1. 介绍

At their essence, globe valve vs ball valve differ in how they control flow:

• 地球阀: 使用线性移动插头 (光盘) 调整自身与固定座位之间的缝隙, creating a tortuous flow path that enables precise flow tuning.
  它们是流速准确性的应用的黄金标准 (±2%) 很关键.
• 球阀: 使用旋转球形球 (与港口) 与管道一致 (打开) 或阻止它 (关闭).
  他们的四分之一转 (90°) 操作可以快速驱动, 他们的直通流动路径可最大程度地减小压力下降 - 理想的高流量, 低循环服务.

两种阀门类型都可以执行关闭职责, 但是它们在内部几何形状上有根本差异, 液压行为, 密封方法, 致动需求和长期可操作性.

本文从多个工程角度进行了比较，并为选择提供了实用的指导.

2. 什么是地球阀?

一个 地球阀 是一个 线性运动阀 主要设计 流量调节和节流, 而不仅仅是隔离.

它的名称起源于传统的球形形状, 尽管现代设计可用于 Z体, Y体, 和角色配置 平衡流量效率和压降.

与四分之一转动阀不同 (例如。, 球阀), 地球阀的 轴向移动的插头和座椅排列 允许它精确控制整个中风 (0–100％).

这使地球阀成为 过程控制应用程序的首选选择 准确调制的地方, 稳定, 需要重复性.

全球, 地球阀受行业标准（例如:

• API 623 (化石燃料发电厂的地球阀的要求)
• ASME B16.34 (压力 - 温度等级和设计标准)
• IEC 60534 (控制阀尺寸和流动特性)

工作原理

地球阀通过三个关键步骤操作:

• 开场: 执行器 (手轮/电气/气动) 垂直抬起插头, 增加插头和座椅之间的流动区域.
  曲折的流道 (z/y角体) 创建受控的湍流, 部分开口处的稳定流量.
• 关闭: 降低插头可减少流动区域, 压降下降和流量减慢. 软式插头压在座椅上，以达到紧密的关闭.
• 节流: 插头的位置 (例如。, 30% 打开) 保持一致的流速.
  抛物线或V-Notched插头设计可确保线性或相等的流量特征 (Per IEC 60534-2-1), 过程控制至关重要.

关键组件

3. 什么是球阀?

一个 球阀 是一个 四分之一旋转的旋转阀 使用球形闭合元件 (“球”) 用中央孔开始或停止流体流动.

当孔与管道对齐时, 阀完全打开; 旋转90°时, 孔垂直于管道, 阻塞流.

球阀是根据国际标准定义的:

• API 608 / 6d大火 (球阀设计和管道和过程服务的测试要求)
• ASME B16.34 (压力 - 温度等级, 设计标准)
• ISO 17292 (金属- 和软件球阀用于工业用途)

他们很珍贵 低工作扭矩, 快速关闭功能, 密封密封 (ANSI/FCI类VI泡泡密度泄漏), 和紧凑的结构, 使它们广泛用于油 & 气体, 化学, 水, 和HVAC工业.

工作原理

球阀通过三个关键步骤操作:

• 开场: 执行器将球旋转90°顺时针/逆时针, 将球的端口与管道对齐. 流动直接穿过端口，电阻最小.
• 关闭: 旋转球90°会阻塞管道 - 球的球形表面压在座椅上(s) 停止流动.
  浮球设计使用线压来增强密封; Trunnion设计使用弹簧进行双向关闭.
• 节流 (有限的): V-port球阀 (带有缺口端口) 可以调节流程, 但是它们的流动特性不如地球阀稳定 (±5％精度与. ±2%).

