球閥

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。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。關閉位置的1/4旋轉可以是順時針或逆時針方向。

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。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。

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。

<image>

## 類型

<image>

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。

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。

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。

### 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。

- 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。
- 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洩漏，不適用於高壓情況。
- 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$A_1 V_1 = A_2 V_2$，隨著流通面積的減小，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。

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

<image>

- 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埠或所有三個埠連接在一起，但45度的位置可能會斷開所有三個埠，這不會留下任何出錯的餘地。L閥可以將中心埠連接到兩側埠，也可以將三個埠全部斷開，但不能將側埠連接在一起。
- 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形狀的埠，它們不相互連接，有時被稱為「×」埠。

## 結構材質

<image>

<image>

閥體材質可以包括但不限於以下任何材質：

- 不鏽鋼
- 黃銅
- 青銅
- 鉻（鍍層）
- 鈦
- PVC
- 氯化聚氯乙烯
- 可溶性聚四氟乙烯（內襯）

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。

- TMF (valve seat)
- Delrin
- Reinforced PTFE (RTFE)
- 聚三氟氯乙烯 (PCTFE; Kel F)
- 金屬
- 尼龍
- PEEK
- 50/50 (valve seat)
- 原始(未填充)聚四氟乙烯
- 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)
- Graphoil
- FKM

## 外部連結

- Valveman brand Kompact Series Wafer Type Ball Valve
- 球閥