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球閥原理

球閥_百度百科

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  球閥(ball valve ),啟閉件(球體)由閥桿帶動,并繞球閥軸線作旋轉運動的閥門。亦可用于流體的調節與控制,其中硬密封V型球閥其V型球芯與堆焊硬質合金的金屬閥座之間具有很強的剪切力,特別適用于含纖維、微小固體顆料等的介質。而多通球閥在管道上不僅可靈活控制介質的合流、分流、及流向的切換,同時也可關閉任一通道而使另外兩個通道相連。本類閥門在管道中一般應當水平安裝。球閥按照驅動方式分為:氣動球閥電動球閥,手動球閥。

  著科學技術的飛速發展,生產工藝及產品結構的不斷改進,在短短的40年時間里,已迅速發展成為一種主要的閥類。在西方工業發達的國家,球閥的使用正在逐年不斷的上升。

  在我國,球閥被廣泛的應用在石油煉制、長輸管線、化工、造紙、制藥、水利、電力、市政、鋼鐵等行業,在國民經濟中占有舉足輕重的地位。它具有旋轉90度的動作,旋塞體為球體,有圓形通孔或通道通過其軸線。

  球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質的流動方向,它只需要用旋轉90度的操作和很小的轉動力矩就能關閉嚴密。球閥最適宜做開關、切斷閥使用,V型球閥電動閥門除應注意管道參數外,尚應特別注意其使用的環境條件,由于電動閥門中的電動裝置是一機電設備,其使用狀態受其使用環境影響很大。通常狀態下,電動球閥蝶閥在以下環境使用要特別注意。

  密封圈是合金鋼堆焊,所以硬密封球閥在開關時不會產生太大的磨損。(它的硬度系數為65-70):

  二、密封性能好;由于硬密封球閥的密封是采用人工研磨,直到閥芯與密封圈完全吻合才能使用。所以他的密封性能是可靠的。

  三、開關輕;由于硬密封球閥的密封圈底部采用彈簧使密封圈與閥芯緊緊抱在一起,所以在外界力量超過彈簧的預緊力時開關非常輕。

  四、使用壽命長:已廣泛應用于石油、化工、發電、造紙、原子能、航空、火箭等各部門,以及人們日常生活中。

  氣動球閥結構簡單緊湊,密封可靠,維修方便,密封面與球面常在閉合狀態,不易被介質沖蝕,易于操作和維修,適用于水 、溶劑、酸和天然氣等一般工作介質,主要用于截斷或接通管路中的介質,亦可用于流體的調節與控制。

  氣動球閥與其它種類閥門相比,具有角行程輸出扭矩,開啟迅速、平穩可靠,適用廣泛,以及以下一些優點:

  2、防靜電功能:在球體、閥桿、閥體之間設置彈簧,能將開關過程中產生的靜電導出。

  3、由于聚四氟乙烯等材料具有良好的自潤滑性,與球體的摩擦損失小,故氣動球閥的使用壽命長。

  4、流體阻力小:氣動球閥是所有閥門分類中流體阻力最小的一種,即使是縮徑氣動球閥,其流體阻力也相當小。

  5、閥桿密封可靠:由于閥桿只作轉動運動而不做升降運動,閥桿的填料密封不易破壞,且密封能力隨著介質壓力的增高而增大。

  6、閥座密封性能好:采用聚四氟乙烯等彈性材料制成的密封圈,結構易于密封,而且氣動球閥的閥封能力隨著介質壓力的增高而增大。

  9、緊密可靠。它有兩個密封面,而且球閥的密封面材料廣泛使用各種塑料,密封性好,能實現完全密封。在真空系統中也已廣泛使用。

  10、操作方便,開閉迅速,從全開到全關只要旋轉90°,便于遠距離的控制。

  11、維修方便,球閥結構簡單,密封圈一般都是活動的,拆卸更換都比較方便。

  12、在全開或全閉時,球體和閥座的密封面與介質隔離,介質通過時,不會引起閥門密封面的侵蝕。

  13、適用范圍廣,通徑從小到幾毫米,大到幾米,從高真空至高壓力都可應用。

  14、由于球閥在啟閉過程中有擦拭性,所以可用于帶懸浮固體顆粒的介質中。

  15、加工精度高,造價昂貴,高溫中不宜使用,如管道內有雜質,容易被雜質堵塞,導致閥門無法打開。

  2、空氣閥:充水時,排除空氣服用浮筒自行關閥;排水時,補充空氣用,浮筒自行下降;

  3、泄壓閥:開啟關閉活門時,排除活門及密封蓋之間的壓力水,以免磨損密封蓋;

