球阀基础知识讲课讲稿.ppt
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1、球阀基础知识n n制技术的突飞猛进,以及各种密封新材料的不断制技术的突飞猛进,以及各种密封新材料的不断涌现,球阀产品将得到越来越广泛的应用。目前涌现,球阀产品将得到越来越广泛的应用。目前球阀产品不仅在一般工业管道得到了应用,而且球阀产品不仅在一般工业管道得到了应用,而且在西气东输、煤制油工程以及核工业、宇航工业在西气东输、煤制油工程以及核工业、宇航工业输送管线上得到普遍应用。输送管线上得到普遍应用。n n早在早在1919世纪世纪8080年代美国就开始设计球阀,但是当年代美国就开始设计球阀,但是当时缺乏适当的密封圈材料,限制了球阀产品的发时缺乏适当的密封圈材料,限制了球阀产品的发展。直到本世纪展
2、。直到本世纪5050年代,聚四氟乙烯等弹性密封年代,聚四氟乙烯等弹性密封材料的出现以及机床工业的发展才使球阀产品的材料的出现以及机床工业的发展才使球阀产品的发展出现转机并得到飞速发展。发展出现转机并得到飞速发展。n n二、球阀分类二、球阀分类n n球阀的结构型式和品种规格极其繁多,而且新产品新结构仍然在不断涌现。根据球阀的特点和用途,球阀可分为若干种类型。n n(一)按球体的支撑方式分类(一)按球体的支撑方式分类:可分为浮浮动球球阀和固定球球阀动球球阀和固定球球阀n n1、浮动球球阀:、浮动球球阀:其主要特点是球体无支撑轴,球体系藉阀门进、出口两端的阀座予以支撑,阀杆与球体为活动连接,见图91
3、。这种球阀的球体被两阀座夹持其中而呈“浮动状态”。球体通过阀杆借助于手柄或其他驱 n n动装置可以自由地在两阀座之间旋转。当球体的流道孔与动装置可以自由地在两阀座之间旋转。当球体的流道孔与阀门通道孔对准时,球阀呈开启状态,流体畅通,阀门的阀门通道孔对准时,球阀呈开启状态,流体畅通,阀门的流体阻力最小。当将球体转动流体阻力最小。当将球体转动9090时,球体的流道孔与阀时,球体的流道孔与阀门通道孔相垂直,球阀处于关闭状态,球体在流体压力的门通道孔相垂直,球阀处于关闭状态,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。
4、并保证密封。n n浮动球阀的主要优点:结构简单、制造方便、成本低廉、浮动球阀的主要优点:结构简单、制造方便、成本低廉、工作可靠。浮动球阀的密封性能与流体压力有关。在其他工作可靠。浮动球阀的密封性能与流体压力有关。在其他条件相同的情况下,一般来说压力越高越容易密封。但是条件相同的情况下,一般来说压力越高越容易密封。但是应考虑到阀座材料能否经受得住球体传递给它的载荷,因应考虑到阀座材料能否经受得住球体传递给它的载荷,因为流体压力在球体上所产生的作用力将全部传递给阀后阀为流体压力在球体上所产生的作用力将全部传递给阀后阀座。此外,对于较大尺寸的浮动球阀,当压力较高时,操座。此外,对于较大尺寸的浮动球阀
5、,当压力较高时,操作转矩增大,而且球体自重也较大,自重在阀座密封面上作转矩增大,而且球体自重也较大,自重在阀座密封面上所产生的压力分布是不均匀的,一般来说沿通道直径水平所产生的压力分布是不均匀的,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,导致阀座磨损不均面上半圈压力较小,下半圈压力较大,导致阀座磨损不均匀而发生渗漏。因此浮动球阀一般适用于匀而发生渗漏。因此浮动球阀一般适用于PN10PN10,DN200DN200的阀门。的阀门。n n为了使浮动球阀在较低的工作压力下具有良好的密封性能,球体与为了使浮动球阀在较低的工作压力下具有良好的密封性能,球体与阀座之间必须施加一定的预紧力。预紧
