甲 浮球閥是球閥具有不受支持球-使得在閥腔中的球移動(dòng)，以幫助密封該管線壓力-比兩個(gè)座位其擱置在其他。

無論閥座是由金屬，塑料還是其他材料制成，球閥性能的關(guān)鍵都是密封設(shè)計(jì)。球閥性能的另一個(gè)重要功能是閥桿密封設(shè)計(jì)。典型的浮球閥使用軟閥座（例如PTFE（一種稱為聚四氟乙烯的塑料，也稱為Teflon）或TFM（PTFE的改良版本，也稱為TFM 1600））來密封管路壓力。TFM與PTFE相比，在壓力/溫度方面略有優(yōu)勢(shì)。PTFE和TFM均以其相當(dāng)高的溫度和壓力性能而著稱，是閥座材料的理想選擇。但是，兩者都沒有很好的記憶力。一旦座椅被壓縮或變形，材料將無法恢復(fù)其原始形狀。

浮球閥如何工作

關(guān)閉的閥上的壓力不僅作用在球的上游側(cè)，而且作用在上游閥座的后側(cè)。該力的結(jié)果將球和上游閥座朝下游閥座的方向推動(dòng)（見圖1）。該力可導(dǎo)致下游閥座的彈性變形和塑性變形。極端塑性變形的出現(xiàn)導(dǎo)致閥座的局限性。

圖1.壓力將球和上游閥座朝下游閥座的方向推動(dòng)。

彈性變形是在閥座設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的預(yù)期臨時(shí)變形，它利用設(shè)計(jì)中存儲(chǔ)的能量臨時(shí)改變其形狀，以在壓力和溫度波動(dòng)時(shí)改善密封性能。

塑性變形是由于壓縮或極端壓力和溫度導(dǎo)致的座椅永久變形。這有時(shí)被稱為“冷流”。再次，這定義了座椅設(shè)計(jì)和材料的局限性。

閥座技術(shù)

浮球閥設(shè)計(jì)中使用了兩種不同類型的閥座技術(shù)：果醬閥座和柔性閥座，也稱為通電閥座。

許多早期的商用球閥設(shè)計(jì)以及今天使用的一些設(shè)計(jì)，都取決于果醬閥座的設(shè)計(jì)。這種密封是通過在閥座設(shè)計(jì)中使用過多的材料而產(chǎn)生的，從而將球（在組裝過程中）輕微“塞住”到閥座中，這導(dǎo)致閥座被壓向球和車身內(nèi)壁（見圖2）。由于塑性變形，座椅的壓縮或預(yù)設(shè)由此損害了座椅。盡管這種塑性變形很小，但需要對(duì)閥座進(jìn)行壓縮才能實(shí)現(xiàn)緊密密封。這樣可以在低壓應(yīng)用中進(jìn)行密封，并且隨著壓力的增加，球會(huì)被迫進(jìn)入下游閥座，從而導(dǎo)致密封更加緊密。 

圖2.預(yù)設(shè)前后的卡紙座

同樣在這種類型的設(shè)計(jì)中，由于壓縮，閥座已經(jīng)形成了一些輕微的塑性變形，因此，如果上游壓力大大增加，則由于球更硬地推入下游閥座，它將導(dǎo)致更多的塑性變形。只要壓力保持在較高水平，這就不成問題，但是如果壓力降低，則很可能會(huì)發(fā)生泄漏，因?yàn)殚y座不會(huì)恢復(fù)到其原始形狀，這意味著它已經(jīng)“冷流了”?？堊鶝]有壓力補(bǔ)償。 

與卡紙座椅有關(guān)的另一個(gè)問題是溫度波動(dòng)。熱膨脹是材料在加熱時(shí)通常體積的增加。通常表示為每單位溫度變化的長(zhǎng)度或體積的分?jǐn)?shù)變化。將系數(shù)應(yīng)用于給定材料，以比較從一種材料到另一種材料的熱膨脹率。該速率稱為材料的熱膨脹系數(shù)。通常，為固體給出線性膨脹系數(shù)，而為液體和氣體給出體積系數(shù)。