  球閥分有:浮動式球閥、固定式球閥、軌道球閥、V型球閥、三通球閥、不銹鋼球

  閥、鑄鋼球閥、鍛鋼球閥、卸灰球閥、抗硫球閥、氣動球閥、電動球閥、卡套球閥、焊接球閥。

  1. 金屬材料閥門:如碳鋼閥門、合金鋼閥門、不銹鋼閥門、鑄鐵閥門、鈦合金閥門、蒙乃爾閥門、銅合金閥門、鋁合金閥門、鉛合金閥門等。

  2. 金屬閥體襯里閥門:如襯膠閥門、襯氟閥門、襯鉛閥門、襯塑閥門、襯搪瓷閥門。

  球閥的球體是浮動的,在介質壓力作用下,球體能產生一定的位移并緊壓在出口端的密封面上,保證出口端密封。

  密封性好,但球體承受工作介質的載荷全部傳給了出口密封圈,因此要考慮密封圈材料能否經受得住球體介質的工作載荷,在受到較高壓力沖擊時,球體可能會發生偏移。這種結構,一般用于中低壓球閥。

  球閥的球體是固定的,受壓后不產生移動。固定球球閥都帶有浮動閥座,受介質壓力后,閥座產生移動,使密封圈緊壓在球體上,以保證密封。通常在與球體的上、下軸上裝有軸承,操作扭距小,適用于高壓和大口徑的閥門。

  為了減少球閥的操作扭矩和增加密封的可靠程度,又出現了油封球閥,既在密封面間壓注特制的潤滑油,以形成一層油膜,即增強了密封性,又減少了操作扭矩,更適用高壓大口徑的球閥。

  球閥的球體彈性的。球體和閥座密封圈都采用金屬材料制造,密封比壓很大,依靠介質本身

  彈性球體是在球體內壁的下端開一條彈性槽,而獲得彈性。當關閉通道時,用閥桿的楔形頭使球體漲開與閥座壓緊達到密封。在轉動球體之前先松開楔形頭,球體隨之恢復原原形,使球體與閥座之間出現很小的間隙,可以減少密封面的摩擦和操作扭矩。

  Qv347、Qv647、Qv947 V型調節球閥由于球芯帶有 V 型結構,對閥座具有剪切作用。因此適用于造紙、化工、冶金等工業企業中含有纖維或微小固體顆粒的懸濁液介質中對有關工藝參數的控制,特別適用于制漿、造紙生產過程中的紙漿、白水、黑液、白液等懸浮顆粒的流體及濃、濁漿狀流體介質的自動調節。

  這種V型球閥屬于固定球閥,也是單閥座密封球閥,調節性能是球閥中最佳的,流量特性是等百分比的,可調比達100:1。它的V型切口與金屬閥座之間具有剪切作用,特別適合含纖維、微小固體顆粒、料漿等介質

  三通球閥有T型和L型。T型能使三條正交的管道相互聯通和切斷第三條通道,起分流、合流作用。L型只能連接相互正交的兩條管道,不能同時保持第三條管道的相互連通,只起分配作用。

  1、三通球閥在結構上采用一體化結構,4面閥座的密封型式,法蘭連接少,可靠性高,設計實現了輕量化。

  3、球閥按作用式分單作用和雙作用兩種型式,單作用式的特點是一旦動力源發生故障時,球閥將處于控制系統要求的狀態。

  3. 緊密可靠,且球閥的密封面材料廣泛使用塑料、密封性好,在真空系統中也已廣泛使用。

  4. 操作方便,開閉迅速,從全開到全關只要旋轉90°,便于遠距離的控制。

  5. 維修方便,球閥結構簡單,密封圈一般都是活動的,拆卸更換都比較方便。

  6. 適用范圍廣,通徑從小到幾毫米,大到幾米,高真空或高壓力都可應用。

  此類閥門為現有礦井常用高壓球閥,它承受壓力高,采用U型卡快接方式,在礦井日常生產使用中能夠實現快速安裝及拆卸,方便使用。

  卸灰球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質的流動方向。 卸灰球閥按結構形式可分:浮動球式、固定球式、彈性球式.卸灰球閥主要用于截斷或接通管路中的介質,亦可用用于流體的調節與控制,卸灰球閥與其它閥門種類相比,具有角行程輸出扭矩,開啟迅速、平穩可靠,適用廣泛。卸灰球閥的工作原理是靠旋轉閥戀來使閥門暢通或閉塞