6、力不足,不能保证密封,而阀座之间必须施加一定的预紧力。预紧力不足,不能保证密封,而过大的预紧力又会使摩擦转矩增加,还可能导致阀座材料产生塑性过大的预紧力又会使摩擦转矩增加,还可能导致阀座材料产生塑性变形而破坏密封性能。对于低压球阀,可通过调整中法兰之间的密变形而破坏密封性能。对于低压球阀,可通过调整中法兰之间的密封垫片的厚度来限制其封垫片的厚度来限制其动球阀工作时的密封性与可靠性,设计时应动球阀工作时的密封性与可靠性,设计时应动球阀工作时的密封性与可靠性,设计时应动球阀工作时的密封性与可靠性,设计时应注意:注意:注意:注意:预紧力。预紧力。n n为为为为保保保保证证证证浮浮浮浮动动动动球球球球
7、阀阀阀阀工工工工作作作作时时时时的的的的密密密密封封封封性性性性与与与与可可可可靠靠靠靠性性性性,设设设设计计计计时时时时应应应应注注注注意:意:意:意:n n a.a.球球球球体体体体和和和和阀阀阀阀座座座座的的的的接接接接触触触触面面面面上上上上应应应应具具具具有有有有足足足足够够够够的的的的密密密密封封封封比比比比压压压压,但但但但要满足密封条件。要满足密封条件。要满足密封条件。要满足密封条件。n n b.b.阀座与阀体凹槽底面的密封比压应与球体接触面上阀座与阀体凹槽底面的密封比压应与球体接触面上阀座与阀体凹槽底面的密封比压应与球体接触面上阀座与阀体凹槽底面的密封比压应与球体接触面上的密
8、封比压相当。如密封比压不足可减小阀座底面外径的密封比压相当。如密封比压不足可减小阀座底面外径的密封比压相当。如密封比压不足可减小阀座底面外径的密封比压相当。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或加大内径,也可在底面开几条顶角为或加大内径,也可在底面开几条顶角为或加大内径,也可在底面开几条顶角为6060、深、深、深、深1-2mm1-2mm的的的的三角形同心圆槽。三角形同心圆槽。三角形同心圆槽。三角形同心圆槽。n n c.c.球体应有正确的几何形状及合适的表面粗糙度。球体应有正确的几何形状及合适的表面粗糙度。球体应有正确的几何形状及合适的表面粗糙度。球体应有正确的几何
9、形状及合适的表面粗糙度。n n d.d.合理选用密封材料合理选用密封材料合理选用密封材料合理选用密封材料n n目前较理想的施加预紧力的方法是采用弹性阀座的球阀,目前较理想的施加预紧力的方法是采用弹性阀座的球阀,弹性阀座能大大增加阀座本身的弹性变形范围,使之在低弹性阀座能大大增加阀座本身的弹性变形范围,使之在低压或高压下都能保持良好的密封性能。只要在弹性阀座有压或高压下都能保持良好的密封性能。只要在弹性阀座有弹性变形范围之内工作,就能基本保持其密封比压恒定,弹性变形范围之内工作,就能基本保持其密封比压恒定,使阀座不至因过载而损坏。弹性阀座的结构示例如下:使阀座不至因过载而损坏。弹性阀座的结构示例
10、如下:n n2 2、固固定定球球球球阀阀:球球体体与与上上、下下阀阀杆杆连连成成一一体体,或或制制成成整整体体连连轴轴式式球球,即即球球体体与与上上、下下阀阀杆杆锻锻(焊焊)成成一一体体装装在在轴轴承承上上,球球体体可可沿沿与与阀阀门门通通道道相相垂垂直直的的轴轴线线自自由由转转动动,但但不不能能沿沿通通道道轴轴线线移移动动。因因此此,固固定定球球阀阀工工作作时时,阀阀前前流流体体压压力力在在球球体体上上所所产产生生的的作作用用力力全全部部传传递递给给轴轴承承,不不会会使使球球体体向向阀阀后后阀阀座座移移动动,因因而而阀阀座座不不会会承承受受过过大大的的压压力力,所所以以固固定定球球阀阀的的转
