5-40  单焊缝全焊接球阀的设计与应用如何？

5-40 单焊缝全焊接球阀的设计与应用如何？

答：球阀结构简单，流阻小，密封性能好，使用广泛，是近年来发展较快的阀门品种之一。但球阀制造工艺复杂，质量大，成本高，特别是大中口径的球阀。这里介绍一种综合性能较好的单焊缝全焊接球阀。

（1）结构特点 目前大中口径球阀的主要结构有螺栓连接的三体式球阀和焊接连接的三体式球阀等。

1）螺栓连接 三体式球阀（见图5-28）在装配过程中阀体可以多次拆卸，组装方便，有利于阀座密封圈压缩余量的调整，易损件可以更换，从而使阀门生产制造的成品率较高。但是，螺栓连接三体式球阀的外泄漏点多，在设计时除考虑阀体壁厚必须满足设计压力下的强度要求外，还应考虑连接螺栓在设计（或操作）压力和垫片密封比压作用下的强度要求及阀体连接法兰的刚度要求，从而使阀体阀盖体积增大，造成阀门体积大、质量大，原材料成本高。阀门加工过程中，阀体的内外表面及两端都需要加工，加工工序繁杂，增加了加工成本。

2）焊接连接 三体式球阀（见图5-29）外泄漏点少，可用于直埋式。

由于焊接连接三体式球阀的圆筒形主阀体与左、右阀体连接法兰无法减小，所以其体积、质量和原材料成本与螺栓连接结构球阀的相似。在阀门加工过程中，阀体的内外表面及两端均需要加工，尤其是球体上下固定板的加工精度要求很高，难度大，加工工序繁杂，使加工成本增加。阀体焊接的两条焊缝离阀座圈距离较近，焊接时产生的高温容易传导至阀座圈位置，使阀座密封圈和O形圈易烧损或变形，从而导致阀门内漏。另外，焊接使阀门产生的焊接应力，容易使阀体产生变形，当变形导致阀座圈卡塞时，则无法密封。因此，三体焊接结构的球阀制造难度大。装配过程中阀体焊接后不能拆卸，使阀座密封圈压缩余量无法调整，密封效果难以控制，使阀门生产制造精度要求高，成品率低。

图5-28 螺栓连接的三体式球阀

1—球体 2—左阀体 3—主阀体 4—阀杆 5—上固定轴 6—右阀体 7—下转轴

图5-29 焊接连接的三体式球阀(https://www.daowen.com)

1—球体 2—左阀体 3—主阀体 4—阀杆 5—上固定板 6—右阀体 7—焊缝 8—下固定板

（2）新结构。新结构球阀（见图5-30）阀体采用两半椭圆体焊接式，焊缝在阀体的中间，远离密封元件。经计算分析，新型单焊缝焊接式球阀阀体的壁厚减小13%～35%，整体质量较三体式球阀减小30%～40%。由于椭圆形阀体最大体腔壁厚与其进出口端流道部位的壁厚相近，再考虑流道部位需要机械加工的因素，在实际生产中椭圆形阀体可用同一壁厚进行毛坯的铸造或锻压，不仅使模具简单化，使毛坯铸造或锻压过程中由于壁厚差引起的局部应力减小，还提高了毛坯铸造或锻压的成品率。两个半椭圆形阀体对焊的焊接球阀焊缝距阀座圈较远，焊接过程中可以控制高温不传导至阀座位置，对O形圈和密封圈热影响较小，不会使阀座密封圈和O形圈烧坏或变形而导致阀门内漏。由于焊缝距离阀座圈较远，焊接应力导致阀体阀座部位的变形有限，不会导致阀座圈卡塞而无法密封。

图5-30 新型结构的球阀

1—球体 2—左阀体 3—阀杆 4—上固定轴 5—右阀体 6—焊缝 7—下转轴

新型二体式焊接球阀的焊缝加工精度要求高，需达到一次焊成，避免出现报废等现象。阀门装配时，左、右阀体焊接后不能拆卸，使阀座密封圈压缩余量无法调整。为此对阀座密封圈结构进行了改进（见图5-31），使阀门的密封效果好，使用寿命长。

图5-31 密封结构

1—弹簧 2—阀座 3—O形圈 4—密封圈

综上所述，新型单焊缝球阀体积小，质量小，外形美观，泄漏点少，节约原材料，制造成本低，可广泛应用于石油、天然气长距离输送管线，尤其是大中口径埋地式的长输管线。