什么是球阀? 工作原理, 类型 & 用途

1. 介绍

球阀是一个四分之一的阀，使用空心控制流体流动, 旋转球.

以简单的操作而闻名, 密封功能紧密, 和耐用性, 它们在行业中广泛使用, 从石油和天然气到食物加工.

它们的多功能性和效率使它们成为流体处理系统中最广泛采用的阀门类型之一.

2. 什么是球阀?

基本工作原理

一个 球 阀门 是一种四分之一扭转的阀，它使用带有空心中心的球形球 (被称为孔) 控制液体或气体的流动.

当球的孔与流动路径对齐时, 阀门开放; 旋转时 90 学位, 流动路径被阻塞, 阀门关闭.

球阀因其 紧密的关闭功能, 简单操作, 和 耐用性.

工作原理

阀体内部的球连接到 干, 手动操作 (通过杠杆或手柄) 或自动 (通过执行器). 球有一个孔 (洞) 通过其中心:

• 打开位置: 当手柄转动时，孔与管道对齐, 流体自由流动.
• 封闭位置: 当手柄旋转90°时, 球的固体侧阻挡了流动路径.

3. 球阀的核心组件和材料

组件详细功能

阀体:

外壳支持结构完整性并确保压力遏制.

可能是一件件, 两件, 或三件套，具体取决于设计需求 (例如。, 可维护性或紧凑).

球:

空心球或实心球是精确生产的，以允许与管道对齐时流体流动. 在 全端口设计, 孔与管道直径匹配，以减少压力损失.

座位:

位于球周围, 这些创建了泄漏密封. 他们必须承受温度, 压力, 和化学暴露.

PTFE对于一般服务很常见; 增强座椅用于高压或磨料应用.

干:

从手柄或执行器转移到球. 防井茎设计可通过防止在压力下弹出茎来确保高压系统的安全性.

密封和O形圈:

这些次要密封组件确保沿茎和内部界面之间的紧密度, 提高耐用性并降低维护.

处理或执行器:

手动把手在低周或低压系统中很常见. 用于遥控或自动化, 电的, 气动, 或液压致动器安装在茎上.

结束连接:

选择取决于管道系统. 螺纹末端用于小直径系统, 法兰末端用于高压或工业用途, 和插座焊缝用于永久装置.

4. 球阀的类型

球阀有多种设计，以满足石油和天然气等行业的各种需求, 化学处理, 药品, 水处理, 和发电.

它们的配置 - 确定端口大小, 车身建设, 座位类型, 和驱动 - 直接影响性能, 维护, 流控制, 和成本.

全端口球阀 (满是孔)

• 设计: 球的内部直径与管道直径匹配, 允许液体流动流动.

  

• 技术优势:

• • 几乎没有压力下降.
  • 启用管道猪 (用猪清洁).
  • 高纯度系统的理想选择，可以减少流体湍流和死区.

• 示例用例: 在 药物处理, 全端口阀确保对敏感液体（例如细胞培养物或可注射溶液）的清洁度和最小的剪切.

减少端口球阀 (标准孔)

• 设计: 内部球开口小于管道直径, 创建类似文丘里的限制.

  

• 技术优势:

• • 较低的成本和体重.
  • 当精确的流量控制并不关键时.

• 权衡: 导致轻微损失, 不适合烟斗的管道.
• 常用: 商业HVAC系统, 如果轻微的压力损失是可以接受的，并且成本效率是优先的.

V-port球阀

• 设计: 球或座椅具有“ V”形切口.

  

• 功能: 当球旋转时，可以微调对流体流动的控制. 流速非线性增加, 使其非常适合比例控制.
• 技术优势:

• • 准确调制流体流量.
  • 提供与压力降低的地球阀相似的控制特性.

• 关键说明: 需要更强大的座椅和高扭矩的执行器来处理节流侵蚀.
• 例子: 用于 化学剂量系统, 蒸汽注入, 和 水处理厂 精确的流量调制至关重要.

