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116研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2021.01 (上)1 结构特点1.1 结构形式钢管焊接球阀结构分为圆体浮动焊接球阀、圆体固定焊接球阀、方体浮动焊球阀、方体固定焊接球阀、球形固定焊接球阀。
典型焊接球阀简图见(图1)。
圆体浮动焊接球阀常用于DN15～DN350。
圆体固定焊接球阀常用于DN200～DN600。
方体浮动焊接球阀常用于DN50～DN350。
方体固定焊接球阀常用于DN300～DN1600。
球形固定焊接球阀常用于DN600～DN1600。
1.阀体2.球体3.边管4.平垫5.蝶簧6.阀座支撑圈7.O 型圈8.阀座9.阀杆 10.止推垫片 11.滑动轴承12.O 型圈 13.O 型圈 14.手柄图1 典型焊接球阀1.2 阀体中小口径阀体采用无缝钢管，大口径阀体采用板材卷制而成。
阀体体型可分为圆体和方体,球形三种焊接球阀。
圆体的阀体两端圆弧形采用工装冷压成形；两边圆弧平滑过渡，减少应力集中，省略了中法兰，可以减轻阀门重量，节省制造成本。
方体的阀体和边体之间采用U 型焊接坡口，强度高，钢管焊接球阀的设计吕东(国成阀门集团有限公司，浙江 温州 325105)摘要：钢管焊接球阀广泛应用于城市供热系统、城市煤气管道等各类管道设备上。
城市供热系统和城市煤气管道系统压力一般小于2.5MPa，传统的锻钢全焊接球阀若用在2.5MPa 的工况下，存在浪费材料的情况，相比之下，钢管焊接球阀采用钢管作为主体承压件，造价低，还可以节能减排。
本文介绍了作者设计的钢管焊接球阀的结构特点、技术性能、材料选用、工作原理及应用。
关键词：钢管焊接球阀；结构；材料；设计中图分类号：TH134 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2021）01（上）-0116-02相比圆体能承受更大的管道拉应力，切应力、合成应力，适用于大口径焊接球阀。
球形的阀体边体采用球形锻压成形，重量轻，可以减少材料成本，减轻管道重量负荷，阀体与边体中部焊缝离阀座位置较远，焊接时，热影响和变形量对阀座周边影响较小。
热力全焊接球阀技术要求最终版1.设计要求：1.1结构紧凑：热力全焊接球阀应采用紧凑的结构设计，以便于安装和维修。
1.2阀体焊接：阀体和阀盖应采用全焊接结构，焊缝应符合相关标准要求，确保焊接牢固且密封可靠。
1.3材料选择：阀体和阀盖应选用高强度和高耐热的材料，如不锈钢、合金钢等。
1.4阀芯设计：阀芯应采用球体结构，球面与密封面配合应精密加工，以确保密封性能。
1.5密封结构：热力全焊接球阀应采用可靠的密封结构，如弹性密封、金属密封等，以防止泄漏。
2.制造要求：2.1材料控制：应对所采用的材料进行严格的质量控制，确保其性能和化学成分符合相应标准要求。
2.2加工工艺：阀体和阀盖的加工应采用先进的数控机床和加工工艺，以保证尺寸精度和表面光洁度。
2.3焊接工艺：焊接操作人员应具备相应的培训和合格证书，焊接应符合相关标准和规范要求。
2.4检测要求：对焊接接头进行必要的无损检测，如超声波、射线等，以确保焊缝质量。
2.5组装工艺：组装过程中应严格按照技术文件要求进行，确保各部件的配合精度和装配质量。
3.性能要求：3.1密封性能：热力全焊接球阀的密封性能应符合相关标准要求，如零泄漏、零外漏等。
3.2使用寿命：热力全焊接球阀的使用寿命应符合设定要求，可靠性高，能够长期在高温、高压环境下稳定运行。
3.3耐温性能：热力全焊接球阀应具备良好的耐高温性能，能够在高温环境下长期稳定工作。
3.4耐压性能：热力全焊接球阀应具备一定的耐压能力，能够承受系统内的压力冲击和振动，保持良好的使用状态。
4.其他要求：4.1标准符合性：热力全焊接球阀的设计、制造和试验应符合相关标准和规范要求，如国家标准、行业标准等。
4.2安全可靠性：热力全焊接球阀应具备良好的安全防护装置，如防爆装置、紧急切断装置等，以确保人员和设备的安全。
4.3维护便捷性：热力全焊接球阀的维护、检修应方便快捷，可拆卸部件应设计合理，便于拆卸和更换。
综上所述，热力全焊接球阀在技术要求方面需要考虑设计、制造和性能等多个方面，以确保其可靠性、安全性和耐用性。
全焊接球阀尺寸标准今天咱们来聊一聊全焊接球阀的尺寸标准。
这听起来可能有点复杂，不过没关系，就像我们搭积木一样，每个积木都有它自己的大小尺寸，全焊接球阀也有它的尺寸标准呢。
想象一下，全焊接球阀就像一个超级重要的小卫士，在一些管道里工作。
那它的尺寸就决定了它能不能很好地在这个管道里站岗。
