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Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例
球閥，這一在石油煉制、長輸管線、化工、水利、電力及核電等多個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的設(shè)備，無疑是國民經(jīng)濟(jì)中的關(guān)鍵一環(huán)。其閥蓋作為球閥閥體的組成部分，負(fù)責(zé)與球閥閥體協(xié)同作用，將球體緊密封閉在閥體內(nèi)部。以石油行業(yè)為例，某大中型球閥的閥蓋粗加工三維圖便展現(xiàn)了其的結(jié)構(gòu)與材質(zhì)——4130鍛件，呈現(xiàn)出工字形空心回轉(zhuǎn)體的特征，特別是兩端法蘭與中間連接部位的直徑差異，更是考驗(yàn)著鍛造工藝的與合理。圖1展示了閥蓋的粗加工圖。盡管其結(jié)構(gòu)并不極為復(fù)雜，但閥蓋的尺寸相當(dāng)龐大，最大外徑高達(dá)513mm，且粗加工后的重量也相當(dāng)可觀，達(dá)到180kg，這樣的規(guī)模無疑需要中型鍛造設(shè)備才能應(yīng)對其鍛造需求。至于生產(chǎn)方式，則可根據(jù)實(shí)際需求量的多少來靈活選擇，包括自由鍛、胎模鍛以及多向模鍛等多種方法，接下來我們將逐一進(jìn)行探討。
是一種由閥體、閥蓋、閥座、球體、閥桿、支架和傳動裝置等組成，主體部件采用鍛造或軋制工藝成型的三片式鍛鋼高壓球閥，其左右兩閥蓋通過螺栓固定連接在閥體兩側(cè)，并在其之間分別裝有密封圈，閥蓋與閥座相連，閥座上有球體，球芯上端有閥桿，閥軸外圓面與閥體之間裝有填料，填料上方設(shè)置填料壓緊裝置，且在閥桿頂部設(shè)有傳動裝置，驅(qū)動在閥桿上端施加一定的轉(zhuǎn)矩并傳遞給球體，使它將旋轉(zhuǎn)90°，球芯的通孔則與閥體通道中心線重合或垂直，球閥便完成了全開或全關(guān)的動作。
球閥的制作過程中，鍛造工藝是重要環(huán)節(jié)之一，但并非所有球閥都是鍛造而成，還需根據(jù)具體材質(zhì)和用途進(jìn)行選擇。
球閥作為一種廣泛應(yīng)用的流體控制元件，在各類管道系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。那么，球閥是鍛造的嗎？這一問題的答案并非絕對，而是取決于球閥的具體材質(zhì)、規(guī)格和用途。接下來，我們將深入探討球閥的制作工藝，特別是鍛造在其中的作用與重要性。
一、Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例鍛造工藝在球閥制作中的應(yīng)用
鍛造是一種利用沖擊力或壓力使金屬在固態(tài)下發(fā)生塑性變形，從而獲得所需形狀和性能的工藝方法。在球閥制作過程中，鍛造工藝主要用于制造球閥的閥體、閥座等關(guān)鍵部件。通過鍛造，可以消除金屬內(nèi)部的缺陷，提高金屬的致密性和機(jī)械性能，從而確保球閥的可靠性和耐久性。
具體來說，鍛造工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1. 提高材料利用率：鍛造過程中，金屬材料的纖維組織得以保留，使得材料性能得到充分發(fā)揮，提高了材料利用率。
2. 改善材料性能：鍛造能夠細(xì)化金屬晶粒，提高材料的強(qiáng)度和韌性，使球閥在高壓、高溫等惡劣環(huán)境下仍能保持良好的性能。
3. 保證產(chǎn)品精度：鍛造能夠精確地控制球閥各部件的形狀和尺寸，滿足嚴(yán)格的工程要求。
二、Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例球閥制作中的其他工藝
除了鍛造工藝外，球閥的制作還涉及鑄造、焊接、機(jī)械加工等多種工藝。這些工藝在球閥制作過程中各有其特點(diǎn)和作用，共同保證了球閥的質(zhì)量和性能。
