核电站常用的球阀结构优化方案：

1.浮动球球阀

这种球阀的球体是浮动的，由两个阀座支承，在介质压力的作用下，球体本身能产生一定量的位移，并紧紧压在出口端的阀座密封圈上，保证出口端密封；如果标准要求为进口端密封，就要设计成带活动套筒的阀座，阀座背面有预紧弹簧的浮动球球阀。浮动球球阀根据阀体的结构形式分为一体式浮动球球阀（球阀为一个阀体），如图7-34所示；二体式浮动球球阀（阀体由左、右体两体构成），如图7-35所示；三体式浮动球球阀（阀体由中体及左、右体构成），如图7-36所示；带活动套筒阀座的浮动球球阀，如图7-37所示。

浮动球球阀的结构简单，密封性能良好，由于球体所承受的工作介质压力全部传给了出口端阀座密封圈，因此，这种结构只应用于核电站的中、低压核Ⅲ级阀门。

浮动球球阀的缺点是：组装时预紧力不易控制，而且需要用不同厚度的垫片来调整，组装困难，制造精度要求高，同时操作力矩也较大。

2.固定球球阀

固定球球阀的球体是固定的，由两段与球体连接在一起的固定轴与阀体支承板或支撑套筒上的滑动轴承支承，关闭时，在介质压力的作用下，球体不会产生位移，而是靠浮动的阀座密封圈产生的密封力和弹簧力达到密封。通常，与球体连接在一起的上、下阀杆均装有滑动轴承或滚动轴承，以减小启、闭时阀杆与支承板或支撑套筒间的摩擦力，从而减小操作力矩，这种固定球球阀适用于核电站的核Ⅲ级系统的高压和公称尺寸较大的阀门。

固定球球阀的阀座密封圈通常是浮动的，在介质压力的作用下，阀座密封圈能够产生位移。在阀座密封圈的底部，设有预紧力弹簧，平时在弹簧预紧力的作用下，密封圈始终压在球体上。当有介质压力时，介质压力使阀座密封圈紧紧压在球体上，从而保证球阀的密封性能。固定球球阀的阀座密封结构根据标准要求可分为5种：即单向密封、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7-38所示。

图7-34 一体式浮动球球阀

1—阀体 2—嵌入式阀盖 3—球体 4—阀座 5—阀杆 6—阀杆密封垫 7—填料环 8—填料压套 9—碟簧 10—螺母 11—盖 12—盖密封环 13—盖板螺栓 14—阀体密封垫 15—手柄 16—手柄螺栓 17—填料垫 18—弹簧 19—钢球 20—阀体O形圈 21—阀杆O形圈

图7-35 二体式浮动球球阀

1—左阀体 2—右阀体 3—球体 4—阀座 5—阀杆 6—阀杆密封垫 7—填料环 8—填料压套 9—碟形弹簧 10—压紧螺母 11—盖板 12—盖板密封环 13—盖板螺栓 14—阀体密封垫 15—中法兰连接螺栓 16—手柄 17—手柄螺栓 18—填料垫 19—弹簧 20—钢球 21—限位销 22—阀体O形圈 23—阀杆O形圈

图7-36 三体式浮动球球阀

图7-37 带活动套筒阀座的浮动球球阀

图7-38 固定球球阀的阀座密封结构

a）单向阀座 b）双向阀座 c）双阀座双向密封 d）双阀座一个阀座单向密封一个阀座双向密封 e）双截断泄放阀（进出口端同时进压，不能泄漏到中腔）

单向密封阀座：此阀座具有单向密封和中腔自动泄压功能，如图7-39所示。镶嵌有恰当的高分子材料（PTFE、RPTFE、MOLON、DEVLON、PEEK、NYLON）的阀座是浮动的，由压缩弹簧预加载荷。无论是开启还是关闭位置，密封面始终与球体紧密接触。在关闭位置，介质在高压差或低压差的作用下，阀座沿球阀通道轴线运动，施加于D_JH环面上的压力P产生一个压在球体上的力F₁，同样该压力P在D_MN环面上产生一反向的力F₂，F₁＞F₂，因此在D_JH环面上的力将阀座压向球体，实现进口密封。