比如说，在我们家里的水管子，如果这个小卫士太大或者太小，那水管里的水就不能好好地流啦。
那这个全焊接球阀的尺寸标准都有啥呢？就像我们的衣服有不同的尺码，全焊接球阀也有不同的大小规格。
它的直径就是一个很重要的尺寸。
比如说，有的小卫士直径可能只有几厘米，就像我们小手指那么粗，这种可能就用在一些比较小的管道里，像我们家里浇花的小水管子。
而在一些大工厂里，那些大管道就需要大尺寸的全焊接球阀啦。
它们的直径可能有几十厘米呢，就像我们吃饭的大圆桌那么大。
这时候，如果用小尺寸的球阀，就像让一个小蚂蚁去看守一个大象住的房子，肯定不行啦。
还有它的长度也很关键哦。
这就好比小卫士的身高。
如果太短，可能就不能完全把管道控制好，如果太长呢，又会在管道里占太多地方。
就像我们在盒子里放东西，东西太长就放不下啦。
我给你们讲个小故事吧。
有一个小镇，他们要建一个新的供水系统。
工人们买了全焊接球阀，可是没有注意尺寸标准。
有的球阀太大，装到管道里的时候，就像一个大胖子挤在一个小胡同里，怎么也装不好。
还有的球阀太小，水一流过来，就像小水流进了大池塘，根本控制不住水的流动。
工人们重新按照正确的尺寸标准买了球阀，供水系统才顺利建好。
所以呀，全焊接球阀的尺寸标准是非常重要的。
就像我们每个人都有适合自己的鞋子尺码一样，全焊接球阀也有适合它工作的尺寸标准。
这样它才能在管道里好好工作，让水呀、油呀或者其他东西在管道里乖乖听话，顺利地流到它们该去的地方。
现在是不是觉得全焊接球阀的尺寸标准也不是那么难理解啦？。
全焊接球阀技术要求首先，全焊接球阀的材料应选择耐腐蚀性能好的材料，例如不锈钢、合金钢等。
对于特殊场合的阀门，如海水阀门、含酸碱的化工阀门等，应采用具有更好耐腐蚀性能的特殊材料。
其次，全焊接球阀的焊接工艺要求严格。
焊接工艺应符合相关标准，焊接缺陷应严格控制，确保焊缝的质量和强度。
此外，焊接过程中应进行相应的热处理，以减少焊接残余应力，提高焊接接头的性能。
第三，全焊接球阀的设计要满足压力和温度的要求。
根据使用场合的需求，确定球阀的额定压力和温度范围，并确保球阀在这些条件下能够正常使用。
设计时还应考虑球阀的结构强度，保证球阀在高压和高温环境下不会发生变形或破裂。
第四，全焊接球阀的密封性能要求高。
由于全焊接球阀没有填料密封，密封性能主要依靠球体的密封性能。
球体与阀座之间的密封面应设计得尽量接近完美球，并采用耐磨损、高温低温性能好的材料。
此外，球体的表面精度要求高，以确保与阀座的密封性。
第五，全焊接球阀的操作要求方便。
阀体上应设有操作手柄或齿轮传动装置，操作灵活方便。
球阀的开关力矩应小，操作方便，且不易出现卡死或漏气现象。
第六，全焊接球阀的防腐要求高。
球阀应进行防腐处理，防止长期暴露在腐蚀介质中导致球阀本体的腐蚀和损坏。
最后，全焊接球阀还应具备可维修性。
虽然全焊接球阀没有填料密封，但球阀内部仍然会有一些易损件，例如O型圈等。
在设计时应考虑易损件的更换和维修，以便保障球阀的长期使用。
综上所述，全焊接球阀的技术要求涉及材料选择、焊接工艺、设计强度、密封性能、操作方便性、防腐性能以及可维修性等多个方面。
这些要求的满足，能够提高全焊接球阀的可靠性和使用寿命，使其更适用于多种恶劣工况下的工业应用。
1 全焊接固定球阀的设计与计算 陆培文
根据GB/T 19672-2005、GB/T 20173-2006和美国石油学会标准 API 6D-2008、国际标准化组织标准ISO14313:2007标准规定。固定球球阀为双阀座阀门、对于双阀座阀门分：单向密封、双向密封、双阀座双向密封、双阀座一个阀座单向密封一个阀座双向密封，双截断-泄放阀，如图1所示。 单向密封阀门——设计在一个方向密封的阀门。 双向密封阀门 ——设计在两个方向都能密封的阀门。 双隔离-泄放阀DIB-1(双阀座双向密封)——双阀座、每个阀座均能达到双向密封。 双隔离-泄放阀DIB-2（双阀座一个阀座单向密封一个阀座双向密封）——双阀座，一个为单方向密封阀座，一个为两个方向都能密封的阀座。 双截断-泄放阀DBB——在关闭位置时，具有双密封副的阀门，当两密封副间的体腔通大气或排空时，阀门体腔两端的介质流动应被切断。 标准还要求密封试验时，应为进口端阀座密封。 图1 固定球球阀阀座密封分类
