白湖閥門不銹鋼球閥密封結(jié)構(gòu)探討
球閥的密封性指標(biāo)由內(nèi)泄漏和外泄漏要求確定，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定非金屬密封球閥的密封性按 GB/T13927《通用閥門壓力試驗(yàn)》的 A 級(jí)執(zhí)行，要求“在試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間內(nèi)無可見泄漏”；航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定地面氣體管路系統(tǒng)用球閥“在 0.05 MPa 和 1.1 倍公稱壓力的氣壓條件下，保壓 3 min ，內(nèi)泄漏率應(yīng)不大于 3×10-5 Pa·m3/s（無氣泡逸出）；在 1.1 倍公稱壓力的氣壓條件下，保壓 3 min ，外泄漏率應(yīng)不大于 1×10-5 Pa·m3/s（無氣泡逸出）�！�
影響球閥密封性的主要因素有密封面的粗糙度和球體圓度參數(shù)。眾所周知，無論采用如何先進(jìn)的加工技術(shù)，都不可能完全消除球體的圓度誤差及密封面的微觀缺陷，因此，為了達(dá)到良好的密封效果并保證加工過程可以實(shí)現(xiàn)，必須確定合適的密封面粗糙度和球體圓度參數(shù)值。有關(guān)資料推薦，球體密封面的粗糙度 Ra 值最大允許值為 0.4 µm；密封座粗糙度 Ra 值在以聚四氟乙烯為密封材料時(shí)最大允許值為 0.8 µm。球面的圓度公差，按 GB/T1184 附表 2 的 6 級(jí)精度較為合適。
早期的球閥，一般采用金屬材料作為密封結(jié)構(gòu)（又稱硬密封），隨著工程塑料技術(shù)的發(fā)展，尤其是聚四氛乙烯的出現(xiàn)，使球閥密封結(jié)構(gòu)有了一種較為理想的密封材料。常見的球閥主密封結(jié)構(gòu)的軟密封形式有剛性密封座、帶彈性元件的密封座、聚四氟乙烯唇式密封座和彈性脹圈與聚四氟乙烯唇式密封座組成的組合型密封座等形式。唇式密封座具有的唇形結(jié)構(gòu)，使其具有較好的彈性，在使用中可保證密封面的預(yù)壓縮量并可對(duì)密封面的預(yù)壓縮量進(jìn)行補(bǔ)償而優(yōu)于剛性結(jié)構(gòu)。但使用中發(fā)現(xiàn)，聚四氟乙烯的彈塑性變形能力及在溫度變化條件下的穩(wěn)定性仍不十分理想，且具有較大的冷流趨向；同時(shí)，由于球閥的使用壓力變化范圍較大，因此，采用聚四氟乙烯作為密封材料制成的唇式密封座，在較低壓力條件下或長(zhǎng)期使用中仍易產(chǎn)生泄漏。解決這一問題的方式為采用彈性脹圈與聚四氟乙烯唇式密封座組成的組合型密封座，它可依靠金屬材料彈性脹圈良好的彈塑性變形能力，增強(qiáng)其整體的彈塑性變形能力和補(bǔ)償能力，提高球閥的密封能力。
要保證球閥達(dá)到規(guī)定的密封要求，須借助介質(zhì)的壓力推動(dòng)球體（浮動(dòng)式球閥）或密封座（固定式球閥）產(chǎn)生微小位移，使密封座表面產(chǎn)生一定的彈塑性變形，形成必要的密封比壓。密封比壓過高將會(huì)導(dǎo)致密封座所受比壓超過材料的許用比壓而損壞，使密封失效，還會(huì)導(dǎo)致操作力矩升高而影響動(dòng)作性能；過低則會(huì)使密封座表面的彈塑性變形量不足以補(bǔ)償球體的加工誤差，導(dǎo)致主密封不能達(dá)到規(guī)定的密封要求。
球閥的密封條件為：qMF < q < [q]
式中：qMF — 保證密封所必須的密封面比壓； [q] — 密封面的許用比壓；q — 計(jì)算的實(shí)際比壓。
如圖 1 (a) 所示，由于球體下端無固定支承，浮動(dòng)式球閥關(guān)閉時(shí)，在介質(zhì)壓力作用下，球體將產(chǎn)生一定的浮動(dòng)量（位移），離開人口端密封座而壓緊在出口端密封座上，使介質(zhì)在出口端密封座受到阻截。即浮動(dòng)式球閥實(shí)際上只有出口端密封座發(fā)揮密封作用，而人口端密封座與球體間保持一很小的浮動(dòng)間隙。