球閥，是應用（yòng）較為廣泛的閥門之一，它出現很早，推廣使用較晚。它的工作原理（lǐ）與（yǔ）旋塞（sāi）閥一樣，都是靠（kào）旋轉閥芯來使閥門啟閉的，但比旋塞（sāi）閥開關輕便，相對（duì）體積小，可（kě）以（yǐ）做成大口徑閥門。球閥密封可靠（kào），結構簡單，維修方便，密封麵與球體常在（zài）閉（bì）合狀態，不易被介質衝蝕。目前，國外球閥口徑已達3050cm，在石（shí）油、化工、冶金、輕紡、食品、原子能、航（háng）空等部門廣（guǎng）泛使用。

1、球閥的分類

　　球閥（fá）分為兩大類：浮動式、固定式

　　球閥的球體是浮動的，在介質壓力作用下，球體能產（chǎn）生（shēng）一定的位移並（bìng）緊壓在出口端的密封麵上，保證球閥的密封。浮動球球閥的結構簡單，密封性好，但球體承（chéng）受工作（zuò）介質的（de）載荷全部傳給了出口密封圈，因此要考慮密封圈材料能否經（jīng）受得住球體介質的工作載荷。這（zhè）種結構，廣泛用於中低壓球閥。

1.2、固定球球閥（fá）

　　球閥的球體是固定的（de），受壓後不產生移動（dòng）。固定球球閥（fá）都帶有浮動閥座，受介質壓力後，閥座產生移動，使密封圈緊壓在球體上（shàng），以保證密封。通常在與球體的上、下軸上裝有軸承，操作（zuò）扭距小，適（shì）用於高壓和大口徑的（de）閥門（mén）。為了減少球閥的操作扭矩和增加密封（fēng）的可靠程度（dù），近年來又出現了（le）油封球閥，既在密封麵間壓注特製的潤（rùn）滑油（yóu），以形成一層油膜，即增強了密封性，又減少（shǎo）了操作扭矩，更適用高壓（yā）大口徑的球閥。

　　本文主要對浮動式大口徑球閥的密封性啟閉力（lì）矩（jǔ）等作粗淺的探討，希望能對球閥的應用有所幫（bāng）助。

2、浮動（dòng）球閥的密封

　　浮動（dòng）球球閥的結構簡單，密封性好，但球體承受工作介質的載荷全部傳給了出口密封圈，因（yīn）此密封圈（quān）材料能否經受（shòu）得住球體介質的工作載荷是關鍵。一般說來（lái）， 密封圈都是用聚四氟乙烯等（děng）彈性材料製造，金（jīn）屬與非金屬材料組成密封副，也就是通常稱為軟密封。軟密封的密封性容易保證，而且對（duì）密封表麵的（de）加工精度與表麵粗糙度要求也（yě）不很高。在介質的（de）壓力下，球體向出口端位移並壓緊閥座，這（zhè）時（shí），球體壓在閥（fá）座上的力QMJ為：

式中：DMW—閥座密封麵外徑
　　DMN—閥（fá）座密封（fēng）麵內徑
　　P—介質工（gōng）作（zuò）壓（yā）力

　　為（wéi）了保證低壓時的密封，球閥和閥座所必須的預緊比壓不（bú）應小於1200N·M，預（yù）緊密封（fēng）主要（yào）靠（kào）閥座本身的彈性，所（suǒ）以密封麵的寬度是受一定限製的（de），計算式為：

　　式中：[q]—許用應力（聚四氟乙烯許用應力為1530N·M）

　　對於帶彈性元件的閥座，它的工作可靠性（xìng）和（hé）使用期（qī）限很大程度上取決於（yú）正確（què）選擇密封閥座的預壓縮力。

　　低壓時，在（zài）預緊力不足的情況下，將不能保證球閥的密封，過渡的壓縮會引起球體和閥座間的摩擦力矩增加，並可能引起閥（fá）座材料的塑性變形。

　　閥座與閥體槽（cáo）之間的間隙δ1，是保證球閥正（zhèng）常工作的基本條件，在（zài）選（xuǎn）擇間隙δ1 時，必須考慮（lǜ）預壓縮閥座的均勻伸長應在總的彈性變形範（fàn）圍內，對此采用：

　　式中：DMP—閥座平均直徑；σMJ—彈性變（biàn）形範圍內閥座橫截麵的許用應力，對（duì）聚四氟乙烯（xī）製閥座,σMJ=820（N-M）；E—閥座材（cái）料（liào）的彈（dàn）性模數，對聚四氟乙烯製閥座，E=48000～81600（N-M）。閥座的密封材料一般都是（shì）用聚四氟乙烯，在現有塑料中，化學穩（wěn）定性強的是（shì）聚四氟乙烯，它對化學作用的穩定甚至超過貴重金屬金和鉑、玻璃、陶瓷、搪瓷、特種鋼材和合金。化學腐蝕性較強的物質—濃酸、稀酸、濃堿液、強的氧（yǎng）化劑也不能對聚四氟（fú）乙烯起任何（hé）作用，有“塑科王”之稱。除某些鹵化胺或（huò）芳香烴使聚四氟（fú）乙烯塑料有輕微的溶脹現象之外，酮類、酸類、酯類（lèi）等有機溶劑對聚四氟（fú）乙烯都無作用，不會發生重（chóng）量變化及溶脹現（xiàn）象。對它能發生作用（yòng）的僅為熔（róng）融態的堿金屬、三氟化氯（lǜ）及元素氟等，但也隻是在（zài）高溫、高壓下（xià）作用才顯著。此外，聚四氟乙烯也不受氧或紫外線的作用，不吸水（shuǐ）、具有不燃（rán）性。