11、转矩矩小小、阀阀座座变变形形小小,密密封封性性能能稳稳定定,使使用用寿寿命命长,适用于高压、大通径的场合。长,适用于高压、大通径的场合。n n n n固定球球阀的密封关键在于正确选用弹性密封阀座的结构形式,合理设计阀座固定球球阀的密封关键在于正确选用弹性密封阀座的结构形式,合理设计阀座的各部份尺寸,巧妙地借助于流体压力或弹簧作用力来达到密封要求。的各部份尺寸,巧妙地借助于流体压力或弹簧作用力来达到密封要求。n n(二)按球体安装方式分类(二)按球体安装方式分类(二)按球体安装方式分类(二)按球体安装方式分类n n可分为顶装式可分为顶装式(上装式上装式)、侧装式、斜装式等。对于侧装式球阀,根据使
12、用场合、侧装式、斜装式等。对于侧装式球阀,根据使用场合的不同以及通径的大小,阀体有整体式与分体式两种,分体式又分为二分体的不同以及通径的大小,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)。(两片式)与三分体(三片式)。n n1 1、上装式球阀、上装式球阀、上装式球阀、上装式球阀n n上装式球阀的结构特点是阀体做成整体,其上部设有阀盖,球体、密封圈、阀上装式球阀的结构特点是阀体做成整体,其上部设有阀盖,球体、密封圈、阀座均从阀体上部装入。上装式球阀的优点:检修或更换阀座时,不必将球阀从座均从阀体上部装入。上装式球阀的优点:检修或更换阀座时,不必将球阀从管线上拆下来,仅
13、打开阀盖,将球体吊出即可,这给地下管线,特别是原子能管线上拆下来,仅打开阀盖,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。对于三通、四通及多通球阀,因其球体较大,从任工业用球阀带来很大方便。对于三通、四通及多通球阀,因其球体较大,从任何一端通道装入或取出都不方便,而且多通球阀的阀体中腔本身就很大,采用何一端通道装入或取出都不方便,而且多通球阀的阀体中腔本身就很大,采用上装式比侧装式更为优越。上装式比侧装式更为优越。n n上装式球阀的缺点是阀体体积大,重量重,因此,一般不用于高压场合。上装式球阀的缺点是阀体体积大,重量重,因此,一般不用于高压场合。n n上装式球阀图例如下:
14、上装式球阀图例如下:n n 图例图例94 94 四通球阀(上装式)四通球阀(上装式)图例图例95 95 上装式固定球阀上装式固定球阀n n2 2、侧装式球阀、侧装式球阀、侧装式球阀、侧装式球阀n n(1 1)侧装整体式球阀)侧装整体式球阀n n球体从阀体一端装入,用螺套将阀座与球体固定并压紧。这种球阀结构简单,球体从阀体一端装入,用螺套将阀座与球体固定并压紧。这种球阀结构简单,零件数量少,制造及安装方便,适用于较小通径的场合,特别是对于粘稠或易零件数量少,制造及安装方便,适用于较小通径的场合,特别是对于粘稠或易结晶的介质,如尿素等需要将阀体作成保温夹套的场合几乎都是采用侧装整体结晶的介质,如尿
15、素等需要将阀体作成保温夹套的场合几乎都是采用侧装整体式结构。见图式结构。见图9696。图例94 四通球阀(上装式)图例95 上装式固定球阀n n2 2、侧装式球阀、侧装式球阀、侧装式球阀、侧装式球阀n n(1 1)侧装整体式球阀)侧装整体式球阀n n球体从阀体一端装入,用螺套将阀座与球体固定并压紧。球体从阀体一端装入,用螺套将阀座与球体固定并压紧。这种球阀结构简单,零件数量少,制造及安装方便,适用这种球阀结构简单,零件数量少,制造及安装方便,适用于较小通径的场合,特别是对于粘稠或易结晶的介质,如于较小通径的场合,特别是对于粘稠或易结晶的介质,如尿素等需要将阀体作成保温夹套的场合几乎都是采用侧装