  電動球閥構造只由少數幾個零件組成,資料耗用省;體積小、重量輕、安裝尺寸小 電動球閥結構圖,驅動力矩小, 壓力調節閥,操作簡便、敏捷,只需旋轉90°即可快速啟閉;并且還同時具有良好的流量調節功效和封閉密封特性,在大中口徑、中低壓力的應用范疇,電動球閥是主導的閥門情勢。電動球閥處于完整開啟地位時,蝶板厚度是介質流經閥體時的阻力,因此通過該閥門所發生的壓力降很小,故具有較好的流量把持特征。電動球閥有彈密封和金屬的密封兩種密封型式。彈性密封閥門,密封圈可以鑲嵌在閥體上或附在蝶板周邊。 采取金屬密封的閥門一般比彈性密封的閥門壽命長,但很難做到完整密封。金屬密封能適應較高的 工作溫度,彈性密封則具有受溫度限制的缺 點。 假如請求電動球閥作為流量把持使用,重要的是準確選擇閥門的尺寸和類型。電動球閥的構造原理尤其合適制造大口徑閥門。電動球閥不僅在石油、煤氣、化工、水處置等一般產業上得到普遍運用,而且還利用于熱電站的冷卻水體系。 常用的電動球閥有對夾式電動球閥和法蘭式電動球閥兩種。對夾式電動球閥是用雙頭螺栓將閥門連接在兩管道法蘭之間,法蘭式電動球閥是閥門上帶有法蘭,用螺栓將閥門上兩端法蘭銜接在管道法蘭上。 閥門的強度性能是指閥門蒙受介質壓力的才能。閥門是蒙受內壓的機械產品,因而必需具有足夠的強度和剛度,以保證長期使用而不產生決裂或發生變形。氣動球閥由球閥配置氣動執行器組成,氣動執行器分為雙作用型氣動執行器和單作用型氣動執行器,通過電磁閥控制,實現球閥開關動作。氣動球閥可實現智能化控制,快速開啟或關閉管路,能有效的對管網進行控制和管理。

  1、公稱壓力或壓力級:PN1.0-32.0MPa、ANSI CLASS 150-900、JIS10-20K;

  5、驅動方式:手動、蝸輪蝸桿傳動、氣動、電動、液動、氣液聯動、電液聯動;

  6、閥體材料:WCB、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、CF8(304)、CF3(304L)、CF8M(316)、CF3M (316L)、Ti。選用不同的材質,可分別適用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氧化性介質、尿素等多種介質。

  使用PTFE或RTFE材質的閥座和密封件,其他類型的閥座和密封件的操作溫度,應受到KI工廠的檢核。

  閥的公稱壓力等級(PN),可表明閥在正常溫度狀態下的最大工作壓力。(例如:PN4.0,表明其操作溫度在-190C~380C時的最大工作壓力為40 Bar(4.0MPa))。

  球閥長期以來受物料沖刷,產生摩擦,造成嚴重的沖擊磨損,不能滿足正常生產,同時造成了設備使用期的縮短。當下針對球閥磨損多采用耐磨材料,如陶瓷材料,高分子復合材料等方法,應用較多的有技術體系。高分子材料具有優越的粘著性能,超強耐磨性能,安全的解決了金屬經常磨損的弊端,確保了企業設備的正常生產。而且材料中的獨特的陶瓷材料和特殊的表面強化劑,使其在最惡劣的干磨環境里耐磨和抗物理沖擊性能優于任何鋼鐵甚至超過瓷磚,產品與煤的不親和性能是防止積煤的理想材料。

  對于上述環境中的電動球閥,其電動裝置結構、材料和防護方式皆不同。因此,應依據上述義務環境選擇相應的閥門電動裝置。依據工程控制要求,對電動球閥來講,其控制功能是由電動裝置來完成的。應用電動球閥的宗旨,就是對閥門的開、閉以及調節聯動完成非人工的電氣控制或計算機控制。電動裝置應用已不只是為了勤儉人力了。由于不同廠家產品的功能和質量區別較大,因此,選擇電動裝置和選擇所配閥門對工程同等重要。由于工業自動化水平的要求始終提高,一方面對電動閥門的應用量越來越多,另一方面對電動閥門的控制要求也越來越高,越來越復雜。所以電動閥門在電氣控制方面的設計也在始終更新。隨著使用要求不斷提高及計算機的普及應用,新型的、多樣的電氣控制方式將始終地出現。對電動閥門總體控制方面的推敲,應注意選擇電動閥門的控制方式。例如,依據工程需要,是否應用集中控制方式,還是單臺控制方式,是否與其他設備聯動,次序控制還是應用計算機次序控制等等,其控制原理都不一樣。閥門電動裝置廠家樣本給出的僅是標準電氣控制原理,因此應用部門應與電動裝置消耗廠進行技術交底,清楚技術要求。

