球閥(Ball valve)是一種流體流量控制裝置,使用中空、多孔且可擺動的球來控制流經它的流體。當球中央的孔與流入口對齊時,它處於打開狀態,當它被閥手柄擺動90度時,封閉孔,使流體停止流動[1]。在打開時,手柄與流動方向保持平齊,而在關閉時,手柄垂直於流動方向,便於視覺上確認閥的狀態[2]。關閉位置的1/4旋轉可以是順時針或逆時針方向。

球形閥剖視圖部分組成:⒈閥體 ⒉內襯 ⒊閥球體 ⒋槓桿手柄⒌轉軸

球閥耐用,經過多次循環後性能良好,可靠,即使長時間不使用後仍能安全封閉。這些特點使其成為切斷和控制應用的優秀選擇,通常優於閘閥和截止閥,但在節流應用中它們缺乏細微的控制。

球閥的易操作性、維修和多功能性使其在廣泛的工業應用中得到應用,支持最高達1,000 bar(100 MPa;15,000 psi)的壓力和最高達750 °F(400 °C)的溫度,具體取決於設計和使用的材料。尺寸通常範圍從0.2到48英寸(5到1200毫米)。閥體由金屬、塑料或金屬與陶瓷製成;浮動球通常鍍鉻以提高耐用性。球閥的一個缺點是,當用於控制水流時,它們在關閉位置時會將水困在中央腔室中。在環境溫度下降到冰點以下的情況下,側面可能會因冰形成而破裂[3]。在這種情況下,通常可以通過絕緣或加熱帶來一些措施來防止損壞。寒冷氣候的另一個選擇是「耐凍球閥」。這種風格的球閥在側面設有一個凍結塞,以防凍結時,凍結塞破裂,充當「犧牲」故障點,使維修更容易。無需更換整個閥,只需安裝新的凍結塞即可。[4]

對於低溫流體或可能在球內膨脹的產品,閥的上游側設有一個通風孔。這被稱為通風球。

球閥不應與「球檢閥」混淆,後者是一種使用實心球防止不希望的回流的檢閥類型。

其他類型的四分之一轉閥包括蝶閥、插板閥和防凍球閥。

自動三通球閥

類型

 
(左上角起始,順時針)廣式球閥,一片式球閥,兩片式球閥,三片式球閥

球閥有五種一般的主體結構,以結構數目命名的有一片(體)式結構、二片(體)式結構、三片(體)式結構;以結合方式命名的為分體結構、頂入式結構和焊接結構。它們的區別基於閥的各個部分,尤其是包含球本身的外殼,是如何製造和組裝的。每種情況下閥的操作原理都是相同的。[5]

單體結構提供非常堅固的構造,在某些版本中球可以從閥中取出而不必將整個閥取出線路,然而多體結構提供更大的設計靈活性。

此外,還有與球機構本身的通孔相關的不同風格。根據工作壓力的不同,球閥被分為低壓球閥和高壓球閥。在大多數行業中,工作壓力超過3,000 psi(210 bar)的球閥被視為高壓球閥。通常,高壓球閥的最大工作壓力為7,500 psi(520 bar),具體取決於結構、尺寸和密封材料。高壓球閥的最大工作壓力可達15,000 psi(1,000 bar)。高壓球閥通常用於液壓系統,因此也被稱為液壓球閥。[6]

直徑2英寸(51)以下的球閥通常有單體、二體或三體設計。單體球閥幾乎總是縮小孔徑,價格相對較低,通常是替換而不是修復。二體球閥通常具有稍微縮小(或標準)孔徑,可以是一次性使用或可維修的。三體設計允許輕松地從管線中拆卸包含球、桿和密封的閥的中心部分。這有助於高效地清理沉積的沉澱物,更換密封和填料,磨掉球上的小刮痕,而無需將管道從閥體中取出。三體閥的設計理念是可維修的。每個閥都要被加熱到一定程度,同時從主體上剪掉多餘的材料。[7]

一(或二、三)片式球閥

一片式球閥是小口徑內螺紋連接的整體一段式閥體,常用於小尺寸閥門。二片式球閥,又稱兩片式球閥,小口徑內螺紋連接,閥體分為兩部分,對扣形式,通常用於一般閥門。三片式球閥,內螺紋連接,閥體分為三部分,常用於較大及重要的閥門。 一體式球閥、二片式球閥和三片式球閥在閥體結構上大不相同。

  1. 一片式球閥通過一個塞頭將球體固定,具有體積小、密封可靠、結構簡單、維修方便的特點。閥球體部位是縮徑的(縮口球閥),即比螺紋口徑小一些。廣式球閥是一種一片式球閥,只是外形上的區別在於廣式球閥整體為圓柱狀,切出了卡位。
  2. 二片式球閥之結構由兩片閥體夾住球體固定而成,閥球體部位與接口處的內徑相差不大(全通球閥)。此種閥維修較複雜,中間螺栓的鬆緊度關係到是否泄漏,不適用於高壓情況。
  3. 三片式球閥(全通球閥)類似於二片式,但球體中間多了一個閥體,再由兩邊帶頸法蘭夾住。三片式球閥最易拆卸。