多端口球阀 (3-路和四向)

• 类型:

• • l-port: 指导三个端口中的两个之间的流动 (例如。, 入口A或B).
  • T港: 可以在所有三个端口之间混合或转移流动.

    

• 技术优势:

• • 减少管道系统所需的阀数.
  • 简化混合的管道, 转移, 或旁路申请.

• 材料注释: 通常由不锈钢或PTFE衬里的碳钢制成，用于腐蚀介质.
• 例子: 在 CIP (清洁) 食品和饮料制造系统, 3-阀门重定向清洁剂而无需系统拆卸.

Trunnion安装的球阀

• 设计: 球是固定的，并由两端的轴承支撑 (顶部和底部). 座位弹簧弹簧朝向球移动.

  

• 技术优势:

• • 可以应对很高的压力 (例如。, ANSI 1500–2500类).
  • 固定球引起的工作扭矩减少.
  • 双块和出血能力增强密封.

• 性能数据: 在天然气管道系统中, Trunnion Ball阀额定为 6d大火 可以安全地隔离压力 10,000 psi 与四分之一的驱动.
• 常用: 天然气压缩站, LNG终端, 海底操作, 和 高压浆液管道.

浮球阀

• 设计: 球被悬挂在两个座位之间，并且可以在压力下稍微移动以改善下游密封.

  

• 技术优势:

• • 简单的结构.
  • 适合双向密封.
  • 适用于低到中等压力应用.

• 局限性: 由于密封应力而导致较大直径或很高的压力，这不是理想的选择.
• 例子: 广泛使用 燃油储罐, 饮用水系统, 和 滑动安装的过程单元.

顶部入口球阀

• 设计: 阀门可以从顶部访问阀的内部，而阀门仍在管道中.

  

• 技术优势:

• • 促进内联维护, 节省停机时间.
  • 需要经常检查的系统的理想选择.

• 遵守: 通常制造 6d大火 或者 ASME B16.34.
• 例子: 部署 碳氢化合物精炼单元, 持续操作至关重要且停机时间很高.

侧入口 / 分裂球阀

• 设计: 阀体是从两个或多个螺栓固定在一起的零件组装的, 通过拆卸允许访问内部.

  

• 技术优势:

• • 模块化，易于制造.
  • 可以穿套件以进行温度敏感的过程 (例如。, 熔融硫).

• 用例: 发现 药物, 生物技术, 和 食品级系统, 特别是需要卫生设计的地方.

金属座的球阀

• 设计: 座椅和球涂有硬材料 (例如。, 星际, 碳化钨) 而不是软聚合物.

  

• 技术优势:

• • 承受磨料的液体, 高温 (>800°C), 和高骑自行车.
  • 在热冲击或蒸汽冲洗下保持密封完整性.

• 服务条件: 这些阀可以生存 超过 250,000 周期 在带有适当硬涂料材料的浆液管道中.
• 行业: 矿业, 纸浆 & 纸, 精制, 和 石化.

桌子: 常见的球阀

5. 球阀的优势: 全面的概述

球阀由于密封可靠性的独特组合而在工业和商业管道系统中受到高度青睐, 运营效率, 和机械简单.

较高的密封和流控制

球阀提供 出色的关闭性能, 经常成就 零泄漏 在软木设计中 (为ANI / FI上课 70-2).

感谢他们 旋转球形闭合 球和座椅之间的紧密接触,

他们提供 全孔流, 意味着没有明显的压力损失 - 对于需要高流速而以最小湍流的应用的理想.

• 密封额定值: 到 10⁻⁶atm·CC/sec 在高纯度阀中
• 双向 密封消除了对额外止回阀的需求

快速而简单的操作

球阀通过 四分之一的机制, 使其响应迅速且易于自动化.

此功能对于需要的系统至关重要 快速关闭 在紧急情况或过程控制期间.

