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球阀即以球体作为启闭件的阀门。随着加工技术、检测技术与智能控制技术的突飞猛进，以及各种密封新材料的不断涌现，球阀产品将得到愈来愈普遍的应用。目前球阀产品不仅在普通工业管道得到了应用，而且在西气东输、煤制油工程及核工业、宇航工业输送管线上得到普遍应用。
早在19世纪80年代美国就开始设计球阀，但是当时缺乏适当的密封圈材料，限制了球阀产品的发展。直到本世纪50年代，聚四氟乙烯等弹性密封材料的出现以及机床工业的发展才使球阀产品的发展出现转机并得到飞速发展。
球阀主要由阀体、阀座、球体、阀杆、手柄（或其他驱动装置）组成。球阀的基本功能是切断或接通管道中的流体通道，其作用原理很简单：藉助手柄或其他驱动装置在阀杆上端施加一定的转矩并传递给球体，旋转90度，使球体的通道与阀体通道中心线重合或垂直，完成球阀的全开或全关。手动软密封浮动球阀结构图示例如下：
1、浮动球球阀：其主要特征是球体无支撑轴，球体系藉阀门进、出口两端的阀座予以支撑，阀杆与球体为活动连接，见图9—1。这种球阀的球体被两阀座夹持其中而呈“浮动状态”。球体通过阀杆借助于手柄或其他驱动装置能自由地在两阀座之间旋转。当球体的流道孔与阀门通道孔对准时，球阀呈开启状态，流体畅通，阀门的流体阻力最小。当将球体转动90度时，球体的流道孔与阀门通道孔相垂直，球阀处于关闭状态，球体在流体压力的作用下，被推向阀门出口端（简称阀后）阀座，使之压紧并保证密封。
浮动球阀的主要优点：结构相对比较简单、制造方便、成本低廉、工作可靠。浮动球阀的密封性能与流体压力有关。在其他条件相同的情况下，一般来说压力越高越容易密封。但是应考虑到阀座材料能否经受得住球体传递给它的载荷，因为流体压力在球体上所产生的作用力将全部传递给阀后阀座。此外，对于较大尺寸的浮动球阀，当压力较高时，操作转矩增大，而且球体自重也较大，自重在阀座密封面上所产生的压力分布是不均匀的，一般来说沿通道直径水平面上半圈压力较小，下半圈压力较大，导致阀座磨损不均匀而发生渗漏。因此浮动球阀一般适用于≤PN10，≤DN200的阀门。
为了使浮动球阀在较低的工作所承受的压力下拥有非常良好的密封性能，球体与阀座之间必须施加一定的预紧力。预紧力不足，不能确保密封，而过大的预紧力又会使摩擦转矩增加，还可能会引起阀座材料产生塑性变形而破坏密封性能。对低压球阀，可通过调整中法兰之间的密封垫片的厚度来限制其预紧力。
目前较理想的施加预紧力的方法是采用弹性阀座的球阀，弹性阀座能大幅度提升阀座本身的弹性变形范围，使之在低压或高压下都能保持良好的密封性能。只要在弹性阀座有弹性变形范围以内工作，就能基本保持其密封比压恒定，使阀座不至因过载而损坏。弹性阀座的结构示例如下：
2、固定球球阀：球体与上、下阀杆连成一体，或制成整体连轴式球，即球体与上、下阀杆锻（焊）成一体装在轴承上，球体可沿与阀门通道相垂直的轴线自由转动，但不能沿通道轴线移动。因此，固定球阀工作时，阀前流体压力在球体上所产生的作用力全部传递给轴承，不会使球体向阀后阀座移动，因而阀座不会承受过大的压力，所以固定球阀的转矩小、阀座变形小，密封稳定性很高，常规使用的寿命长，适用于高压、大通径的场合。
上装式球阀的结构特点是阀体做成整体，其上部设有阀盖，球体、密封圈、阀座均从阀体上部装入。上装式球阀的优点：检修或更换阀座时，不必将球阀从管线上拆下来，仅打开阀盖，将球体吊出即可，这给地下管线，特别是原子能工业用球阀带来很大方便。对于三通、四通及多通球阀，因其球体较大，从任何一端通道装入或取出都不方便，而且多通球阀的阀体中腔本身就很大，采用上装式比侧装式更为优越。