全通球閥

全通球閥(Full bore)具有超大的球體,使得球體中的孔與管道相同大小,減小摩擦損失。流體通過時無阻礙,但由於閥門較大且成本較高,因此僅在需要自由流動的情況下使用,例如需要清管的管道中。

縮口球閥(縮徑球閥)

縮口球閥(Reduced bore, or reduced port)中,流體通過閥門的管徑比閥門的管徑小一個管徑,導致流通面積小於管道。由於流體的流出保持恆定,等於流通面積(A)乘以速度(V),即 ,隨着流通面積的減小,速度增加。

V口球閥

V口球閥具有'v'形球體或'v'形座椅。這使得流動特性呈線性和均等百分比。當閥門處於閉合位置並開始打開時,'v'形的小端首先打開,這在此階段保持穩定的流量控制。這種設計通常需要更堅固的結構,因為流體的速度較高,可能損壞標準閥門。如果加工正確,這些是優秀的控制閥,提供優越的密封性能。

空腔球閥

球閥解決了一些行業在使用球閥時遇到的殘留物的問題。為了避免流體進入缺口,必須堵塞缺口,可以通過將座椅延伸以始終與球體接觸的方式來實現。這種球閥稱為空腔填充球閥(Cavity Filler Ball Valve)。

軸式(支承式)閥門, 浮動閥和電動閥

軸座式球閥在頂部和底部都有額外的球體機械錨定,適用於更大和更高壓力的閥門(一般在3.9 psi(10英寸)和580 psi (40bar)以上)。 浮動球閥是指球不被耳軸固定在適當位置的球閥。在正常操作中,這將導致球向下游微微漂浮。這會導致閥座機構在壓在其上的球的作用下壓縮。此外,在某些類型中,在某些力導致閥座機構消散的情況下(例如閥門外部的火焰產生的極高熱量),球會一直漂浮到金屬閥體上,金屬閥體設計用於密封球體,從而提供某種程度的故障保護設計。[8] 手動操作的球閥可以快速關閉,因此存在水錘危險。有些球閥配備了一個執行器,可以是氣動的、液壓的或電動的。這些閥門既可以用於開啟/關閉,也可以用於流量控制。氣動流量控制閥還配備了定位器,該定位器將控制信號相應地轉換為執行器位置和閥門開度。

多口球閥

 
三通球閥原理圖:L形球閥向右,T形向左
  • 三通和四通中間有一個L或T形孔。流的不同組合如圖所示。很容易看出,T形閥可以將任何一對端口或所有三個端口連接在一起,但45度的位置可能會斷開所有三個端口,這不會留下任何出錯的餘地。L閥可以將中心端口連接到兩側端口,也可以將三個端口全部斷開,但不能將側端口連接在一起。
  • 市面上也有4口或更多通道的多口球閥,入口通道通常與排氣口平面垂直。對於特殊應用,例如驅動氣動馬達從正向到反向,通過旋轉單杆四通閥來執行操作。四通球閥在球體上有兩個L形狀的端口,它們不相互連接,有時被稱為「×」端口。


結構材質

 
鈦球閥球體
 
合金球閥球體

閥體材質可以包括但不限於以下任何材質:

球閥中也有許多不同類型的閥座和密封件。閥門通常使用不同的材料製造,由於其化學兼容性、壓力和溫度,每種材料都有它們適合的特定應用。一些常用的材料包括黃銅、不鏽鋼、青銅等。這些材料的選擇確保閥門適合各自的功能,在不同的行業和應用中提供高效和可靠的性能。[9]

參見

外部連結

參考

  1. ^ ball valve. Dictionary.com. [16 December 2023]. (原始內容存檔於2016-01-14). 
  2. ^ Aikhuele, Daniel Osezua. Ball Valves, Issues and Material Selections for Manufacturing. Academia.edu. [24 June 2015]. (原始內容存檔於2024-01-17). 
  3. ^ What is Ball Valve. Linquip. [2021-11-17]. (原始內容存檔於2021-11-17). 
  4. ^ Freeze Tolerant Ball Valves | Backflow Parts USA. www.backflowpartsusa.com. [2021-11-17]. (原始內容存檔於2024-01-17) (英語). 
  5. ^ Learn about 6 Types of Ball Valve - Floating, Trunnion Mounted & more. HardHat Engineer. 6 July 2018 [2021-11-17]. (原始內容存檔於2023-11-30) (英國英語). 
  6. ^ Ball Valve - How They Work. Tameson.com. [2023-08-31]. (原始內容存檔於2024-01-03) (英語). 
  7. ^ Anix Valve USA - Industrial Wholesale Valve Manufacturer and Supplier. ANIX Valve USA - Stainless Steel and Carbon/Cast Steel Valves. anixusa.com. [2022-06-13]. (原始內容存檔於2023-11-28). 
  8. ^ Types of Ball Valves (Floating, Trunnion). Projectmaterials. 2017-09-20 [2021-11-17]. (原始內容存檔於2024-01-18) (美國英語). 
  9. ^ sshaik. Leading Ball Valve Manufacturer in India 2023 - Quality Solutions for Flow Control. Cair Euromatic Automation. 2023-06-19 [2023-06-19]. (原始內容存檔於2023-09-27) (美國英語). 
  10. ^ TFM™ Technical Data Sheets. www.matweb.com. [2024-01-17]. (原始內容存檔於2024-01-17).