例如，鑄造工藝可用于制造球閥的閥體等較大部件，具有生產(chǎn)效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)；焊接工藝則可用于連接球閥的各部件，確保球閥的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固可靠；機(jī)械加工則是對球閥進(jìn)行精密加工和裝配的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證球閥的密封性和操作性能。
三、Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例球閥材質(zhì)與鍛造工藝的關(guān)系
球閥的材質(zhì)也是影響其是否采用鍛造工藝的重要因素。一些高強(qiáng)度、高耐腐蝕性的金屬材料，如不銹鋼、合金鋼等，更適合采用鍛造工藝進(jìn)行加工。因?yàn)檫@些材料在鍛造過程中能夠更好地發(fā)揮性能優(yōu)勢，提高球閥的整體性能。
然而，對于一些普通材料或特定要求的球閥，如鑄鐵、銅合金等，可能會采用鑄造、機(jī)械加工等其他工藝進(jìn)行制造。這些工藝在降低成本、提高生產(chǎn)效率等方面具有優(yōu)勢。
綜上所述，鍛造在球閥制作過程中確實(shí)扮演著重要角色，但并非所有球閥都是鍛造而成。在選擇球閥制作工藝時，需要根據(jù)具體材質(zhì)、規(guī)格和用途進(jìn)行綜合考慮，以確保球閥的質(zhì)量和性能達(dá)到最佳狀態(tài)。
◇ Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例閥蓋鍛造工藝
◇ 1.自由鍛過程
根據(jù)錘上鋼制自由鍛件的繪制規(guī)范，閥蓋的形狀既不符合凹檔可鍛出的條件，也不滿足臺階軸的臺階鍛出要求，因此只能鍛造成圓環(huán)狀。參照GB/T15826.3-1995《帶孔圓盤類自由鍛件機(jī)械加工余量與公差》的標(biāo)準(zhǔn)，我們確定了閥蓋的自由鍛件尺寸為Φ535×Φ165×305毫米。
在考慮加熱氧化、沖孔等工藝損耗后，我們確定了下料重量為515公斤，下料尺寸為Φ350×682毫米。可選的鍛造設(shè)備包括3噸自由鍛錘或8000千牛水壓機(jī)。其大致的鍛造流程為：自由鐓粗、圓整、沖孔、再圓整。
自由鍛造法適用于單件小批量的生產(chǎn)，其原材料利用率較低，僅為35%。此外，后續(xù)機(jī)械加工的余量較大，單邊加工余量最大可達(dá)127.5毫米，導(dǎo)致整個生產(chǎn)周期延長，產(chǎn)品的盈利能力相對較弱。
◇ 2.Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例胎膜鍛過程
胎膜鍛，這一的鍛造工藝，融合了自由鍛造與模型鍛造的優(yōu)點(diǎn)。它借助活動胎膜等簡易模具，在自由鍛設(shè)備上成形，既保留了自由鍛造對復(fù)雜形狀的適應(yīng)性，又實(shí)現(xiàn)了尺寸的相對精確。與模型鍛造相比，胎膜鍛造更易在各類自由鍛設(shè)備上操作，模具制作簡便，生產(chǎn)周期也更為緊湊。然而，其鍛件表面質(zhì)量與生產(chǎn)效率略低于模型鍛造，且勞動強(qiáng)度相對較大。
遵循胎膜鍛件套模成形的設(shè)計(jì)規(guī)范，閥蓋的外形與內(nèi)孔均可實(shí)現(xiàn)隨形鍛出。據(jù)此，我們繪制了胎模鍛件的三維圖（見圖2），并確定了鍛件重量為242.5kg。考慮到加熱氧化、沖孔等工藝損耗，下料重量被設(shè)定為252kg，材料利用率達(dá)到71.47%。結(jié)合胎模鍛造的模具尺寸和形狀，我們建議選用直徑不超過280mm的圓棒料，并選定下料尺寸為Φ250×654毫米。
圖2展示了閥蓋胎模鍛的鍛件圖。根據(jù)其形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們決定采用預(yù)鍛與終鍛相結(jié)合的兩工序成形方法。預(yù)鍛階段主要成形閥蓋的小端法蘭和淺孔；而終鍛階段，則著重于大端法蘭和深孔的成形。
基于這一工藝流程，我們?yōu)殚y蓋鍛件制定了詳細(xì)的胎膜鍛造工序：首先在鋸床上進(jìn)行下料，隨后在天然氣爐中加熱，接著進(jìn)行預(yù)鍛和終鍛，最后通過沖孔和后處理工序完成閥蓋的鍛造。