关键组件

4. 设计 & 地球阀的内部几何形状与球阀

地球阀设计

• 流道: 地球阀使用 曲折s- 或Z形流道, 迫使流体在插头和座椅上方改变方向.
• 闭合元素: 一个 插头 (光盘) 线性移动到座环, 由茎控制.
  这种几何形状使地球阀非常适合 节流和流量调节 因为插头位置与流动区域相关.
• 座位 & 插头接口: 这 茎的轴向力 将插头压入座椅, 产生可靠的关闭.
  抛物线和V-Notched插头提供可预测的 线性或等级流量特征.
• 压降: 曲折路径增加 头部损失 - 压降可能比通过相同孔大小的球阀高3-5倍.
• 身体模式:

• • Z体: 标准, 最高压降, 限制性.
  • Y体: 倾斜的流路将ΔP降低〜30％.
  • 角色: 90°转, 适用于角落安装或浆料服务.

球阀设计

• 流道: 球阀使用 直通孔. 在全端口设计中, 孔等于管道直径, 导致 几乎为零的压降 (简历接​​近直管).
• 闭合元素: 一个 旋转球形球 带有钻孔, 由四分之一的茎操作.
• 座椅设计: 球密封在 弹性或金属座椅 高接触压力. 这提供了 泡泡密度关闭 但是由于侵蚀风险而限制限制.
• 压降: 减少端口球会产生一些限制 (ΔP增加了〜5–10％), 但仍然远远低于地球阀.
• 身体结构:

• • 浮球: 简单的, 最多〜6英寸尺寸, 座椅从上游压力密封.
  • Trunnion安装的球: 支撑的球, 适合 大直径和高压 (6d大火).
  • V-port球: 专门用于节流, 设计成像控制阀.

5. 性能指标

性能 地球阀vs球阀 可以使用标准化工程指标（例如流量系数）来量化 (简历), 压降 (ΔP), 节流准确性, 和致动动力.

这些参数直接影响能源效率, 过程稳定性, 和生命周期成本.

比较性能数据 (12-英寸, 碳钢, 班级 300)

关键绩效见解

能源效率

球阀在管道服务中表现出色. 例如, 一个 12-英寸油管道 (100,000 bbl/天) 使用球阀节省了估计的 $180,000 每年抽水 与地球阀相比, 由于一个 67% 降低压力 (5 psi vs. 15 psi).

节流稳定性

地球阀优越 精确的流量控制, 维护 ±2％精度 在10-90％的开业中.
相比之下, V-Port Ball Valves提供中等控制 (±5％) 但是失去稳定性 低开口 (<30%), 使它们不太适合 药剂剂量或化学计量.

致动速度

球阀驱动 4–30×快速 比地球阀. 在 紧急关闭 (ESD) 系统, 这种速度优势将响应时间减少 到 90%, 这可能是安全关闭和灾难性故障之间的区别.

压力 & 温度能力

两个设计都可以处理 高温 (到 815 °C) 金属座椅服务.

然而, Trunnion安装的球阀 实现更高的 压力等级 (班级 4500) 与地球阀相比 (班级 3000).

耐用性 & 生命周期

地球阀, 具有硬化的装饰选项, 可以实现 100,000+ 周期, 使它们非常适合频繁进行节流.

球阀, 特别是软式的, 寿命较短 (30,000–50,000个周期) 除非升级为 金属座的设计.

6. Sealing performance & 泄漏类

• 泄漏类 (行业): 软式球阀可以实现 ANSI/FCI 70-2 VI类 (泡泡密条).
  具有弹性座椅的地球阀也可能达到VI级; 金属对金属座位通常会根据完成.
• 双向密封: 球阀 (浮动或变形类型) 通常提供可靠的双向密封;
  地球阀可以用于双向密封，但许多地球阀都针对一个方向进行了优化 (上游压力辅助密封).
• 磨损的效果 & 固体: 球阀软座可能会被磨料颗粒损坏;
  与适当的笼子和上游过滤一起使用时，具有健壮的饰物的地球阀可以更好地耐受颗粒状的液体.

7. 运行速度, 致动, 和执行器的兼容性

• 运行速度: 球阀 - 四分之一转 (通常 <2 带有气动执行器);
  地球阀 - 多个转弯; 致动时间取决于大小 (大型手动齿轮操作员的分钟).
• 执行器的兼容性:

• • 球阀: 与四分之一转动的执行器高度兼容 (气齿轮和小豆, 苏格兰轭, 电动四分之一). ISO 5211 安装很常见.
  • 地球阀: 需要多转动执行器 (电力多转, 气动线性, 液压线性).
    执行器必须提供足够的推力 (轴向力) 在差压上移动插头.

