球阀基础知识

球阀基础知识《阀门技术》课程系列教材

球阀基础知识

主要内容：

•球阀定义与术语

・球阀分类

•球阀产品标准

・球阀典型结构

球阀基础知识——《阀门常识》课程系列教材

球阀基础知识

球阀即以球体作为启闭件得阀门。随着加工技术、检测技术与智能控制技术得突飞

猛进，以及各种密封新材料得不断涌现，球阀产品将得到越来越广泛得应用。目前球阀产

品不仅在一般工业管道得到了应用，而且在西气东输、煤制油工程以及核工业、宇航工业

输送管线上得到普遍应用C

早在19世纪80年代美国就开始设计球阀，但就就是当时缺乏适当得密封圈材料，限制

了球阀产品得发展。直到本世纪50年代，聚四氟乙烯等弹性密封材料得出现以及机床工

业得发展才使球阀产品得发展出现转机并得到飞速发展。

一、球阀结构与术语

球阀主要由阀体、阀座、球体、阀杆、手柄（或其她驱动装置）组成。球阀得主要功

能就就是切断或接通管道中得流体通道,其作用原理很简单:藉助手柄或其她驱动装置在

阀杆上端施加一定得转矩并传递给球体，旋转90℃,使球体得通道与阀体通道中心线重合

或垂直，完成球阀得全开或全关。手动软密封浮动球阀结构图示例如下：

左同与朗『n/触右雌

图9—1

二、球阀分类

球阀得结构型式和品种规格极其繁多，而且新产品新结构仍然在不断涌现。根据球阀

得特点和用途，球阀可分为若干种类型。

（一）按球体得支撑方式分类:可分为浮动球球阀和固定球球阀

1、浮动球球阀:其主要特点就就是球体无支撑轴，球体系藉阀门进、出口两端得阀座

予以支撑，阀杆与球体为活动连接，见图9—lo这种球阀得球体被两阀座夹持其中而呈

“浮动状态”。球体通过阀杆借助于手柄或其她驱动装置可以自由地在两阀座之间旋转。

当球体得流道孔与阀门通道孔对准时，球阀呈开启状态,流体畅通，阀门得流体阻力最小。

当将球体转动90℃时，球体得流道孔与阀门通道孔相垂直，球阀处于关闭状态，球体在流

体压力得作用下，被推向阀门出口端（简称阀后）阀座,使之压紧并保证密封。

浮动球阀得主要优点:结构简单、制造方便、成本低廉、工作可靠。浮动球阀得密封

性能与流体压力有关。在於她条件相同得情况下，一般来说压力越高越容易密封c但就就

是应考虑到阀座材料能否经受得住球体传递给她得我荷，因为流体压力在球体上所产生

得作用力将全部传递给阀后阀座。此外，对于较大尺寸得浮动球阀，当压力较高时,操作转

矩增大，而且球体自重也较大,自重在阀座密封面上所产生得压力分布就就是不均匀得，一

般来说沿通道直径水平面上半圈压力较小，下半圈压力较大，导致阀座磨损不均匀而发生

渗漏。因此浮动球阀一般适用于WPN10,《DN200得阀门。

为了使浮动球阀在较诋得工作压力下具有良好得密封性能，球体与阀座之间必须施

加一定得预紧力。预紧力不足,不能保证密封，而过大得预紧力又会使摩擦转矩增加，还可

能导致阀座材料产生塑性变形而破坏密封性能。对于低压球阀，可通过调整中法兰之间得

密封垫片得厚度来限制其预紧力。

为保证浮动球阀工作时得密封性与可靠性，设计时应注意：

a.球体和阀座得接触面上应具有足够得密封比压,但要满足密封条件。

b.阀座与阀体凹槽底面得密封比压应与球体接触面上得密封比压相当。如密封比压

不足可减小阀座底面外径或加大内径，也可在底面开几条顶角为60\深l-2mm得三角

形同心圆槽.不懂

c.球体应有正确得几何形状及合适得表面粗糙度。

d.合理选用密封材料

目前较理想得施加预紧力得方法就就是采用弹性阀座得球阀,弹性阀座能大大增加

阀座本身得弹性变形范围，使之在低压或高压下都能保持良好得密封性能。只要在弹性阀

座有弹性变形范围之内工作，就能基本保持其密封比压恒定,使阀座不至因过载而损坏。

弹性阀座得结构示例如下:

