新型单阀座双偏心固定球阀结构设计
球阀结构的简单课件
氮化
硬密封球阀密封副的表面处理:
HV350-600， 耐轻度腐蚀，
镀硬铬 HV800-900， 20微米 镍基合金热喷涂：Ni-60, Ni-55 HRC55-64, 0.5-1.0mm
超音速火焰喷涂：WC(Tungsten Carbide) CC(Chromium Carbide) 74-0.3mm
V型球体 V Type
顶装 Top Entry 按球体安装 侧装 Side Entry 按球体个数
单球 Single Ball
gral Body 两片式 Two Pieces
按阀体形式
三片式 Three Pieces
全焊接/埋地式 Full Welded/Underground 夹套保温 Jacket Ball Valve
软密封Soft Seat 按密封形式
（金属＋非金属、非金属＋非金属）
硬密封Metal Seat （金属＋金属）
PTFE RPTFE 软密封阀座材料: Nylon Devlon PEEK
180℃ 250℃ 90℃ 125℃ 260℃ 230℃ 镀镍磷 ENP
PPL
HV 300-500，耐腐耐磨，-50-890℃
球阀结构
浮动式Floating Type 按球体结构 固定式Trunnion Mounted 支撑板 Trunnion Support 轨道式Orbit 支撑杆 Stem
顶装 Top Entry 按球体安装 侧装 Side Entry
球阀结构
常规球体 Regular Ball 按球体形状 多通球体 Multi-way Ball (L型， T型， Y型)
球阀结构
双偏心半球阀的结构特点介绍
双偏心半球阀的结构特点介绍1.双偏心设计：双偏心半球阀的最大特点是采用了双偏心结构设计，即阀球的中心轴线和阀杆轴线都偏离了球体的中心。
这种设计能减小阀球与密封面的接触面积，降低了摩擦阻力，从而使得操作力更小，密封性能更好。
2.半球形球体：双偏心半球阀的阀球采用了半球形设计，即球体的一个半球面与密封面接触、另一个半球面与导向面接触。
这样的设计能够保证阀球在工作过程中的偏心量相对稳定，进一步提高了密封性能。
3.双重密封结构：双偏心半球阀采用了双重密封结构，即包括阀杆密封和底阀密封。
阀杆采用了填料密封，可靠性高，密封效果好。
底阀采用了金属封座或弹性材料密封，能够承受高压和高温的工况。
4.阀座选用多种材料：双偏心半球阀的阀座通常可以选用金属或弹性材料，根据工况不同可以灵活选择。
金属阀座能够承受高压和高温，具有较好的耐腐蚀性；弹性材料阀座能够提供较好的密封性能，使阀门具有较低的泄漏率。
5.可拆卸结构：双偏心半球阀的结构设计使其具有可拆卸的特点，方便检修和维护。
当需要对阀门内部部件进行检修或更换时，可以直接将阀球、阀杆和阀座拆卸出来进行维修，而不需将整个阀门都拆卸下来。
6.快速开闭特性：双偏心半球阀的结构特点使得其具有快速开闭的特性。
由于阀球采用了半球形设计，当旋转90度时即可完成完全开启或关闭，操作方便迅捷，能够满足对快速开闭的要求。
7.应用广泛：双偏心半球阀结构特点使其具有良好的密封性能和可靠性，因此被广泛应用于石油、化工、天然气、水处理等行业。
另外，双偏心半球阀还常用于高温高压的工况，能够满足对高温高压的要求。
总之，双偏心半球阀具有双偏心设计、半球形球体、双重密封结构、可拆卸结构、快速开闭特性等独特的结构特点，使其具有优良的密封性能、可靠性和适用性。
在各个领域有着广泛的应用和推广前景。
球阀的结构原理课件
放泄阀
29
放泄阀的结构
阀体中腔
放泄孔
阀体
阀座
阀芯 阀体
放泄口
锁紧螺母
30
二。防静电的功能
31
阀杆的防静电结构
连接板
阀杆
填料箱
弹簧
中间体
钢珠
32
球体的防静电结构
球体
阀杆
弹簧
中间体
33
蝶形弹簧片的静电引出装置
静电电荷从球体引导到阀体
球体