1 全焊接固定球球阀通道直径的确定 在设计计算全焊接固定球球阀时，首先要确定阀体的通道直径，以便作为其他部位计算的基础。球体通到底最小直径要符合相应标准的规定。设计国标全焊接固定球球阀时，全通径球阀的最小通径应符合GB/T 19672-2005《管线阀门 技术条件》或GB/T20173-2006《石油、天然气工业—管线输送系统—管线阀门》标准规定。设计美标全焊接固定球球阀时，全通径球阀的最小通径应符合API6D-2008/ISO14313:2007《石油、天然气工业—管道输送系统—管道阀门》标准规定。对于全焊接缩径固定球球阀，标准规定对于公称尺寸≤DN300(NPS12)的球阀，球阀公称尺寸的孔径缩小一个规格，按标准规定内径；对于公称尺寸DN350（NPS14）～DN600(NPS24)的球阀，球阀的公称尺寸的孔径缩小两个规格，按标准规定的内径尺寸；对于公称尺寸＞DN600(NPS24)的球阀，应和用户商定。对于没有标准规定的全焊接球阀，通常球体通道的截面积应不小于管道额定截面积的60%，设计成缩径形式，这样可以减小球阀的结构，减轻重量，减小阀座密封面上的作用力和启、闭转矩。一般采用球阀公称尺寸DN与球体通道直径之比等于0.78。此时，球阀的阻力不会过大。
2 球体半径的确定 2
设计球阀首先应根据球体通道直径和介质工作压力p来确定球体外圆半径R。如图2所示。当=45°时，sin2DNR,2sin2, 2=22DNR则，所以22RDN。如果按此式确定球体半径，则公称尺寸DN和球体长度L相等，则DN=L。当球阀关闭时，A点实际上仍在密封环的边缘，而不能起到密封作用。因此，L尺寸必须增大，而使L＞DN,使A点移到密封环的面上起到密封作用。所以，必须对上式进行修改。 球阀在达到密封时，所需的密封面宽度，如图3所示。
首先依据密封圈材料的许用比压，按密封面必须比压的公式，初步算出密封圈的宽度bM(mm)：
/10MFMcKPqb （1）
若阀座密封圈的材料为聚四氟乙烯，则许用比压为[q]=17.5MPa；c为与密封面材料有关的系数，对于聚四氟乙烯，c=1.8；K为在给定密封面条件下，考虑为质压力对比压值的影响系数，对于聚四氟乙烯，K=0.9。 把以上数值代入式(1),经过运算，得 bM =0.027p2 +0.1p+0.1 (2) 上式中p为设计压力，通常取公称压力PN数
值的110（MPa）。 对于阀座密封圈用金属圈加固时，许用挤压应力可适当加大。 所以不管球阀处于开启状态还是处于关闭状态，密封面与球体接触面的宽度，都不应小于bM，L应增加两倍密封面的投影宽度，球体半径也应增大a，如图4所示。
因为tan12aMb,所以2a=bM,因此球体的直径
应增加bM,则球体半径21b22MRDN，此值为达到密封时的球体最小直径。如球体强度需加大，可适当加大球体直径。 3
3 全焊接固定球球阀中体最小壁厚的计算 （1）全焊接固定球球阀的结构形式通常有两种，即圆筒式壳体（如图5所示）和球形壳体(如图6所示)。不过这两种结构的中体和左、右体的最小壁厚计算方法是相同的。依据API6D-2008和GB/T 20173-2006标准要求，对于全焊接固定球球阀的角焊缝强度有效系数取0.75。按GB/T 150-1998《钢制压力容器》和美国ASME锅炉和压力容器规范BPVC第Ⅷ卷 第1册UG-27受内压容器的壁厚,结合ASME B16.34-2009《法兰、螺纹和焊连接的阀门》的最小壁厚计算式。笔者认为焊缝强度有效系数取0.75，即是局部无损检测，也就是中体和颈部的焊接，属于角焊缝，只能做表面无损检测，即MT或PT，不能做射线无损检测，也不能做超声波无损检测。因此，角焊缝的强度有效系数才取0.75，也就是用加厚壁厚，增加焊缝深度，来弥补由于焊缝不能进行全面100%的射线检测可能出现的缺陷。因此，全焊接球阀中体和左、右体的最小壁厚的计算，按ASME B16.34-2009中的公式，分母中的应力系数应乘以0.75。即：
图5 图 6 4
1.521.2CCFCPdtCSEp
（3）
t—计算得出的壁厚，in； PC—class数值，如class600，PC=600；class900，PC=900； dC— 中腔内径，in；
SF—基本应力系数，取7000
E—焊缝强度有效系数，取0.75 C—附加裕量，in，见表 表1 附加裕量C in class dC 150 300 600 900 1500 2500 4500
10 0.187 0.180 0.112 0.095 0.096 0.101 0.101 12 0.185 0.184 0.107 0.096 0.097 0.099 0.101 13 0.188 0.181 0.109 0.102 0.103 0.098 0.097 14 0.182 0.178 0.111 0.097 0.098 0.097 0.102 15 0.186 0.185 0.103 0.103 0.104 0.096 0.097 16 0.190 0.182 0.106 0.098 0.099 0.096 0.102 17 0.183 0.179 0.108 0.104 0.105 0.105 0.097 18 0.187 0.176 0.110 0.099 