图9一2

2、固定球球阀:球体与上、下阀杆连成一体，或制成整体连轴式球,即球体与上、下

阀杆锻（焊）成一体装在轴承上，球体可沿与阀门通道相垂直得轴线自由转动，但不能沿通

道轴线移动。因此，固定球阀工作时，阀前流体压力在球体上所产生得作用力全部传递给

轴承,不会使球体向阀后医座移动，因而阀座不会承受过大得压力,所以固定球阀得转矩

小、阀座变形小,密封性能稳定，使用寿命长，适用于高压、大通径得场合。

图9—3

固定球球阀得密封关续在于正确选用弹性密封阀座得结构形式，合理设计阀座得各

部份尺寸,巧妙地借助于流体压力或弹簧作用力来达到密封要求。

（二）按球体安装方式分类

可分为顶装式（上装式］、侧装式、斜装式等。对于侧装式球阀,根据使用场合得不同

以及通径得大小，阀体有整体式与分体式两种,分体式又分为二分体（两片式）与三分体（三

片式）。

1、上装式球阀

上装式球阀得结构特点就就是阀体做成整体，其上部设有阀盖,球体、密封圈、阀座

均从阀体上部装入。上装式球阀得优点:检修或更换阀座时，不必将球阀从管线上拆下来,

仅打开阀盖，将球体吊出即可，这给地下管线,特别就就是原子能工业用球阀带来很大方

便。对于三通、四通及多通球阀,因其球体较大，从任何一端通道装入或取出都不方便，而

且多通球阀得网体中腔本身就很大，采用上装式比侧装式更为优越。

上装式球阀得缺点就就是阀体体积大,重量重，因此，一般不用于高压场合。

上装式球阀图例如下:

图例9一4四通球阀（上装式）图例9—5上装式固定球阀

2、侧装式球阀

⑴侧装整体式球阀

球体从阀体一端装入，用螺套将阀座与球体固定并压紧。这种球阀结构简单，零件数

量少，制造及安装方便，适用于较小通径得场合，特别就就是对于粘稠或易结晶得介质，如

尿素等需要将阀体作成保温夹套得场合几乎都就就是采用侧装整体式结构。见图9—6。

图例9—6侧装整体式球阀

⑵侧装二分体式球阀（两片式球阀）

将阀体沿通道轴线相垂直得截面分为不对称得左右两半，球体从截分面孔装入，左右

两半阀体用法兰连接或螺纹连接得球阀。

由于阀体分为两半，与整体式相比，半个阀体单件重量较轻，铸造（锻造）及机械加工方

便,这种球阀适于推广。图9—1、9—2均为侧装二分体式球阀。

（3）侧装三分体式球阀（三片式球阀）

对于公称尺寸较大得球阀，为方便加工制造及装配，常采用侧装三分体式结构，即将阀

体在两阀座部位沿与通道轴线相垂直得截面分为三部分，整台阀门沿阀杆中心轴线左右

对称，线条流畅，外形美观，制造方便，适宜于用小设备制造大阀门。这种结构得缺点就就是

图9一7侧装三分体式球阀

（三）按球体结构分类

1、整体球球阀

整体球球阀就就是球阀启、闭件最常用得结构形式。所谓整体球，即就就是在一只完

整得球体上加工出直通、三通及多通圆孔流道。此外,整体球得流道还可加工成圆锥形孔

或其她形状得流通截面，这种特殊截面形状得球阀一般作为节流阀用。

•直通式球阀

流体通过阀门后不改变流动方向，通过驱动装置操纵球体，使之截断或接通管道中得

流体。直通式球阀就就是最基本、最普通，也就就是使用最广泛得一种球阀。图9—1、9

—2均为直通式球阀。

•直角式球阀

其特点就就是进、出口通道成90”C相交,球体得流道呈L形。流体通过直角式球阀

后,要产生900C转弯。

•L形三通球阀

如下图9—8所示,L形三通球阀得阀体分三个通道，其中B、C通道共轴,A通道与B、

C相垂直。

图9—8L形三通球阀结构示意图

•T形三通球阀

T形三通球阀得球体加工成相互垂直得T形，其她结构原理与L形三同相同，见图9

-9所示。

图9—9T形三通球阀结构示意图

•Y形三通球阀

2、半球体球阀

球阀往往就就是依靠阀前或阀后阀座达到单向密封，只有极个别特殊场合才使用阀

前、阀后双向密封。因此，在通常情况下只有一半球面起密封作用，于就就是产生了如图

所示得半球体球阀。

半球体球阀得主要特点上重量轻、球体精加工表面积小，因此这种结构球阀近年来逐

步受到重视。

V形球阀属半球体球阀，但其设计构思与用途却不同，主要用输送纤维、纸浆等粘稠

性介质。球体上得V形口能起切断机作用，以避免纤维物料在球体、阀体和阀座之间。

此外,V形球阀还可广泛用来调节流体流量。

图9-10V形球阀

（四）按球阀用途分

上述介绍了按结构形式分类得各种普通用途球阀。在特殊工况下使用得球阀，按球阀

用途可分为真空球阀、低温及超低温球阀、高温球阀、保温球阀、耐腐蚀衬里球阀、耐

磨球阀、收发球球阀、全塑球阀以及多功能球阀等。

1、真空球阀

在真空场合使用得球阀即真空球阀。在结构上,真空球阀与一般球阀并无特殊之处,

只就就是在选材、加工及试验要求上必须满足真空技术要求。作为真空球阀，零件材质必

须致密，阀体内表面需经机械加工或抛光，零件装配前需经严格清洗，装配好得阀门必须严

格保持清洁，以保证抽真空和保持真空度。

由于在真空下作业,球阀不能靠流体压力推动球体压紧阀座或流体压力推动阀座压

紧球体来达到密封,而只能靠预紧力达到密封。为补偿阀座得磨损、保持密封力恒定，真

空球阀宜采用弹性阀座得密封结构。

真空阀门得设计和性能测试按ZBJ78005《真空阀门技术条件》和ZBJ78006

《真空阀门性能测量方法》进行。

2、低温及超低温球阀

在低温及超低温介质工况使用得球阀称为低温及超低温球阀。低温及超低温球阀应

满足以下要求：

①冷损失小；

②在低温环境下工作可靠；

③热容量小；

④结构简单、流体阻力小;