阀座
阀体 蝶形弹簧片
阀座
弹簧
烧损后的阀座嵌件
球体
41
阀门火烧试验装置
最高试验压力: 小于10.0MPa 试验标准: ISO 10497、API 607、BS6755
42
美国劳氏船级社颁发的符合防火试验的证书
阀门作耐火设计 ，均为防火安全 型。 完全符合API 607规范。
43
四。阀杆泄漏时 注入密封脂的功能
44
阀杆泄漏时注入密封脂的功能
第四部分 固定球球阀的结构原理
12
固定球球阀的外形
13
连接体
固定球球阀的结构
平鍵 连接板
上阀杆 填料箱 吊耳
球体 中间体 轴承
轴承 阀座
下阀杆
压板
连接体
14
固定球球阀的选料
• 阀门的阀体、球体和连接体材 料及其它内件均为锻钢, 并符合 API 6D中所述的标准与此等效的 材质标准, 连接体材料具有良好 的可焊性。永远克服与根本避免 由于铸件砂眼、裂缝、缩孔而引 起的外泄漏现象。
连接体
中间体
石墨密封环
阀体中腔的压力P0 橡胶O形密封圈
常用球阀结构特点及设计标准
5、密封面均对焊硬质合金
6、法兰连接
API 608-1995
10
油密封式固定
球球阀
1、流道：全通径
2、左、右阀体和球体采用铸钢或锻钢
3、左、右阀体密封采用O形圈
4、左、右阀体连接采用螺栓连接
5、两阀座密封圈处均设有注油嘴
6、阀杆与球体采用键连接
7、与管道连接采用焊接或法兰连接
6、阀体底部设调整螺杆也采用填料密封
7、连接方式：法兰连接
GB/T 12237-1989 API 608-1995
12
前阀座密封固
定球阀
1、流道：全通径
2、阀体、阀盖和球体采用铸钢或锻钢
3、采用上装式阀体
4、阀体阀盖采用螺栓连接
5、采用浮动阀座、密封面采用聚四氟乙烯，
阀座背后设有弹簧，前阀座台肩经过精确计
1、流道：全通径或缩径
2、采用球体上装式阀体
3、阀体、阀盖采用螺栓连接
4、阀体、阀盖、球体采用铸钢或锻钢
5、阀座采用金属对焊硬质合金，球体与阀座
API 6D-2002
API 608-1995
接触面对焊硬质合金
6、球体采用固定球
7、阀杆上有S形导槽，导销与导槽配合，使 阀杆升降时带动球体脱离阀座后再旋转90°或旋转90°再压向阀座
8、密封圈采用聚四氟乙烯
API 6D-2002
GB/T 12237-1989 API 608-1995
11
滑动阀座浮动
球球阀
1、流道：全通径或缩径
2、左、右阀体均为锻钢或铸钢
3、左、右阀体用螺栓连接，其密封用垫片密 封
4、左、右阀体放密封圈处均为5°斜面，阀
关于双向偏心金属硬密封球阀的设计应用
关于双向偏心金属硬密封球阀的设计应用摘要：双向偏心金属硬密封球阀是普通球阀的改进型之一，它受温度限制小，操作轻便，磨损较小，很好地解决了普通球阀的一些缺点。
关键词：球阀双向偏心1.双向偏心金属硬密封球阀的结构1.1.球阀是带圆型通孔的球体作为启闭件，球体随阀杆转动，以实现阀门启闭动作的阀门。
球阀以结构紧凑、尺寸小、流通面积大、直通式、中间无阻碍、流阻小、启闭迅速等优点，广泛应用于管路系统，是目前工业上常用的阀门。
双向偏心金属硬密封球阀（图1所示）是在球阀的基础上，引进半球阀原理，使启闭件（球）与密封球座，在关闭时保持双面密封，应用偏心楔紧原理，每面都与相应的阀座形成楔紧状态，达到密封楔紧所需要的比压。
在开启时偏心球向外旋动，使球形密封面与阀座脱离开，不接触，球体自由地在两支撑轴上空转，减少了摩擦。
1.2.密封原理：双向密封球阀是将阀芯（球体）如图2所示的几何形状做成对称双偏心式的两个球半径相等，偏心距e=e的球面。
使球形阀芯与其相对应的阀座形成楔型的结构。
阀芯在支撑半轴上转动，开启时偏心球体逆时针转动，球体密封面与阀座脱开，互相不接触，阀芯在两半轴上空转。
关闭时球体顺时针旋转，应用圆偏心楔紧原理，每个球面都与其相对应的阀座形成楔紧状态，达到楔紧所需要的密封比压。