球体从阀体一端装入，用螺套将阀座与球体固定并压紧。这种球阀结构相对比较简单，零件数量少，制造及安装方便，适用于较小通径的场合，特别是对于粘稠或易结晶的介质，如尿素等需要将阀体作成保温夹套的场合几乎都是采用侧装整体式结构。见图9—6。
对于公称尺寸较大的球阀，为方便加工制造及装配，常采用侧装三分体式结构，即将阀体在两阀座部位沿与通道轴线相垂直的截面分为三部分，整台阀门沿阀杆中心轴线左右对称，线条流畅，外形好看，制造方便，适宜于用小设备制造大阀门。这种结构的缺点是增加了一对兰，阀体总重量有所增加。具体结构见图9—7。
整体球球阀是球阀启、闭件最常用的结构及形式。所谓整体球，即是在一只完整的球体上加工出直通、三通及多通圆孔流道。此外，整体球的流道还可加工成圆锥形孔或其他形状的流通截面，这种特殊截面形状的球阀一般作为节流阀用。
V形球阀属半球体球阀，但其设计构思与用途却不同，主要用输送纤维、纸浆等粘稠性介质。球体上的V形口能起切断机作用，以避免纤维物料在球体、阀体和阀座之间。此外，V形球阀还可广泛用来调节流体流量。
上述介绍了按结构及形式分类的各种普通用途球阀。在特殊工况下使用的球阀，按球阀用途可分为真空球阀、低温及超低温球阀、高温球阀、保温球阀、耐腐蚀衬里球阀、耐磨球阀、收发球球阀、全塑球阀以及多功能球阀等。
在真空场合使用的球阀即真空球阀。在结构上，真空球阀与一般球阀并无特殊之处，只是在选材、加工及试验要求上一定要满足真空技术方面的要求。作为真空球阀，零件材质必须致密，阀体内表面需经机械加工或抛光，零件装配前需经严格清洗，装配好的阀门必须严格保持清洁，以保证抽真空和保持真空度。
低温阀门最突出的问题是填料密封问题。在低温下，填料的弹性消失，密封性能大幅度的降低，流体很容易从填料函处渗漏出来，致使该部位冻结，影响阀门的正常操作。为此，低温球阀多采用加长阀杆的结构，以增加填料函部位与阀体体腔之间的温度梯度，使填料函处的温度保持在0℃以上，改善填料函的工作条件，延长填料的常规使用的寿命，减少冷损。同时也便于将阀门安装在真空外壳或具有绝热层的壳体里。对于一定得安装在保温箱外的低温球阀，整台阀门则宜采用线、高温球阀
在高温介质工况使用的球阀称为高温球阀。球阀的使用温度通常取决于阀座材料的耐温性能。当球阀阀座采用聚四氟乙烯或尼龙材料制造，其使用温度为≤200℃。对于高温球阀（通常指温度高于350℃），其设计的关键是：
金属对金属密封副高温球阀的优点是：适用温度范围广，各种金属材料的热膨胀系数相差不大，只要选用得当，能够达到基本一致，有利于协调温差变形。缺点是金属材料硬度高，达到密封所必须的比压亦高，在通径较小和压力较低场合，难以靠流体压力达到密封，即使是采用预紧力达到密封，但因密封比压大，阀座和球体之间的磨损必须很大，而且金属与金属的摩擦系数比较大，球阀的启、闭转矩亦大。
对于输送如尿素等易于结晶的物料或者粘稠流体（如含蜡质和沥清较高的石油等）场合，常采用加热保温的办法，以防止物料结晶或降低流体粘度，增加流动性，避免阀门被堵塞和减小工程的动力消耗。按加热方式，保温球阀有外加热式和内加热式两种。
对于输送强腐蚀性介质的场合，如硫酸、硝酸、盐酸等介质，虽能采用不锈钢等耐腐蚀金属材料制造，但成本高。如采用衬里球阀，则既具有优良的耐腐蚀和抗老化性能，又能节省贵重金属，是较为理想的耐腐蚀阀门。
耐腐蚀衬里球阀的阀体、球体和阀杆等，可选用铸铁、铸钢制造，用以承受介质压力，与腐蚀性介质非间接接触的零件表面则衬以一层厚为2～3mm的塑料，如F-3、F-46等，以抵抗介质的浸蚀，达到合理用材。