圖3展示了閥蓋胎膜鍛造的詳細(xì)工步圖。根據(jù)閥蓋鍛件的最大尺寸，我們需選用3t以上的自由鍛錘來進(jìn)行成形。同時，為了確保鍛造過程中的高效夾取和模具操作，會結(jié)合使用鍛造操作機(jī)和專門的胎模模具。
◇ Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例鍛造模擬分析與總結(jié)
◇ 1.模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果
在上述描述的鍛造步驟中，我們對閥蓋鍛件進(jìn)行了胎膜鍛造的工藝模擬，模擬過程已簡化模具結(jié)構(gòu)以提高效率。通過數(shù)值模擬，我們能夠更直觀地了解閥蓋鍛造的關(guān)鍵步驟。預(yù)鍛奠定加工基礎(chǔ)，終鍛進(jìn)行細(xì)節(jié)打造。在模擬過程中，未觀察到折疊、裂紋等鍛造缺陷的產(chǎn)生。
根據(jù)模擬壓力曲線分析，鍛件在各工步成形結(jié)束時的壓力分別為7650T和10500T，均處于3t自由鍛錘的鍛造能力范圍內(nèi)，確保了鍛造過程的安全性。在鍛造的各個階段，沖頭的溫度維持在632℃和850℃，而凹模的溫度則分別為651℃和720℃，顯示出預(yù)鍛和終鍛時模芯的高溫狀態(tài)。
◇ 2.Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例選擇建議
綜上所述，通過對閥蓋的自由鍛和胎膜鍛的全面模擬與分析，我們可以得出上述結(jié)論，為實(shí)際生產(chǎn)提供有力的技術(shù)支持。
對于小批量生產(chǎn)的大中型鍛件而言，采用自由鍛造方式是適宜的。盡管這種方式會產(chǎn)生較多余料，從而降低材料利用率并增加后續(xù)機(jī)加工成本，但它能顯著節(jié)省模具制造所需的時間和費(fèi)用。
相較于自由鍛造，胎膜鍛造更適合中小批量的鍛件生產(chǎn)。通過閥蓋的胎膜鍛造，材料利用率可提升一倍以上，這不僅大幅節(jié)約了原材料，還減少了后續(xù)機(jī)加工所需的時間。
主要用于截?cái)嗷蚪油ń橘|(zhì)，也可用于流體的調(diào)節(jié)與控制。與其它閥類相比，球閥具優(yōu)點(diǎn)
1、流體阻力小，球閥是所有閥類中流體阻力最小的一種，即使是縮徑球閥，其流體阻力也相當(dāng)小。
2、開關(guān)迅速、方便，只要閥桿轉(zhuǎn)動90°，球閥就完成了全開或全關(guān)動作，很容易實(shí)現(xiàn)快速啟閉。
3、密封性能好。球閥閥座密封圈一般采用聚四氟乙烯等彈性材料制造，易于保證密封，而且球閥的密封力隨著介質(zhì)壓力的增加而增大。
4、閥桿密封可靠。球閥啟閉時閥桿只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此閥桿的填料密封不易被破壞，而且閥桿倒密封的密封力隨著介質(zhì)壓力的增加而增大。
5、球閥的啟閉只做90°轉(zhuǎn)動，故容易實(shí)現(xiàn)自動化控制和遠(yuǎn)距離控制，球閥可配置氣動裝置、電動裝置、液動裝置、氣液聯(lián)動裝置或電液聯(lián)動裝置。
6、球閥通道平整光滑，不易沉積介質(zhì)，可以進(jìn)行管線通球。
Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例
序號 | 品 名 | 型 號 及 規(guī) 格 | 單位 | 數(shù)量 |
1 | 球閥 | 法蘭式球閥Q41F-100C PN100 DN25 溫度：150℃ 進(jìn)法蘭到出法蘭長度： MM (含兩端水線) 進(jìn)口法蘭面：FM凹面PN100 DN25 對角螺絲孔中心距 100MM 4個螺栓孔，螺絲孔大小：18MM Y直徑：68-70MM D直徑：58MM
出口法蘭面M凸面PN100 DN25 對角螺絲孔中心距 100MM 4個螺栓孔，螺絲孔大小：18MM X直徑;57MM 手輪驅(qū)動 | 臺 | 3 |
Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例主要性能規(guī)范 Capability Criterion
| 設(shè)計(jì)與制造 | 結(jié)構(gòu)長度 | 法蘭尺寸 | 壓力-溫度 | 試驗(yàn)-檢驗(yàn) |
