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之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現(xiàn)在介紹固定式球閥設計原理通徑和壓力級的限 制，這樣就促進固定球球閥結構的發(fā)明。“固定球球 閥” 一詞的翻譯是不十分確切的，英文“trunnionmounted ball valve”準確的譯文應是“支軸球球閥”， 球體上帶有兩個支承軸的球閥。這一結構的球閥，大大拓展了球閥的壓力等級和通徑。下面討論其結構原理。支撐，閥座是浮動 的，在介質(zhì)力作用下，推向球體產(chǎn)生一個接觸應力， 以獲得可靠的密封。同浮動球球閥一樣，閥門從開啟至關閉，或者從關閉至開啟回轉(zhuǎn)90°角行程。

(2)固定式球閥設計原理固定球球閥結構特征

固定球球閥閥體由主閥體，左、右兩個副閥體組 成，球體是一個上端有軸頸，下端有一軸孔的球體， 閥體上部有一個填料箱，與球體軸頸相接處有一個滑 動軸承，球體下端有一個軸孔，裝有滑動軸軸承套， 閥體底部有一個軸承插入球體下端的軸孔內(nèi)。這樣球 體被保持在回轉(zhuǎn)中線上，轉(zhuǎn)動時不會產(chǎn)生偏移。球體 兩側對稱地有兩個浮動的閥座組件，這一閥座組件由 金屬座圈，鑲嵌在座圈內(nèi)PTFE密封環(huán)，外緣上的橡 膠0形圈和背面螺旋彈簧等組成。當閥門關閉時， 介質(zhì)力作用在密封座的組件上，使閥座與球體接觸， 產(chǎn)生接觸應力，獲得有效的密封。閥桿與填料箱體由 〇形橡膠圈密封。

固定球球閥的結構比浮動球球閥復雜得多，其原 理是介質(zhì)壓力推動閥座組件作用在球體上產(chǎn)生接觸應 力來獲得密封，球體回轉(zhuǎn)中心軸線不發(fā)生偏移，閥座 的組件是浮動的，所以稱之為固定球-浮動閥座結構。 由于介質(zhì)作用力是作用在一個環(huán)形面積上（圖3-14)， 其介質(zhì)推力遠小于浮動球球閥介質(zhì)的作用力，所以固 定球球閥結構適用于高壓大口徑，其適用的范圍壓力 級為Classl50?2500，閥門通徑為NPS 2?60。對于采用PTFE、增強PTFE、尼龍、PEEK等高分子材 料作密封環(huán)的結構，設計中仍然要滿足密封比壓q大于必需的密封比壓qb，小于材料的許用比壓[q]，即qb<=q<=[q]。

固定式球閥設計原理由此可見，與浮動球球閥比較，固定球球閥特征如下：

①球體和閥座組合后的尺寸是一個自由尺寸， 并不像浮動球球閥結構形成一個封閉尺寸鏈。因此， 其密封性能在結構上不受溫度和壓力波動的影響；

②同樣是介質(zhì)自密封的原理，但固定球球閥的 介質(zhì)力是作用在閥座的環(huán)形面積上，比浮動球球閥介 質(zhì)力作用在整個通道截面顯然要小得多，而且可以通 過合理的設計來予以控制，所以這種結構適用于 NPS 60以下，壓力等級適用于Class2500以下的所

有球閥規(guī)格，成為球閥發(fā)展中重要的一個結構形式；

③基于上述的同樣理由，球閥的操作力矩亦遠比浮動球球閥小；

④其結構比浮動球球閥復雜，重量大，價格也 比同規(guī)格浮動球球閥貴；

⑤可以設計成全通徑、標準通徑和縮徑，具有較大的流通能力和較低的流阻系數(shù)。座在閥腔中的壓力大于出口端壓力時， 作用在出口端閥座上的介質(zhì)壓力形成一個壓力差Ap， 這一壓差乘以環(huán)形面積JF=0.785(名一4)即為作用于出口端閥座上的力，其方向推開出口閥座，使腔體壓力泄放。

典型的自泄放閥座由閥座、密封環(huán)、彈簧、〇形密封圈等組成。彈簧可以選用一組螺旋彈簧或一只碟形彈簧，可以設置在管線側閥座的底部，也可以設置在閥腔側閥座的背部。閥座與閥體側的密封，可以是〇形橡膠密封圈，也可以用由PTFE制成的V形碗。

(2)固定式球閥設計原理雙重密封閥座

圖3-16所示為雙重密封閥座的設計，只要調(diào)整密封環(huán)與0形橡膠密封圈的相對位置，或改變密封座尾部尺寸（圖3-16的辦）就可達到雙重密封功能， 又稱之為“雙活塞效應”。

進口端閥座在進口端壓力高于閥腔中壓力時，作用在進口端閥座上的介質(zhì)壓力形成一個壓力差該壓差乘以環(huán)形面積F=0.785(必2—山2)即為閥座的密封力，該力推動閥座使球閥密封，截斷進口端介質(zhì)。