• 控制集成: 地球阀通常装有定位器和数字位置反馈，以进行精确控制.
  带有控制装饰的球阀也可以仪器，但需要不同的阀位置特征.

8. 压力 - 温度能力 & 物质考虑

• 压力等级: 两种阀类型都可以在普通压力类别中使用 (ansi 150 / 300 / 600 / 900 / 1500). 选择取决于身体设计和材料.
  地球阀通常用于高温蒸汽服务; 带柔软座椅的球阀被座位材料限制. 金属座的球阀扩展了温度能力.
• 温度限制: 柔软的座椅 (ptfe, 窥视, 弹性体) 限制最大服务温度 (PTFE〜260°C典型, 弹性体较低). 金属座椅可允许数百°C，具体取决于合金.
  地球阀材料 (对于高温蒸汽) 通常包括锻造碳或合金钢; 高温服务的球阀使用金属座椅和特殊的茎/座椅设计.
• 材料: 碳钢, 不锈钢, 双工, 合金钢, 镍合金 - 两种阀类型都在较宽的范围内可用.
  腐蚀, 侵蚀和逃逸要求推动材料选择和密封系统.

9. 耐用性, 维护 & common failure modes

• 球阀: 常见的故障模式包括座椅磨损/撕裂 (尤其是当固体或存在固体时), 茎包装, 和由于沉积而增加的扭矩增加.
  维护: 2-件/3件式设计允许更换座椅/球，而无需从线上卸下阀 (3-作品特别方便).
  球阀通常需要更少的清洁服务中的常规维护.
• 地球阀: 座椅和插头的磨损和润滑; 由于高茎循环而导致的包装泄漏; 引擎盖/座椅维修通常需要删除引擎盖和管道停机时间.
  地球阀通常更容易重新打开或更换座椅和插头组件，并且设计用于更优质的控制维护.
• 循环生活: 球阀频繁/关闭周期频繁/关 (数以百万计的循环适当的驱动), 而地球阀的设计用于频繁调制，但循环较慢.

10. Economic considerations

• 初始成本: 取决于尺寸, 压力类, 材料和修剪复杂性. 对于许多标准尺寸, 球阀 (尤其是减少港口) 可能比控制级的地球阀便宜.
  带有特殊装饰和执行器的控制地球阀通常比简单的/OFF ON/OFF GLOBE阀或球阀更昂贵.
• 生命周期成本: 球阀通常的运行和维护成本较低.
  用于控制应用, 地球阀可以降低过程变异性，从而节省能源并提高产品质量 - 提高初始成本.
  考虑总成本 (购买 + 致动 + 维护 + 由于压降导致的能量损失).
• 能源惩罚: 地球阀的较高压降会增加过程的泵送能量; 对于许多连续运行的系统, 这可能是可衡量的运营成本.

11. Typical Industry Applications of Globe Valve vs Ball Valve

一个选择 地球阀 和 球阀 高度依赖于应用程序.

两种设计都调节流量并提供关闭, 他们固有的优势决定了哪个行业比另一个行业偏爱.

Globe Valve Applications

地球阀在哪里出色 精确流控制, 压力调节, 或频繁的节流 很关键:

• 发电

• • 蒸汽控制阀 在化石燃料和核电站, 需要跨宽负载范围的螺丝座.
  • 进食系统, 处理高压, 高温水 (到 815 °C).

• 石化 & 精制

• • 过程控制循环 需要准确的调制, 例如氢饲料控制.
  • 催化破裂单元, 使用耐腐蚀的合金（如316H或Inconel）.

• 水处理 & 淡化

• • 氯化和给药系统 需要流量准确性±2％.
  • 盐水再循环 高差压力的线.

• 药物 & 特种化学品

• • 批处理反应堆 需要精确给药和节流的稳定性 (<30%).
  • 清洁 (CIP) 系统 有高纯度要求.

