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                    閥門基礎知識:球閥


                    球閥可能不會很好地彈跳,但它們在調節流量方面效果很好。流行的閥門以其圓球命名,它位于閥體內部并推入閥座以控制或提供流體管道的開/關功能。


                    與閘閥、截止閥和止回閥設計相比,球閥的歷史要短得多。雖然第一個球閥專利是在 1871 年頒發的,但球閥要獲得商業成功還需要 85 年的時間。在二戰期間制造原子彈的工藝設計過程中發現了聚四氟乙烯(PTFE,或“特氟龍”),這將成為啟動球閥行業發展的催化劑。球閥有從黃銅到碳鋼和不銹鋼到鋯的所有材料。

                    有兩種基本類型:浮動球和耳軸球。這兩種設計允許構造從 1/4” 到 60” 及更大尺寸的有效球閥。通常,浮動設計用于較小和較低壓力的閥門,而耳軸式用于較大和較高壓力的閥門應用。


                    使用這兩種球閥的原因與它們的密封方式以及流體力如何從管路流到球然后到閥座有關。在浮動球設計中,球緊貼在兩個座位之間,一個在上游,一個在下游。流體的力作用在球上,將其推入位于下游閥體中的閥座。由于球覆蓋了整個流動孔,因此流中的所有力都推向球以迫使其進入閥座。如果球太大,壓力太大,閥座上的力會很大,因為操作扭矩太大,閥門無法操作。

                    浮動球閥有多種閥體樣式,但最流行的是兩片式端部入口型。其他閥體款式包括三件式和頂部入口。浮動球閥的制造尺寸最大為 24" class 300,但浮動球閥的實際應用范圍通常要低得多 - 最多約 12"。

                    盡管球閥主要設計為開/關或“截止”閥,但增加部分球閥和 V 口球閥設計使其成為控制型應用的理想選擇。

                    彈性閥座


                    較小的浮動球閥用于許多不同的應用,從家用管道到含有最苛刻化學品的管道。這些閥門中最受歡迎的閥座材料是某種形式的熱塑性塑料,例如 PTFE。聚四氟乙烯閥座工作得很好,因為它們足夠柔軟,可以很好地密封在拋光的金屬球上,但又足夠堅固,不會從閥門中吹出。這些軟閥座閥門的兩個主要問題是它們容易被劃傷(和潛在的泄漏),并且溫度限制在低于熱塑性閥座的熔點——大約 450oF (232oC) 左右,具體取決于閥座材料。

                    許多彈性閥座浮動球閥的一個特點是在發生導致主閥座熔化的火災時能夠適度密封。這稱為防火設計;它具有一個座袋,不僅可以將彈性座固定到位,而且還提供了一個金屬座面,可以在接觸球時提供部分密封。根據美國石油協會 (API) 607 或 6FA 防火測試標準對閥門進行測試,確認防火設計。

                    耳軸設計


                    當需要更大尺寸和更高壓力的球閥時,設計轉向耳軸式。耳軸與浮動式的不同之處在于耳軸球通過底部的耳軸(短的連接桿)和頂部的桿固定在主體中。由于球無法“漂浮”到閥座中以實現可靠閉合,因此閥座必須漂浮到球上。耳軸座的設計使該座受到上游壓力的激勵并被迫進入球體以進行密封。因為球被牢固地固定在適當的位置,除了它的 90o 旋轉之外,非凡的流體力和壓力不會將球卡入閥座。相反,力只作用在浮動座椅外圍的一小塊區域上。


                    耳軸球閥是浮動球閥的大哥大,因此它可以處理大工作——高壓和大管徑。到目前為止,耳軸球閥最流行的用途是管道服務。這些閥門特別適用于直徑高達 60" 和壓力高達 600 級的天然氣管道。如果需要,耳軸球閥也可用于更高的壓力。通過使用耳軸設計,打開和關閉閥門所需的扭矩更低,因此可以使用更小的執行器。

                    耳軸設計還非常適合雙阻塞和排放服務,因為上游和下游閥座都獨立浮動,而且大多數設計還具有閥體或排水連接。耳軸設計通常采用閥座潤滑端口,在閥座周圍可以注入潤滑劑以幫助關閉效果。

                    金屬密封設計


                    近30年來球閥技術的最大進步是金屬密封球閥。雖然金屬座和金屬球的想法并不新鮮——事實上,1871 年的第一個球專利以黃銅球和黃銅座為特色——但設計需要涂層技術的進步才能真正完善。

                    金屬閥座球閥設計使球閥能夠從數十年來由古老的閘閥主導的市場份額中占據一大部分。如果硬化的閥座表面沒有被管線中的碎屑劃傷,金屬閥座、特殊涂層球緊密貼合一組精密涂層和研磨閥座,提供零泄漏。

                    球閥標準

                    有幾個適用于球閥的標準。下表列出了最常見的球閥設計文件:


                    在過去的 40 年里,球閥在替代其他閥門類型方面取得了巨大的進步。制造更小尺寸的成本也大幅下降,使它們更具競爭力。涂層和金屬閥座球閥技術的進步創造了非常堅固的設計,從而產生了極具吸引力的總擁有成本。


                    雖然整個工業閥門領域仍以閘閥和截止閥、線性閥設計為主,但相對年輕的球閥正在穩步發展,金屬閥座類型已成為全球嚴苛工況應用的首選閥門設計.

                    Greg Johnson 是 United Valve (www.unitedvalve.com) 的總裁。他是 VALVE 雜志的特約編輯和現任閥門維修委員會成員。他還擔任 VALVE 雜志顧問委員會主席、VMA 教育與培訓委員會的創始成員以及制造商標準化協會的前任主席。通過 greg1950@unitedvalve.com 與他聯系。


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