冷损。
同时也便于将阀门安装在真空外壳或具
有绝热层的壳体里。
关于一定安装在保温箱外的低温球阀，整台阀门则宜采纳真空夹套保冷。
3、高温球阀
在高温介质工况使用的球阀称为高温球阀。
球阀的使用温度往常取决于阀座资料的耐温性能。
当球阀阀座采纳聚四氟乙烯或尼龙资料制造，其使用温度为≤200℃。
关于高温球阀（往常指温度
高于250℃），其设计的重点是：
①正确采纳适合于高温下使用的密封资料；
②怎样赔偿阀座在使用过程中的磨损以及协调阀体、阀座和球体三者之间因为装置温度与使用
温度不一样的温差变形。
一般状况下，高温球阀采纳金属对金属的密封副即金属密封球阀，其特色是球体和阀体都是用
耐高温的金属资料制造，阀座为金属或耐热合金（如钴铬钨硬质合金等）制造。
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金属对金属密封副高温球阀的长处是：
合用温度范围广，各样金属资料的热膨胀系数相差不大，只需采纳适合，能够达到基本一致，有益于协调温差变形。
弊端是金属资料硬度高，达到密封所一定的比压亦高，在通径较小和压力较低场合，难以靠流体压力达到密封，即便是采纳预紧力达到密封，但因密封比压大，阀座和球体之间的磨损一定很大，并且金属与金属的摩擦系数比较大，球阀
的启、闭转矩亦大。
4、保温球阀
关于输送如尿素等易于结晶的物料或许黏稠流体（如含蜡质和沥清较高的石油等）场合，常采纳加热保温的方法，以防备物料结晶或降低流体粘度，增添流动性，防止阀门被拥塞和减小工程的
动力耗费。
按加热方式，保温球阀有外加热式和内加热式两种。
1）外加热式保温球阀
一般称为夹套式保温球阀，其阀体采纳整体构造，球体和阀座从侧面装入，并用堵头顶住和压
紧。
球体为浮动式，保温夹套用铸件或钢板冲压焊接而成。
在夹套上设有供加热水蒸汽引入或排出
的接收嘴。
这类加热保温球阀构造较简单，制造方便，但外形尺寸大，热损失大，加热效率低。
2）内加热式保温球阀
它是将球体作成空心夹层，通入水蒸汽或用电阻丝加热。
内加热式保温球阀固然构造较复杂，
加工制造较困难，但构造尺寸小，加热效率高。
5、耐腐化衬里球阀
关于输送强腐化性介质的场合，如硫酸、硝酸、盐酸等介质，固然能够采纳不锈钢等耐腐化金
属资料制造，但成本高。
如采纳衬里球阀，则既拥有优秀的耐腐化性能，又能节俭名贵金属，是较
为理想的耐腐化阀门。
耐腐化衬里球阀的阀体、球体和阀杆等，可采纳铸铁、铸钢制造，用以蒙受介质压力，与腐化
性介质直接接触的部件表面则衬以一层厚为2～3mm的塑料，如F-3、F-46等，以抵挡介质的浸蚀，
达到合理用材。
最近几年来，又出现了一种喷涂塑料球阀，即在上述衬塑料部位采纳喷涂聚苯硫醚等耐腐化塑料的
方法达到上述要求，其制造成本更低。
6、耐磨球阀
关于输送高硬度的颗粒性介质的场合，如氧化铝、煤粉等介质，其硬度常常达到HRC60以上，
采纳通用的金属密封球阀，其密封副经受不了介质的长时间冲洗。
这类耐磨球阀一般状况下可采纳
对球阀及阀座喷涂WC/Co等超硬资料进行办理。
7、收发球球阀
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在一条管道内连续交替地输送不一样的油品，称为油品次序输送。
如图2-71所示，当次序输送油品时，为减少混油，在输送管道的起点站，要用收发球球阀于两种油品的分界面处投放若干个隔绝球；经过中间泵站后，再用收发球球阀将隔绝球拿出，换发新隔绝球，或使旧隔绝球持续越站运
行；抵达终点站时，仍用收发球球阀将隔绝球拿出。
8、多功能球阀
为简化工艺流程，便于操作控制，减少阀门用量，以致了多功能阀门或一阀多用途阀门的出现。
如往常所用的截止止回阀，即是将截止阀起落式止回阀合二而一，兼有两种功能。
最近几年来，球阀出
现了向多功能阀方向发展的趋向，如蝶式球阀和止回式球阀即属此类阀门。
9、全塑球阀
全塑球阀是本世纪80年月跟着塑料工业的发展而产生的，它与金属球阀对比，最显着的长处
是：
轻盈、灵巧、雅观、耐用。
全塑球阀特别合用于低压（PN≤1MPa），常温（≤80℃）的酸碱介质，如水办理系统和酸洗设施中。
这类球阀的阀体、球体、阀杆、连结螺母等一般用硬聚氯乙烯和
聚丙烯制造，阀座密封圈为聚四氟乙烯制成，我国当前已能制造DN15～100mm的全塑球阀。
（五）其余分类方法
按球阀与管道的连结方式、按球阀的驱动方式分我们在第一讲中就讲过，这里就不一一进行介绍。
三、球阀的型号编制
依据JB/T308，一般工业用球阀的型号编制方法中构造形式代号以下：
构造形式
代号
构造形式
代号
直通流道
1
直通流道
7
Y形三通流道
2
四通流道
6
浮动球
L形三通流道
4
固定球
T形三通流道
8
T形三通流道
5
L形三通流道
9
半球通道
0
型号编制示比以下：
Q341Y——16P
四、常用球阀产品标准