Ball Valve Applications

球阀占主导地位 开/关服务, 快速驱动, 和节能流 申请:

• 油 & 煤气管道

• • 传输管道 (12–48英寸, ANSI 600–2500), 其中全孔球阀最小化ΔP和抽水成本.
  • 紧急关闭 (ESD) 阀, 驱动时间 < 5 S很关键.

• 化学 & 石化

• • 储罐隔离 需要泡泡密度关闭 (蜜蜂 598).
  • 泥浆和磨料服务, 带有金属座或陶瓷涂层设计.

• 发电厂

• • 燃气隔离 在联合循环植物中, 快速驱动是必不可少的.
  • 冷却水管, 大孔和低压下降是有利的.

• 海军陆战队 & 离岸

• • 压载水系统 用于快速填充/排水.
  • 海底歧管, 使用带有ROV驱动的Trunnion安装的球阀.

• 一般行业

• • 压缩空气系统 快速隔离.
  • HVAC冷却器 和 地区供暖, 需要低电阻关闭.

12. Comparative Summary Table of Globe Valve vs Ball Valve

13. Common Misconceptions

“Ball valves cannot throttle.”

错误的: V端口球阀可以以±5％的精度调节流量 - 对于非关键应用来说足够 (例如。, 浆液转移).

然而, 它们无法匹配Globe Valves的±2％的API剂量流程的准确性.

“Globe valves have excessive pressure drop.”

与上下文有关: Globe Valves的ΔP是有意的 - 它稳定了流程的流动.

用于全流应用程序 (例如。, 石油管道), 这是一个缺点, 但是对于控制应用程序 (例如。, 锅炉给水), 有必要.

“Ball valves are always cheaper than globe valves.”

错误的: 小型的前期费用是 (≤6英寸), 但是Trunnion Ball Valves (≥8英寸) 成本 30% 不仅仅是地球阀.

TCO取决于用例 - 球阀对于高流量便宜, 低循环服务.

“软阀门更适合关闭。”

部分真实: 柔软的座椅 (ptfe) 实现VI类关闭, 但是它们降低了260°C以上.

用于高温应用 (例如。, 蒸汽), 金属座的球/地球阀更可靠 - 服务寿命长2倍.

14. 结论

Globe Valve vs Ball Valve都有明确的角色. 选择一个 地球阀 当精确的流量控制时, 需要稳定性和阀门授权 - 尤其是控制循环和高温服务.

选择一个 球阀 快速, 在干净或过滤的服务中，可靠的隔离，最小的压降和低生命周期维护.

对于边界案件, 考虑 控制级球阀 (v-notch / 多阶段) 或者 带有抗浪费装饰的地球阀.

始终匹配阀设计, 材料和驱动过程流体, 操作条件和维护策略 - 确定成本的执行驱动程序, 安全性和运营效率.

 

常见问题解答

Can I use a ball valve for throttling?

标准球阀不是为精细节流设计的，而是出门浓缩液的流动，并引起座椅/球侵蚀和振动.

如果需要节流, 使用控制级球阀 (v-notch) 或者 (最好) 地球/控制阀.

哪个阀的维护需求较低?

用于干净的液体中/关服务, 球阀通常需要更少的常规维护，并且没有更长的无麻烦寿命.

用于调制服务, 地球阀设计用于可维修和可预测的维护.

是适合高温蒸汽的球阀吗?

软式球阀受到座椅材料温度的限制.

用于高温蒸汽 (>200–300°C), metal-seated ball valves or globe valves with appropriate high-temperature trims are used.

How does valve choice affect energy consumption?

Globe valves usually cause higher pressure drop when open, increasing pumping/compression energy over long-running processes. 球阀 (全孔) minimize energy loss.

哪种阀类型提供更好的紧急关闭响应?

球阀 (四分之一转) actuated pneumatically or electrically provide much faster action (秒) suitable for ESD systems;

Globe valves are slower to stroke and less suitable for emergency rapid shut-off without specialized fast actuators.