• 致动时间: 通常在下面 1 第二 用于气动版本
• 很容易与 电气或气动执行器

机械耐用性和较低的维护

和 运动部件较少 与闸门或地球阀相比, 球阀受苦 机械磨损较少, 即使经常进行骑自行车行动.

他们的内部表面平稳且自我清洁, 降低颗粒物积聚和干扰的风险.

• 循环生活: 到 100,000+ 周期 (柔软的座椅), 250,000+ 周期 (金属座椅)
• 座椅材料: ptfe, 窥视, 或增强聚合物抵抗化学物质和磨损

耐腐蚀性和材料多功能性

有多种材料可用 - 不锈钢, 黄铜, 碳钢, Hastelloy, 和PVC - 球阀提供了极好的耐腐蚀性, 侵蚀, 和激进的媒体.

这使它们适合 化学处理, 海军陆战队, 油 & 气体, 和 药物 环境.

• 温度范围: -50°C至 +450°C，具体取决于身体和座椅材料
• 压力等级: 到 10,000 psi (在高压设计中)

阀生命周期的成本效率

尽管某些球阀的前期费用可能比其他类型高 (像蝴蝶或闸阀),

他们的 低维护要求, 长期使用寿命, 和 最小的能量损失 通常会导致 较低的总拥有成本 (TCO).

• 减少停机时间和人工成本
• 有效的流量可节省大型系统中的泵能量

6. 球阀的局限性

不适合节流申请

球阀主要是为 开/关控制, 不用于调节流动.

当部分打开时, 这 球球几何形状会导致湍流, 空化, 和不平坦的流动模式, 可以侵蚀阀内部和损害系统稳定性.

• 问题: 流量控制是非线性和不稳定的
• 结果: 座椅上的磨损增加, 噪音的风险, 振动, 并闪烁

柔软座椅的温度限制

大多数软式球阀使用材料，例如 ptfe (特氟龙), 尼龙, 或者 德尔林, 在高温下降解.

• 典型的上温度极限: 〜200–260°C (392–500°F) 对于PTFE
• 影响: 柔软的座椅在长时间的热量下变形, 导致泄漏或座椅井喷

可能被困的空腔压力

在浮球设计中, 阀门关闭时, 压力可能会在球和座椅之间的腔体中累积 如果流体被困.

这可能导致变形, 泄漏, 甚至在极端条件下爆发.

• 风险: 在高压蒸汽或挥发性气体服务中尤其重要
• 减轻: 使用 腔浮雕系统 或者 Trunnion安装的球阀 具有自动减压功能

大直径的尺寸和重量限制

<p), 球阀变成 更重, 笨重, 更昂贵, 需要更大的致动扭矩和支撑结构.

• 例子: 一个12英寸的全孔不锈钢球阀可以重量 200 公斤 (440 磅)
• 选择: 蝴蝶阀 提供更轻的, 对于中等压力的大孔系统，更具成本效益的解决方案

某些媒体中的碎片敏感性

在 浆液或脏液 服务, 颗粒可以在座椅或茎周围积聚, 导致 座椅损坏, 密封失败, 甚至卡住的操作.

• 不理想: 采矿浆, 带有固体的废水, 水泥加工
• 更好的选择: 在这种环境中

复杂系统中的自动化成本

虽然球阀易于自动化, 电气或气动驱动的系统可能是昂贵的, 特别是高规格要求 (例如。, 故障安全定位, 防爆炸的外壳).

7. 球阀的应用

球阀由于其耐用性而是多个部门使用的最广泛使用的阀门, 快速关闭功能, 和低压下降.

它们的应用范围从基本公用事业服务到化学的关键操作, 石油和天然气, 和卫生行业.

设计的多样性 - 浮动, Trunnion安装, 多端口, 和金属座的 - further扩大了其可用性.

油气行业

球阀广泛部署在上游, 中游, 以及液体和气体介质的下游操作.