0.100 0.104 0.102 19 0.171 0.183 0.102 0.105 0.096 0.103 0.097 20 0.184 0.180 0.105 0.100 0.102 0.102 0.102 21 0.188 0.177 0.107 0.096 0.097 0.101 0.098 22 0.182 0.184 0.109 0.101 0.103 0.100 0.103 23 0.186 0.181 0.101 0.097 0.098 0.099 0.098 24 0.189 0.178 0.104 0.102 0.104 0.098 0.103 25 0.173 0.185 0.106 0.098 0.099 26 0.177 0.182 0.108 0.103 0.105 — — 27 0.180 0.179 0.100 0.099 0.101 — — 28 0.174 0.176 0.102 0.104 0.096 — — 29 0.178 0.183 0.105 0.100 0.102 — — 30 0.172 0.180 0.107 0.095 0.097 — — 32 0.179 0.184 0.101 0.096 0.098 — — 34 0.177 0.178 0.106 0.097 0.100 — — 35 0.180 0.185 0.098 0.103 0.105 — — 36 0.174 0.182 0.100 0.098 0.101 — — 38 0.171 0.176 0.105 0.099 — — — 40 0.179 0.180 0.099 0.101 — — — 41 0.173 0.177 0.101 0.096 — — — 42 0.176 0.184 0.104 0.102 — — — 43 0.180 0.181 0.096 0.097 — — — 44 0.174 0.178 0.098 0.103 — — — 46 0.171 0.182 0.103 0.104 — — — 5
48 0.179 0.176 0.097 0.105 — — — 50 0.176 0.181 0.102 0.096 — — — 52 — — — — — — — 54 — — — — — — — 56 — — — — — — — 58 — — — — — — — 60 — — — — — — —
若按GB/T12224-2005标准计算最小壁厚应为： 161.52907.2NBKPNDtCSEKPN
(4)
式中：tB—虑内压的最小计算壁厚，mm；
PN—公称压力数值；
S—应力系数，取48.3MPa; DN—阀体中腔最大内径，mm；
E—焊缝强度有效系数，取0.75；
K—系数，见表2； C1—附加裕量，见表3
表2 K系数
公称压力PN 16 20 25 40 50 63 100 110 150 160 250 260 420 K 1.25 1.25 1.0 1.0 1.0 0.91 0.91 1.0 0.97 1.0
表3 附加裕量 C1 mm PN DN 16 20 25 40 50 63 100 110 150 160 250 260 420
6 2.93 2.9 2.9 2.84 2.80 2.77 2.60 2.68 2.70 2.76 10 2.87 2.84 2.84 2.74 2.67 2.72 2.62 2.76 2.46 2.39 15 2.81 2.76 2.76 2.71 2.61 2.63 2.28 2.73 2.03 1.79 20 2.74 2.67 3.07 3.18 3.14 3.44 3.14 3.21 2.41 2.08 25 3.68 3.69 3.79 3.94 3.98 3.85 3.11 3.79 2.49 2.68 32 4.38 4.28 4.28 3.96 3.74 3.59 2.63 3.56 2.70 2.59 40 4.28 4.15 4.15 3.75 3.48 3.48 3.09 3.42 2.52 2.06 50 4.85 4.79 4.89 4.69 4.65 4.40 3.01 3.08 2.48 3.06 65 4.66 4.54 4.64 4.49 4.26 4.53 2.70 3.01 2.51 1.94 80 4.56 4.30 4.80 4.60 4.46 4.86 2.68 3.14 2.05 1.73 90 4.63 4.93 5.23 4.74 4.43 4.48 2.50 3.19 2.50 2.12 100 4.90 4.77 5.07 4.68 4.60 5.30 2.92 2.95 2.66 3.21