16、尿素等需要将阀体作成保温夹套的场合几乎都是采用侧装整体式结构。整体式结构。n n(2 2)侧装二分体式球阀(两片式球阀)侧装二分体式球阀(两片式球阀)n n将阀体沿通道轴线相垂直的截面分为不对称的左右两半,将阀体沿通道轴线相垂直的截面分为不对称的左右两半,球体从截分面孔装入,左右两半阀体用法兰连接或螺纹连球体从截分面孔装入,左右两半阀体用法兰连接或螺纹连接的球阀。接的球阀。n n由于阀体分为两半,与整体式相比,半个阀体单件重量较由于阀体分为两半,与整体式相比,半个阀体单件重量较轻,铸造(锻造)及机械加工方便,这种球阀适于推广。轻,铸造(锻造)及机械加工方便,这种球阀适于推广。图图9191、92
17、92均为侧装二分体式球阀。均为侧装二分体式球阀。n n(3 3)侧装三分体式球阀(三片式球阀)侧装三分体式球阀(三片式球阀)n n对于公称尺寸较大的球阀,为方便加工制造及装配,常采对于公称尺寸较大的球阀,为方便加工制造及装配,常采用侧装三分体式结构,即将阀体在两阀座部位沿与通道轴用侧装三分体式结构,即将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,线条流畅,外形美观,制造方便,适宜于用小设右对称,线条流畅,外形美观,制造方便,适宜于用小设备制造大阀门。这种结构的缺点是增加了一对大法兰,阀备制造大阀门。这种结
18、构的缺点是增加了一对大法兰,阀体总重量有所增加。体总重量有所增加。图97 侧装三分体式球阀 n n(三)按球体结构分类(三)按球体结构分类(三)按球体结构分类(三)按球体结构分类n n1 1、整体球球阀、整体球球阀n n整体球球阀是球阀启、闭件最常用的结构形式。所谓整体整体球球阀是球阀启、闭件最常用的结构形式。所谓整体球,即是在一只完整的球体上加工出直通、三通及多通圆球,即是在一只完整的球体上加工出直通、三通及多通圆孔流道。此外,整体球的流道还可加工成圆锥形孔或其他孔流道。此外,整体球的流道还可加工成圆锥形孔或其他形状的流通截面,这种特殊截面形状的球阀一般作为节流形状的流通截面,这种特殊截面形
19、状的球阀一般作为节流阀用。阀用。n n直通式球阀直通式球阀n n流体通过阀门后不改变流动方向,通过驱动装置操纵球体,流体通过阀门后不改变流动方向,通过驱动装置操纵球体,使之截断或接通管道中的流体。直通式球阀是最基本、最使之截断或接通管道中的流体。直通式球阀是最基本、最普通,也是使用最广泛的一种球阀。图普通,也是使用最广泛的一种球阀。图9191、9292均为直均为直通式球阀。通式球阀。n n直角式球阀直角式球阀n n其特点是进、出口通道成其特点是进、出口通道成9090相交,球体的流道呈相交,球体的流道呈L L形。形。流体通过直角式球阀后,要产生流体通过直角式球阀后,要产生9090转弯。转弯。n
20、nL L形三通球阀形三通球阀n n如下图如下图9898所示,所示,L L形三通球阀的阀体分三个通道,其中形三通球阀的阀体分三个通道,其中B B、C C通道共轴,通道共轴,A A通道与通道与B B、C C相垂直。相垂直。T形三通球阀T形三通球阀的球体加工成相互垂直的T形,其他结构原理与L形三同相同。见图99所示。n nY Y形三通球阀形三通球阀n n2 2、半球体球阀、半球体球阀n n球阀往往是依靠阀前或阀后阀球阀往往是依靠阀前或阀后阀座达到单向密封,只有极个别座达到单向密封,只有极个别特殊场合才使用阀前、阀后双特殊场合才使用阀前、阀后双向密封。因此,在通常情况下向密封。因此,在通常情况下只有一
