简述天然气管道球阀的工作原理

一、管道球阀的基本组成及工作原理

1．基本结构组成

一般天然气管道用球阀主要是由阀体、阀座、球体、阀杆及传动装置组成。球阀的主要功能是接通和切断管道中流体的通道，球阀是通过传动装置让球体旋转90°来实现开、关功能的。

常用的天然气管道球阀主要有浮动球结构和固定球结构两大类。①浮动式球阀的球体是可以浮动的，在天然气压力的作用下，球体将被紧紧压到出口侧的密封圈上，这是将形成单密封，阀前阀座的密封不能保证。这种结构的球阀特点是结构简单、单侧密封性能好，但其密封面承受的压力较大，故启闭力矩大。②而固定式结构球阀的球体具有上、下转轴，下部转轴被固定在阀体下部的轴承上，上部与阀杆相连。球体可沿与阀门通道垂直的轴线转动，不能像浮动结构球阀一样球体可以侧向移动。因此，固定球球阀工作时，阀前流体的压力只传给轴承和阀杆，不会对阀座造成压力，所以固定球阀转矩小，阀座变形小，密封性能稳定，使用寿命长。固定球阀的阀座是浮动的，浮动阀座借助阀座后弹簧的压力和天然气的压力压紧球体，从而实现密封。

2．球阀的阀座结构

国内天然气管道常用的球阀有CAMERON球阀、GROVE球阀、上海詹姆斯·莱来斯球阀、自贡球阀等，常用的阀座结构有以下几种形式。

（1）普通阀座

普通阀座一般用在直径等于小于200mm浮动阀座的球阀上[1]。普通阀座主要是在预紧力或流体的压力作用下，阀座与球体压紧，并使阀座材料产生塑性变形而达到密封，其密封效果取决于阀座在流体的作用下或预紧力的作用下，能够补偿球体不圆度和表面微观不平度的程度。这种阀座结构简单，加工制造方便，应用较为普遍。

（2）弹性阀座

弹性阀座形式相对较多，但天然气管线上常用的有螺旋弹簧组阀座和碟形弹簧阀座，这两种阀座都是靠弹簧的弹力和流体的压力将阀座推向球体，从而达到密封。这两种阀座有很好的双向密封能力和良好的弹性补偿能力，但对于螺旋弹簧组阀座来说，每一支弹簧的刚度很难做到一致，以致阀座受力不均，影响阀门的密封性能。相比之下，碟形弹簧的结构简单、紧凑、加工方便，且受力均匀。因此应用相当广泛。

（3）旋转阀座

球阀在打开瞬间或关闭终了前，球体与阀座之间形成月牙形的狭窄通道，于是天然气被节流而呈高速喘流湍流状态，经常导致阀座被冲蚀而发生内漏。旋转阀座的主要特点是阀门在启闭过程中，阀座可沿通道的轴线作旋转运动，通过开关阀门使阀座旋转，可使阀座沿圆周方向均匀磨损，改善工作状况，延长使用寿命。