⑤阀体适宜于安装在保温箱里，但阀门将启、闭机构应露在保温箱外。

低温阀门最突出得问题就就是填料密封问题。在低温下，填料得弹性消失，密封性能

大大降低，流体很容易从填料函处渗漏出来，致使该部位冻结，影响阀门得正常操作。为此,

低温球阀多采用加长阀杆得结构，以增加填料函部位与阀体体腔之间得温度梯度，使填料

函处得温度保持在0℃以上，改善填料函得工作条件,延长填料得使用寿命，减少冷损。同

时也便于将阀门安装在真空外壳或具有绝热层得壳体里。对于必须安装在保温箱外得低

温球阀，整台阀门则宜采用真空夹套保冷。

3、商温.球阀

在高温介质工况使用得球阀称为高温球阀。球阀得使用温度通常取决于阀座材料得

耐温性能。当球阀阀座采用聚四氟乙烯或尼龙材料制造,其使用温度为《200℃。对于高

温球阀（通常指温度高于250℃）,其设计得关键就就是：

①正确选用适合于高温下使用得密封材料；

②如何补偿阀座在使用过程中得磨损以及协调阀体、阀座和球体三者之间由于装

配温度与使用温度不同得温差变形。

一般情况下，高温球阀采用金属对金属得密封副即金属密封球阀，其特点就就是球体

和阀体都就就是用耐高温骞金属材料制造，阀座为金属或耐热合金（如钻络鸨硬质合金等）

制造。

金属对金属密封副高温球阀得优点就就是:适用温度范围广，各种金属材料得热膨胀

系数相差不大，只要选用得当，可以达到基本一致，有利于协调温差变形。缺点就就是金属

材料硬度高，达到密封所必须得比压亦高，在通径较小和压力较低场合，难以靠流体压力达

到密封，即使就就是采用预紧力达到密封，但因密封比压大，阀座和球体之间得磨损必须很

大,而且金属与金属得摩擦系数比较大，球阀得启、闭转矩亦大。

4、保温球阀

对于输送如尿素等易于结晶得物料或者粘稠流体（如含蜡质和沥清较高得石油等）场

合，常采用加热保温得办法，以防止物料结晶或降低流体粘度，增加流动性，避免阀门被堵

塞和减小工程得动力消耗,按加热方式，保温球阀有外加热式和内加热式两种。

1）外加热式保温球阀

一般称为夹套式保温球阀,其阀体采用整体结构，球体和阀座从侧面装入，并用堵头顶

住和压紧。球体为浮动式，保温夹套用铸件或钢板冲压焊接而成。在夹套上设有供加热水

蒸汽引入或排出得接管嘴C

这种加热保温球阀结构较简单，制造方便,但外形尺寸大，热损失大,加热效率低。

2）内加热式保温球阀

她就就是将球体作成空心夹层，通入水蒸汽或用电阻丝加热。内加热式保温球阀虽然

结构较复杂，加工制造较困难,但结构尺寸小，加热效率高。

5、耐腐蚀衬里球阀

对于输送强腐蚀性介质得场合，如硫酸、硝酸、盐酸等介质，虽然可以采用不锈钢等

耐腐蚀金属材料制造，但成本高。如采用衬里球阀,则既具有优良得耐腐蚀性能，又能节省

贵重金属,就就是较为理想得研腐蚀阀门。

耐腐蚀衬里球阀得阀体、球体和阀杆等，可选用铸铁、铸钢制造,用以承受介质压力,

与腐蚀性介质直接接触得零件表面则衬以一层屋为2〜3mm得塑料，如F-3、F-46等，以

抵抗介质得浸蚀，达到合理用材。

近年来，又出现了一种喷涂塑料球阀，即在上述衬塑料部位采用喷涂聚苯硫醛等耐腐

蚀塑料得办法达到上述要求，其制造成本更低。

6、耐磨球阀

对于输送高硬度得颗粒性介质得场合，如氧化铝、煤粉等介质，其硬度往往达到HRC

60以上，采用通用得金属密封球阀，其密封副经受不了介质得长时间冲刷。这种耐磨球

阀一般情况下可采用对球闵及阀座喷涂WC/Co等超硬材料进行处理。

7、收发球球阀

在一条管道内连续交替地输送不同得油品，称为油品顺序输送。如图2-71所示，当

顺序输送油品时，为减少混油，在输送管道得起点站，要用收发球球阀于两种油品得分界面

处投放若干个隔离球;经过中间泵站后，再用收发球球阀将隔离球取出,换发新隔离球，或