| GB122237 | GB12221 | GB9113 JB79 | GB9131 | GB/T13927 JB/T9092 |
壓力試驗(yàn) Pressure Test
| 公稱壓力NominalPressure | 1.6 | 2.5 | 4.0 |
| 強(qiáng)度試驗(yàn) Shell Test | 2.4 | 3.8 | 6.0 |
| 水密封試驗(yàn) Water Seal Test | 1.8 | 2.8 | 4.4 |
| 氣密封試驗(yàn) Air Seal Test | 0.4-0.7 | ||
Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例主要零件材料 Materials Of main Parts
| 閥體 Body | WCB | ZG1Cr18Ni9Ti | CF8 | CF3 | ZG1Cr18Ni12Mo2Ti | CF8M | CF3M |
| 球體閥桿 Ball Stem | 304 | 1Cr18Ni9Ti | 304 | 304L | 1Cr18Ni12Mo2Ti | 316 | 316L |
| 閥座 Seat | 聚四氟乙烯PTFE 加坡纖增強(qiáng)聚四氟乙烯PTFE+Glass 對位聚笨PPL | ||||||
| 墊片 Shim | 聚四氟乙烯PTFE 不銹鋼/柔性石墨Stainless Steel/flexible Graphite 齒形墊片Tooth Profile Gasket | ||||||
| 閥桿座 Stem Seat | 聚四氟乙烯PTFE 不銹鋼/柔性石墨 Stainless Steel/Flexible Graphite | ||||||
| 填料 Packing | 聚四氟乙烯PTFE 增強(qiáng)柔性石墨 Enhanced Flexible Graphite | ||||||
| 填料壓蓋 Gland | 1Cr18Ni9Ti | 304 | 304L | 1Cr18Ni12Mo2Ti | 316 | 316L | |
| 溫度 Temperature | -29℃～150℃(聚四氟乙烯 PTFE) -29℃～200℃(加玻纖增強(qiáng)聚四氟乙烯 PTFE+GLASS) -29℃～300℃(對位聚笨 PPL) -29℃～550℃(金屬硬密封) | ||||||
| 介質(zhì) Medium | 水蒸汽油品 Water steam Oil goods | 硝酸類 Nitric Acid | 強(qiáng)氧化介質(zhì) strongey oxidable medium | 醋酸類 Acetic Acid | 尿素類Urea | ||
Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例外形結(jié)構(gòu)圖
Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例主要外型尺寸 Main outer Size
| 1.6MPa | DN | L | D | D1 | D2 | b | n-φd | H | D0 |
| 凸面法蘭 RF Q41F-16C Q41PPL 16C 16P 16R | 15 | 130 | 95 | 65 | 45 | 14 | 4-14 | 78 | 140 |
| 20 | 140 | 105 | 75 | 55 | 14 | 4-14 | 84 | 160 | |
| 25 | 150 | 115 | 85 | 65 | 14 | 4-14 | 95 | 180 | |
| 32 | 165 | 135 | 100 | 78 | 16 | 4-18 | 150 | 250 | |
| 40 | 180 | 145 | 110 | 85 | 16 | 4-18 | 150 | 300 | |
| 50 | 200 | 160 | 125 | 100 | 18 | 4-18 | 170 | 350 | |
| 65 | 220 | 180 | 145 | 120 | 20 | 4-18 | 195 | 350 | |
| 80 | 250 | 195 | 160 | 135 | 20 | 8-18 | 215 | 400 | |