双向密封阀座，此种结构的阀座可实现固定球球阀的双向密封，如图7-40所示。无论是开启位置还是关闭位置，浮动套筒在压缩弹簧的预加载荷作用下，将阀座密封面始终与球体紧密接触。在关闭位置，中腔的介质压力p作用在D_MW环面上，产生一个压向球体上的力F₃，同样该压力p作用在D_MW环面上产生一反向的力F₄，F₃＞F₄，因此在D_MW环面上的力也将阀座压向球体，实现双向密封。

固定球球阀根据阀体的结构分为两体式固定球球阀，如图7-41所示；三体式固定球球阀，如图7-42所示；上装式固定球球阀，如图7-43所示。

另外，为保证固定球球阀的密封性能，在次密封失效后，可采用一种适合于高压、大口径固定球球阀的注脂阀，就是在二体式、三体式、上装式的阀体的阀座密封圈部位和填料箱部位安装注脂阀。可在两个阀座密封圈和阀杆填料处注入特制的密封脂，该密封脂要保证在50℃时不熔化，保证原有的性能。该密封脂在两个密封面上和阀杆填料处形成一层油脂膜，既增强了密封性能，又降低了操作力矩，带注脂阀的固定球球阀，要求按一定的时间间隔向固定球球阀内注脂。

图7-39 单向密封固定球球阀结构

1—球体 2—滑动轴承 3—阀座 4—动动套筒 5—弹簧 6—O形圈

图7-40 双阀座双向密封球阀密封结构

图7-41 两体式固定球球阀

图7-42 三体式固定球球阀(www.xing528.com)

图7-43 上装式固定球球阀

1—阀体 2—阀盖 3—球体 4—阀杆 5—阀座支承圈 6—压盖 7—阀体接管 8—弹簧保护套 9—注脂阀 10—放气阀 11—排放螺塞 12—放气阀螺塞 13—键

3.V形球球阀

气动V形球调节球阀结构如图7-44所示。它在球体上有一个V形通道口，随着球体的旋转，开口的面积不断发生变化，但开口面的形状始终保持为三角形；当V形开口旋转到球体和阀体上的密封圈紧密接触时，达到关闭密封；开、关的角度范围是90°。这种球阀的特点如下：①V形开口与球阀密封面之间有剪切作用，可以剪断纤维状的流体，如纸浆、纤维、含颗粒的介质；②密封性能好；③流通能力大，比相同公称尺寸的普通调节阀高一倍；④流量特性近似于等百分比特性，可调比大，可高达300∶1；⑤结构简单，维修方便，工作温度、工作压力范围广，可以用于腐蚀性介质。

4.升降杆式固定球球阀

该种球阀多为金属密封球阀，为单阀座结构。阀座密封面堆焊镍基硬质合金，球体与阀座的接触面也堆焊镍基硬质合金。也有在球体表面采用超声速喷涂碳化钨粉末，或采用热喷涂镍基纳米金属粉末的，使球体表面硬度达60HRC以上。

该种球阀有两种结构，一种结构是在阀杆上开有S形导槽，在阀盖上安装有导销，导销与导槽配合，使阀杆升降时带动球体先离开阀座密封面，再旋转90°，达到开启位置，关闭时，先使球体旋转90°，然后再压向阀座密封面，如图7-45所示。

图7-44 气动V形球调节球阀

1—手轮 2—缸体 3—薄膜 4—弹簧 5—连接杆 6—弹簧套筒 7—定位销 8—万向联轴器 9—阀杆 10—驱动轴 11—箱体 12—连接支架 13—球体 14—阀座

