上海沪工阀门厂（团体）无限公司
择要：本文对不锈钢球阀的密封布局作了开端切磋。重点阐发了球阀主密封布局的情势，密封材料的挑选等影响球阀密封机能和利用机能、靠得住性的身分，提出了弹性胀圈和聚四氛乙烯唇式密封座构成的组合型密封座的布局情势。
关头词：球阀；密封布局；组合型密封座
球阀以其尽人皆知的特色，普遍利用于各类管路体系的疾速堵截、转变介质流向和主动节制，可接纳手动、电动或气动等驱动体例。图 1 为球阀的典范布局（未斟酌驱动体例）。
图 1
在球阀的利用机能中，密封性是其首要目标之一。从图 1 可见，球阀的密封布局首要由三局部构成，其一为主、副阀体间的密封，由密封调剂垫片完成；其二为主阀体与阀杆间的密封，由规范“V”形填料或 0 形密封圈完成，构成球阀的外密封布局。其三为球体与主、副阀体间的密封，由密封座完成，构成球阀的主密封布局。主密封布局的密封性影响球阀的任务机能，是球阀设想和制作中关头的密封布局。本文将重点会商球阀主密封的非金属密封（又称软密封）布局题目。
1 球阀的密封性请求
球阀的密封性目标由内泄露和外泄露请求肯定，国度规范划定非金属密封球阀的密封性按 GB/T13927《通用阀门压力实验》的 A 级履行，请求“在实验延续时候内无可见泄露”；航天行业规范划定空中气体管路体系用球阀“在 0.05 MPa 和 1.1 倍公称压力的气压前提下，保压 3 min ，内泄露率应不大于 3×10-5 Pa·m3/s（无气泡逸出）；在 1.1 倍公称压力的气压前提下，保压 3 min ，外泄露率应不大于 1×10-5 Pa·m3/s（无气泡逸出）。”
2 影响球阀密封性的首要身分
影响球阀密封性的首要身分有密封面的粗拙度和球体圆度参数。尽人皆知，不管接纳若何进步前辈的加工手艺，都不能够完全消弭球体的圆度误差及密封面的微观错误谬误，是以，为了到达杰出的密封结果并保障加工进程能够完成，必须肯定适合的密封面粗拙度和球体圆度参数值。有关材料保举，球体密封面的粗拙度 Ra 值最大许可值为 0.4 µm；密封座粗拙度 Ra 值在以聚四氟乙烯为密封材料时最大许可值为 0.8 µm。球面的圆度公役，按 GB/T1184 附表 2 的 6 级精度较为适合。
3 球阀主密封布局阐发
初期的球阀，普通接纳金属材料作为密封布局（又称硬密封），跟着工程塑料手艺的成长，特别是聚四氛乙烯的呈现，使球阀密封布局有了一种较为抱负的密封材料。罕见的球阀主密封布局的软密封情势有刚性密封座、带弹性元件的密封座、聚四氟乙烯唇式密封座和弹性胀圈与聚四氟乙烯唇式密封座构成的组合型密封座等情势。唇式密封座具备的唇形布局，使其具备较好的弹性，在利用中可保障密封面的预紧缩量并可对密封面的预紧缩量停止弥补而优于刚性布局。但利用中发明，聚四氟乙烯的弹塑性变形才能及在温度变更前提下的不变性仍不非常抱负，且具备较大的冷流趋势；同时，因为球阀的利用压力变更规模较大，是以，接纳聚四氟乙烯作为密封材料制成的唇式密封座，在较高压力前提下或持久利用中仍易产生泄露。处置这一题目的体例为接纳弹性胀圈与聚四氟乙烯唇式密封座构成的组合型密封座，它可依托金属材料弹性胀圈杰出的弹塑性变形才能，加强其全体的弹塑性变形才能和弥补才能，进步球阀的密封才能。
3.1 球阀密封前提
要保障球阀到达划定的密封请求，须借助介质的压力鞭策球体（浮动式球阀）或密封座（牢固式球阀）产生细小位移，使密封座外表产生必然的弹塑性变形，构成须要的密封比压。密封比压太高将会致使密封座所受比压跨越材料的许用比压而破坏，使密封生效，还会致使操纵力矩下降而影响举措机能；太低则会使密封座外表的弹塑性变形量缺乏以弥补球体的加工误差，致使主密封不能到达划定的密封请求。
球阀的密封前提为：qMF < q < [q]
式中：qMF — 保障密封所必须的密封面比压； [q] — 密封面的许用比压；q — 计较的现实比压。
3.2 浮动式球阀的密封机理
