球阀的种类繁多，通过结构形式、连接方式、压力等级、驱动形式等的不同，可组合成各类不同功能的产品，但从最基本的来说，球阀有全通径球阀与缩径球阀两大类的区别之分。一般来说，阀球内径小于或等于球阀端口内径85%时，即称为缩径球阀，而球阀内径大于球阀端口内径95%时，则称为全通径球阀。那么两者之间在选择或应用当中时，又有什么不同之处呢？一、定义 1.全通径球阀为等宽流道，也就是说从流进到流出的孔道大小是相同的，其尺寸不能小于标准规定的值，大概与该规格公称通径相当，如DN50全通径球阀流道通径也需为50左右； 2.缩径球阀流道入口宽于流道通径，流道实际通径大概比该规格小一个规格，如DN50缩径球阀流到通径为38左右，大致与DN40的规格相当。在DN250及以内缩一个规格，250-600缩两个规格，600以上按实际情况而定。二、适用介质 1.全通径球阀一般用于输送粘性、易结渣介质管道上，因其流体阻力小，可以说基本没有流阻，可方便定期的刮蜡吹扫器通过。 2.缩径球阀则适合用于输送气体或物理性能近似于水的介质的管道上，因其重量比全通径的球阀轻30%左右，而其流通阻力只有相同口径截止阀的1/7左右。有利于减轻管道负荷，降低成本。三、适用工艺： 1.对于需要定期清管的管道来说，不管输送何种介质，都必须采用全通径球阀。介质经过全通径球阀不会减小流量，并且流阻小是作为管道控制的理想型产品，特别是要求严格的工况。尤其是在输油管线和输气管线中的主管线需埋设在地下时，必须使用全通径焊接式球阀。 2.缩径球阀适用于一些要求不高，对流阻要求小等工况当中。当阀的内径大于管端内径80%以上时，对管道流体通过能力几乎没有影响。很多阀门都有缩径，一般控制在0.8以内，缩径一方面降低了阀门的流通能力，也即阀门的Kv值，增大了阀门两端的压降，造成了能量的损失，对管路来说，没有太大影响，或许增大了对管路的冲刷。四、优缺点比较： 1.安装空间：缩径球阀体积小，因此它的安装空间的要求更小。因其重量比全通径的球阀轻30%左右，有利于减轻管道负荷，减少运输负荷，降低成本。 2.造价：缩径球阀比全通径球阀价格低一个等级，考虑到性价比，国际上普遍默认，相邻管径采用同一球径阀体。如dn32与dn40、dn50与dn63、dn90与dn110、dn160与dn200、dn250与dn315采用同一球体。 注意：由于缩径球阀的阀内径较小，阀杆所受力矩小，更适宜延长阀门开关的使用寿命。尤其是大口径阀门的低扭矩设计。但是缩径也不能缩很多，否则系统阻力会增大。但是如果不缩径，一来是增加采购费用，再者一般都会降低阀门控制特性，使调节效果变差。比如调节阀如果总在小开度下使用，会降低阀门使用寿命。
球阀是可能有流向要求的。没有流量要求的球阀：浮动球形式、固定球的DBB、DIB-1形式。有流向要求的球阀：固定球的DIB-2形式，两侧分别为单活塞效应与双活塞效应的阀座，因此需要区分流向。具体可参考以下文章：[post cid="63" /]
DBB、DIB球阀内部构造，密封结构与泄压方向
摘要：以固定球阀为对象，首先强调了单活塞阀座与双活塞阀座的定义，密封结构以及工作原理。接着介绍了由这两种阀座组合成的四种不同固定球阀类型，并对其方向性与优缺点进行了对比分析，然后针对上游阀座正常与泄漏等八种情形进行了应用实例的分析，最后对DBB与DIB型的固定球阀适用场合以及在不同领域中的性能表现进行了对比归纳整理。 在通常的观点与生产实践中，球阀一般是不具有安装方向的，即使工程现场偶尔发现有箭头的球阀， 大多会按照流体方向安装，却并不知其原因。随着客户需求的多种多样，工程技术装备日新月异，满足不同工况的阀门也正在兴起，人们对阀门的认识也不断加深与提高。 笔者根据现场经验并结合国内外相关资料，认为有一部分固定球阀是具有安装方向要求的，本文将重点探讨这一部分内容。1 固定球阀密封机理 众所周知，固定球阀的球体具有上、下转轴，被固定在球体的轴承中，因此，球体不浮动而密封圈是浮动的，密封圈借助于弹簧和流体推力向球体，产生上游（ 或下游） 端密封。通常它适用于高压、大口径场合。 