关键零件是球形阀芯的几何形状，作成对称双偏心式球面，使其球型阀芯与两端阀座形成楔型结构。
若一个密封面是液体迎着球面的密封副工作，另一个密封副则成为顺流正向的工作密封副。
由于作用在球面阀芯上的压力方向不同，密封正压力总值也就不同。
流向压力大，承载密封能力越大。
双向偏心金属硬密封球阀的最大特点是：既可逆向承载（）的密封压力；更能顺向承载（）的密封压力。
而且，一旦逆向的密封压力失效时，又一道顺流方向的承载力发挥作用，其承载能力可增加30～60%，承载能力使阀体组件保证可靠的工作状态。
2.偏心球的设计原理及其计算公式2.1.自锁条件：如图3所示圆偏心及其升角变化斜面机构的自锁条件是斜面螺旋升角α小于偏心体与底面、偏心轴与孔壁间的摩擦角、之和，即螺旋升角小于摩擦角2.2.图中自锁条件的力矩平衡方程式：令摩擦系数μ1=0.1，且忽略偏心园盘轴与孔壁间的摩擦力矩，取μ2=0，上述公式简化为：实际应用中，考虑到系统中各部位的摩擦及阀座环口的非平面因素，取μ1=0.15，可以满足：即自锁条件为：偏心球体直径D，偏心量e，满足上述条件，就能在相关尺寸设计时保证阀门自锁条件，即阀门在使用过程中不会自行松开，保证安全可靠。
球阀结构介绍
球阀结构
固定球阀
固定球阀的球体是固定的，受压后不产生移动。
固定球阀都带有浮动阀座，受介质压力后，
阀座产生移动，使密封圈紧压在球体上，以保证密封。
通常在与球体的上下轴上装有轴承，操作扭矩小，适用于高压和较大口径的阀门
一片式浮动球阀由一个塞头将球体固定，维修方便，结构简单。
两片式浮动球阀由两片阀体夹住球体，维修相对复杂
双向密封、双向承压、自动补
适用于带纤维性、含有颗粒及
超薄设计、轻巧美观、响应迅
双向密封、双向承压、自动补
适用于带纤维性、含有颗粒及
型球阀是一种直角回转的阀，它
型开口的半球体，具有锋利的刃口。
在球体回转过程中，密封面具有强有力的切断
防抱死、操作频繁、启闭迅速、结构简
刃口与流道形成扇形结构、改
带微颗
偏心半球阀结构使球阀存开启瞬间密封面既脱离，因此球阀开关灵活，且开关过程中密封面不接触，大大降低了密封的磨损，有效的延长了舰门使用寿命，同时密封面接触后球阀越关越紧，因此密封性可靠，同时密封面磨损后其有补偿功能，只需要将关闭位盖稍做调整又
可适配螺。
球阀的结构原理ppt课件
防上阀杆吹出的结构
填料箱
连接体
填料箱的凹槽 上阀杆 防阀杆吹出的法兰
连接板 中间体 连接体
球体
25
二。双截断和放泄 （DBB)的功能
26
双截断和放泄（DBB)的功能
球阀关闭
27
双截断和放泄（DBB)的功能
球阀开启
28
双截断和放泄（DBB)功能
阀座的结构设计成：阀门处在关 闭位置时，阀座的两侧在压力的 作用下均可密封。
拧开阀体底部的放泄塞 放泄阀体中腔中的压力
放泄阀
29
放泄阀的结构
阀体中腔
放泄孔
阀体
阀座
阀芯 阀体
放泄口
锁紧螺母
30
二。防静电的功能
31
阀杆的防静电结构
连接板
阀杆
填料箱
弹簧
中间体
Hale Waihona Puke 钢珠32球体的防静电结构
球体
阀杆
弹簧
中间体
33
蝶形弹簧片的静电引出装置
静电电荷从球体引导到阀体
球体
阀座
阀体 蝶形弹簧片
连接板
注油嘴
阀杆
注油通道
橡胶O形圈
中间体
填料箱
45
五。阀座泄漏时 注入密封脂的功能
46
G系列固定球球阀阀座的 紧急注入密封脂的功能
47
固定球球阀阀体上的阀座注油嘴
48
阀座紧急密封时密封脂的注入
注油抢嘴
密封脂
注油通道
注油嘴
钢珠
弹簧
单向阀
中间体
注油通道
连接体
弹簧
橡胶O形密封圈
阀座
阀座嵌件
石墨密封环
球阀的密封结构和原理
球阀的密封结构和原理1．阀体的密封固定球球阀均采用浮动阀座形式的密封结构，阀座依靠镶嵌在阀体上预制的弹簧产生的弹力和介质的压力共同作用下将阀座紧紧的推向球体。