对于输送高硬度的颗粒性介质的场合，如氧化铝、煤粉等介质，其硬度往往达到HRC60以上，采用通用的金属密封球阀，其密封副经受不了介质的长时间冲刷。这种耐磨球阀正常的情况下可采用对球阀及阀座喷涂WC/Co等超硬材料来处理。
在一条管道内连续交替地输送不同的油品，称为油品顺序输送。如图2-71所示，当顺序输送油品时，为减少混油，在输送管道的起点站，要用收发球球阀于两种油品的分界面处投放若干个隔离球；经过中间泵站后，再用收发球球阀将隔离球取出，换发新隔离球，或使旧隔离球继续越站运行；到达终点站时，仍用收发球球阀将隔离球取出。
为简化工艺流程，便于操作控制，减少阀门用量，导致了多功能阀门或一阀多用途阀门的出现。如通常所用的截止止回阀，即是将截止阀升降式止回阀合二而一，兼有两种功能。近年来，球阀出现了向多功能阀方向发展的趋势，如蝶式球阀和止回式球阀即属此类阀门。
全塑球阀是本世纪80年代随着塑料工业的发展而产生的，它与金属球阀相比，最显著的优点是：轻巧、灵便、美观、耐用。全塑球阀非常适合于低压（PN≤1MPa），常温（≤80℃）的酸碱介质，如水处理系统和酸洗设备中。这种球阀的阀体、球体、阀杆、连接螺母等一般用硬聚氯乙烯和聚丙烯制造，阀座密封圈为聚四氟乙烯制成，我国目前已能制造DN15～100mm的全塑球阀。
结构及形式 代号 结构形式 代号 浮动球 直通流道 1 固定球 直通流道 7 Y形三通流道 2 四通流道 6 L形三通流道 4 T形三通流道 8 T形三通流道 5 L形三通流道 9 半球通道 0 型号编制示例如下：
弹性阀座除了与普通阀座一样，在预紧力或流体压力（或两者兼而有之）作用下，阀座材料产生弹塑性变形而达到密封外，还由于阀座本身的特殊结构或借助于弹性元件，如金属弹簧骨架、弹簧等，在预紧力或流体压力下产生弹性变形，以补偿温差、压力、磨损等外界条件变化对球阀密封性能的影响。
球阀的阀座、填料等大多采用橡胶、氟塑料等非金属材料制造成。当球阀用于输送石油、天然气以及氢气等易燃易爆介质时，难免遇到意外的火灾。在这种情况下，高分子密封材料就会软化，甚至烧毁，使球阀失去密封能力，即使球阀关闭，也不能有效地切断气源，导致非常严重后果。
球阀在启闭过程中，球体与阀座由于有相对运动，会因摩擦而产生静电荷，而橡胶、塑料等非金属材料是优良的电绝缘体，当静电荷积累到某些特定的程度时，在有火花的条件下就可能会引起爆炸，这对于输送易燃易爆介质的场合特别危险。
同时，用于输送液化气的球阀，当它处于关闭状态时，积存在阀阀座之间的体腔内的液化气会因吸收外界热量而大量气化，造成体腔内压力异常升高。这种异常升压现象可能会引起阀体爆炸，或者使阀杆冲出体外，酿成事故。
图a为常见的浮动球球阀耐火型阀座结构，一旦外界环境失火，其高分子材料被烧毁，球阀的球体在流体压力作用下，就会向阀后阀座方向推进，使之与加工好的阀体金属座面A接触，起到临时和部份密封作用，避免灾情逐步扩大。图b为常见的固定球球阀的耐火型结构，当球阀处于正常工作状态时，弹性阀座的高分子材料密封件与球体保持密封，此时，球体与弹性阀座上的浮动支座A保持1—2mm的间隙，一旦高分子材料密封件被烧毁或软化，则弹性阀座在流体压力作用下被推向球体，使预先加工好的金属密封面A与球体接触，起到临时密封和部份密封作用，待灾情解除后再予以修复或更换。
输送易燃易爆介质的球阀应设计成耐火型阀杆密封结构，如下图所示。一旦失火，软质填料被烧毁或软化，阀体体腔内的流体压力将阀杆推向阀体，阀杆上的台肩被除阀体挡住，并藉高压流体压力作用压紧并密封。此外，它还能防止腔内异常升压时阀杆冲出体外。
