浮动球球阀的密封原理

　　浮动球球阀的启闭件是一个球体，中间有一个与管道通径相等的通孔，进口端和出口端各置一个用PTFE制造的密封座，并被包容在一个金属的阀体内，当球体内的通孔与管线通道重合时，阀门处于开启状态；当球体内的通孔与管线通道垂直时，阀门处于关闭状态。阀门从开启至关闭，或者从关闭至开启球体回转90°角行程(图1)。

图1 球阀密封原理

　　当球阀处于关闭位置时，进口端的介质压力作用在球体上，产生一个推动球体的力，使球体紧压出口端的密封座，在密封座的锥面上产生一个接触应力，形成一个接触带，接触带单位面积上的作用力称为阀门密封的工作比压q，当这一比压大于密封所必需的比压时，阀门就获得了有效的密封。这种不是靠外力的密封方式，由介质压力密封的，称为介质自密封。在设计中，应满足：

qb≤q≤[q]

　　式中 qb——密封必需的比压，与密封材料和球体的加工精度有关，MPa；

　　[q]——密封材料的许用比压([q]PTFE=20，[q]尼龙=40)，MPa。

　　应该指出，传统的阀门如截止阀、闸阀、中线蝶阀、旋塞阀是靠外部施加的力，作用在阀座上来获得可靠的密封，这种借外力施加而获得的密封，称之为强制密封。外部施加的强制密封力带有随意性和不确定性，不利于阀门的长期使用。球阀的密封原理是作用在密封座上的力，由介质的压力产生的。这一作用力是稳定的，是可以控制的，由设计时确定。

　　1、为了保证球体在关闭位置时，能产生一个介质的作用力，事先在阀门装配时，球体必须紧贴密封座，而且需要过盈，产生一个预紧比压，这个预紧比压为0.1倍工作压力且不小于2MPa。这个预紧比压的获得，完全靠设计的几何尺寸来保证。如果设球体和进口、出口密封座组合后的自由高度为A；左、右阀体组合后内腔容纳球体、密封座的宽度为B，则装配后产生必需的预紧比压所需的过盈为C，必满足： A-B=C。这个C值必须由零件加工的几何尺寸来保证。可以设想这个过盈C是很难确定和保证的。过盈值的大小直接决定阀门的密封性能和操作力矩。

　　2、应该特别指出，早期国产的浮动球球阀(图2)由于装配时过盈值难于控制，常常用垫片调整，很多制造商甚至在手册中把这一垫片称为调整垫。这样，装配时主、副阀体的连接平面之间存在间隙，这一间隙的存在，由于使用中介质压力波动和温度的波动，以及外部管线载荷作用，会使螺栓松弛，引起阀门外漏。

图2 球阀的基本结构

1—密封座；2—副阀体；3—阀杆；4—球体；5，10—垫片； 6—主阀体；7—手柄；8—填料；9—防静电结构

　　3、当阀门处于关闭位置时，进口端的介质力作用在球体上，会使球体的几何中心产生一个微小的位移，与出口端阀座紧密接触，增加密封带上的接触应力，从而获得可靠的密封；而进口端阀座与球体相接触的预紧力将减小，影响进口密封座的密封性能。这种球阀结构，就是在工作状态下，球体几何中心有微小位移的球阀，称之为浮动球球阀。浮动球球阀是出口端密封座密封，进口端阀座是否有密封功能是不确定的。

　　4、浮动球球阀结构是双向的(bi-direction)，即两个介质流动方向均可密封。

　　5、球体相接的密封座是高分子材料制造的，球体转动时，可能产生静电，如无特殊的结构设计——防静电设计，则静电可能在球体上积聚。

　　6、对于由两个密封座组成的阀门，阀腔可能积聚介质，某些介质可能由于环境温度和使用工况变化而异常升压，引起阀门压力边界的破坏，应予以注意。