摘要：本文對不鏽鋼球閥的密封結構作了初步探討。重點分析了球閥主密封結構的形式，密封材料的選擇等影響球閥密封性能和使用性能、可靠性的因素，提出了彈性脹圈和聚四氛乙烯唇式密封座組成的組合型密封座的結構形式。
球閥以其眾所周知的特點，廣泛應用於各種管路系統的快速切斷、改變介質流向和自動控制，可採用手動、電動或氣動等驅動方式。 球閥的密封性要求
球閥的密封性指標由內泄漏和外泄漏要求確定，國家標準規定非金屬密封球閥的密封性按 GB/T13927《通用閥門壓力試驗》的 A 級執行，要求「在試驗持續時間內無可見泄漏」；航天行業標準規定地面氣體管路系統用球閥「在 0.05MPa 和 1.1 倍公稱壓力的氣壓條件下，保壓 3min ，內泄漏率應不大於 3×10-5Pa·m3/s(無氣泡逸出)；在 1.1 倍公稱壓力的氣壓條件下，保壓 3min ，外泄漏率應不大於 1×10-5Pa·m3/s(無氣泡逸出)。」
2 影響球閥密封性的主要因
素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。眾所周知，無論採用如何先進的加工技術，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，為了達到良好的密封效果並保證加工過程可以實現，必須確定合適的密封面粗糙度和球體圓度參數值。有關資料推薦，球體密封面的粗糙度 Ra 值最大允許值為 0.4μm；密封座粗糙度 Ra 值在以聚四氟乙烯為密封材料時最大允許值為 0.8μm。球面的圓度公差，按 GB/T1184 附表 2 的 6 級精度較為合適。
3 球閥主密封結構分析
早期的球閥，一般採用金屬材料作為密封結構(又稱硬密封)，隨著工程塑料技術的發展，尤其是聚四氛乙烯的出現，使球閥密封結構有了一種較為理想的密封材料。常見的球閥主密封結構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構，使其具有較好的彈性，在使用中可保證密封面的預壓縮量並可對密封面的預壓縮量進行補償而優於剛性結構。但使用中發現，聚四氟乙烯的彈塑性變形能力及在溫度變化條件下的穩定性仍不十分理想，且具有較大的冷流趨向；同時，由於球閥的使用壓力變化範圍較大，因此，採用聚四氟乙烯作為密封材料製成的唇式密封座，在較低壓力條件下或長期使用中仍易產生泄漏。解決這一問題的方式為採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，增強其整體的彈塑性變形能力和補償能力，提高球閥的密封能力。
3.1 球閥密封條件
要保證球閥達到規定的密封要求，須藉助介質的壓力推動球體(浮動式球閥或密封座(固定式球閥產生微小位移，使密封座表面產生一定的彈塑性變形，形成必要的密封比壓。密封比壓過高將會導緻密封座所受比壓超過材料的許用比壓而損壞，使密封失效，還會導致操作力矩升高而影響動作性能；過低則會使密封座表面的彈塑性變形量不足以補償球體的加工誤差，導致主密封不能達到規定的密封要求。
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 — 計算的實際比壓。
3.2 浮動式球閥的密封機理
如圖 1 (a) 所示，由於球體下端無固定支承，浮動式球閥關閉時，在介質壓力作用下，球體將產生一定的浮動量(位移)，離開人口端密封座而壓緊在出口端密封座上，使介質在出口端密封座受到阻截。即浮動式球閥實際上只有出口端密封座發揮密封作用，而人口端密封座與球體間保持一很小的浮動間隙。
3.3 固定式球閥的密封機理
高壓或公稱通徑 DN≥200mm 的球閥，常採用固定式結構。固定式球閥的球體不產生浮動量，可保證雙向密封，使閥門的操作扭矩降低；密封座上的載荷波動幅度較小。固定式球閥可分為球前密封式(人口密封式)和球后密封式(出口密封式)球閥。
