球閥，是應用較為（wéi）廣泛的閥門之一（yī），它出現很早，推廣使用較晚（wǎn）。它的工作原理與旋塞閥一樣，都是靠旋轉閥芯來使閥門啟閉的，但比旋塞閥開關輕便，相（xiàng）對體積小，可（kě）以（yǐ）做（zuò）成大口徑閥門。球閥密封可靠，結構（gòu）簡單，維修方便，密封麵與球體常在閉合狀態，不易被介（jiè）質衝蝕。目前，國外球閥口徑已達3050cm，在石油、化（huà）工、冶（yě）金、輕紡、食品、原子能、航空等部門廣泛使用。

1、球閥的分類

　　球閥分為兩大類：浮動式（shì）、固定式

　　球閥的球體是浮動的，在介質壓力作用下，球體能（néng）產（chǎn）生一定的位移並緊壓在出口端的密封麵上，保證球（qiú）閥的密封。浮動球球閥的結構簡單，密封（fēng）性好，但球體承受工作介質的載荷全部傳給了出口密封圈，因（yīn）此要考慮密封圈材料能否經受得住球（qiú）體介質的工作載荷。這種結構，廣泛用於中低（dī）壓球閥。

1.2、固定球球閥

　　球閥的球體是（shì）固定的，受壓後不產生移（yí）動。固定球球閥（fá）都帶（dài）有浮（fú）動閥座，受介質壓力後，閥座產生移動，使密封圈緊（jǐn）壓在球體上，以保證（zhèng）密封。通常在與球體的上、下軸上裝有軸承，操作扭距小，適用於高壓和大口徑的閥門。為了減少球閥的操作扭（niǔ）矩和增加密封的可靠程度，近年（nián）來（lái）又出現了油封球閥，既在密封麵間壓注特製的潤（rùn）滑油，以形成一層油膜，即增強了密封性，又減少（shǎo）了（le）操作扭矩，更適用（yòng）高壓大口（kǒu）徑的球閥。

　　本文主要對浮動式大口徑球閥的密封性啟（qǐ）閉力矩等作粗淺的探討，希望能對球閥的應用有所幫助。

2、浮動球（qiú）閥的（de）密封

　　浮（fú）動球球閥的結構簡單（dān），密封性好，但球體承受工作介質（zhì）的載荷全部傳給了出口密（mì）封圈，因此密封圈材料能（néng）否經受（shòu）得住球（qiú）體介質的工作載（zǎi）荷是關鍵。一般說來， 密封圈都是用聚四氟（fú）乙烯等彈（dàn）性材料製造，金屬與非金屬材料組成密封副，也就是通常稱為軟密（mì）封。軟密封的密封性容易保證，而且對密封表麵的加工精度與（yǔ）表麵粗糙度要求也不很高。在（zài）介質的壓力下，球體向出口端位移並壓緊閥座，這時，球體壓在閥座上的力QMJ為：

式中：DMW—閥座密封麵外徑
　　DMN—閥座密封麵內徑（jìng）
　　P—介質（zhì）工作壓力

　　為了保證低壓時的密封，球閥和閥座所必須的（de）預緊比壓不應小於（yú）1200N·M，預緊密封主要靠閥座本身的彈性，所以（yǐ）密封麵的寬度是受一定限製的，計算式為：

　　式中：[q]—許用應力（聚四氟（fú）乙烯許用應力為1530N·M）

　　對於帶彈性元件的閥座，它的工作可靠性和使（shǐ）用期限很大程度上取決於正確選擇密（mì）封閥座的預（yù）壓縮力。

　　低壓時，在預緊（jǐn）力不足的情況下，將不（bú）能保證球閥的密（mì）封（fēng），過渡的（de）壓縮會引起球體和閥座間的摩擦力矩增加，並可能引起閥座材料的塑性變形。

　　閥座與閥體槽之間的間（jiān）隙δ1，是保證球閥正常工作的基本（běn）條件（jiàn），在選擇間隙δ1 時（shí），必須考慮預壓縮閥座的均勻伸（shēn）長（zhǎng）應在總的彈性變形範圍內，對此采用（yòng）：

　　式中：DMP—閥座平均直徑；σMJ—彈性變形範圍內閥座橫截麵的許用應（yīng）力，對聚四氟乙烯製（zhì）閥座,σMJ=820（N-M）；E—閥座材料的彈性模數，對聚四氟乙烯製（zhì）閥（fá）座，E=48000～81600（N-M）。閥座的密封材料一（yī）般都是用聚四氟乙烯，在現有塑料中，化學穩定性強的是聚四氟乙烯，它（tā）對化（huà）學作用的穩定甚至超（chāo）過貴重金屬（shǔ）金和鉑（bó）、玻璃、陶瓷（cí）、搪瓷、特種鋼材和合金。化學腐（fǔ）蝕性較強的物質—濃酸（suān）、稀酸（suān）、濃堿液、強的氧化劑也不能對聚四氟乙（yǐ）烯（xī）起（qǐ）任何作用，有（yǒu）“塑科王”之稱。除某些鹵化胺或芳香烴使聚四氟乙烯塑料有輕微的（de）溶（róng）脹現象（xiàng）之外，酮類、酸類、酯（zhǐ）類等有（yǒu）機溶劑對聚四氟乙烯都無作用，不（bú）會發生重量變化及溶脹現象。對它能發生作用的僅為熔融態的堿金屬、三（sān）氟化氯及元素氟等，但也隻是在高溫、高壓下作用（yòng）才顯著。此外，聚四氟乙烯也不受氧或紫外線的作用，不吸水、具有不燃性。