• 申请:

• • 井口隔离
  • 管道关闭
  • 汽油加工和精炼单元
  • 猪发射器/接收器阀

• 使用的阀类型:

• • Trunnion安装的球阀 (高压, 大尺寸)
  • 金属座阀 (磨料, 高温媒体)

水和废水处理

在市政和工业水系统中用于可靠的关闭和最小的泄漏.

• 申请:

• • 氯化系统
  • 废水隔离
  • 淡化植物
  • 消防系统

• 优势:

• • 耐腐蚀的材料 (PVC, 不锈钢)
  • 淹没系统的维护低

化学和石化工业

球阀手柄腐蚀性, 有毒的, 和高压化学品，具有正确的材料配置.

• 申请:

• • 过程流体隔离
  • 坦克和反应堆插座
  • 溶剂恢复系统
  • 侵略性酸/碱转移线

• 材料要求:

• • PTFE座椅, Hastelloy或合金 20 耐化学的物体

HVAC和建筑自动化

在商业和工业建筑中, 球阀通常用于调节和隔离加热和冷却系统.

• 申请:

• • 冷水环
  • 冷却塔和锅炉
  • 热交换器
  • 自动区控制

• 特征:

• • 通常与执行器配对以集成到BMS (建筑管理系统)

食物, 饮料, 和药品

卫生和卫生球阀对于清洁至关重要 (CIP) 和现场消毒 (啜饮) 运营.

• 申请:

• • 乳制品和啤酒厂加工
  • 糖浆和调味系统
  • 药品批处理系统
  • 注入水 (WFI) 线

• 认证:

• • 3一个, FDA, 和符合EHEDG的阀

发电

球阀在化石燃料和核电站的高压和高温部分中使用.

• 申请:

• • 锅炉饲水系统
  • 冷凝物返回线
  • 涡轮润滑油电路
  • 蒸汽隔离

• 阀增强:

• • 靠背的座位, 防井茎, 防火设计

工业制造业

工厂自动化中的多功能应用, 机器冷却, 和过程控制.

• 申请:

• • 压缩空气系统
  • 液压流体线
  • 磨碎的浆料处理
  • 油漆和涂料系统

• 共同的功能:

• • 快速关闭, 紧凑的足迹, 可以自动化

环境和可再生部门

像沼气植物等以可持续性为中心的基础设施的需求不断增长, 太阳能农场, 和碳捕获单元.

• 申请:

• • 生物质浆液阀
  • 甲烷气体控制
  • 地热系统阀

摘要表: 行业的球阀应用

8. 标准 & 球阀的认证

球阀是各个行业流体控制系统中的关键组成部分.

确保 表现, 安全, 互操作性, 和合规性, 他们必须遵守国际认可的标准和认证.

主要国际标准

9. 与其他阀类型的比较

球阀广泛用于流体控制系统, 但是它们并不总是最佳选择.

取决于申请, 其他阀类型 - 例如门, 地球, 蝴蝶, 或插头阀 - 可能更适合.

比较表: 球阀与. 其他常见阀类型

关键比较外卖

• 球与. 闸阀: 球阀提供更快的致动和更好的密封，但更昂贵. 闸阀非常适合不经常开/关的应用.
• Globe vs. 球阀: 地球阀对于节流和流量调节是优越的, 而球阀在完全关闭和低压滴滴系统中表现出色.
• 球与. 蝴蝶阀: 对于大直径管道，蝴蝶阀更紧凑，更经济，但可能比球阀漏出更多.
• 插件与. 球阀: 两者都是四分之一的阀. 插头阀在肮脏或腐蚀性服务方面更好, 但是通常更昂贵，更难维护.

10. 球阀的选择和尺寸

考虑流体特性

选择球阀时, 必须考虑处理流体的特性.

这包括诸如流体类型之类的因素 (液体, 气体, 或泥浆), 它的粘度, 腐蚀性, 温度, 和压力.

