| 一、球閥的作用原理 以球體作為關閉件的閥門．稱為球閥。球閥主要由閥體、閥座、球體、閥桿、手柄(或其它驅動裝置)組成。圖1-1所示為手動球閥結構圖。球閥的主要功能是切斷或接通管道中的流體通道．即球閥通常為閉路閥。因此，球閥的作用原理很簡單：藉助手柄或其它驅動裝置在閥桿上端施加一定的轉矩并傳遞給球體，使它旋轉90°(特殊球閥結構例外)，球體的通孔則與閥體通道中心線重合或垂直．球閥便完成了全開或全關的動怍。如果是三通或四通球閥。它們切換流體通道的功能同樣是籍助球體轉動90°來實現的。球閥的密封原理依其結構而異。常用的球閥結構可分為浮動球球閥與固定球球閥兩大類。浮動球球閥的球體自由支承在閥座上。 在流體壓力怍用下。球體在流體流動方向產生位移．使它與閥后閥座密封面更緊密地接觸．即在該密封面上的比壓增大，形成單面密封；同時，閥前閥座密封面上的比壓相應減小，往往不保證密封。在固定球球閥中，球體具有上、下轉軸．被固定在球體的軸承中。因此，球體的位置固定，流體壓力不能使它產生位移?？墒牵y座卻是浮動的，它們藉助于彈簧或流體推力壓向球體，建立密封比壓。因而固定球球閥可根據使用要求設計出三種密封結構，閥前閥座密封、閥后閥座密封、閥前閥后閥座密封。本書將在第3、4章對上述密封結構以及受力分析進行詳細介紹和討論。 二、球閥的特點 球閥是本世紀50年代問世的一種新型閥門。在短短的30多年里，球閥已發(fā)展成為一種主要的閥類，它在航天、石油化工、長輸管線、輕工食品、建筑等許多方面都得到了廣泛的應用。這是因為，球閥與其它閥類相比，具有許多突出的優(yōu)點，受到人們的歡迎。球閥的主要特點如下： (1)流體阻力小 球閥一般有縮徑和不縮徑通道兩種結構。無論那種結構，球閥的流阻系數都比較小。特別是所謂全流量型，即不縮徑的球閥，由于其通道直徑等于管道內徑，局部阻力損失只有同等長度管道的摩擦阻力，即在所有閥門中，這種球閥的流阻zui小。在火箭發(fā)射及其試驗系統(tǒng)中，要求輸送管道的阻力越小越好。減少管路系統(tǒng)的阻力有兩個途徑：一是降低流體流速，為此需要增大管徑和閥門通徑，這對于管路系統(tǒng)的經濟性往往會產生不利的影響，特別對低溫輸送系統(tǒng)(液氫)是極為不利的；一是減小閥門的局部阻力，因此，球閥自然就成了*選擇。 (2)開關迅速、方便。由于球閥在一般情況下只需手柄轉動90°就完成了全開或全關動作，很容易實現快速啟閉。 (3)密封性好。目前，絕大多數球閥的閥座都是用聚四氟乙烯等彈性材料制造，金屬與非金屬材料組成的密封副，通常稱為軟密封。一般說來，軟密封的密封性容易保證，而且對密封表面的加工精度與表面粗糙度要求也不很高。 (4)壽命長。由于聚四氟乙烯(PTFE或F4)有良好的自潤滑性，與球體的摩擦磨損小，而且由于球體加工工藝的改進，使粗糙度降低，從而提高了球閥的使用壽命。據報道，美國W-K-M公司在試驗室內對球閥進行壽命試驗，開關次數超過10萬次。 (5)可靠性高球閥的可靠性高主要是因為： ①球體與閥座一對密封副不會發(fā)生擦傷、急劇磨損等故障； ②閥桿改為內裝式后，消除了閥桿在流體壓力作用下可能因填料壓蓋松開而飛出的事故隱患； ③采用防靜電、耐火結構的球閥，適用于輸送石油、天然氣、煤氣的管線。 (6)閥體內通道平整光滑更適于輸送粘性流體．漿液，以及固體顆粒。 三、發(fā)展概況與展望 早在19世紀80年代美國就開始設計球閥，但是當時缺乏適當的密封圈材料，限制了球閥的發(fā)展，使它未能成為一種正式工業(yè)產品。直到本世紀50年代，聚四氟乙烯等彈性密封材料的出現才使球閥的產生與發(fā)展出現了轉機；同時，也由于機床工業(yè)的發(fā)展，使球體加工技術提高，能夠實現球體所要求的尺寸精度與表面粗糙度。 目前，球閥zui大公稱通徑已達3050mm，這是美國EscherWyss公司為田納西州的一個泵站所提供的4臺球閥，用作透平機出口的切斷閥，設計壓力為4.8MPa。球閥的zui高工作壓力已達72MPa，其相應溫度高達1000℃。 球閥不僅在一般工業(yè)管道得到了廣泛應用，而且在核工業(yè)、宇航工業(yè)的液氧與液氫輸送管線上普遍采用。 全塑料球閥近年來發(fā)展較快。其特點是：耐腐蝕，重量輕，成本低。在水道、化學管道上應用越來越廣。西德一家閥門公司已制造通徑為6"的塑料球閥；美國HillMaccanng公司制成一種含氟塑料球閥，商業(yè)名稱為Kynar，據稱具有高強度、優(yōu)良的耐溫與耐腐蝕性能，適用溫度為≤250℃。 大口徑輸油(或天然氣)管線是球閥應用的一個重要方面。公稱通徑范圍：600～1400mm，工作壓力通常為8.0MPa。為了確保安全，一些制造廠商都按管線球閥的使用特點和它所受外界自然條件的影響，進行抗地震的彎曲試驗、防止火災漫延的試驗、耐氣候條件的綜合試驗、緊急切斷試驗等。 為了適應高溫工況的需要，近年來還發(fā)展了高溫球閥，它的閥座材料不再是聚四氟乙烯，而是金屬、石墨或碳素纖維等。 一些特殊用途的特殊結構球閥在不斷涌現。如我國某國防科研的試驗系統(tǒng)上采用了自行研制的三通半球閥，降低了切換閥的流阻并減小了操作轉矩。又如美國Fisher公司生產的V形缺口球閥，用以輸送纖維和紙漿流體。V形缺口球閥還可用于流量的高精度調節(jié)。 我們可以預料球閥今后將在以下幾個方面得到更大的發(fā)展： (1)密封面材料聚四氟乙烯(F4)作為球閥密封面材料已有近30年歷史，但它必定還會在生產工藝、物理性能(主要是克服冷流性、提高耐壓強度)、耐溫性能方面進一步改善，以提高球閥的性能和適用范圍。耐高溫、耐磨、耐腐蝕的低摩擦系數的金屬或非金屬密封材料將會不斷被研制出來。 (2)新型結構球閥將會不斷涌現 其目的主要在于提高壽命、密封可靠性和改善加工工藝性。各種彈性閥座的球閥將會進一步發(fā)展。 (3)全塑料球閥會有很大的發(fā)展在新型塑料的應用、結構與注塑工藝性等方面的發(fā)展將會使塑料球閥的通徑、適用工作溫度與壓力范圍進一步擴大。 (4)長輸管線球閥會在遙控、自控、工作可靠性、壽命諸方面得到提高，它們的需要量也會增加。還會從輸油(氣)管線用的球閥發(fā)展到輸送漿液、固體介質的長輸管線用的球閥。 | 