　　它具有很高的耐熱性和耐寒性，使用溫度範圍為-180～250℃，在250℃處理240h，力學性能無降低，390℃每（měi）小時失重0.006％。它的介（jiè）電性能優良，並且電性能不受頻率和溫度的影響，可在250℃下長期工作。由（yóu）上可知，用聚四氟乙烯作為球閥的密封是較為理想的。聚四氟乙烯的彈性模數值很大，因此，材料的性能決定（dìng）了其彈性變形很小，一但長期便用，材料的彈性不足（zú）以彌補密封麵（miàn）的磨損，這時球閥的密封就要破壞，因此，在設計閥座時考慮如何從結構上增加它的彈性，我們選用了彈性結構（見圖）。

　　這種（zhǒng）閥座有如（rú）下特點：

　　(1)密封麵內有一個角度40°±1′；

　　(2)密封閥座底部有一個R2 的半圓槽；

　　(3)與閥（fá）體的配合留有間隙δ1 可增加彈性。

　　結構原理為：在無預緊力裝配時，球體與A點相切，裝配預緊力使球軸（zhóu）位（wèi）移，位移一般在0.2～0.4(mm)之間，當球體受到壓力後，球體隨壓力方（fāng）向（xiàng）緊貼在密封麵上（shàng），這時密封（fēng）圈向外膨脹，使密封麵與球麵不會貼的太（tài）緊而造成（chéng）扭矩增大，卸壓後，密封閥座基本上又恢複到原來安裝（zhuāng）時的位置。

　　自緊密封（fēng），是較為特殊的密封形式，我廠生產（chǎn）的大口徑球閥，閥（fá）杆密封全部采用該（gāi）結（jié）構。工作原理是：利用介質壓力進行自緊（jǐn）密封，它的密封圈裝在內錐體外，跟介質相向的一麵成（chéng）一定角度，介質壓力傳給內錐體，以傳（chuán）遞給密封圈，在一定角度的錐麵上產生兩個分力，一（yī）個與閥體中（zhōng）心線平行向外，另一壓向閥體內壁，後麵這個力便是自緊力，介質壓（yā）力愈大，自緊力也愈大，考慮到低壓時的密封，在自緊密封上麵必（bì）須增加一定的預緊力（lì），保證其密封性能。

3、球閥的扭矩

　　球閥摩擦力的大（dà）小，不僅取決於介質的工作壓力和閥門的通徑，而且和球閥的形式、密封和支承部件的結（jié）構及密封材料的性質有關，此外，每（měi）一具體結構中，密封座上的摩擦力還取決於球閥轉動的角度。

　　在（zài）正常（cháng）差壓下動作（zuò）的扭矩：當球閥轉（zhuǎn）動開啟到30°時（shí），出現（xiàn）大值，全開時（shí）（90°）為零，實際上，當球閥轉到80°時，壓差通常大大地小（xiǎo）於大值。當關閉球閥時壓差（chà）大，隨著它的打開程度增（zēng）加（jiā）而逐漸減（jiǎn）小，因而在壓力恒定的情況下，大力扭矩產生轉動到30°～40°時（shí）。球閥的工作可劃分為二個主要階段。

　　(1)從球體啟動到開始打開球閥階段，這個階段球（qiú）體中僅作用著由密封元件中預緊（jǐn）力和工作介質靜壓力所產生的（de）摩擦力。

　　(2)從開始打開閥門到球孔與閥門通道（dào）完全重（chóng）合階段（duàn），這個階（jiē）段對靜壓差產生的（de）摩擦力，還要加上由於液體或氣體介質力（lì）作用的力。隨著閥門的關閉，球體將堵住通孔，這樣，球體上的（de）流體動作力將減（jiǎn）小，而差壓增大。

4、總摩擦扭矩的計（jì）算

　　閥門的摩擦扭矩按下式計算：

MF=MQZ+MFT+MFC （N-M） （4）

　　式中：MQZ—球體在閥座中的摩擦力矩
　　MFT—填料與閥杆的摩擦力矩（jǔ）
　　MFC—閥杆頭（tóu）部的（de）摩（mó）擦力矩（jǔ）

　　分析球閥產生的作用力表明，球（qiú）閥在介質的作用下，浮動球體向出口端位移，所產生的作用力全部由出口的閥座密封圈承受（shòu），球前閥座密封圈不（bú）承（chéng）受作用力，同時（shí）也不影響摩擦扭矩。

　　式中：f —摩（mó）擦係數（shù），對（duì）於聚四氟乙烯密封圈f =0.5

　　閥杆（gǎn）在填料中的摩擦力矩取決於密封的形式和工作壓力的大小,在壓緊時,上下密封圈都承受均勻的壓力,填料中的摩擦力不取決於球體的轉動角（jiǎo）度,所以,填料的摩擦力矩按下式:

MFT=πdFh1Z11.2Pf (N-M) (6)

　　式中：dF—閥杆直徑
　　h1—單圈填料（liào）與閥杆接觸（chù）高度
　　Z1—填料圈（quān）數
　　閥杆頭部的摩擦力矩可按下式：

　　式中：dF、dFT—閥杆頭計算直徑由上可知，球閥的啟閉力矩是由多方（fāng）麵來決定的，對於通徑≤100mm，使用壓力（lì）在1.6Mpa 以內的球閥,其啟閉力矩不能（néng）超過60N-M。以上（shàng）分析可知，浮（fú）動球閥有它的局限性，由於結構上的原因（yīn），在大口（kǒu）徑高壓力下會出現扭（niǔ）矩成倍增（zēng）加。因此，就必須選用（yòng）固定式結構的（de）球（qiú）閥，我們（men）也將進一步進行探（tàn）討其適用性能。