例如, 如果流体具有高度腐蚀性, 具有耐腐蚀的身体和球的阀, 例如不锈钢或PTFE衬里阀, 应该选择.

如果流体具有高粘度, 可能需要孔直径较大的阀以确保足够的流动.

工作条件

阀的工作条件, 包括最大和最小压力和温度, 以及预期的开放和关闭周期数, 需要考虑.

用于高压和高温应用, 固定材料和设计的固定球阀可能更合适.

在经常运行的应用中, 应选择具有耐用组件和最小化磨损的设计的阀.

阀尺寸

球阀的大小取决于系统的流速要求.

阀应进行尺寸，以确保它可以处理最大预期流量，而不会导致过度压降.

应根据连接管道的直径和所需的流动特性选择阀孔的直径.

在某些情况下, 减少的孔阀可能就足够了, 而在别人中, 可能需要一个全孔阀以保持高流量.

致动法

球阀可以手动驱动, 使用手柄或杠杆, 或自动, 使用电动, 气动, 或液压执行器.

驱动方法的选择取决于诸如阀门位置之类的因素, 所需的操作速度, 以及系统中的自动化水平.

对于偏远位置或需要快速关闭的系统中的阀门, 自动执行器可能是首选.

11. 维护 & 球阀故障排除

正确维护球阀对于确保长期可靠性至关重要, 最佳密封性能, 和流体处理系统的安全性.

球阀通常是低维护设备, 特别是在其设计参数中使用. 然而, 在苛刻的环境中，定期检查和预防措施至关重要.

维护清单:

• 视觉检查: 寻找泄漏的迹象, 腐蚀, 或戴在密封和身体上.
• 周期测试: 定期操作阀门以防止扣押, 特别是在不经常使用的线上.
• 润滑: 一些金属座或高循环的球阀需要定期茎或座椅润滑 (使用制造商指定的油脂).
• 密封更换: 随着时间的推移, PTFE或弹性密封可能会降低. 在计划的维护间隔期间替换.
• 打扫: 清除碎屑或沉积物, 特别是在浆液或化学应用中.

常见问题 & 故障排除

尽管它们很简单, 球阀可能会遇到功能问题. 确定根本原因对于及时修复至关重要.

12. 结论

球阀代表可靠的, 多才多艺的, 以及用于控制流体流量的高性能解决方案.

他们的快速关闭能力, 最小维护, 出色的密封特性使它们在现代行业中必不可少.

虽然他们可能不适合所有申请 (例如。, 精确节流), 他们的优势压倒性地支持他们持续的创新和广泛使用.

随着自动化和材料科学的进步, 聪明的角色, 高性能球阀只会在需要安全的行业中增长更为重要, 效率, 和控制.

 

这: 高精度阀门铸造解决方案

这 是精密阀门铸造服务的专业提供商, 为需要可靠性的行业提供高性能组成部分, 压力完整性, 和尺寸准确性.

从原始铸件到完全加工的阀体和组件, 这 提供端到端的解决方案，以满足严格的全球标准.

我们的阀门铸造专业知识包括:

投资铸造 用于阀体 & 修剪

利用损失的蜡铸造技术生产具有特殊表面饰面的复杂内部几何形状和紧密耐受性阀成分.

沙子铸造 & 壳模

中等到大阀体的理想选择, 法兰, 和引擎盖 - 为坚固的工业应用提供具有成本效益的解决方案, 包括石油 & 汽油和发电.

阀门的精密加工 & 密封完整性

CNC加工 座位, 线程, 密封面可确保每个铸件都满足维度和密封性能要求.

关键应用的材料范围

来自不锈钢 (CF8M, CF3M) 到双工和高合金材料, 这 供应阀铸件，用于腐蚀性, 高压, 或高温环境.

您是否需要定制的控制阀, 检查阀, 或工业阀铸件的大量生产, 这 是您值得信赖的伴侣吗 精确, 耐用性, 和质量保证.