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球阀

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球形阀剖视图部分组成:⒈阀体 ⒉内衬 ⒊阀球体 ⒋杠杆手柄⒌转轴

球阀(Ball valve)是一种流体流量控制装置,使用中空、多孔且可摆动的球来控制流经它的流体。当球中央的孔与流入口对齐时,它处于打开状态,当它被阀手柄摆动90度时,封闭孔,使流体停止流动[1]。在打开时,手柄与流动方向保持平齐,而在关闭时,手柄垂直于流动方向,便于视觉上确认阀的状态[2]。关闭位置的1/4旋转可以是顺时针或逆时针方向。

球阀耐用,经过多次循环后性能良好,可靠,即使长时间不使用后仍能安全封闭。这些特点使其成为切断和控制应用的优秀选择,通常优于闸阀和截止阀,但在节流应用中它们缺乏细微的控制。

球阀的易操作性、维修和多功能性使其在广泛的工业应用中得到应用,支持最高达1,000 bar(100 MPa;15,000 psi)的压力和最高达750 °F(400 °C)的温度,具体取决于设计和使用的材料。尺寸通常范围从0.2到48英寸(5到1200毫米)。阀体由金属、塑料或金属与陶瓷制成;浮动球通常镀铬以提高耐用性。球阀的一个缺点是,当用于控制水流时,它们在关闭位置时会将水困在中央腔室中。在环境温度下降到冰点以下的情况下,侧面可能会因冰形成而破裂[3]。在这种情况下,通常可以通过绝缘或加热带来一些措施来防止损坏。寒冷气候的另一个选择是“耐冻球阀”。这种风格的球阀在侧面设有一个冻结塞,以防冻结时,冻结塞破裂,充当“牺牲”故障点,使维修更容易。无需更换整个阀,只需安装新的冻结塞即可。[4]

对于低温流体或可能在球内膨胀的产品,阀的上游侧设有一个通风孔。这被称为通风球。

球阀不应与“球检阀”混淆,后者是一种使用实心球防止不希望的回流的检阀类型。

其他类型的四分之一转阀包括蝶阀、插板阀和防冻球阀。

自动三通球阀

类型

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(左上角起始,顺时针)广式球阀,一片式球阀,两片式球阀,三片式球阀

球阀有五种一般的主体结构,以结构数目命名的有一片(体)式结构、二片(体)式结构、三片(体)式结构;以结合方式命名的为分体结构、顶入式结构和焊接结构。它们的区别基于阀的各个部分,尤其是包含球本身的外壳,是如何制造和组装的。每种情况下阀的操作原理都是相同的。[5]

单体结构提供非常坚固的构造,在某些版本中球可以从阀中取出而不必将整个阀取出线路,然而多体结构提供更大的设计灵活性。

此外,还有与球机构本身的通孔相关的不同风格。根据工作压力的不同,球阀被分为低压球阀和高压球阀。在大多数行业中,工作压力超过3,000 psi(210 bar)的球阀被视为高压球阀。通常,高压球阀的最大工作压力为7,500 psi(520 bar),具体取决于结构、尺寸和密封材料。高压球阀的最大工作压力可达15,000 psi(1,000 bar)。高压球阀通常用于液压系统,因此也被称为液压球阀。[6]

直径2英寸(51)以下的球阀通常有单体、二体或三体设计。单体球阀几乎总是缩小孔径,价格相对较低,通常是替换而不是修复。二体球阀通常具有稍微缩小(或标准)孔径,可以是一次性使用或可维修的。三体设计允许轻松地从管线中拆卸包含球、杆和密封的阀的中心部分。这有助于高效地清理沉积的沉淀物,更换密封和填料,磨掉球上的小刮痕,而无需将管道从阀体中取出。三体阀的设计理念是可维修的。每个阀都要被加热到一定程度,同时从主体上剪掉多余的材料。[7]

一(或二、三)片式球阀

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一片式球阀是小口径内螺纹连接的整体一段式阀体,常用于小尺寸阀门。二片式球阀,又称两片式球阀,小口径内螺纹连接,阀体分为两部分,对扣形式,通常用于一般阀门。三片式球阀,内螺纹连接,阀体分为三部分,常用于较大及重要的阀门。 一体式球阀、二片式球阀和三片式球阀在阀体结构上大不相同。

  1. 一片式球阀通过一个塞头将球体固定,具有体积小、密封可靠、结构简单、维修方便的特点。阀球体部位是缩径的(缩口球阀),即比螺纹口径小一些。广式球阀是一种一片式球阀,只是外形上的区别在于广式球阀整体为圆柱状,切出了卡位。
  2. 二片式球阀之结构由两片阀体夹住球体固定而成,阀球体部位与接口处的内径相差不大(全通球阀)。此种阀维修较复杂,中间螺栓的松紧度关系到是否泄漏,不适用于高压情况。
  3. 三片式球阀(全通球阀)类似于二片式,但球体中间多了一个阀体,再由两边带颈法兰夹住。三片式球阀最易拆卸。

全通球阀

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全通球阀(Full bore)具有超大的球体,使得球体中的孔与管道相同大小,减小摩擦损失。流体通过时无阻碍,但由于阀门较大且成本较高,因此仅在需要自由流动的情况下使用,例如需要清管的管道中。