| 100 | 280 | 215 | 180 | 155 | 20 | 8-18 | 250 | 500 | |
| 125 | 320 | 245 | 210 | 185 | 22 | 8-18 | 265 | 600 | |
| 150 | 360 | 280 | 240 | 210 | 24 | 8-23 | 270 | 800 | |
| 200 | 400 | 335 | 295 | 265 | 26 | 12-23 | 330 | 1200 | |
| 2.5MPa | 15 | 130 | 95 | 65 | 45 | 16 | 4-14 | 103 | 140 |
| 凸面法蘭 RF Q41F-25C Q41PPL 25C 25P 25R | 20 | 140 | 105 | 75 | 55 | 16 | 4-14 | 112 | 160 |
| 25 | 150 | 115 | 85 | 65 | 16 | 4-14 | 123 | 180 | |
| 32 | 165 | 135 | 100 | 78 | 18 | 4-18 | 150 | 250 | |
| 40 | 180 | 145 | 110 | 85 | 18 | 4-18 | 156 | 300 | |
| 50 | 200 | 160 | 125 | 100 | 20 | 8-18 | 172 | 350 | |
| 65 | 220 | 180 | 145 | 120 | 22 | 8-18 | 197 | 350 | |
| 80 | 250 | 195 | 160 | 135 | 22 | 8-23 | 222 | 400 | |
| 100 | 280 | 230 | 190 | 160 | 24 | 8-23 | 253 | 500 | |
| 125 | 320 | 270 | 220 | 188 | 28 | 8-25 | 275 | 600 | |
| 150 | 360 | 300 | 250 | 218 | 30 | 8-25 | 286 | 800 | |
| 200 | 400 | 360 | 310 | 278 | 34 | 12-25 | 340 | 1200 |
Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例規(guī)格主要尺寸 Size Main Dimensions
| 4.0MPa | DN | L | D | D1 | D2 | D6 | b | n-φd | H | D0 |
| 凹凸法蘭 MFM Q41F-40C Q41PPL 40C 40P 40R | 15 | 130 | 95 | 65 | 45 | 40 | 16 | 4-14 | 103 | 140 |
| 20 | 140 | 105 | 75 | 55 | 51 | 16 | 4-14 | 112 | 160 | |
| 25 | 150 | 115 | 85 | 65 | 58 | 16 | 4-14 | 123 | 160 | |
| 32 | 180 | 135 | 100 | 78 | 66 | 18 | 4-18 | 150 | 250 | |
| 40 | 200 | 145 | 110 | 85 | 76 | 18 | 4-18 | 156 | 250 | |
| 50 | 220 | 160 | 125 | 100 | 88 | 20 | 4-18 | 172 | 350 | |
| 65 | 250 | 180 | 145 | 120 | 110 | 22 | 8-18 | 197 | 350 | |
| 80 | 280 | 195 | 160 | 135 | 121 | 22 | 8-18 | 222 | 450 | |
| 100 | 320 | 230 | 190 | 160 | 150 | 24 | 8-23 | 253 | 450 | |
| 125 | 400 | 270 | 220 | 188 | 176 | 28 | 8-25 | 275 | 600 | |
| 150 | 400 | 300 | 250 | 218 | 204 | 30 | 8-25 | 286 | 800 | |
