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      以球体作为关闭件的阀门．称为球阀。球阀主要由阀体、阀座、球体、阀杆、手柄或其它驱动装置组成。图1-1所示为手动球阀结构图。球阀的主要功能是切断或接通管道中的流体通道．即球阀通常为闭路阀。因此，球阀的作用原理很简单：藉助手柄或其它驱动装置在阀杆上端施加一定的转矩并传递给球体，使它旋转90°特殊球阀结构例外，球体的通孔则与阀体通道中心线重合或垂直．球阀便完成了全开或全关的动怍。如果是三通或四通球阀。它们切换流体通道的功能同样是籍助球体转动90°来实现的。球阀的密封原理依其结构而异。常用的球阀结构可分为浮动球球阀与固定球球阀两大类。浮动球球阀的球体自由支承在阀座上。

     在流体压力怍用下。球体在流体流动方向产生位移．使它与阀后阀座密封面更紧密地接触．即在该密封面上的比压增大，形成单面密封；同时，阀前阀座密封面上的比压相应减小，往往不保证密封。在固定球球阀中，球体具有上、下转轴．被固定在球体的轴承中。因此，球体的位置固定，流体压力不能使它产生位移。可是，阀座却是浮动的，它们藉助于弹簧或流体推力压向球体，建立密封比压。因而固定球球阀可根据使用要求设计出三种密封结构，阀前阀座密封、阀后阀座密封、阀前阀后阀座密封。本书将在第3、4章对上述密封结构以及受力分析进行详细介绍和讨论。

     二、球阀的特点

     球阀是本世纪50年代问世的一种新型阀门。在短短的30多年里，球阀已发展成为一种主要的阀类，它在航天、石油化工、长输管线、轻工食品、建筑等许多方面都得到了广泛的应用。这是因为，球阀与其它阀类相比，具有许多突出的优点，受到人们的欢迎。球阀的主要特点如下：

     1流体阻力小 球阀一般有缩径和不缩径通道两种结构。无论那种结构，球阀的流阻系数都比较小。特别是所谓全流量型，即不缩径的球阀，由于其通道直径等于管道内径，局部阻力损失只有同等长度管道的摩擦阻力，即在所有阀门中，这种球阀的流阻zui小。在火箭发射及其试验系统中，要求输送管道的阻力越小越好。减少管路系统的阻力有两个途径：一是降低流体流速，为此需要增大管径和阀门通径，这对于管路系统的经济性往往会产生不利的影响，特别对低温输送系统液氢是极为不利的；一是减小阀门的局部阻力，因此，球阀自然就成了*选择。

      2开关迅速、方便。由于球阀在一般情况下只需手柄转动90°就完成了全开或全关动作，很容易实现快速启闭。

      3密封性好。目前，绝大多数球阀的阀座都是用聚四氟乙烯等弹性材料制造，金属与非金属材料组成的密封副，通常称为软密封。一般说来，软密封的密封性容易保证，而且对密封表面的加工精度与表面粗糙度要求也不很高。

      4寿命长。由于聚四氟乙烯PTFE或F4有良好的自润滑性，与球体的摩擦磨损小，而且由于球体加工工艺的改进，使粗糙度降低，从而提高了球阀的使用寿命。据报道，美国W-K-M公司在试验室内对球阀进行寿命试验，开关次数超过10万次。

      5可靠性高球阀的可靠性高主要是因为：

      ①球体与阀座一对密封副不会发生擦伤、急剧磨损等故障；

      ②阀杆改为内装式后，消除了阀杆在流体压力作用下可能因填料压盖松开而飞出的事故隐患；

      ③采用防静电、耐火结构的球阀，适用于输送石油、天然气、煤气的管线。

      6阀体内通道平整光滑更适于输送粘性流体．浆液，以及固体颗粒。

      三、发展概况与展望

     早在19世纪80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，限制了球阀的发展，使它未能成为一种正式工业产品。直到本世纪50年代，聚四氟乙烯等弹性密封材料的出现才使球阀的产生与发展出现了转机；同时，也由于机床工业的发展，使球体加工技术提高，能够实现球体所要求的尺寸精度与表面粗糙度。

     目前，球阀zui大公称通径已达3050mm，这是美国EscherWyss公司为田纳西州的一个泵站所提供的4台球阀，用作透平机出口的切断阀，设计压力为4.8MPa。球阀的zui高工作压力已达72MPa，其相应温度高达1000℃。

     球阀不仅在一般工业管道得到了广泛应用，而且在核工业、宇航工业的液氧与液氢输送管线上普遍采用。

     全塑料球阀近年来发展较快。其特点是：耐腐蚀，重量轻，成本低。在水道、化学管道上应用越来越广。西德一家阀门公司已制造通径为6"的塑料球阀；美国HillMaccanng公司制成一种含氟塑料球阀，商业名称为Kynar，据称具有高强度、优良的耐温与耐腐蚀性能，适用温度为≤250℃。

     大口径输油或天然气管线是球阀应用的一个重要方面。公称通径范围：600～1400mm，工作压力通常为8.0MPa。为了确保安全，一些制造厂商都按管线球阀的使用特点和它所受外界自然条件的影响，进行抗地震的弯曲试验、防止火灾漫延的试验、耐气候条件的综合试验、紧急切断试验等。

     为了适应高温工况的需要，近年来还发展了高温球阀，它的阀座材料不再是聚四氟乙烯，而是金属、石墨或碳素纤维等。

     一些特殊用途的特殊结构球阀在不断涌现。如我国某国防科研的试验系统上采用了自行研制的三通半球阀，降低了切换阀的流阻并减小了操作转矩。又如美国Fisher公司生产的V形缺口球阀，用以输送纤维和纸浆流体。V形缺口球阀还可用于流量的高精度调节。

     我们可以预料球阀今后将在以下几个方面得到更大的发展：

    1密封面材料聚四氟乙烯F4作为球阀密封面材料已有近30年历史，但它必定还会在生产工艺、物理性能主要是克服冷流性、提高耐压强度、耐温性能方面进一步改善，以提高球阀的性能和适用范围。耐高温、耐磨、耐腐蚀的低摩擦系数的金属或非金属密封材料将会不断被研制出来。

    2新型结构球阀将会不断涌现 其目的主要在于提高寿命、密封可靠性和改善加工工艺性。各种弹性阀座的球阀将会进一步发展。

     3全塑料球阀会有很大的发展在新型塑料的应用、结构与注塑工艺性等方面的发展将会使塑料球阀的通径、适用工作温度与压力范围进一步扩大。

     4长输管线球阀会在遥控、自控、工作可靠性、寿命诸方面得到提高，它们的需要量也会增加。还会从输油气管线用的球阀发展到输送浆液、固体介质的长输管线用的球阀。