之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍固定式球阀设计原理通径和压力级的限 制，这样就促进固定球球阀结构的发明。“固定球球 阀” 一词的翻译是不十分确切的，英文“trunnionmounted ball valve”准确的译文应是“支轴球球阀”， 球体上带有两个支承轴的球阀。这一结构的球阀，大大拓展了球阀的压力等级和通径。下面讨论其结构原理。支撑，阀座是浮动 的，在介质力作用下，推向球体产生一个接触应力， 以获得可靠的密封。同浮动球球阀一样，阀门从开启至关闭，或者从关闭至开启回转90°角行程。

(2)固定式球阀设计原理固定球球阀结构特征

固定球球阀阀体由主阀体，左、右两个副阀体组 成，球体是一个上端有轴颈，下端有一轴孔的球体， 阀体上部有一个填料箱，与球体轴颈相接处有一个滑 动轴承，球体下端有一个轴孔，装有滑动轴轴承套， 阀体底部有一个轴承插入球体下端的轴孔内。这样球 体被保持在回转中线上，转动时不会产生偏移。球体 两侧对称地有两个浮动的阀座组件，这一阀座组件由 金属座圈，镶嵌在座圈内PTFE密封环，外缘上的橡 胶0形圈和背面螺旋弹簧等组成。当阀门关闭时， 介质力作用在密封座的组件上，使阀座与球体接触， 产生接触应力，获得有效的密封。阀杆与填料箱体由 〇形橡胶圈密封。

固定球球阀的结构比浮动球球阀复杂得多，其原 理是介质压力推动阀座组件作用在球体上产生接触应 力来获得密封，球体回转中心轴线不发生偏移，阀座 的组件是浮动的，所以称之为固定球-浮动阀座结构。 由于介质作用力是作用在一个环形面积上（图3-14)， 其介质推力远小于浮动球球阀介质的作用力，所以固 定球球阀结构适用于高压大口径，其适用的范围压力 级为Classl50〜2500，阀门通径为NPS 2〜60。对于采用PTFE、增强PTFE、尼龙、PEEK等高分子材 料作密封环的结构，设计中仍然要满足密封比压q大于必需的密封比压qb，小于材料的许用比压[q]，即qb<=q<=[q]。

固定式球阀设计原理由此可见，与浮动球球阀比较，固定球球阀特征如下：

①球体和阀座组合后的尺寸是一个自由尺寸， 并不像浮动球球阀结构形成一个封闭尺寸链。因此， 其密封性能在结构上不受温度和压力波动的影响；

②同样是介质自密封的原理，但固定球球阀的 介质力是作用在阀座的环形面积上，比浮动球球阀介 质力作用在整个通道截面显然要小得多，而且可以通 过合理的设计来予以控制，所以这种结构适用于 NPS 60以下，压力等级适用于Class2500以下的所

有球阀规格，成为球阀发展中重要的一个结构形式；

③基于上述的同样理由，球阀的操作力矩亦远比浮动球球阀小；

④其结构比浮动球球阀复杂，重量大，价格也 比同规格浮动球球阀贵；

⑤可以设计成全通径、标准通径和缩径，具有较大的流通能力和较低的流阻系数。座在阀腔中的压力大于出口端压力时， 作用在出口端阀座上的介质压力形成一个压力差Ap， 这一压差乘以环形面积JF=0.785(名一4)即为作用于出口端阀座上的力，其方向推开出口阀座，使腔体压力泄放。

典型的自泄放阀座由阀座、密封环、弹簧、〇形密封圈等组成。弹簧可以选用一组螺旋弹簧或一只碟形弹簧，可以设置在管线侧阀座的底部，也可以设置在阀腔侧阀座的背部。阀座与阀体侧的密封，可以是〇形橡胶密封圈，也可以用由PTFE制成的V形碗。

(2)固定式球阀设计原理双重密封阀座

图3-16所示为双重密封阀座的设计，只要调整密封环与0形橡胶密封圈的相对位置，或改变密封座尾部尺寸（图3-16的办）就可达到双重密封功能， 又称之为“双活塞效应”。

进口端阀座在进口端压力高于阀腔中压力时，作用在进口端阀座上的介质压力形成一个压力差该压差乘以环形面积F=0.785(必2—山2)即为阀座的密封力，该力推动阀座使球阀密封，截断进口端介质。