阀座密封采用组合密封的结构（如图1所示），初级的金属密封能有效地防止固体颗粒对密封面的损坏；次级密封是橡胶O形圈的密封，它有两个功能，一方面是擦拭球体的表面，防止它的表面受损，另一方面能保证阀门达到“零”泄漏的密封要求。
图1 组合密封结构根据球阀的不同密封结构，分为如下三类。
（1）单活塞效应的阀座标准设计的固定球球阀中，每一个阀座环都起着“单活塞效应”的作用。
在这种情况下，作用在阀座环外侧端面上的管线压力，产生一个把它推向球体的力，而作用在阀座环内侧端面上的、阀腔内的压力，产生一个把它推离球体的力。
因此，尽管施加在它们外侧端面上的管线压力，使得两个阀座环都获得了所需要的密封性能，但是，它们是“自释放”的。
这是因为，当阀腔内异常升高压力产生的、把阀座推离球体的力，大于弹簧把阀座推向球体的作用力时，这一效应允许阀腔内的压力，向与阀门连接的管线排放。
当阀体阀腔内压力正常时，阀座的受力情况如图2所示。
图2 阀座的受力情况一1.阀座2.石墨密封环3.橡胶O形密封圈4.连接体5.中间体6.球体阀体上游的压力大于等于阀腔内的压力，阀门关闭时，阀座被顶向球体，密封圈紧贴球面达到密封的目的。
此时阀座所受的作用力为：F=（P1－P0）×A2+P1×A3+F0其中F0为弹簧的推力。
当阀体阀腔内压力异常升高时，阀座的受力情况如图3所示。
阀体阀腔内的压力大于阀体上游的压力，阀门关闭时，阀座可能会被顶离球体，阀腔内的压力要进行泄放。
此时上游阀座受到被推离球体的力：F上=（P0―P1）× A2 ≥ P1 × A3 + F0图3 压力高时阀座的受力情况二1.阀座2.石墨密封环3.橡胶O形密封圈4.连接体5.中间体6.球体同理，下游阀座受到被推离球体的力：F下=（P0―P2）× A2 ≥ P1 × A3 + F0P2为阀体下游的压力，由于P1 > P2，所以F下> F上。
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因此 ，采 用 支 撑 板 固 定球 体 的 结构 在 设 计 阀 杆
时，只需要计算操作阀门的力矩，而不必计算阀杆承受
的 剪切 力 ，相 对来说 ，阀杆直径 比传 统 固定式球 阀要
小。
２
图２ 分体结构
１ ． 球体密封座 ２ ０ 形圈 ３ ． 球 体
这种结 构在 很大程 度上 减少 了球体 的加 工时 间 ， 提高 了加工效率 。而且可根据具体的使用工况条件选择
控 制 ，经济效益显著 ，本阀门多用于水轮机入水 口处 ， 采用液压操作 。
【 关键词１双偏心固定球阀 水轮机 单阀座 密封
设计计算
一
前言
传统球 阀由于球体与阀座密封面始终接触 ，启闭
过程 中易造 成球 体与阀座密封面的磨损 ， 从而导致 阀门 产生 内漏 。为克 服这一 缺 陷 ，将 双偏 心蝶 阀 的设计 理
图４ 球体 固定结构
１ ． 阀体 ２ 圆柱销 ３ 球体 支撑板 ４ ． 球体 ５轴套 Ｉ ６自润滑轴套 Ⅱ
铸造球体、半球体等结构，节约生产制造成本。为防止 介质从连接的间隙处泄漏 ， 在球体与密封圈连接处设置
一
５ ． 阀杆密封结构设计
阀杆密封处结构设计属动密封类，对于频繁动作
用液压重锤 、蜗杆 传动、电动 、液动及气动等形式 。
接触。现以Ｄ Ｎ ６ ０ ０ 、Ｐ Ｎ ５ ． Ｏ ＭＰ ａ 球阀为例简要说明。设 计上，取偏心距ａ 为１ ２ ｍｍ，偏心距ｂ 为１ ２ ｍｍ，阀门在
全开 位置 ，阀座密封面和球 体密封圈间距 为ｌ Ｏ ｍ ｍ。
＝、工作原理
本固定球设置两个偏心结构，如图ｌ 所示。 第一个偏心：阀杆的旋转中心 （ 中心１ ）与球体几 何中心在旋转平面内】 ， 方向上设置一个偏心距ａ ；第二
图１ 偏心结构
ｌ － 阈体 ２ ． 左 阀盖 ３ ． 左法兰 ４ ． 球体 ５ ． 右阀盖 ６ ． 右法兰 ７ 阀座外圈 ８ ． 密封 圈 ９ ． 阀座内 圈 ｌ Ｏ ． 球体 密封 圈 １ １ ． 限位块 １ ２ ． 弹簧
