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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)

    2016-08-23 17:38:52

    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,又称球形旋塞阀。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*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*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*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*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*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*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,*高使用寿命可达 30 年,是石油、天然气管线*理想的阀门。


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