其密封的基本原理是 ：在预紧力和 / 或介质压力作用下， 产生密封力， 使阀座与球体压紧， 密封圈产生弹塑性变形来弥补球体相对变形以及球体的圆度误差和表面粗糙度， 使密封面上的间隙减小到小于流体的分子直径时， 才能保证流体不渗漏 。1.1 单活塞效应与双活塞效应的阀座 固定球阀的球体是固定的而阀座是浮动的，其阀座分单活塞效应（ single piston effect），缩写 SPE，或称为自泄放阀座（ self-relieving action）和双活塞效应（ double piston effect） 缩写为 DPE 两种。 单活塞阀座的原理为单向活塞式的作用，在密封副的设计上，考虑到因密封面两个方向作用力的差值而产生的作用力方向的不同， 从而使密封副在压力差的推动下，产生相应方向的活塞运动（ 单活塞效应）。 双活塞阀座的原理与单活塞阀座的原理类似，只是在密封圈的设计上，要保证无论在下游管道压力高于阀腔压力时，还是在阀腔压力高于下游管道压力时，密封圈都能达到密封，从而避免阀腔气体向下游泄压并保护下游管道（ 双活塞效应）。 简而言之，单活塞阀座就是只能在一个方向实现密封。而双活塞阀座，两个方向都能实现密封。1.2 单活塞效应阀座密封原理 一些文献中对单活塞与双活塞阀座进行过相关的数学计算，显得较为繁琐，本文主要以图示结合阀座受力讲解一下密封原理。 图 1~4 中 ：F F 为弹簧弹力，箭头方向表示受力的方向 ；F Δ A 为流体在阀座上产生的压力差（ 即 A a与 A i 的面积差与压强的乘积）；F R 为阀座所受最终合力，箭头方向表示受力方向。 图 1 中，当流体从右至左流动时，流体在阀座上产生的合力 F R = F Δ A + F F ，（ 其中 ΔA = A a - A i ＞ 0），显然方向从右至左，将阀座推向球体，实现密封。 图2中，当阀门腔内压力升高时，产生一个从左至右的推力F Δ A（ 即A a 与A i 的面积差与压强的乘积，其中ΔA = A a - A i ＜ 0） ，弹簧的力 F F 此时是从右至左，产生的合力F R 向右， 将阀座从球体上推离， 实现泄放。 DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图1 流体从右至左流动Fig.1 Fluid flow from right to left DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图2 阀腔流体外泄Fig.2 Valve cavity fluid leakage1.3 双活塞效应阀座密封原理 图 3 中，当流体从右至左流动时，流体在阀座上产生的合力 F R = F Δ A + F F ，显然方向从右至左， 将阀座推向球体，实现密封（ 此时 ΔA = A a - A i ＞ 0）。 图 4 中，当阀门腔内压力升高时，产生一个从右至左的推力 F Δ A （ 即 A a 与 A i 的面积差与压强的乘积， 此时 ΔA = A a - A i ＞ 0），弹簧的力 F F 此时也是从右至左，产生的合力 FR 必定向左， 将阀座推向球体，实现密封。 DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图3 流体从右至左流动Fig.3 Fluid flow from right to left DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图4 阀腔流体外泄Fig.4 Valve cavity fluid leakage1.4 单活塞效应和双活塞效应的区别（ 1） 腔体压力排放是有区别的 ：双活塞效应设计是腔体压力超过压力等级相应的压力值的 1.1~1.33倍时排放[4] ，且排放至大气环境。而单活塞效应的设计则是只要腔体压力与下游压力作用于阀座环面的压差大于加载弹簧的压力就自动排放至下游管线。（ 2）泄漏概率是有区别的：单活塞效应设计的优点是当阀腔压力增高时可以向上游（ 或下游）泄放，在阀腔建立高压后不会产生危险，但其泄漏的概率是双活塞效应设计的两倍。 因为始终是阀门上游侧起密封作用， 如果上游侧密封损坏，阀体压力不断增高，下游密封即失去密封功能，该阀门必定泄漏无疑 。