念融入到球阀的设计中来 ，研制 出一种新型的球阀结
构——单 阀座双偏心固定球阀 。
上。
２ ． 球体密封圈设计
球 体 密封 圈 与球 体本 体 采用 分 体结 构 ，如 图２ 所
示，螺栓联接、球体密封圈的密封部位球面半径比球体 本体半径大２ ～４ ｍ ｍ，这样加工时只需要研磨出球体密
封圈密封部位的球 面即可 ， 球 体的其他部位表面粗糙 度 及其材料可不作较高的要求。
３ ． 密封圈设计
密 封 圈采用矩 形截 面结 构的 聚氯酯 或聚 四氟 乙烯
等无毒材质 ，整体成型 ，无须机加工 ，更换方便 ，如 图
３ 所示 。也可将 阀座 内、外 圈加 工成沟 槽 ，用０ 形 圈代 替矩形密封 圈 （ 此结构对加工精度的要求较高 ）。
三 主要结构设计
１ ． 阀座设计
１ ． 密封 圈 ２阀座外圈 ３ ． ０ 形圈 ４ ． 阀座内圈
阀门中腔被两个阀座隔离，当阀门输送介质中含有泥沙 等杂质时，容易造成淤积。在阀门的启闭过程中，淤积 的杂质常将密封圈刮伤 ， 造成阀门内漏。本新型结构的
球 阀由于采 用单 阀座设计 ，中腔与进 口 端直接相通 ，随 着阀门的逐 渐关闭 ， 过流 面积 不断减小 ，介 质流速逐 渐 增大 ，淤积 的杂质被 高速流动 的流体冲刷带走 。
球体在操作机构的带动下 ，以中心１ 顺时针旋转，
由于 采用偏心的结构设计 ，阀座密封面和球体密封 圈间
的距离逐渐减小，当旋转８ ３ 。时，两者开始接触，继续
旋转 ，球 体密封圈逐渐挤压阀座密封面 ，阀座产生轴 向
２ ０ １ ３ ￣
第 １ 期 ｗ ｗ ｗ ． ｅ 确 ｘ ． ８ Ｕ ５ ’ ＿ ， Ｃ Ｏ Ｆ Ｉ １ ｉ
本系列球阀隶属阀后密封结构 ，主要用于水力发
电站水轮 机入 口端 ，介质为常温水 ，用于发 电机 组检 修
个偏心 ：阀杆的旋转中心 （ 中心１ ）与球体几何中心在
旋转 平面内ｘ 方 向上设 置一个偏心 距 。 在 阀门开 启位 置时 ，阀座密封 面和 球体 密封 圈不
或机组调节系统失灵时的断流保护。本产品也可以用于 城市供水及油品输送等其他系统。阀门的操作方式可采
４ ． 球体固定结构设计
球体 采 用上下 支撑板 固定 式结 构设计 ，具 体结 构 如 图４ 所示 。球 体上下端分 别加 工有一 圆形台阶 ， 通 过 轴套 Ｉ 和 自润滑轴套 Ⅱ 与球 体支撑板配合 ，球体支撑板 两端及左右阀盖相对应位置各精确加工一组销钉孔 ，支 撑板通过销钉分别固定在左右阀盖上。采用支撑板固定 球体的结构 ，介 质力作用于球体后通过支撑板被传递到 阀体上 ，不会像传统 固定球阀那样将介质力传递到阀杆
本球阀在设计时考虑到主要用于单向截断介质，
因此在结构上采用单 阀座设计 ，即密封阀座设置在阀门 出Ｉ ： １ 端 ，进 Ｉ ： １ 端 无阀座 。阀门中腔开放 ，介 质的流动对 中腔的沉积物可以 自动进 行清洗。 传统 的球 阀多采 用双 阀座的结 构 ，在关 闭位 置 ，
２
图３ 密封圈设计
Ｇ Ｍ 通 用机 械制造
Ｉ Ｇ Ｍ Ｍ ａ ｍ ￣ ｆ ａ ｃ ｍ ｒ ｅ
位移与弹簧产生压缩 力建立球 体与阀座的密封 ，直至球 体旋转９ ０ 。 ，限位结 构起作用 ， 球体停止转动 ，此时依 靠弹簧的弹性 势能及介质压力作用 ， 将 阀座 密封面 紧贴 于球体密封圈上 ，实现密封。
通用机械翩造 Ｇ Ｍ
Ｃ ， Ｍ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
新型单阀座双偏心固定球阀 结构设计
上 海科 科 阀 门集 团有 限公 司 （ ２ ０ １ ８ ０ ２ ） 张大 辉
【 摘 要ｌ介绍 了 一种新型单阀座双偏心固定 球阀 结构设计的主要特点及密封工作原理 ，这些新结构的使 用，使得本阀门密封效果更加可靠， 操作力矩得到有力