21、半球面起密封作用,于只有一半球面起密封作用,于是产生了如图所示的半球体球是产生了如图所示的半球体球阀。阀。n n半球体球阀的主要特点上重量半球体球阀的主要特点上重量轻、球体精加工表面积小,因轻、球体精加工表面积小,因此这种结构球阀近年来逐步受此这种结构球阀近年来逐步受到重视。到重视。n nV V形球阀属半球体球阀,但其形球阀属半球体球阀,但其设计构思与用途却不同,主要设计构思与用途却不同,主要用输送纤维、纸浆等粘稠性介用输送纤维、纸浆等粘稠性介质。球体上的质。球体上的V V形口能起切断形口能起切断机作用,以避免纤维物料在球机作用,以避免纤维物料在球体、阀体和阀座之间。此外,体、阀体和阀座之间。
22、此外,V V形球阀还可广泛用来调节流形球阀还可广泛用来调节流体流量。体流量。n n(四)按球阀用途分(四)按球阀用途分(四)按球阀用途分(四)按球阀用途分n n上述介绍了按结构形式分类的各种普通用途球阀。在特殊上述介绍了按结构形式分类的各种普通用途球阀。在特殊工况下使用的球阀,按球阀用途可分为真空球阀、低温及工况下使用的球阀,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、耐腐蚀衬里球阀、耐超低温球阀、高温球阀、保温球阀、耐腐蚀衬里球阀、耐磨球阀、收发球球阀、全塑球阀以及多功能球阀等。磨球阀、收发球球阀、全塑球阀以及多功能球阀等。n n1 1、真空球阀、真空球阀n n在真空场合
23、使用的球阀即真空球阀。在结构上,真空球阀在真空场合使用的球阀即真空球阀。在结构上,真空球阀与一般球阀并无特殊之处,只是在选材、加工及试验要求与一般球阀并无特殊之处,只是在选材、加工及试验要求上必须满足真空技术要求。作为真空球阀,零件材质必须上必须满足真空技术要求。作为真空球阀,零件材质必须致密,阀体内表面需经机械加工或抛光,零件装配前需经致密,阀体内表面需经机械加工或抛光,零件装配前需经严格清洗,装配好的阀门必须严格保持清洁,以保证抽真严格清洗,装配好的阀门必须严格保持清洁,以保证抽真空和保持真空度。空和保持真空度。n n由于在真空下作业,球阀不能靠流体压力推动球体压紧阀由于在真空下作业,球阀
24、不能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,而只能靠预座或流体压力推动阀座压紧球体来达到密封,而只能靠预紧力达到密封。为补偿阀座的磨损、保持密封力恒定,真紧力达到密封。为补偿阀座的磨损、保持密封力恒定,真空球阀宜采用弹性阀座的密封结构。空球阀宜采用弹性阀座的密封结构。n n真空阀门的设计和性能测试按真空阀门的设计和性能测试按ZBJ78005ZBJ78005真空阀门技术条真空阀门技术条件和件和ZBJ78006ZBJ78006真空阀门性能测量方法进行。真空阀门性能测量方法进行。n n2 2、低温及超低温球阀、低温及超低温球阀n n在低温及超低温介质工况使用的球阀称为低温及超
25、低温球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满足以下要求:阀。低温及超低温球阀应满足以下要求:n n 冷损失小;冷损失小;n n 在低温环境下工作可靠;在低温环境下工作可靠;n n 热容量小;热容量小;n n 结构简单、流体阻力小;结构简单、流体阻力小;n n 阀体适宜于安装在保温箱里,但阀门的启、闭机构应露阀体适宜于安装在保温箱里,但阀门的启、闭机构应露在保温箱外。在保温箱外。n n低温阀门最突出的问题是填料密封问题。在低温下,填料低温阀门最突出的问题是填料密封问题。在低温下,填料的弹性消失,密封性能大大降低,流体很容易从填料函处的弹性消失,密封性能大大降低
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