出口端閥座在閥腔中的壓力大于出口端壓力時， 作用在出口端閥座上的介質(zhì)壓力形成一個壓力差Af， 該壓差乘以環(huán)形面積F=0.785(*2—A2)即為作用于出口端閥座上的力，該力也推動閥座使球閥密封， 截斷腔體壓力向出口端流動，即前級密封后級也密封。

雙重密封閥座的兩個閥座都具備正和反兩個方向切斷流體的功能，稱之為隔離型閥座，而自泄放型閥座設計，就閥座本身而言是單向密封。

3. 3.3固定式球閥設計原理固定球球閥的結構

(1)    球體

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥介紹了密封座的各種結構形式設計之后，再來觀察固定球球閥的球體結構。固定球球閥的重要特征是球體在開關過程中不偏離球體的回轉(zhuǎn)中心，球體上支軸的設計有三種結構形式：

①如圖3-14所示，球體上部有一個軸柄，下部 是一個軸孔，供一個固定軸插入，球體的結構是一個軸，一個孔的結構。

②如圖3-17    (a)和（b)所示，球體上是兩個上下的軸孔，分別由上軸和下軸插入，圖（a)所示 的結構適用于小口徑，在球體上軸孔的插人深度短， 只能承受較小的介質(zhì)力，圖（b)所示的結構，適用于大口徑，可承受較大的介質(zhì)力，而且支承軸頸和驅(qū) 動軸分離，驅(qū)動軸只承受轉(zhuǎn)矩的作用。

③如圖3-17    (c)所示，球體上是兩個外伸的 軸，垂直上下兩塊支撐板，介質(zhì)力通過軸頸和支撐板傳遞到閥體上，同樣，驅(qū)動軸只承受單一的轉(zhuǎn)矩作用，分離了介質(zhì)力和操作力矩。

(2)    閥體

由于閥體是一個鍛造的筒體，沒有通常的閥頸， 閥頸被一個填料箱替代，填料箱體通過螺栓固定在閥體的平臺上，軸封則是采用0形橡膠圈，外部與執(zhí)行器的連接支板，也是通過填料箱體上的通孔，固定在閥體上，可知，這種圓筒狀結構閥體，在軸頸部 分，閥體的強度被大大地削弱了。

至于閥體的結構，與浮動球球閥一樣，有側裝式和上裝式兩種。

側裝式可以分為兩段式，一個主閥體和一個副閥體結構，也可以是三段式，一個主閥體和兩個副閥體結構。

固定式球閥設計原理
上裝式閥體是一個整體結構，上部閥蓋用螺栓與 閥體組成一個完整的壓力邊界，球體是一個帶有上下支軸的球，下支承軸承嵌入閥體內(nèi)，上支承軸承置于閥蓋內(nèi)，上軸端加工一凹槽與軸頭部的凸緣相連接， 用來傳遞轉(zhuǎn)矩，介質(zhì)力作用在軸承上，驅(qū)動軸只傳遞轉(zhuǎn)矩，并設計成防吹出的結構，閥座的設計存在裝配 或拆卸的困難，就是球體裝入閥腔時閥座要向兩側移動，這樣就設計一個可以滑動的背閥座，事先閥座縮人左右通道內(nèi)，待球體裝入后，通過背閥上的凸緣， 將閥座推向球體中心，然后用一個卡環(huán)，卡人背閥座的凹槽內(nèi)，拆卸時，則先取出卡環(huán)，然后將閥座推人 閥腔的左、右通道內(nèi)，球體即可從上部取出。因此， 上裝式結構球存在可在線維修的優(yōu)點。

3.3.4閥體與密封座的壓力-溫度額定值

與浮動球球閥一樣，閥體材料在使用中有一個壓力-溫度額定值，這一數(shù)值由標準ANSI B16. 34給出。 另外，不同密封材料，鑲嵌在金屬閥座中，也有一個壓力-溫度額定值。因為，密封材料在使用中的壓力- 溫度額定值除了與壓力、溫度有關，而且與通徑和密 封材料的鑲嵌或結構形式有關。所以這一數(shù)值和浮動球球閥不同，各個制造廠提供的數(shù)據(jù)也不盡相同。應由閥門制造廠提供。圖3-18所示是閥體和密封材料的壓力-溫度額定值。

3.3.5固定球球閥的適用范圍與引用標準

浮動球球閥適用范圍在Class 600級以下，通徑在NPS8以下。固定球球閥的適用范圍就沒有這個限制，這是由于設計中閥座上密封材料的比值能夠予以控制，因此，它適用于Class2500級以下，通徑 NPS60以下所有規(guī)格。

固定式球閥設計原理供參考的相關的產(chǎn)品標準是API 6D-2008《管線閥門》等同的標準ISO14313—2007《石油天然氣工業(yè)一管線輸送系統(tǒng)一管線閥門》。其他的引用標準可參見3. 4. 8管線球閥的引用標準。與本文相關的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