如果球閥中的溫度升高，則鋼體和球會(huì)膨脹；但是，PTFE或TFM閥座的膨脹速度要高得多-可能是其周圍金屬速度的八倍。如果溫度變化足夠高，則卡紙座將產(chǎn)生超出其原始形狀的更多塑性變形。如果閥門隨后被冷卻，則額外變形的閥座收縮很可能會(huì)導(dǎo)致泄漏。卡紙座也沒有熱補(bǔ)償。

當(dāng)受到磨損時(shí)，球閥中的犧牲元素就是閥座。座位價(jià)格合理。但是，在高循環(huán)條件下，根據(jù)截止壓力和閥門尺寸，果醬閥座會(huì)很快磨損。卡紙座也沒有磨損補(bǔ)償。 

所有塑料都有一個(gè)彈性行為區(qū)和一個(gè)塑性行為區(qū)。目的是利用彈性行為區(qū)來使用存儲(chǔ)的能量，就像跳水板一樣。 

電動(dòng)座椅有許多不同的設(shè)計(jì)。同樣，帶電座椅可以利用設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能，通過利用設(shè)計(jì)中內(nèi)置的彈性變形來補(bǔ)償壓力，熱補(bǔ)償和磨損的變化。例如，一種用于在座椅中獲得內(nèi)置能量的流行設(shè)計(jì)是對(duì)座椅的內(nèi)徑進(jìn)行整形，使其具有柔性。除此設(shè)計(jì)外，在閥體與閥座外邊緣之間還包括一個(gè)撓曲區(qū)（見圖3）。在閥的最終組裝期間發(fā)生的初始預(yù)設(shè)，或者是對(duì)閥座施加壓力，以使閥座彎曲到彎曲區(qū)域中，從而存儲(chǔ)彈性能量。此設(shè)計(jì)利用了設(shè)計(jì)中內(nèi)置的彈性變形，因此減少了由于壓力，熱膨脹和磨損增加而引起的塑性變形的機(jī)會(huì)。只要在撓曲區(qū)域中閥座和閥體之間有一定的間隙，閥座就會(huì)彎曲而不是冷流。

圖3.預(yù)設(shè)之前的靈活座椅

卡紙座設(shè)計(jì)也使用預(yù)設(shè)，但是在這種情況下，設(shè)計(jì)中沒有彎曲區(qū)域，僅使用塑性變形進(jìn)行密封。

浮動(dòng)球閥內(nèi)的密封

對(duì)于果醬閥座設(shè)計(jì)和彈性閥座設(shè)計(jì)，在新閥中，只要上游壓力不會(huì)使球超過有效預(yù)設(shè)值，就會(huì)發(fā)生上游密封。隨著上游壓力的增加，它會(huì)迫使球和上游閥座沿下游閥座的方向移動(dòng)，從而使球更緊地壓向下游閥座，從而使閥緊密關(guān)閉。發(fā)生這種情況時(shí)，閥體與上游閥座后部之間將形成間隙。這允許上游壓力準(zhǔn)確地進(jìn)入閥腔（請(qǐng)參見圖4）。 

圖4.出于說明目的，放大了上面所示的球/座運(yùn)動(dòng)距離（與所示座椅的尺寸相比）。根據(jù)閥的大小和上游壓力的大小，移動(dòng)實(shí)際上很小。

使上游壓力與空腔中的壓力相等具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。它減少了摩擦，最大程度地減少了座椅損壞，并提供了更低的工作扭矩。如果閥門是自動(dòng)化的，則將導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)更小，成本更低。 

浮動(dòng)球閥是下游的密封裝置。該閥具有兩個(gè)閥座，只是為了使其雙向。這意味著，無論以哪種方式將其安裝在管道中，兩側(cè)的工作原理都相同。但是，如前所述，只要上游壓力不會(huì)使球移動(dòng)超過新閥上的有效預(yù)設(shè)值，上游密封就會(huì)發(fā)生。但是，隨著閥的磨損，設(shè)計(jì)的有效預(yù)設(shè)值會(huì)降低，因此，即使在較低壓力下，上游壓力也更容易進(jìn)入閥腔。