使旧隔离球继续越站运行;到达终点站时，仍用收发球球阀将隔离球取出。

8、多功能球阀

为简化工艺流程,便于操作控制，减少阀门用量,导致了多功能阀门或一阀多用途阀门

得出现。如通常所用得截止止回阀,即就就是将截止阀升降式止回阀合二而一，兼有两种

功能。近年来，球阀出现了向多功能阀方向发展得趋势，如蝶式球阀和止回式球阀即属此

类阀门。

9、全塑球阀

全塑球阀就就是本世纪80年代随着塑料工业得发展而产生得，她与金属球阀相比,最

显著得优点就就是:轻巧、灵便、美观、耐用。全塑球阀特别适用于低压(PNW1MPa),

常温(480°C)得酸碱介质，如水处理系统和酸洗设备中。这种球阀得阀体、球体、阀杆、

连接螺母等一般用硬聚氯乙烯和聚丙烯制造，阀座密封圈为聚四氟乙烯制成，我国目前已

能制造DN15-100mm得全塑球阀。

(五)其她分类方法

按球阀与管道得连接方式、按球阀得驱动方式分我们在第一讲中就讲过，这里就不一

一进行介绍。

三、球阀得型号编制

根据JB/T308,一般工业用球阀得型号编制方法中结构形式代号如下:

结构形式代号结构形式代号

直通流道1直通流道7

Y形三通流道2四通流道6

浮动球L形三通流道4固定球T形三通流道8

T形三通流道5L形三通流道9

半球通道0

型号编制示例如下:

Q341Y------16P

四、常用球阀产品标造

国内标准:

GB/T12237—2007《石油、石化及相关工业用得钢制球阀》

GB/T15185-1994《铁制与铜制球阀》

GB/T19672—2005《管线阀门技术条件》

JB/T7745-1995《管线球阀》

国外标准:

API608—2002《法兰、螺纹和焊连接金属球阀》

API6D—2002《石油与天然气工业一管道输送系统一管线

阀门》

ISO7121—2006《法兰型钢制球阀》

ISO14313—1999《石油与天然气工业一管道输送系统一管线阀门》

BSENISO17292-2004《石油、石油化工及相关工业用金属球阀》

AVCWAC507—2005《从6英寸到48英寸得球阀》

五、球阀密封结构

根据阀门渗漏得部位知性质，可分为内漏和外漏之分，对球阀而言，内漏发生于阀座与

球体以及阀座与阀体之间得接触面上，外漏则往往发生在填料函处,也有可能在连接法兰

与垫片之间。

1、球阀得阀座结构

阀门内漏得流体虽然未流到外界,不会污染环境，也没有流体损失,但其危害性仍十分

严重，轻则影响产品得质量，重则由于渗漏串通将酿成恶性事故。应根据工艺条件，如流体

得性质、温度、压力以及阀门通径等，设计合理得阀座结构，选择合适得密封材料,以获得

可靠得密封性能。

1)普通阀座

普通阀座球阀得特点:在预紧力或流体压力作用下，阀座与球体压紧，并使阀座材料产

生弹塑性变形而达到密封，其密封效果取决于阀座在流体压力或预紧力得作用下，能够补

偿球体不圆度和表面微观不平度得程度。因此，阀座与球体之间必需具有足够大得密封比

压°,并应满足:纵

式中:％——保证阀门密封得必须比压(MPa)

q——阀门工作时得实际密封比压(MPa)

\q\——阀座材料得许用比压(MPa)

普通阀座得结构如下图：

上图所示普通阀座结沟最简单，加工制造最方便,应用也较普遍(浮动球软密封球阀),

一般用于DN200及以下c

2）弹性阀座

弹性阀座除了与普通阀座一样，在预紧力或流体压力（或两者兼而有之）作用下，阀座

材料产生弹塑性变形而达到密封外，还由于阀座本身得特殊结构或借助于弹性元件，如金

属弹簧骨架、弹簧等，在预紧力或流体压力下产生弹性变形,以补偿温差、压力、磨损等

外界条件变化对球阀密封性能得影响。

a、整体斜面弹性阀座

整体型斜面弹性阀座有单斜面和双斜面之分，其结构如下图所示。

单斜面弹性阀座双斜面弹性