2 双截流与泄压和双隔离与泄压（ DBB和DIB） 由于这两种类型阀门的定义在 API 6D 的论述中表述较为简略，且比较相似，导致业内一些人的理解出现偏差，造成目前一些关于 DBB 与 DIB 阀门观点的错误理解，一些工程人员甚至将这两种阀门定义都弄混淆，给厂家设计部门和用户造成一定的技术混淆和供货纠纷，更严重的是，用户端可能因此存在重大的安全事故隐患。 这两种结构的阀目前应用最多的是在旋塞阀、平板闸阀和固定式球阀上， 本文仅重点讨论 DBB 与 DIB 型的固定式球阀。2.1 双截流与泄压的（ DBB） 阀门的标准定义 具有两个阀座密封面的单体式（ 非复合联装式）阀门，当其处于关闭位置时，能阻断同时来自阀门上下游端的介质压力，且夹持在阀座密封面间的阀体腔介质有泄放通道 。注 ：当该类型阀门仅承受来自单一方向（ 上游或下游） 的介质压力时，不提供确实的双隔离功能。2.2 双隔离与泄压的（ DIB） 阀门的标准定义 具有两个阀座密封面的单体式（ 非复合联装式）阀门，当其处于关闭位置时，阀座能独立地隔离（ 密封） 来自其两侧（ 流道和阀腔） 的介质压力，且夹持在阀座密封面间的阀体腔介质有泄放通道 。注 ：具备双隔离功能的阀座可在该类型阀门的单端或双端提供。 另外，根据 API 6D 附录 B 中的说明可以知道DIB 还可细分为两种类型 ：一种为 DIB-1，其特点是两只阀座都是双向密封（ 也即双活塞阀座）；另一种为 DIB-2，其特点是一只阀座为单向密封（ 单活塞阀座），另一只阀座为双向密封（ 双活塞阀座）。3 DBB与DIB型固定球阀方向性探讨 双向密封的固定球阀（ 即当此球阀关闭时， 其能同时阻止阀门上下游两侧流体），但这并不等于意味着此固定球阀的阀座是双向， 一个双向球阀可能就是由两个单活塞阀座组成，也可能是由一个单活塞阀座和一个双活塞阀座组成，还有可能是由两个双活塞阀座组成。这意味着固定球阀的双向密封与其阀座的双向密封是两个不同的概念，千万不能混淆。3.1 DBB与DIB型固定球阀性能对比 DBB 与 DIB 型固定球阀各项性能对比见表 1。DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明 如果我们对 SPE 活塞使用→│ 符号标示，DPE 使用→│←符号来标示，则上面的四种形式的阀门类型可以用图 5~8 来标示。 DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图5 DBB型固定球阀 （ SPE+SPE）Fig.5 DBB fixed ball valve （ SPE+SPE）DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图6 DIB-1 型固定球阀（ DEP+DEP）Fig.6 DIB-1 fixed ball valve （ DEP+DEP）DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图7 DIB-2型固定球阀 （ SPE+DPE）Fig.7 DIB-2 fixed ball valve （ SPE+DPE）DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图8 DIB-2型固定球阀（ DPE+SPE）Fig.8 DIB-2 fixed ball valve （ DPE+SPE） 其中图 5 中当流体从左至右时，上游阀座（ SPE）起到密封作用，在流体压力的作用下上游阀座贴紧球体实现密封，此时下游阀座不起密封作用。而当阀门腔内产生大量高压气体时，产生的压力大于下游阀座弹簧弹力时，下游阀座将被弹开， 实现压力泄放。反之，下游阀座起密封作用，上游阀座起到超压泄放功能， 这就是双截流与泄放阀门的由来。 图 6 中当流体从左至右时，上游阀座（ DEP） 将起密封作用，而下游阀座也能起到密封作用，在实际生产运用中，下游阀座实际上起到双保险的作用。当上游阀座出现泄漏时，下游阀座依然能保持密封。同样，当流体从左至右时，下游阀座起到主要的密封作用，上游阀座起双保险作用。