Il principio di funzionamento della valvola a globo consiste nel bloccare la sezione di passaggio con un otturatore mobile, che si adatta perfettamente a una sede fissa nel corpo. L'otturatore è articolato su uno stelo filettato il cui asse è perpendicolare all'asse della tubazione.
La rotazione del volantino, attraverso un dado fisso nel corpo della valvola, viene trasformata in un movimento lineare dello stelo, spostando l'otturatore. Nella posizione più bassa, l'otturatore blocca completamente la sezione di passaggio, mentre nella posizione più alta la apre completamente.
A seconda della progettazione della valvola a globo, l'asse dello stelo può essere perpendicolare o inclinato rispetto all'asse della tubazione. Le valvole con stelo inclinato, note come 'valvole inclinate', hanno una capacità di flusso maggiore rispetto alle valvole con stelo diritto.
Poiché per chiudere una valvola a globo sono necessari diversi giri del volantino, alcuni produttori non escludono la possibilità di utilizzare le valvole per il bilanciamento dei sistemi di riscaldamento o per la regolazione del flusso. Tuttavia, è importante notare che una valvola a globo è principalmente un dispositivo di arresto, il cui utilizzo per la regolazione è vietato dalle normative.
L'ermeticità della chiusura della valvola a globo è garantita da una tenuta metallo su metallo, e in alcune costruzioni sono fissati anelli di tenuta aggiuntivi in PTFE o gomma sull'otturatore.
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