如图 1 (a) 所示，因为球体下端无牢固支承，浮动式球阀封闭时，在介质压力感化下，球体将产生必然的浮动量（位移），分开生齿端密封座而压紧在出口端密封座上，使介质在出口端密封座遭到拦阻。即浮动式球阀现实上只需出口端密封座阐扬密封感化，而生齿端密封座与球体间坚持一很小的浮动空隙。
3.3 牢固式球阀的密封机理
高压或公称通径 DN ≥ 200 mm 的球阀，常接纳牢固式布局。牢固式球阀的球体不产生浮动量，可保障双向密封，使阀门的操纵扭矩下降；密封座上的载荷动摇幅度较小。牢固式球阀可分为球前密封式（生齿密封式）和球后密封式（出口密封式）球阀，见图 2 。
图 2
3.4 密封座的预紧缩斟酌
为了保障球阀在介质任务压力较低时的密封性，球体和密封座间必须构成必然的预紧比压。
在刚性密封座中，球阀任务的靠得住性和利用寿命取决于准确挑选密封座的预紧缩量。预紧缩量缺乏，不能保障球阀的高压密封性；预紧缩量过大，会致使球体与密封座间的磨擦力矩增添，影响球阀的举措机能；并能够引发密封座的塑性变形，致使密封生效。对聚四氟乙烯密封座，其预紧比压普通应为 0.1 PN，且不小于 1.02 MPa 。刚性密封座预紧缩量的调剂靠转变密封调剂垫片的厚度完成，密封调剂垫片加工的误差会影响调剂的结果；公道的拆卸与调剂是取得杰出密封性的关头。在利用中，密封座磨损后，预紧比压的主动调理才能很差，是以刚性密封座布局球阀的利用寿命绝对较短。
处置题目的路子之一是接纳带弹性元件的密封座。此时，预紧缩量的取得与调剂不再依托密封调剂垫片而由弹性元件来完成。带弹性元件的密封座除可取得须要的预紧缩量外，还可在弹性元件的弹性变形规模内对预紧比压停止弥补，是以，球阀的利用寿命绝对较长。
3.5 带弹性元件的密封座布局
（l）弹性元件为蝶形弹簧的密封座，见图 3。
图 3 带蝶形弹簧的密封座
（2）弹性元件为弹簧的密封座，见图 4。
图 4 带圆柱螺旋弹簧的密封座
图 3、图 4 所示带蝶形弹簧或带圆柱螺旋弹簧的密封座已在非侵蚀性介质球阀中普遍利用。可是，因为难以挑选到可耐强侵蚀性介质，同时又具备杰出弹性的弹性元件材料和此类材料的热处置工艺比拟庞杂，此类密封座布局在强侵蚀性介质球阀中利用尚未几。
（3）组合型唇式密封座
图 5 接纳弹性胀圈的组合型唇式密封座
图 5 所示为弹性胀圈和聚四氟乙烯唇式密封座的组合型密封座。弹性胀圈的材料可挑选 1Cr18Ni9Ti 或 1Cr18Ni9，以到达与强侵蚀性介质相容。图 6 为弹性胀圈的布局情势；图 7 为聚四氟乙烯唇式密封座的布局情势。从图 6、图 7 可看出，聚四氛乙烯唇式密封座唇口的设想角度为 30°，而弹性胀圈唇口的为 34°。
图 6 弹性胀圈布局密封座布局图
图 7 聚四氟乙烯唇式密封座的布局图
在介压力下，弹性胀圈的弹性力可弥补单一聚四氟乙烯材料密封座弹塑性变形才能缺乏的错误谬误，进步了球阀密封的靠得住性和利用寿命。在介质压力较低的环境下，因为弹性胀圈唇口和聚四氟乙烯唇式密封座唇口存在角度差和金属胀圈较强的弹塑性变形才能，使聚四氟乙烯唇式密封座在弹性胀圈弹性力的感化下构成外张偏向，向球体压紧，产生预紧缩力，弥补介质压力下降致使的密封比压缺乏。只需处于弹性胀圈的弹性力规模内，便可保障球阀在较高压力前提下的靠得住密封。
3.6 浮动式球阀密封座布局
浮动式球阀密封座布局见图 8。
图 8 刚性密封座
图 8 所示的刚性密封座自身不任何弹性变形，球阀完全依托介质压力构成必需的密封比压，该布局对温差的变更较较着，密封性和操纵扭矩易受温度变更的影响。
图 9 唇式密封座
图 9 所示唇式密封座因为唇部具备必然的弹性变形才能，密封座和球体间一直存在必然巨细的预紧缩力，可弥补因为温度变更等缘由致使的预紧缩力的变更，使球阀具备较好的密封性。
综上所述，处置球阀密封性的关头在于密封座的布局情势和密封座材料的挑选。按照差别的布局和利用请求，公道挑选密封座的布局情势，保障密封座杰出的加工工艺性；挑选机能良好、顺应利用请求的密封材料，知足球阀密封性请求，进步球阀任务的靠得住性和利用寿命，是球阀设想中应重点斟酌的题目。