缺点是当阀门腔内产生高压气体时，上下游阀座都无法实现压力泄放，这就可能需要使用一个与阀门外部相连的安全卸压阀，这样空腔内上升的压力才可以泄放到外界，但同时等于增加了一个泄漏点 。 图 7 中当流体从左至右时，上游阀座能起到密封作用，而且下游的双向阀座同样能起到双重密封作用，这样即使上游阀座出现损坏，下游阀座依然能保持密封，当腔体内部压力突然升高时，可以通过上游阀座实现压力释放，可以说它的密封性与 DIB-1 两个双向阀座的密封效果类似，但能在上游阀座端实现自发泄压，兼具了 DBB 与 DIB-1 两种类型阀门的优点。 图 8 与图 7 功能几乎一模一样，唯一不同的是，当阀门腔体内压力升高时，下游阀座端实现自发泄压，一般情况下，从工艺角度而言，中腔异常压力释放到上游更为合理和安全，因此前一种设计会有人用，后一种设计基本上没有实用价值，在实际应用中非常少见。需要强调的是，一般上游阀座起到主要的密封作用，使用频率较高，因而损坏的几率也较高，这个时候下游阀座如也能起到密封作用， 对阀门的寿命是一种延续。这也是 DIB-1 与 DIB-2（ SPE+DEP）阀门寿命相较其他阀门而言很长的原因。3.2 DIB-2型固定球阀具有方向的原因分析DIB-2 型的两种固定球阀都具有安装方向要求的原因是 ：（1）一旦装反将影响阀门寿命 图 7 中 DIB-2 型的固定球阀（ SPE+DPE） 正常情况下，当流体从左至右流动时，上游阀座就能起到密封作用，当上游阀座失效的时候，下游的 DEP阀座还能起到密封作用，保险系数高，寿命较长。而方向一旦安装反，就成了图 8 中的 DIB-2 类阀门（ DEP+SPE），这时如果上游阀座（ DPE） 失效， 下游阀座（ SPE）是起不到密封作用的。故保险系数不高，寿命相对较短。（2）一旦装反将影响阀门压力泄放图 7 中 DIB-2 类阀门（ SPE+DPE） 正常情况下，阀腔内压力升高会从上游阀座处泄放，这与工艺专业所规定的方向一致，而一旦装反就成图 8 中所示的形式， 会导致下游泄压， 与工艺通常规定相违背。3.3 几种类型的固定球阀优缺点比较 几种类型的固定球阀优缺点比较见表 2。4 应用实例 因篇幅所限，下文主要对比上游阀座泄漏与上游阀座起作用这两种在实际应用中的情况（ 见图9~16）。图9 DBB型固定球阀（ 上游阀座起作用）Fig.9 DBB fixed ball valve （ upstream valve seat taking effect）图10 DBB型固定球阀（ 上游阀座泄漏）Fig.10 DBB fixed ball valve （ upstream valve seat leakage）图11 DIB-1 型固定球阀（ 上游阀座起作用）Fig.11 DIB-1 fixed ball valve （ upstream valve seat taking effect）图12 DIB-1 型固定球阀（ 上游阀座泄漏）Fig.12 DIB-1 fixed ball valve （ upstream valve seat leakage）图13 DIB-2型固定球阀（ 上游单向阀座起作用）Fig.13 DIB-2 fixed ball valve （ upstream valve seat taking effect）图14 DIB-2型固定球阀（ 上游单向阀座泄漏）Fig.14 DIB-2 fixed ball valve （ upstream valve seat leakage）图15 DIB-2型固定球阀（ 上游双向阀座起作用）Fig.15 DIB-2 fixed ball valve （ upstream valve seat taking effect）图16 DIB-2型固定球阀（ 上游双向阀座泄漏）Fig.16 DIB-2 fixed ball valve （ upstream valve seat leakage） 千万不能忽略这四种类型固定球阀区分的重要性，比如在输送危险介质的管线系统中， 错误地将DIB 型固定球阀选用成了 DBB 型，则当管线下游进行维修作业时，若阀门上游密封因某种原因失效，上游介质极有可能泄漏到下游作业区，造成人员伤亡与设备损失。