图7-45 轨道升降杆式球阀

1—球轴堆焊层 2—球体 3—阀体 4—垫片 5—双头螺柱 6—六角螺母 7—填料注入附件 8—阀盖 9—阀杆 10—阀杆导销 11—阀杆螺母 12—轴承 13—轴承座 14—手轮 15—阀杆保护套 16—开关位置指示器 17—阀盖帽 18—紧定螺钉 19—垫料垫 20—填料 21—可注入式填料 22—阀盖衬套 23—支承销钉（未指示） 24—球体导销 25—O形密封圈 26—阀座体 27—阀座密封圈 28—球体密封面 29—球轴衬套

另一种结构是在阀杆的最下部铣有螺旋扁，当阀杆升降时，螺旋扁先带动球体脱离阀座密封面，然后再旋转90°开启。当关闭时，阀杆带动球体先旋转90°，达到关闭位置后，再压向阀座密封面，如图7-46所示。这种球阀在启、闭过程中，没有摩擦，适用于高温、高压工况。

图7-46 螺旋升降杆式球阀

1—球体轴垫 2—阀体 3—球体 4—导销 5—阀盖 6—填料压套 7—填料压板 8—阀杆 9—电动装置 10—螺母 11—螺栓 12—填料 13—阀杆导套 14、17—垫片 15—阀座 16—球体轴 18—六角螺母 19—双头螺柱 20—垫圈 21—标牌

5.金属密封球阀

金属密封球阀是针对高杂质、高粘度、高温高压、强腐蚀、高冲刷等恶劣工况，选用合理的、适用的、优质的材料。球体表面采用超声速火焰喷涂碳化钨粉末，法向粘接强度高达70MPa，涂层表面硬度可达62～70HRC，不容易被介质及介质中的杂质划伤。阀座采用板弹簧或压缩弹簧加载，特别是在高温状态下，可以避免由于热膨胀引起的球体与阀座的卡死现象。在高温状态下，采用有弹簧、具有自动补偿功能的阀座结构，阀体、球体与阀座的变形量被弹簧吸收，故阀门能够在高温状态下灵活启闭，而且密封可靠。阀杆密封采用柔性石墨填料，法兰采用夹不锈钢丝柔性石墨或金属缠绕石墨垫片，具有防火、防静电功能。采用下装式阀杆、防飞出阀杆结构，从而避免因对阀门误操作造成阀杆飞出的故障。

该种金属密封球阀适用火电站、核电站高温高压蒸汽切断及主蒸汽输水管路。工作压力为3.0～5.0MPa、工作温度为300～500℃、公称尺寸为DN200～DN350。

二体式金属密封球阀的结构如图7-47所示。三体式金属密封球阀的结构如图7-48所示。

图7-47 二体式金属密封球阀

1—阀体 2—阀座 3—球体 4—压环 5—阀盖 6—弹簧 7—中法兰垫片 8—阀杆 9—填料 10—填料压盖 11—填料压套 12—隔环 13—垫片

图7-48 三体式金属密封球阀

1—阀座 2—阀体 3—垫片 4—球体 5—压环 6—阀盖 7—弹簧 8—阀杆 9—垫片 10—填料压盖 11—填料 12—垫片 13—轴承

金属密封半球阀的结构如图7-49所示。该种球阀的球体为部分球面，也有制成偏心的半球。阀座采用金属制成，在阀座密封面处堆焊镍基硬质合金。关闭时，阀杆旋转90°，使半球逐渐压向阀座密封面，达到密封。开启时阀杆反向旋转90°，使半球依靠偏心，逐渐脱离阀座密封面。该种结构的球阀，在开启或关闭的瞬间有点摩擦，以后球体就会完全脱离阀座密封圈。它适用于高温工况或介质中带有固体颗粒的场合。

图7-49 金属密封（固定球三通）半球阀

1—阀体 2—半球体 3—上阀杆 4—垫片 5—阀盖 6—填料 7—填料压套 8—填料压板 9—驱动装置 10—螺栓 11—密封圈 12—金属阀座 13—碟形弹簧 14—下阀杆 15—端盖 16—堵盖