  2)安裝前應按規定的信號(電或氣)進行整機測試(防止因運輸產生振動影響使用性能),合格后方可上線安裝(接線按電動執行機構線)準備與管道連接前,須沖洗和清除干凈管道中殘存的雜質(這些物質可能會損壞閥座和球)。

  4)在安裝期間,請不要用閥的執行機構部分作為起重的吊裝點,以避免損壞執行機構及附件。

  6)安裝點附近的管道不可有低垂或者承受外力的現象,可以用管道支架或者支撐物來消除管線)與管道連接后,請用規定的扭矩交叉鎖緊法蘭連接螺栓。

  由于球閥通常用橡膠、尼龍和聚四氟乙烯作為閥座密封圈材料,因此它的使用溫度受到閥座密封圈材料的限制。球閥的截止作用是靠金屬球體在介質的作用下,于塑料閥座之間相互壓緊來完成的(浮動球球閥)。閥座密封圈在一定的接觸壓力作用下,局部地區發生彈塑變形。這一變形可以補償球體的制造精度和表面粗糙度,保證球閥的密封性能。

  又由于球閥的閥座密封圈通常采用塑料制成,故在選擇球閥的結構和性能上,要考慮球閥的耐火和防火,特別是在石油、化工、冶金等部門,在易燃、易爆介質的設備和管路系統中使用球閥,更應注意耐火和防火。

  通常,在雙位調節、密封性能嚴格、泥漿、磨損、縮口通道、啟閉動作迅速(1/4轉啟閉)、高壓截止(壓差大)、低噪聲、有氣穴和氣化現象、向大氣少量滲漏,操作力矩小、流體阻力小的管路系統中,推薦使用球閥。

  球閥也適用于輕型結構、低壓截止(壓差小)、腐蝕性介質的管路系統中。在低溫(深冷)裝置和管路系統中也可選用球閥。在冶金行業的氧氣管路系統中,需使用經過嚴格脫脂處理的球閥。在輸油管線和輸氣管線中的主管線需埋設在地下時,需使用全通徑焊接式球閥。在要求具有調節性能時,需選用帶V形開口的專用結構的球閥。在石油、石油化工、化工、電力、城市建設中,工作溫度在200度以上的管路系統可選用金屬對金屬密封的球閥。