| 200 | 550 | 375 | 320 | 282 | 260 | 38 | 12-30 | 340 | 1200 | |
| 6.4MPa | 15 | 165 | 105 | 75 | 55 | 40 | 18 | 4-14 | 105 | 140 |
| 凹凸法蘭 MFM Q41F-64C Q41PPL 64 64P 64R | 20 | 190 | 125 | 90 | 68 | 51 | 20 | 4-18 | 125 | 160 |
| 25 | 216 | 135 | 100 | 78 | 58 | 22 | 4-18 | 135 | 250 | |
| 32 | 229 | 150 | 110 | 82 | 66 | 24 | 4-23 | 150 | 350 | |
| 40 | 241 | 165 | 125 | 95 | 76 | 24 | 4-23 | 165 | 350 | |
| 50 | 292 | 175 | 135 | 105 | 88 | 26 | 4-23 | 175 | 450 | |
| 65 | 330 | 200 | 160 | 130 | 110 | 28 | 8-23 | 200 | 450 | |
| 80 | 356 | 210 | 170 | 140 | 121 | 30 | 8-23 | 210 | 600 | |
| 100 | 432 | 250 | 200 | 168 | 150 | 32 | 8-25 | 250 | 700 | |
| 125 | 508 | 295 | 240 | 202 | 176 | 36 | 8-30 | 295 | 1100 | |
| 150 | 559 | 340 | 280 | 240 | 204 | 38 | 8-34 | 340 | 1500 |
球閥的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、密封性能好、使用壽命長等。但是，球閥的安裝也是非常重要的，不正確的安裝會影響其使用效果，甚至?xí)斐砂踩鹿省Ｄ敲矗蜷y怎么安裝呢？下面，我們來分享一些球閥安裝的經(jīng)驗(yàn)和技巧。
一、Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例球閥的安裝位置
球閥的安裝位置要根據(jù)流體管道的特點(diǎn)和流向來確定。一般情況下，球閥應(yīng)該安裝在水平管道上。如果球閥安裝在垂直管道上，應(yīng)該將球閥的閥桿朝上，以免閥芯被流體壓在閥座上，導(dǎo)致球閥不能正常關(guān)閉。在球閥前后留有足夠的空間，以方便球閥的操作和維護(hù)。
二、Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例球閥的安裝方法
球閥的安裝方法有螺紋連接、法蘭連接、對夾連接等。具體的安裝方法要根據(jù)球閥的型號和管道的特點(diǎn)來確定。下面以球閥法蘭連接為例，介紹球閥的安裝步驟：
1.清洗球閥和管道，確保它們的表面干凈，沒有雜質(zhì)和油污。
2.將球閥和管道的法蘭分別對準(zhǔn)，用法蘭螺栓將它們緊密地連接起來，并逐個擰緊螺栓。
3.在球閥和管道之間的密封面上涂抹密封墊片，確保密封面的平整和密封性能。
4.將球閥的閥桿桿頭與操作裝置連接起來，以方便操作球閥。
5.檢查球閥的安裝是否符合要求，特別是檢查法蘭連接處是否緊密、密封性能是否良好。
三、Q41F化工部法蘭式高壓鍛造球閥應(yīng)用案例球閥的使用注意事項(xiàng)
1.在球閥使用前，要檢查球閥的閥體、閥桿、密封面等部位是否有損壞或松動，以球閥的正常使用。
2.在使用球閥時，應(yīng)該先將球閥的閥桿旋轉(zhuǎn)到全開或全關(guān)位置，再進(jìn)行操作，以避免閥桿過度損壞。
3.在球閥使用過程中，如果發(fā)現(xiàn)球閥出現(xiàn)漏氣、漏液等情況，要及時進(jìn)行維修或更換，以球閥的正常使用。
4.球閥在使用過程中，應(yīng)該避免頻繁開關(guān)，以免對球閥的密封性能產(chǎn)生影響。
總之，球閥的安裝是一個非常重要的環(huán)節(jié)，正確的安裝能夠球閥的正常使用，提高球閥的使用壽命。在安裝球閥時，我們應(yīng)該注意球閥的安裝位置、安裝方法和使用注意事項(xiàng)，以確保球閥的安全、可靠和高效。