国内标准：
GB/T12237—2007《石油、石化及有关工业用的钢制球阀》
GB/T15185-1994《铁制与铜制球阀》
GB/T19672—2005《管线阀门技术条件》
精心整理
JB/T7745-1995《管线球阀》
外国标准：
API608—2002《法兰、螺纹和焊连结金属球阀》
API6D—2002《石油与天然气工业—管道输送系统—管线阀门》
ISO7121—2006《法兰型钢制球阀》
ISO14313—1999《石油与天然气工业—管道输送系统—管线阀门》
BSENISO17292-2004《石油、石油化工及有关工业用金属球阀》
AWWAC507—2005《从6英寸到48英寸的球阀》
五、球阀密封构造
依据阀门渗漏的部位和性质，可分为内漏和外漏之分，对球阀而言，内漏发生于阀座与球体以及阀座与阀体之间的接触面上，外漏则常常发生在填料函处，也有可能在连结法兰与垫片之间。
1、球阀的阀座构造
阀门内漏的流体固然未流到外界，不会污染环境，也没有流体损失，但其危害性仍十分严重，
轻则影响产品的质量，重则因为渗漏串联将酿成恶性事故。
应依据工艺条件，如流体的性质、温度、
压力以及阀门通径等，设计合理的阀座构造，选择适合的密封资料，以获取靠谱的密封性能。
1）一般阀座
一般阀座球阀的特色：
在预紧力或流体压力作用下，阀座与球体压紧，并使阀座资料产生弹塑性变形而达到密封，其密封成效取决于阀座在流体压力或预紧力的作用下，能够赔偿球体不圆度和
表面微观不平度的程度。
所以，阀座与球体之间必要拥有足够大的密封比压q,并应知足：
qbq[q]
式中:
qb——保证阀门密封的一定比压（MPa）
q——阀门工作时的实质密封比压（MPa）
[q]——阀座资料的许用比压（MPa）
一般阀座的构造以下列图:
上图所示一般阀座构造最简单，加工制造最方便，应用也较广泛（浮动球软密封球阀），一般
用于DN200及以下。
2）弹性阀座
弹性阀座除了与一般阀座同样，在预紧力或流体压力（或二者兼而有之）作用下，阀座资料产
生弹塑性变形而达到密封外，还因为阀座自己的特别构造或借助于弹性元件，如金属弹簧骨架、弹
簧等，在预紧力或流体压力下产生弹性变形，以赔偿温差、压力、磨损等外界条件变化对球阀密封
性能的影响。
a、整体斜面弹性阀座
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整体型斜面弹性阀座有单斜面和双斜面之分，其构造以下列图所示。
单斜面弹性阀座双斜面弹性阀座
这类阀座构造简单，但弊端是弹性赔偿能力较差。
b、整体V形弹性阀座
c、金属骨架弹性阀座
d、圆柱螺旋弹簧弹性阀座
e、涟漪管弹性阀座
、蝶形弹簧弹性阀座
2、填料函的密封构造
3、阀体连结部位的密封构造
六、球阀的耐火、防静电和防异样升压构造
球阀的阀座、填料等大多采纳橡胶、氟塑料等非金属资料制成。
当球阀用于输送石油、天然气
以及氢气等易燃易爆介质时，不免碰到不测的火灾。
在这类状况下，高分子密封资料就会融化，甚至烧毁，使球阀失掉密封能力，即便球阀封闭，也不可以有效地切气绝源，造成严重结果。
球阀在启闭过程中，球体与阀座因为有相对运动，会因摩擦而产生静电荷，而橡胶、塑料等非金属资料是优秀的电绝缘体，当静电荷累积到必定程度时，在有火花的条件下便可能以致爆炸，这
关于输送易燃易爆介质的场合特别危险。
同时，用于输送液化气的球阀，当它处于封闭状态时，积蓄在阀阀座之间的体腔内的液化气会因汲取外界热量而大批气化，造成体腔内压力异样高升。
这类异样升压现象可能以致阀体爆炸，或
者使阀杆冲出体外，酿成事故。
1、耐火密封构造
下列图为常有的耐火型阀座构造。
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图a
图b
a为常有的浮动球球阀耐火型阀座构造，一旦外界环境失火，其高分子资料被烧毁，球阀的球体在流体压力作用下，就会向阀后阀座方向推动，使之与加工好的阀体金属座面A接触，起来暂时和部份密封作用，防止灾情进一步扩大。
图b为常有的固定球球阀的耐火型构造，当球阀处于正常工作状态时，弹性阀座的高分子资料密封件与球体保持密封，此时，球体与弹性阀座上的浮动支
A保持1—2mm的空隙，一旦高分子资料密封件被烧毁或融化，则弹性阀座在流体压力作用下被
推向球体，使早先加工好的金属密封面A与球体接触，起来暂时密封和部份密封作用，待灾情排除
后再予以修复或改换。
输送易燃易爆介质的球阀应设计成耐火型阀杆密封构造，以下列图所示。
一旦失火，软质填料被
烧毁或融化，阀体体腔内的流体压力将阀杆推向阀体，阀杆上的台肩被除阀体挡住，并藉高压流体
压力作用压紧并密封。
别的，它还可以防备腔内异样升压时阀杆冲出体外。
2、防静电构造
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