  2)閥的操作按執行機構輸入信號大小帶動閥桿旋轉完成:正向旋轉1/4圈(90°)時,閥關斷。反向旋轉1/4圈(90°)時,閥開啟。

  3)當執行機構方向指示箭頭與管線平行時,閥門為開啟狀態;指示箭頭與管線垂直時,閥門為關閉狀態。

  擁有較長的使用壽命和免維修期,將依賴以下幾個因素:正常的工作條件、保持和諧的溫度/壓力比,以及合理的腐蝕數據

  維修前:解除管線壓力并使閥門處于打開位置;斷開電源或氣源;將執行機構與支架脫離

  分解及再裝配時必須小心防止損傷零件的密封面,特別是非金屬零件,取出O 型圈時宜使用專用工具

  清洗劑應與球閥中的橡膠件、塑料件、金屬件及工作介質(例如燃氣)等均相容。工作介質為燃氣時,可用汽油(GB484-89)清洗金屬零件。非金屬零件用純凈水或酒精清洗

  清洗后需待被洗壁面清洗劑揮發后(可用未浸清洗劑的綢布擦)進行裝配,但不得長時間擱置,否則會生銹、被灰塵污染

  裝配時應不允許有金屬碎屑、纖維、油脂(規定使用的除外)灰塵及其它雜質、異物等污染、粘附或停留在零件表面上或進入內腔,若填料處有微泄發生,須再鎖緊閥桿螺母。

  依序拆卸驅動裝置-執行機構、連接支架、防松墊圈、閥桿螺母、蝶形彈片、格南、耐磨片、閥桿填料。

  清洗和檢查拆下零件,強烈推薦用備用零件包更換其閥座及閥蓋墊圈等密封件。

  安裝執行機構后,輸入相應的信號通過旋轉閥桿帶動閥芯旋轉,使閥門至打開和關閉位置。

  球閥的啟閉件是個球體,球體繞閥體中心線作旋轉來達到開啟、關閉的一種閥門。

  7)、全開或全閉時,球體和閥座的密封面與介質隔離,介質通過不會引起閥門密封面的侵蝕。

  1)、常用的球閥按其工作原理分為浮動式球閥、固定式球閥、升降桿式球閥等。

  2)、球閥按其通道位置可分為直通式,三通式和直角式。后兩種球閥用于分配介質與改變介質的流向。

  3)、閥門安裝前必須進行外觀檢查,閥門的銘牌應符合現行國家標準《通用閥門標志》GB 12220的規定。對于工作壓力大于1.0 MPa 及在主干管上起到切斷作用的閥門,安裝前應進行強度和嚴密性能試驗,合格后方準使用。強度試驗時,試驗壓力為公稱壓力的1.5倍,持續時間不少于5min,閥門殼體、填料應無滲漏為合格。嚴密性試驗時,試驗壓力為公稱壓力的1.1倍;試驗壓力在試驗持續的時間應符合GB 50243標準要求,以閥瓣密封面無滲漏為合格。

  《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》 GB/T 17219-1998

  (1)必須先查明球閥上、下游管道確已卸除壓力后,才能進行拆卸分解操作。

  (4)清洗劑應與球閥中的橡膠件、塑料件、金屬件及工作介質(例如燃氣)等均相容。工作介質為燃氣時,可用汽油(GB484-89)清洗金屬零件。非金屬零件用純凈水或酒精清洗。

  (5)分解下來的每單個球閥零件可以用浸洗方式清洗。尚留有未分解下來的非金屬件的金屬件可采用干凈的細潔的浸漬有清洗劑的綢布(為避免纖維脫落粘附在零件上)擦洗。清洗時須去除一切粘附在壁面上的油脂、污垢、積膠、灰塵等。

  (6)球閥分解及再裝配時必須小心防止損傷零件的密封面,特別是非金屬零件,取出O型圈時宜使用專用工具。

  (7)清洗后需待被洗壁面清洗劑揮發后(可用未浸清洗劑的綢布擦)進行裝配,但不得長時間擱置,否則會生銹、被灰塵污染。

  (9)使用潤滑脂潤滑。潤滑脂應與球閥金屬材料、橡膠件、塑料件及工作介質均相容。工作介質為燃氣時,可用例如特221潤滑脂。在密封件安裝槽的表面上涂一薄層潤滑脂,在橡膠密封件上涂一薄層潤滑脂,閥桿的密封面及摩擦面上涂一薄層潤滑脂。

  (10)裝配時應不允許有金屬碎屑、纖維、油脂(規定使用的除外)灰塵及其它雜質、異物等污染、粘附或停留在零件表面上或進入內腔。

  優點:①具有最低的流阻(實際為0);②因在工作時不會卡住(在無潤滑劑時),故能可靠地應用于腐蝕性介質和低沸點液體中;③在較大的壓力和溫度范圍內,能實現完全密封;④可實現快速啟閉,某些結構的啟閉時間僅為0.05~0.1s,以保證能用于試驗臺的自動化系統中。快速啟閉閥門時,操作無沖擊。⑤球形關閉件能在邊界位置上自動定位;⑥工作介質在雙面上密封可靠;⑦在全開和全閉時,球體和閥座的密封面與介質隔離,因此高速通過閥門的介質不會引起密封面的侵蝕;⑧結構緊湊、重量輕,可以認為它是用于低溫介質系統的最合理的閥門結構;⑨閥體對稱,尤其是焊接閥體結構,能很好地承受來自管道的應力;⑩關閉件能承受關閉時的高壓差。⑾全焊接閥體的球閥,可以直埋于地下,使閥門內件不受浸蝕,最高使用壽命可達30年,是

  缺點:①因為球閥最主要的閥座密封圈材料是聚四氟乙烯,它對幾乎所有的化學物質都有是惰性的,且具有摩擦系數小、性能穩定、不易老化、溫度適用范圍廣和密封性能優良的綜合性特點。但聚四氟乙烯的物理特性,包括較高的膨脹系數,對冷流的敏感性和不良的熱傳導性,要求閥座密封的設計必須圍繞這些特性進行。所以,當密封材料變硬時,密封的可靠性就受到破壞。而且,聚四氟乙烯的耐溫等級較低,只能在小于180℃情況下使用。超過此溫度,密封材料就會老化。而考慮長期使用的情況下,一般只會在120℃下使用。②它的調節性能相對于截止閥要差一些,尤其是氣動閥(或電動閥)。

  楊國強,李志鵬. 基于Fluent的球閥內部流場的仿真模擬及研究[J]. 機械科學與技術,2014,33(12):1880-1883.

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