缩口球阀(缩径球阀)

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缩口球阀(Reduced bore, or reduced port)中,流体通过阀门的管径比阀门的管径小一个管径,导致流通面积小于管道。由于流体的流出保持恒定,等于流通面积(A)乘以速度(V),即,随着流通面积的减小,速度增加。

V口球阀

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V口球阀具有'v'形球体或'v'形座椅。这使得流动特性呈线性和均等百分比。当阀门处于闭合位置并开始打开时,'v'形的小端首先打开,这在此阶段保持稳定的流量控制。这种设计通常需要更坚固的结构,因为流体的速度较高,可能损坏标准阀门。如果加工正确,这些是优秀的控制阀,提供优越的密封性能。

空腔球阀

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球阀解决了一些行业在使用球阀时遇到的残留物的问题。为了避免流体进入缺口,必须堵塞缺口,可以通过将座椅延伸以始终与球体接触的方式来实现。这种球阀称为空腔填充球阀(Cavity Filler Ball Valve)。

轴式(支承式)阀门, 浮动阀和电动阀

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轴座式球阀在顶部和底部都有额外的球体机械锚定,适用于更大和更高压力的阀门(一般在3.9 psi(10英寸)和580 psi (40bar)以上)。 浮动球阀是指球不被耳轴固定在适当位置的球阀。在正常操作中,这将导致球向下游微微漂浮。这会导致阀座机构在压在其上的球的作用下压缩。此外,在某些类型中,在某些力导致阀座机构消散的情况下(例如阀门外部的火焰产生的极高热量),球会一直漂浮到金属阀体上,金属阀体设计用于密封球体,从而提供某种程度的故障保护设计。[8] 手动操作的球阀可以快速关闭,因此存在水锤危险。有些球阀配备了一个执行器,可以是气动的、液压的或电动的。这些阀门既可以用于开启/关闭,也可以用于流量控制。气动流量控制阀还配备了定位器,该定位器将控制信号相应地转换为执行器位置和阀门开度。

多口球阀

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三通球阀原理图:L形球阀向右,T形向左
  • 三通和四通中间有一个L或T形孔。流的不同组合如图所示。很容易看出,T形阀可以将任何一对端口或所有三个端口连接在一起,但45度的位置可能会断开所有三个端口,这不会留下任何出错的余地。L阀可以将中心端口连接到两侧端口,也可以将三个端口全部断开,但不能将侧端口连接在一起。
  • 市面上也有4口或更多通道的多口球阀,入口通道通常与排气口平面垂直。对于特殊应用,例如驱动气动马达从正向到反向,通过旋转单杆四通阀来执行操作。四通球阀在球体上有两个L形状的端口,它们不相互连接,有时被称为“×”端口。


结构材质

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钛球阀球体
合金球阀球体

阀体材质可以包括但不限于以下任何材质:

球阀中也有许多不同类型的阀座和密封件。阀门通常使用不同的材料制造,由于其化学兼容性、压力和温度,每种材料都有它们适合的特定应用。一些常用的材料包括黄铜、不锈钢、青铜等。这些材料的选择确保阀门适合各自的功能,在不同的行业和应用中提供高效和可靠的性能。[9]

参见

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外部链接

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参考

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  1. ^ ball valve. Dictionary.com. [16 December 2023]. (原始内容存档于2016-01-14). 
  2. ^ Aikhuele, Daniel Osezua. Ball Valves, Issues and Material Selections for Manufacturing. Academia.edu. [24 June 2015]. (原始内容存档于2024-01-17). 
  3. ^ What is Ball Valve. Linquip. [2021-11-17]. (原始内容存档于2021-11-17). 
  4. ^ Freeze Tolerant Ball Valves | Backflow Parts USA. www.backflowpartsusa.com. [2021-11-17]. (原始内容存档于2024-01-17) (英语). 
  5. ^ Learn about 6 Types of Ball Valve - Floating, Trunnion Mounted & more. HardHat Engineer. 6 July 2018 [2021-11-17]. (原始内容存档于2023-11-30) (英国英语). 
  6. ^ Ball Valve - How They Work. Tameson.com. [2023-08-31]. (原始内容存档于2024-01-03) (英语). 
  7. ^ Anix Valve USA - Industrial Wholesale Valve Manufacturer and Supplier. ANIX Valve USA - Stainless Steel and Carbon/Cast Steel Valves. anixusa.com. [2022-06-13]. (原始内容存档于2023-11-28). 
  8. ^ Types of Ball Valves (Floating, Trunnion). Projectmaterials. 2017-09-20 [2021-11-17]. (原始内容存档于2024-01-18) (美国英语). 
  9. ^ sshaik. Leading Ball Valve Manufacturer in India 2023 - Quality Solutions for Flow Control. Cair Euromatic Automation. 2023-06-19 [2023-06-19]. (原始内容存档于2023-09-27) (美国英语). 
  10. ^ TFM™ Technical Data Sheets. www.matweb.com. [2024-01-17]. (原始内容存档于2024-01-17).