　　它（tā）具有（yǒu）很高的（de）耐熱性和耐寒性，使用溫度範圍為（wéi）-180～250℃，在250℃處理240h，力學性能無降低，390℃每小時失（shī）重0.006％。它的介電性能優良，並且電性能不受頻率和溫（wēn）度的影響，可在250℃下長期工作。由上可知，用聚四氟乙烯作為球閥的密封是較為理想的。聚四（sì）氟乙烯的彈性模數值很大，因此，材料的性能決定了其彈性變形很小，一但長期便用，材料的彈性不足以彌補密封麵的磨損，這時球閥的密封就要破壞，因此，在設計（jì）閥座時考（kǎo）慮如何從結構上增加它的彈性，我們（men）選用了彈性（xìng）結構（見圖）。

　　這種閥（fá）座有如下特點：

　　(1)密封麵內有（yǒu）一（yī）個角度40°±1′；

　　(2)密封閥座底部有一個R2 的半圓槽；

　　(3)與（yǔ）閥體的配合（hé）留有間隙δ1 可增加彈性。

　　結（jié）構原理（lǐ）為：在無預（yù）緊力裝配時，球體與A點相（xiàng）切，裝配預緊力使（shǐ）球軸位（wèi）移，位移一般在0.2～0.4(mm)之間，當球體（tǐ）受到（dào）壓力後，球體（tǐ）隨壓力方向緊貼在密封（fēng）麵上，這時密（mì）封圈向外膨脹，使密封麵與球麵不會貼的太緊而造成扭矩增大，卸壓後，密封閥座基本上又恢複到原來安裝時的位置。

　　自緊密封，是較為特殊的密封形式，我廠生產的大口徑球閥，閥杆密封全部采用該結構（gòu）。工作原理是：利（lì）用介質壓力進行自緊密封，它的密封圈裝在內錐體外，跟介（jiè）質相向的（de）一（yī）麵成一定角度（dù），介質壓力傳給（gěi）內錐體（tǐ），以傳遞給密封圈（quān），在一定角度的錐麵上產生兩個分力，一個與閥體中心（xīn）線平行（háng）向外，另一壓向閥體內壁，後麵這（zhè）個力便是自緊力，介質壓力愈大，自緊力也愈大，考慮到低壓時的密封（fēng），在自緊（jǐn）密封上麵必須增加一定的預緊力，保證其密封性能。

3、球閥的扭矩

　　球閥摩擦力的大小，不（bú）僅取決於介質的（de）工作壓力和（hé）閥門的通徑，而且和球（qiú）閥（fá）的形式（shì）、密封和支承部件的結構及密封材料的性質有（yǒu）關，此（cǐ）外，每一具體結構中，密封座上的摩（mó）擦力還（hái）取決於球閥轉動的角度。

　　在正常（cháng）差（chà）壓下動（dòng）作（zuò）的扭矩：當（dāng）球閥轉動開啟（qǐ）到30°時，出現大值，全開時（90°）為零，實際上，當球閥轉到80°時，壓（yā）差通常大大地小於大（dà）值。當關閉球閥時壓差大，隨著（zhe）它的打開程度增加而逐漸減小，因而在壓力恒定的情況下，大（dà）力（lì）扭矩（jǔ）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（zhè）個階段球（qiú）體中僅作用著由密封元件中預緊力和工作介質靜壓力所產生的摩擦（cā）力。

　　(2)從開始打開閥門到球孔與閥門通道完全重合階段，這個階段（duàn）對靜壓差（chà）產生的摩擦力，還要加（jiā）上由於液體（tǐ）或氣體介質力作用的力。隨著閥門（mén）的關閉，球體將（jiāng）堵住通孔，這樣，球體上的流體動作力將（jiāng）減小，而差壓增大。

4、總摩擦扭矩的計算

　　閥門的摩（mó）擦扭矩按下式（shì）計算：

MF=MQZ+MFT+MFC （N-M） （4）

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

　　分析球閥產生的作用力表（biǎo）明，球閥在介質（zhì）的作用下，浮動球體向出口端位（wèi）移，所產生的（de）作用力全部由出（chū）口的閥座密封圈承受，球前閥（fá）座密封圈不承受作用力，同（tóng）時也不影響摩擦扭矩。

　　式中：f —摩（mó）擦係數，對於聚四氟乙烯密封圈f =0.5

　　閥杆在填料中的摩擦力矩取決於密封的形式（shì）和工（gōng）作壓力的大小（xiǎo）,在（zài）壓緊時,上下密封圈都承受均勻（yún）的壓力,填料中的摩擦力不（bú）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—單圈填料與閥（fá）杆接觸高度
　　Z1—填料圈數
　　閥（fá）杆頭部的摩擦力矩（jǔ）可按下式：

　　式中：dF、dFT—閥杆（gǎn）頭計算直徑由上可知，球閥的啟閉力矩是由多方麵來決定的，對於通徑≤100mm，使用壓力在1.6Mpa 以內的球（qiú）閥,其啟閉力矩不（bú）能超過60N-M。以上分析可知，浮動球閥有它的局限（xiàn）性，由於結構上（shàng）的原因，在大口徑高壓（yā）力下會出現扭（niǔ）矩成倍增加。因此，就必（bì）須選用固定式結構的球閥，我們也將進一步進行探討其適用性能。