出口端阀座在阀腔中的压力大于出口端压力时， 作用在出口端阀座上的介质压力形成一个压力差Af， 该压差乘以环形面积F=0.785(*2—A2)即为作用于出口端阀座上的力，该力也推动阀座使球阀密封， 截断腔体压力向出口端流动，即前级密封后级也密封。

双重密封阀座的两个阀座都具备正和反两个方向切断流体的功能，称之为隔离型阀座，而自泄放型阀座设计，就阀座本身而言是单向密封。

3. 3.3固定式球阀设计原理固定球球阀的结构

(1)    球体

上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀介绍了密封座的各种结构形式设计之后，再来观察固定球球阀的球体结构。固定球球阀的重要特征是球体在开关过程中不偏离球体的回转中心，球体上支轴的设计有三种结构形式：

①如图3-14所示，球体上部有一个轴柄，下部 是一个轴孔，供一个固定轴插入，球体的结构是一个轴，一个孔的结构。

②如图3-17    (a)和（b)所示，球体上是两个上下的轴孔，分别由上轴和下轴插入，图（a)所示 的结构适用于小口径，在球体上轴孔的插人深度短， 只能承受较小的介质力，图（b)所示的结构，适用于大口径，可承受较大的介质力，而且支承轴颈和驱 动轴分离，驱动轴只承受转矩的作用。

③如图3-17    (c)所示，球体上是两个外伸的 轴，垂直上下两块支撑板，介质力通过轴颈和支撑板传递到阀体上，同样，驱动轴只承受单一的转矩作用，分离了介质力和操作力矩。

(2)    阀体

由于阀体是一个锻造的筒体，没有通常的阀颈， 阀颈被一个填料箱替代，填料箱体通过螺栓固定在阀体的平台上，轴封则是采用0形橡胶圈，外部与执行器的连接支板，也是通过填料箱体上的通孔，固定在阀体上，可知，这种圆筒状结构阀体，在轴颈部 分，阀体的强度被大大地削弱了。

至于阀体的结构，与浮动球球阀一样，有侧装式和上装式两种。

侧装式可以分为两段式，一个主阀体和一个副阀体结构，也可以是三段式，一个主阀体和两个副阀体结构。

固定式球阀设计原理
上装式阀体是一个整体结构，上部阀盖用螺栓与 阀体组成一个完整的压力边界，球体是一个带有上下支轴的球，下支承轴承嵌入阀体内，上支承轴承置于阀盖内，上轴端加工一凹槽与轴头部的凸缘相连接， 用来传递转矩，介质力作用在轴承上，驱动轴只传递转矩，并设计成防吹出的结构，阀座的设计存在装配 或拆卸的困难，就是球体装入阀腔时阀座要向两侧移动，这样就设计一个可以滑动的背阀座，事先阀座缩人左右通道内，待球体装入后，通过背阀上的凸缘， 将阀座推向球体中心，然后用一个卡环，卡人背阀座的凹槽内，拆卸时，则先取出卡环，然后将阀座推人 阀腔的左、右通道内，球体即可从上部取出。因此， 上装式结构球存在可在线维修的优点。

3.3.4阀体与密封座的压力-温度额定值

与浮动球球阀一样，阀体材料在使用中有一个压力-温度额定值，这一数值由标准ANSI B16. 34给出。 另外，不同密封材料，镶嵌在金属阀座中，也有一个压力-温度额定值。因为，密封材料在使用中的压力- 温度额定值除了与压力、温度有关，而且与通径和密 封材料的镶嵌或结构形式有关。所以这一数值和浮动球球阀不同，各个制造厂提供的数据也不尽相同。应由阀门制造厂提供。图3-18所示是阀体和密封材料的压力-温度额定值。

3.3.5固定球球阀的适用范围与引用标准

浮动球球阀适用范围在Class 600级以下，通径在NPS8以下。固定球球阀的适用范围就没有这个限制，这是由于设计中阀座上密封材料的比值能够予以控制，因此，它适用于Class2500级以下，通径 NPS60以下所有规格。

固定式球阀设计原理供参考的相关的产品标准是API 6D-2008《管线阀门》等同的标准ISO14313—2007《石油天然气工业一管线输送系统一管线阀门》。其他的引用标准可参见3. 4. 8管线球阀的引用标准。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