為了幫助并確保上游壓力進(jìn)入模腔以平衡壓力，在閥座的外邊緣開有徑向凹槽（請(qǐng)參見圖5）。徑向凹槽僅影響上游閥座的密封，因?yàn)橄掠伍y座被球壓入內(nèi)部閥體內(nèi)，在下游閥座的背面發(fā)生密封。徑向凹槽不會(huì)使閥門單向。由于兩個(gè)閥座相同，因此閥保持雙向。閥門內(nèi)部產(chǎn)生的力也相同，使閥門保持雙向。

圖5.徑向凹槽以確保壓力平衡

熱流體膨脹

在浮球閥中，兩個(gè)閥座之間形成的腔是用于壓力增加的絕對(duì)理想的安全殼。出人意料的是，由于熱膨脹，與被困的不可壓縮物的溫度升高相關(guān)的壓力升高幅度很大。在沒有華氏度的情況下，普通水的溫度每升高1華氏度，壓力就會(huì)升高約100 psi。例如，10?F將使壓力升高約1000 psi。并且，最常見的液體的壓力/溫度關(guān)系為每華氏度約90至110 psi。實(shí)際上，ANSI B16.34第2.3.3節(jié)“熱流體膨脹”指出：“用戶有責(zé)任提供或要求提供設(shè)計(jì)手段，

球閥制造商有幾種解決熱流體膨脹引起的模腔壓力增加的問題的方法。當(dāng)閥處于打開位置時(shí)，可以通過在閥桿槽的頂部到球的流路鉆一個(gè)小孔，輕松地釋放球，閥座和閥體在腔中產(chǎn)生的任何壓力。腔體壓力很容易通過閥桿槽中的孔從腔體中逸出并推出閥的下游側(cè)。然而，當(dāng)球處于關(guān)閉位置時(shí)，要使腔室排氣要困難得多。實(shí)現(xiàn)此目的的一種方法是在球上鉆另一個(gè)孔，以便當(dāng)閥處于關(guān)閉位置時(shí)，排氣孔指向上游，從而向上游排放捕獲的介質(zhì)，同時(shí)防止閥向下游泄漏（請(qǐng)參見圖6）。雖然排氣孔無疑是防止腔體壓力增大的合適方法，但它也使閥門成為單向閥。這是采用果醬閥座設(shè)計(jì)的閥能夠排出腔體壓力的唯一方法。

圖6.為了防止腔體壓力增加，當(dāng)閥門處于關(guān)閉位置時(shí)，在上游放置一個(gè)排氣孔。然而，這使得閥是單向的。

使用通電閥座設(shè)計(jì)的閥具有閥座前后彎曲的能力。腔體泄壓將采用阻力最小的路徑。現(xiàn)在增加的模腔壓力大于上游壓力，將迫使上游閥座移離球體并向上游壓力側(cè)彎曲或彎曲并向上游排氣。腔體壓力恢復(fù)到正常狀態(tài)僅需要少量的壓力釋放。一些制造商將其稱為上游閥座的“打””效果，而另一些制造商將其稱為“滲漏”釋放。無論如何，這些都是自卸式座椅（請(qǐng)參見圖7）。

圖7.自卸式閥座

話雖如此，即使是設(shè)計(jì)有自卸式閥座的閥門制造商也建議，對(duì)于高揮發(fā)性負(fù)荷（例如液氯或低溫服務(wù)），已知流體或氣體具有快速的熱膨脹特性，建議使用使用上游放空球可提供直接泄壓功能。

結(jié)論

在當(dāng)今不斷增長(zhǎng)的浮球閥市場(chǎng)上有許多制造商，因此不應(yīng)將浮球閥視為商品。應(yīng)該認(rèn)真考慮確定哪個(gè)閥門最適合該應(yīng)用