5 DBB与DIB型固定球阀适用场合DBB 与 DIB 型固定球阀适用场合比较见表 3。6 结束语 虽然 DBB 与 DIB 型球阀在石油天然气长输管线工程中已被普遍使用，但部分阀门使用、 设计、 制造及监理人员仍缺乏对这两种类型阀门原理、 作用的正确理解。 本文通过详细的讨论与分析认为，这两种类型的固定球阀在结构、流体阻隔性能、密封性能、应用场合等方面均不相同，且固定球阀并非像传统观念认为的那样没有安装方向的要求。本文旨在提高大家对DBB 与 DIB 固定球阀的理解认识，保证阀门的选型、设计符合标准规范的要求。本文关于固定球阀密封结构与方向性的分析与结论，为工程设计者、阀门制造厂商、现场施工人员提供了参考。参考文献[1] 邵彭年 . 实用管件与阀门手册 [M]. 上海 ： 上海科学技术出版社， 2005.[2] 张清明， 张磊 . 浅谈管道球阀密封结构 [J]. 通用机械， 2011（ 11）：40-44.[3] 那丽， 吕赟 . 超低温球阀的结构设计特点及安装要求 [J]，煤化工， 2013（ 2）：65-67.[4] ANSI/API 6D， Specification for Pipeline and Piping Valves[S].American ：American Petroleum Institute， 2014.[5] 高慧， 侯晓辉 . 管道球阀密封原理及泄漏分析 [J]. 油气储运，2006， 25（ 3）：57-60.[6] 李铁东 . 一种大口径固定球阀的阀座结构分析与设计 [J]. 机电一体化， 2014（ 3）：13-14.[7] 税丽 . 管线球阀自泄式阀座与双活塞效应阀座的分析 [J]. 阀门， 2011（ 2）：28-29.[8] 黄俊 .API 6D DBB 及 DIB 型管线阀门结构特征解析 [J]. 装备制造技术， 2011（ 7）：173-176.[9] 孙涛 . 石油天然气管线阀门 DBB 和 DIB 功能机理及压力试验方法探讨 [J]. 科技创新与应用， 2013（ 31）：24.本文作者：吴军相关文章：[post cid="99" /][post cid="98" /][post cid="93" /][post cid="84" /]
球阀的软硬密封使用是有区别的，主要是结构上的，阀门的制造标准不一。结构机理上 球阀的硬密封是金属和金属之间的密封，密封球体和阀座都是金属的。加工精度和工艺比较难，一般用在高压上，通常35MPa以上。软密封是金属和非金属之间的密封，如尼龙\四氟乙烯，制造的标准是一样的。密封材料上 软硬密封是对阀座的密封材料而言的，硬密封是用阀座材料精密加工，保证与阀芯（球体）的配合精度，一般有不锈钢和铜。软密封是指镶嵌在阀座上的密封材料为非金属材料，因软密封材料有一定的弹性，因此对加工精度要求相对硬密封会低。制造工艺上 由于很多的化工，机械行业的工作环境比较复杂，很多都是高温高压，介质的摩擦阻力大，腐蚀性强，现在技术进步了，各种材料的运用的比较好了，加工等方面都可以跟上了，使硬密封的球阀得到广泛的推广。 其实硬密封球阀原理和软密封的是一样的，只是由于是金属之间的密封，要考虑到金属之间的硬度关系，以及工况，走的什么介质等方面。一般都要求做硬化处理，球和阀座之间要不断的研磨使其达到密封。硬密封球阀生产周期长，加工比较复杂，硬密封球阀做好不容易。使用条件上 软密封一般密封都能达到很高，而硬密封则要根据要求可高可低；软密封需要防火，因为在高温下，软密封的材质会出现泄漏，而硬密封则没这个问题；硬密封一般可以做的很高的压力，软密封则不行；软密封由于所流介质的问题，有些场合是不能用的（比如一些腐蚀性介质）；最后硬密封阀门一般比软密封的贵。至于在制造方面，两者差别不大，主要就是阀座的区别，软密封是非金属，硬密封是金属的。在设备选型上面 软、硬密封球阀选用主要依据工艺介质，温度及压力，一般介质含有固体颗粒或具有磨损或温度高于200度最好选用硬密封的，口径大于50阀门压差较大还考虑开启阀门力矩大小，力矩较大时应选用固定硬密封球阀，无论软硬密封其密封等级都可以达到6级。